LTE的关键技术：MIMO、FEC和小区间干扰消除

（一）OFDM技术

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用，是一种多载波传输技术。OFDM的主要思想是：将高速的串行数据转换为多个并行的低速数据，然后将这多个并行的低速数据分别调制到相互正交的子载波上。由于子载波的频谱相互重叠，因而相对于传统的FDM技术，OFMD可以得到较高的频谱效率，如图8-2所示。

图8-2　OFDM和FDM的比较

（二）MIMO技术

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）即多输入多输出，是指无线通信系统在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而提高覆盖可靠性，降低干扰或者提高传输速率，如图8-3所示。MIMO技术在LTE中的应用主要有三种。

图8-3　MIMO系统的工作方式

1.空间分集

使用多根天线进行发射和接收，多路空间信道传送同样的信息。可以提高接收的可靠性和覆盖效果，适用于需要保证可靠性或覆盖的环境。

2.空间复用

使用多根天线进行发射或接收，多路空间信道传送不同的信息。理论上可以成倍提高系统的峰值速率，适用于建筑物密集的市区，信号散射多、存在多径传播的环境，不适用于直射环境。

3.波束赋形

通过对信道的准确估计，使用多路天线阵列在发射端将待发射信号进行赋形，朝用户方向形成波束并发送到接收端。可以有效降低用户间干扰，可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量，适用于用户密集、小区内干扰较大的区域。

（三）AMC链路自适应技术

由于移动通信的无线传输信道是一个多径衰落、随机时变的信道，使得通信过程存在不确定性。AMC链路自适应技术根据信道条件的变化，选择合适的调制和编码方式，以便数据传送时更好地适应信道。

任何一种调制和编码方式，都有一定的SINR要求。信道条件变好或者变坏，会导致SINR变大或者变小，此时就需要重新选择更合适的调制和编码方式，所以说AMC就是根据信道条件的变化来选择合适的调制和编码方式。信道条件变好时，就可以选择高阶的调制方式和高码率编码方式，以提高传输速率。信道条件变差时，就需要选择低阶的调制方式和低码率的编码方式，以确保可靠传输。

（四）HARQ混合自动重传(www.xing528.com)

在数字通信系统中，差错控制机制基本分为两种：FEC前向纠错方式和ARQ自动重复请求方式。

FEC是指在信号传输之前，预先对其进行一定的格式处理，接收端接收到这些码字后，按照规定的算法进行解码以达到找出错误并纠正错误的目的，其通信系统如图8-4所示。

图8-4　FEC通信系统

FEC系统只有一个信道，能自动纠错，不需要重发，因此时延小实时性好。但不同类型的纠错码的纠错能力不同，当FEC单独使用时，为了获得比较低的误码率，往往必须以最坏的信道条件来设计纠错码，因此所用纠错码冗余度较大，这就降低了编码效率，且实现的复杂度较大。FEC技术只适用于没有反向信道的系统。

ARQ是指接收端通过校验信息来判断接收到的数据包的正确性，如果接收数据不正确，则将否定应答信息反馈给发送端，发送端重新发送数据块，直到接收端接收到正确数据反馈确认信号则停止重发数据。ARQ方式纠错的通信系统如图8-5所示。

图8-5　ARQ通信系统

在ARQ技术中，数据包重传的次数与信道的干扰情况有关，若信道干扰较强，质量较差，则数据包可能经常处于重传状态，信息传输的连贯性和实时性较差，但编译码设备简单，较容易实现，ARQ技术以牺牲吞吐量为代价换取可靠性的提高。

结合FEC、ARQ两种错控制技术的特点，将ARQ和FEC两种差错控制方式结合起来使用，即混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ）机制。在HARQ中采用FEC减少重传的次数，降低误码率，使用ARQ的重传和CRC校验来保证分组数据传输等要求误码率极低的场合。该机制结合了ARQ方式的高可靠性和FEC方式的高通过效率，在纠错能力范围内自动纠正错误，超出纠错能力范围则要求发送端重新发送。

（五）小区间干扰消除

LTE特有的OFDMA接入方式，使本小区内的用户信息承载在相互正交的不同载波上，因此所有的干扰来自其他小区。对于小区中心的用户来说，其本身离基站的距离就比较近，而外小区的干扰信号距离又较远，则其SINR相对较大；但是对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样载波资源的用户对其干扰比较大，加之本身距离基站较远，其SINR相对就较小，导致虽然小区整体的吞吐量较高，但是小区边缘的用户服务质量较差，吞吐量较低。因此，在LTE中，小区间干扰抑制技术非常重要。在LTE技术中，小区间干扰消除方法主要有以下几种。

1.小区间干扰随机化（ICI Randomization）

干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰。利用干扰的统计特性对干扰进行抑制，误差较大。

2.小区间干扰消除（ICI Cancellation）

通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去。可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务（如VolP）则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂。

3.小区间干扰协调（ICI Coordination—ICIC）

基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。ICIC是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务，并且对于干扰抑制有很好的效果。