FFR与SFR的详细简介与比较

1、目录一、绪言21.1同频干扰21.2频率复用3二、LTE关键技术-ICIC62.1 概述62.2 ICIC技术产生背景72.3 部分频率复用（FFR）82.3.1 FFR发展历史82.3.2 FFR技术原理82.3.3 FFR的不足102.4 软频率复用（SFR）102.4.1 SFR技术原理112.4.2 SFR优势132.5 FFR和SFR的比较与总结14一、 绪言1.1同频干扰同频干扰：所谓同频干扰即无用的信号和有用的信号使用相同的载频，从而对需要接受有用信号的接收机产生的干扰。在涉及的频率复用技术中，基本上会受到同频干扰的影响。图1.同频干扰示意图如上图所示，频段一共被划分为A,B,C

2、,D,E,F,G七组。即七个小区形成一个簇，复用因子为7。而在这个簇外面有相同频率设置的其他簇，会对这个簇内的小区产生干扰，如图红字部分的A对用户的同频干扰。频率复用技术虽然提高了频谱效率。但当小区不断分裂使基站服务区不断缩小，同频复用系数增加时，大量的同频干扰将取代认为噪声和其他干扰，成为对小区通信指标的重要制约因数。这时系统将由噪声受限环境变为干扰受限环境。当载干比C/I(即期望收到的信号电平与非期望的信号电平比)小于一定值时，就会直接影响到手机的通话质量，严重则会产生用户掉话或无法建立呼叫连接。同频干扰保护比：指不同小区使用相同频率时，另一校区对服务小区干扰，C/I>=9dB,工程

3、中一般加 3dB余量，即要求 C/I>=12dB。邻频干扰保护比，指不同小区使用相邻频率时，另一小区对服务小区干扰。C/I>=-9dB，工程中一般加 3dB余量，即要求 C/I>=-6dB。 1.2频率复用频率复用(Frequency Reuse)是BELL LAB于1947年提出的概念，这个概念是蜂窝移动通信的基石。无线通信刚刚出现的时候采用的是大区制，也就是说一个城市只有一个基站，天线架设在很高的塔上，用很大的功率进行发射。后来随着用户数量的增加，大区制出现了信道不够的问题，频率复用技术就是在这种背景下出现的。由于电磁波在空间传播的衰减特性，一个频率在一个区域使用之后，在

4、离这个区域比较远的地方功率已经衰减了很多，干扰降低到可以接受的程度，于是这个频率就可以再用（reuse）一次，这个就是频率复用的概念。“频率复用”是中文的习惯翻译，已经被广泛接受，其实应该翻译为“频率再用”。与大区制相比，频率复用技术成倍地提高了系统容量，后来所有的移动通信都是基于频率复用技术的蜂窝系统1 。蜂窝技术的早期，频率复用因子（频率复用因子表示一个频率复用簇（Reuse Cluster）当中的频点的数量。）是比较大的。频率复用因子表示一个频率复用簇（Reuse Cluster）当中的频点的数量。复用因子越大，表示复用距离越大。第一代移动通信（AMPS)的复用因子为911，第二代移动通

5、信（GSM)的复用因子为47。在CDMA技术出现以后，由于CDMA技术的抗干扰的特性，普遍采用了复用因子为1，也称为普遍频率复用（Universal Frequency Reuse）和同频复用。同频复用被认为是CDMA的技术优势，这个观点在三代移动通信（UMTS, CDMA2000）上得到了加强和广泛传播，并以其巨大的认知惯性延续到了后3G, 如Flarion的Flash OFDM系统就采用了快跳频OFDM和同频复用作为基本技术框架。在GSM网络中频率复用就是，使同一频率覆盖不同的区域（一个基站或该基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域），这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离（称为同频复

6、用距离），以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内。根据GSM体制规范的建议，通常在无线网络规划中都采用4×3 频率复用方式，即4个基站区（每个基站分为3个120°扇形小区或60°三叶草形小区），12个扇形区为一小区群，即为一簇。这12小区使用的频率组是不一样的，所以需将整个频段分成12组，即对应的复用因子为12。这种频率复用方式由于同频复用距离大，能够比较可靠地满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求，使GSM网络运行质量好，安全性好。但同时会造成频率的复用程度的大幅度降低。图2.采用4*3的复用方式图2中，一共有4个基站，每个基站下面有三个小区，一

7、共12个小区形成一个簇。12个频率组轮流分到4个站点，每个站有三个频率可以使用。干扰情况如图3所示。图三 4*3的同频干扰图4. 1*3复用方式及干扰图4中采用的是1*3的复用方式，即只有三个频率组分配给一个簇的3个小区使用。这种方式的频率利用率较上面的4*3,3*3方式高，但可以看到同频干扰距离也减小了，即干扰量变大了。 合理的复用方式应该是如何在可用带宽和信干噪比之间寻找到到最佳值，从而最大限度的提升整个系统的容量，提升用户感知。 在以前的频率规划技术中，我们通过让不同小区使用不同的频率来避免同频干扰。这样虽然能够很好的避免干扰，却会极大的牺牲掉频谱资源。在频谱资源越来越稀缺，而用户的速率

8、要求却不断提高的现在，显然已经不再使用。为了追求更高的频率利用率，又能有效降低干扰，有的公司变提出了部分频率复用技术（Fraction Frequency Reuse）。二、 LTE关键技术-ICIC 2.1 概述小区间干扰协调（Inter Cell Interference Coordination，ICIC）是用来解决同频组网时，小区间干扰的技术。LTE采用的是正交频分复用（OFDM），将高速数据调制到各个正交的子信道上，可以有效减少信道之间的相互干扰（ICI）。但是这个正交只限于当前小区内的用户，而不同小区之间的用户会存在干扰，特别同频组网时小区边缘的干扰非常严重。为了消除小区间的干扰，

9、除了采用传统的加扰、调频等手段外，还可以采用小区间干扰协调（Inter Cell Interference Coordination，ICIC）技术。ICIC是为了保证系统吞吐量不下降，以及提高边缘用户的谱效率。ICIC的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。即静态ICIC的主要方式有2种：1）部分频率复用（Fractional Frequency Reuse，FFR）2）软频率

10、复用（Soft Frequency Reuse 2.2 ICIC技术产生背景同频干扰是在进行组网规划时需要解决的重要问题，因为干扰不像噪声一样是一个几乎固定的值。它可能由于发射机的发射功率和使用的频谱资源而改变。那么我们在追求高频谱利用率的目标下，去尽可能的减轻干扰才能更好的提升系统的吞吐量。下图简单介绍下下行的同频干扰 上图中，下行的同频干扰主要表现为不同的基站对同一个用户发射信号产生的干扰。如图中的用户1既接受到本服务小区1的有用信号，也接受来自基站2，3的干扰信号。当然这种干扰的形成是由于基站2和3同时使用了基站1给用户1发送信息的那段频率，如果基站2,3不使用自然也就不会有干扰。 对于

11、用户1来说，距离服务基站近，收到的有用信号的功率比干扰信号的功率大得多，根据香农公式尚能满足用户需求。而用户2处于小区的边缘，也就是各个基站的相互重叠区域。他接受到的有用信号的功率可能与干扰信号功率不相上下，这样就会造成严重的干扰，甚至掉话，当然我们这里先不考虑切换。这样就会导致小区边缘用户体验差，小区实际覆盖范围降低。我们知道LTE中小区内部用户之间的干扰，由于采用了OFDM，所以用户之间的干扰不存在，但是由于LTE同频组网，小区间的干扰严重。在以前的频率规划技术中，我们通过让不同小区使用不同的频率来避免同频干扰，这就是频率复用。这样虽然能够很好的避免干扰，却会极大的牺牲掉频谱资源。在频谱资

12、源越来越稀缺，而用户的速率要求却不断提高的现在，显然已经不再使用。2.3 部分频率复用（FFR）2.3.1 FFR发展历史众所周知，OFDM系统将取代CDMA作为后3G系统的多址技术。OFDM的优势在于它克服了CDMA的自干扰特性，可以实现更高的频谱效率。那么，如何设计OFDM的频率复用方案呢? 一个重要的派别认为OFDM应该做到同频复用，比如快跳频技术就是为了实现同频复用而采用的干扰平均化。也有一些学者认为OFDM也是一种频分多址（FDMA），其频率复用因子应该为3或者更大一些以抵抗同频干扰。不过这样一来，频谱效率就会降低，这也是CDMA支持者对OFDM的重点攻击方向。在这种情况下，一部分学

13、者主张采用折中技术：把频谱分成两个部分，一部分频谱用同频复用，复用因子为1，一部分频谱采用复用因子为3，这就是reuse partitioning,或者叫部分频率复用技术（Fractional Frequency Reuse).2.3.2 FFR技术原理与普通频率复用相比，部分频率复用是指在某些子频带上的频率复用因子为1，而在另外一些子频带上的频率复用因子大于1。基站根据分配的频段结合调度算法动态调度中心用户和边缘用户的使用频段。对于上行和下行来说，都是基站调度，没有本质的差别。从功率分配的角度看，有一个子频带被所有小区等功率使用（即频率重用因子为1），而其余子频带的功率分配在相邻小区间协调，

14、从而在每个小区创造一个小区间干扰较低的子频带，成为小区边缘频带。FFR的思想是系统将频率资源分为两个复用集，一个频率复用因子为1的频率集合，应用于中心用户调度，另一个频率复用因子大于1的频率集合，应用于边缘用户调度。如图 1所示，将系统带宽分成4份。小区中心复用因子为1,3个小区的边缘复用因子为3。3个小区的边缘分别使用不同图注表示。 图1 FFR示意图则终端在小区不同位置所使用的频率如图 2所示。通过保证小区边缘用户处于异频的状态，从而避免小区间的干扰。图2 FFR在小区不同位置频率图示解释：所有频率资源分为4组。小区中心的用户恒定分配固定的1组频段，频率复用因子为1。小区边缘的用户，分配剩

15、余的3组频段，频率复用因子为3，以保证其相邻小区边缘用户所用的频段相互正交。打个比方来说，也就是20M的带宽我现在把它分为4组，那么小区中心用户呢我给分配10M，剩下来的10M分别给分配为3等份，而对于不用的小区用这个3等份里面的一份，所以说对于这种方案来说，小区中心和边缘用户都没有一个满资源的说法，都只是占用了部分，对于整体的一个资源利用率是受影响的。2.3.3 FFR的不足 FFR通过减少带宽使用的灵活性可以很好的解决边缘用户之间的干扰，但是这样就不能适应用户分布不均匀的情况。如果用户基本集中在中心，这样就会造成边缘资源的浪费。因此，后面逐渐将中心用户的复用因为扩大到了1，但是在使用边缘资

16、源的时候只能具有次优先级。2.4 软频率复用（SFR）在FFR的基础上，华为提出了软频率复用（Soft Frequency Reuse）技术。为什么称之为“软频率复用”呢，因为相比于之前的方案更具有不定型性，小区的边缘资源和中心资源可以通过功率比的改变而变化。当然我们针对的是下行的情况。方案中将用户分为边缘用户和中心用户，频率也分为主子载波组和辅子载波组。主子载波组在全区域可用，辅子载波只在中心使用。上图中的蓝、红、绿就是辅子载波，一般为边缘使用。辅子载波和主子载波的功率比可以在0和1之间变化，相应的复用因子在3和1之间变化。2.4.1 SFR技术原理SFR的思想是系统将带宽分三份，如图 3所

17、示。三个小区，小区边缘分别使用1份，小区中心使用剩下的2份。小区中心频率复用因子为3/2，小区边缘频率复用因子为3。图3 SFR示意图例如，在小区1中， A+B部分只分配给小区中心，C部分频率首先分配给小区边缘，另外C部分剩余的频率也可以根据需要分配给小区中心使用。SFR和功率控制相结合，通过调节某些子频带上功率的方法，来控制和降低干扰。结合功率控制后，SFR对频带的划分如图 4所示。图 4 SFR频带划分 在小区边缘，采用高功率频带小区边缘用户路损大，使用边缘频带，可以分配较高的发射功率。小区边缘与邻区分配的频带不同，相互正交，干扰较小。在小区中心，采用低功率频带小区中心用户路损小，不需要使

18、用大功率发射。发射功率小且距离邻区距离又远，所以小区中心即使使用的频率和邻区相同，造成的干扰也非常小。在小区中心，采用高功率频带小区中心用户距离邻小区远，且频带与邻区边缘用户的正交，对邻区干扰小，在边缘频带有剩余时，可以分配给小区中心使用。由于该频带分配功率较高，可以采用高阶调制，提高传输速率，如图5所示。图 5 小区频带分布SFR终端在小区不同位置所使用的频率如图 6所示。结合功率控制，保证相邻小区边缘的用户处于于异频的状态，从而避免小区间的干扰。图 6 SFR在小区不同位置频率典型场景下小区边缘的最佳复用因子为3。所谓最佳，就是说在频率复用因子为3的时候，小区边缘的容量达到最大。这是因为，

19、增加复用因子，在减少了每小区可使用的带宽，但同时提高了信干比，在频率复用因子为3的时候达到最佳的折中，实现了容量的最大化。在这是一个非常重要的发现，因为它直接动摇了同频复用的理论基石。注意这里的前提是“小区内部的干扰被大部分消除”。软频率复用技术，其主要原则是：1. 可用频带分成三个部分，对于每个小区，一部分作为主载波，其他作为副载波。主载波的功率门限高于副载波。2. 相邻小区的主载波不重叠；3. 主载波可用于整个小区，副载波只用于小区内部经典SFR方案将系统频谱资源分为3个频段：1个高功率发射频段和2个低功率发射频段。由于路损较大，小区边缘用户限定只能使用高功率频段。为了提高频谱利用率，小区

20、中心用户可以使用整个频段，为了减少对相邻小区边缘用户的干扰，中心用户若使用相邻小区边缘频段需要低功率发射。由于中心用户路损较小，低功率发射并不会影响中心用户的通信质量。对任一小区，高功率频段在其相邻小区中正好是低功率频段，也即小区边缘用户可用频率正交。同样打个比方来说，带宽为15M，分为3个等份，每个等份为5M，那对于软频率复用来说，我用于小区中心的副载波我可以用到满带宽15M，或者是任何的带宽大小，而对于小区边缘用户来说，我只用到主频里面的5M带宽，来达到小区之间的干扰抑制。2.4.2 SFR优势可以看到，在软频率复用方案里面，一个频率不再是被定义为用或者不用，而是用功率门限的形势规定了其在多大程度上被使用，复用因子可以在13之间平滑过渡，这就是其得名的由来。与FFR相比，软频率复用没有机械地将频谱割裂成两个部分，而是用功率模版规定了其