OFDM(Orthogonal Frequency Division MulTIplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI 。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。

　　其實(shí)，OFDM并不是如今發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近40年的歷史，主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。但是，一個(gè)OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進(jìn)一步推廣。直到上世紀(jì)70年代，人們采用離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。80年代，人們研究如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM。進(jìn)入90年代以來(lái)，OFDM技術(shù)的研究深入到無(wú)線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等。

　　由于具有高頻譜利用率并且能有效解決寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中的碼間干擾問題，正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)已經(jīng)被廣泛認(rèn)為必將應(yīng)用于未來(lái)的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中，包括3G長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)（3GLTE）等[1]。因此，一般認(rèn)為OFDMA系統(tǒng)中的小區(qū)內(nèi)干擾很小，而影響系統(tǒng)性能的主要干擾來(lái)自小區(qū)間干擾。

　　圖1（a）所示為OFDM系統(tǒng)上行鏈路的干擾情況。移動(dòng)終端T1與T2的服務(wù)基站分別是NodeBA與NodeB B。T1和T2分別通過(guò)在上行無(wú)線鏈路傳輸數(shù)據(jù)而獲得系統(tǒng)的服務(wù)。假設(shè)Node B A分配給T1用于上行傳輸?shù)淖虞d波集合為S1，Node B B分配給T2用于上行傳輸?shù)淖虞d波集合為S2，S1與S2的交集為S。如果S不是空集，如圖1（a）所示，Node B B在接收T2發(fā)送的上行信號(hào)時(shí)，在集合S內(nèi)的子載波將會(huì)同時(shí)收到T1發(fā)送的無(wú)線信號(hào)。因此，如何降低小區(qū)間的干擾，以提高系統(tǒng)的服務(wù)性能，特別是小區(qū)邊緣區(qū)域的性能，是OFDM系統(tǒng)中亟待解決的重要技術(shù)問題。

　　圖1 OFDM系統(tǒng)鏈路干擾分析

　　一、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的基本原理

　　目前關(guān)于OFDM系統(tǒng)中小區(qū)間干擾抑制技術(shù)的研究主要包括干擾隨機(jī)化、干擾消除、宏分集和干擾協(xié)調(diào)等[2]。其中，小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是討論的重點(diǎn)。

　　干擾協(xié)調(diào)又稱為“干擾避免”、“軟頻率復(fù)用”或“部分頻率復(fù)用”，是目前3GLTE正在考慮的方法之一[3]，該方法將頻率資源分為若干個(gè)頻率復(fù)用集。小區(qū)中心的用戶可以采用較低的功率發(fā)射和接收，相鄰小區(qū)的中心區(qū)域用戶即使占用相同的頻率也不會(huì)造成較強(qiáng)的小區(qū)間干擾，因此小區(qū)中心區(qū)域用戶被分配在復(fù)用因子為1的頻率復(fù)用集。而小區(qū)邊緣區(qū)域的用戶需要采用較高的功率發(fā)送和接收信號(hào)，有可能造成較強(qiáng)的小區(qū)間干擾，因此小區(qū)邊緣區(qū)域用戶被分配在頻率復(fù)用因子為N的頻率復(fù)用集。

　　小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)資源的有效分配，減小相鄰小區(qū)邊緣區(qū)域使用的資源在時(shí)間和頻率上的沖突，降低干擾數(shù)量級(jí)，提高信號(hào)的接收信噪比，從而提高系統(tǒng)小區(qū)邊緣的服務(wù)質(zhì)量，甚至整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

　　干擾協(xié)調(diào)的基本原理如圖2所示，其中（a）圖是頻率資源在空間上的分配方案，（b）圖是頻率資源的劃分方案[8,9]。

　　圖2 干擾協(xié)調(diào)基本原理

　　設(shè)S為OFDM系統(tǒng)所使用的帶寬內(nèi)所有子載波的集合，按照?qǐng)D2（b）的頻率資源劃分方案，S被等分成三個(gè)子集S1、S2和S3，并且這三個(gè)子集內(nèi)的子載波互不重疊。如圖2（a）所示，每個(gè)小區(qū)被劃分成內(nèi)外兩層，劃分的依據(jù)可以是無(wú)線鏈路的質(zhì)量等。子載波集S1、S2或S3分配到系統(tǒng)中的各小區(qū)，例如S1對(duì)應(yīng)小區(qū)1，S2對(duì)應(yīng)小區(qū)2，S3對(duì)應(yīng)小區(qū)3，等等。同時(shí)，在把Sn（S1、S2或S3）匹配到每一個(gè)對(duì)應(yīng)的小區(qū)時(shí)應(yīng)遵守一個(gè)原則：確保相鄰的三個(gè)小區(qū)匹配到的子集合組必須是S1、S2、S3的一個(gè)排列組合，即可以是（S1，S2，S3）、（S2，S3，S1）或（S3，S2，S1）等。

　　通過(guò)這樣的頻率資源劃分方法和頻率資源空間分配方案，可以確保相鄰小區(qū)的邊緣區(qū)域被分配到的子載波互不重疊，從而使處于該區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端受到的小區(qū)間干擾降到一個(gè)很低的程度，提高了小區(qū)邊緣的服務(wù)質(zhì)量。由此可見，干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的主要目的是提高系統(tǒng)對(duì)小區(qū)邊緣移動(dòng)終端的服務(wù)質(zhì)量。圖2所示是小區(qū)邊緣復(fù)用因子為3的情況。如果采用更高的小區(qū)邊緣復(fù)用因子（例如7、9等），可以進(jìn)一步降低小區(qū)間的干擾，但是會(huì)導(dǎo)致頻譜利用率的降低。

　　二、典型干擾協(xié)調(diào)方法

　　以上基本原理介紹的例子中僅僅考慮了將集合S等分成子集合S1、S2和S3的情況，而實(shí)際情況中。S的分割也可以是非等分的，即S1、S2和S3可以隨著時(shí)間的變化而變化。按照S的分割隨時(shí)間的變化關(guān)系，干擾協(xié)調(diào)技術(shù)可以分為：靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)、動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)和半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)[4]，以下分別進(jìn)行介紹。

　　1.靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)指集合S的分割不隨時(shí)間的變化而變化，也即Sn（S1、S2和S3）在系統(tǒng)的初始化階段就已經(jīng)確定，并且不會(huì)隨著傳輸時(shí)間間隔（TTI：TransmissionTimeInterval）的變化而變化。由此可見，在靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法中，每個(gè)小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的資源在整個(gè)時(shí)間軸上是固定不變的。如圖3所示，各小區(qū)C_n（n=1，2，3…，7）用于干擾協(xié)調(diào)的資源在TTI1、TTI m和TTI n上保持一致，沒有發(fā)生變化。

　　圖3  靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)簡(jiǎn)單易行，通過(guò)在系統(tǒng)初始化階段進(jìn)行頻率資源規(guī)劃再輔以一定的資源分配算法即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)間干擾的抑制。除了在系統(tǒng)初始化階段對(duì)整個(gè)OFDM系統(tǒng)進(jìn)行頻率資源分割時(shí)需要一些信令開銷外，在后續(xù)的過(guò)程中不需要NodeB之間或者NodeB和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）之間額外的信令開銷，這使靜態(tài)的干擾協(xié)調(diào)方法效率比較高。但它也存在明顯的缺點(diǎn)，例如當(dāng)OFDM系統(tǒng)內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載隨著時(shí)間的推進(jìn)而劇烈變化時(shí)，靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法顯得很不靈活；當(dāng)小區(qū)邊緣處于高負(fù)荷狀態(tài)而小區(qū)中央處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法帶來(lái)的小區(qū)邊緣性能提高也很有限。

　　2.動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)指集合S的分割隨時(shí)間的變化而變化，即Sn（S1、S2和S3）在系統(tǒng)的初始化階段確定后，隨著TTI的增加也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的變化。也就是說(shuō)，在動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法中，每個(gè)小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的資源都會(huì)隨著時(shí)間的變化而增加或者減少。如圖4所示，系統(tǒng)初始化階段的頻率資源分割確定了TTI1時(shí)各小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的子載波；在TTI2時(shí)，小區(qū)1用于干擾協(xié)調(diào)的資源減少了，小區(qū)2、4、6用于干擾協(xié)調(diào)的資源增加了，而小區(qū)3、5、7用于干擾協(xié)調(diào)的資源并沒有發(fā)生變化；在TTI3時(shí)，與TTI 2時(shí)的情況相比，小區(qū)1、3、5、7用于干擾協(xié)調(diào)的資源增加了，而小區(qū)2、4、6用于干擾協(xié)調(diào)的資源明顯減少。

　　圖4  動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　在動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法中，小區(qū)內(nèi)負(fù)載的分布或者變化促使各小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的資源發(fā)生變化，所以此方法可以很好地適應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載的變化。但是它也存在缺點(diǎn)，由于從集合S到S1、S2、S3的分割需要在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，不能在某一個(gè)小區(qū)單獨(dú)調(diào)整，這就需要NodeB之間或者NodeB和RNC之間額外的信令開銷；如果S的劃分在每個(gè)TTI內(nèi)都進(jìn)行，過(guò)多的信令開銷將導(dǎo)致系統(tǒng)效率的嚴(yán)重降低，對(duì)系統(tǒng)性能的提高甚至起負(fù)作用，同時(shí)每個(gè)TTI內(nèi)進(jìn)行S的分割也將增大系統(tǒng)的傳輸時(shí)延。

　　3.半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　考慮到靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法和動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，產(chǎn)生了半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法。在半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法中，集合S的分割也是隨時(shí)間的變化而變化，即Sn（S1、S2和S3）在系統(tǒng)的初始化階段確定之后，隨TTI的增加也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的變化，但是S分割的變化不像動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)方法中變化得那么頻繁，也不是在每個(gè)TTI都會(huì)發(fā)生變化，一般要經(jīng)過(guò)多個(gè)TTI才會(huì)進(jìn)行集合S到S1、S2、S3的重新分割。如圖5所示，系統(tǒng)初始化階段的頻率資源分割確定了TTI1時(shí)各小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的子載波；在TTIm時(shí)，各小區(qū)用于干擾協(xié)調(diào)的資源仍與TTI1一致，即在TTI 1～TTI m這段時(shí)間間隔內(nèi)沒有發(fā)生變化；而在ITI m+1時(shí)，小區(qū)1用于干擾協(xié)調(diào)的資源增加了，小區(qū)3、5、7用于干擾協(xié)調(diào)的資源減少了，而小區(qū)2、4、6的這部分資源并沒有發(fā)生變化。也就是說(shuō)集合S的這次分割發(fā)生的間隔為m個(gè)TTI。

　　圖5  半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方法可以看作是靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)與動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)的一個(gè)折衷，它融合了二者的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了它們的缺點(diǎn)。這種方法可以在一定程度上提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，尤其是小區(qū)邊緣的性能。

　　三、干擾協(xié)調(diào)方案舉例

　　前面介紹了干擾協(xié)調(diào)方法的基本原理和分類，下面將介紹兩種具體的干擾協(xié)調(diào)方案。

　　1.方案一

　　圖6給出了上、下行干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的一個(gè)完整方案[5]，這種方案可以認(rèn)為采用的是靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。整個(gè)頻域資源S在系統(tǒng)初始化階段被分割為N（考慮到系統(tǒng)的完全覆蓋，N=7或N=9）個(gè)互不相交的子集Sn（n=1，2，…，N），每一個(gè)Sn與一個(gè)扇區(qū)Cn相對(duì)應(yīng)，所有扇區(qū)都被劃分為內(nèi)、外兩層。在這種方案中，扇區(qū)的內(nèi)層區(qū)域頻率復(fù)用因子為1，外層頻率復(fù)用因子為N。

　　圖6  干擾協(xié)調(diào)方案實(shí)例1

　　由于該方案是一種靜態(tài)的干擾協(xié)調(diào)方法，所以存在和靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)同樣的缺點(diǎn)：①固定的頻域資源分割不能適應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載的分布隨著時(shí)間的變化而變化的情況；②固定的頻域資源劃分不能適應(yīng)小區(qū)中心負(fù)載低、小區(qū)邊緣負(fù)載高的情況；③未考慮扇區(qū)的內(nèi)、外層按照什么樣的原則劃分。

　　2.方案二

　　圖7是另一種干擾協(xié)調(diào)方案[6]，（a）圖給出了這種方案的頻率資源規(guī)劃方法，（b）圖給出了某次調(diào)度后三個(gè)毗鄰小區(qū)資源在小區(qū)邊緣的分配情況。

　　在小區(qū)劃分為內(nèi)、外兩層方面，本方案與前面干擾協(xié)調(diào)基本原理部分介紹的劃分方法一致。在小區(qū)的頻率資源規(guī)劃方面，如圖7（a）所示，假設(shè)整個(gè)頻率資源由15個(gè)小的傳輸塊Smn（m=1，2，3；n=1，2，3，4，5）組成，每5個(gè)小的傳輸塊組成一個(gè)傳輸塊組Sm（m=1，2，3），在資源分配時(shí)依次對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)。

　　圖7  干擾協(xié)調(diào)方案實(shí)例2

　　對(duì)于每一個(gè)小區(qū)來(lái)說(shuō)，它的內(nèi)層頻率復(fù)用因子還是可以為1，也就是可以分配Smn（m=1，2，3；n=1，2，3，4，5）中的任意資源。小區(qū)邊緣區(qū)域的資源分配規(guī)則，以小區(qū)1（C_1）為例，首先可以將S1n（n=1，2，3，4，5）中資源的分配給該區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端使用，如果C_1的邊緣區(qū)域負(fù)載比較高，它就可以從S2n（n=1，2，3，4，5）、S3n（n=1，2，3，4，5）中借用資源分配給該區(qū)域內(nèi)的終端使用。C_1從S2n（n=1，2，3，4，5）、S3n（n=1，2，3，4，5）中借用資源的順序?yàn)椋篠25、S35、S24、S34、S23、S33、S22、S32、S21、S31。其他小區(qū)（如C_2、C_3）的資源分配方式也是如此（包括小區(qū)的內(nèi)、外層區(qū)域）。

　　在圖7（b）中可以看到某次資源分配結(jié)束后，三個(gè)毗鄰小區(qū)的邊緣區(qū)域資源分配情況：C_3的邊緣區(qū)域滿負(fù)荷；C_2的邊緣區(qū)域輕度負(fù)荷；C_1的邊緣區(qū)域中度負(fù)荷。相鄰的小區(qū)邊緣在資源分配時(shí)會(huì)出現(xiàn)部分資源交疊的情況。

　　通過(guò)前面的分析可以看出，這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：①在某些情況下（比如一個(gè)小區(qū)邊緣負(fù)荷較高，毗鄰的兩個(gè)小區(qū)邊緣負(fù)載較低），可以提高小區(qū)邊緣的性能；②只需要在系統(tǒng)初始化時(shí)對(duì)集合S進(jìn)行分割，在這一點(diǎn)上類似于靜態(tài)的干擾協(xié)調(diào)方案。但是，如果毗鄰小區(qū)的邊緣區(qū)域負(fù)載狀況不像前面所說(shuō)的那樣匹配，由于依然有毗鄰小區(qū)干擾源的存在，小區(qū)邊緣性能的提高不是很明顯。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　未來(lái)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)頻譜效率的要求很高，因此期望頻譜復(fù)用系數(shù)盡可能地接近1。由此產(chǎn)生的小區(qū)間干擾問題是影響蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的重要問題。干擾協(xié)調(diào)技術(shù)作為一種有效的小區(qū)間干擾抑制技術(shù)，將會(huì)提高3GLTE系統(tǒng)的性能，特別是小區(qū)邊緣區(qū)域用戶的性能。