WiMAX FFR技术解析（转）

一．概述

　　  根据WiMAX Forum的统计，在全球已经有135个国家的455个WiMAX网络进入商用。还有大量国家将陆续颁发WiMAX牌照。各个国家和地区所颁发的WiMAX牌照的带宽资源都是不同的，有些国家牌照所包含的带宽资源很丰富，如瑞典在2.5GHz频段颁发了50MHz的TDD频点，日本颁发的牌照具有30MHz带宽；有些国家牌照所包含的带宽资源却很少，如印度只有20MHz带宽，新加坡某运营商只有12MHz带宽等。当WiMAX带宽资源非常有限，如何最大化利用频率资源，提供最佳的容量和覆盖性能的移动蜂窝网络是运营商期望中兴通讯提供的解决方案。

　　  频率资源少导致的直接后果是同频小区干扰。同频小区之间干扰(Inter cell interference，ICI)是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，是频率复用的必然产物。和其他蜂窝通信系统一样，移动WiMAX系统蜂窝组网在网络规划时也需要确定频率复用模式，并进行频率规划。

蜂窝移动系统中频率复用方式常用（C×N×S）进行定义，其中C为每簇中的基站数，N是频率复用的总信道（或信道组）数，S是每基站的扇区数。当运营商WiMAX频率资源丰富时，采用的主要频率复用方式为3（1×3×3）或者6（2×6×3）。当频率资源不丰富时，如仅仅1个10MHz，如何蜂窝组网？有以下三个选择，

♦　 同频组网的方式，1×1×3

♦　 PUSC 3 Segment，1×3Segment×3

♦　 部分频率复用技术（Fractional Frequency Reuse: FFR）

　　  同频组网1×1×3方式在小区边界处干扰太大，无法接收到有用信号；PUSC 3 Segment 的频谱利用率低，吞吐量很难保证。

　　  FFR技术可以同时满足覆盖和容量的需求，下面将重点讨论中兴通讯的WiMAX部分频率复用技术（Fractional Frequency Reuse: FFR）。

二．部分频率复用技术FFR
　　　部分频率复用技术（FFR）的原理是根据各种终端的信道条件和干扰情况（通常跟终端的位置有关）采用不同的频率复用系数。将所有子载波分成若干复用组，不同的复用组可以实现不同的复用系数。如果终端适合工作在复用系数为3的环境下，则分配给该终端复用系数是3的复用组；如果工作在复用系数为1的环境下，则分配给该终端复用系数是1的复用组。更灵活的FFR方法是对不同的子载波组采用不同的发射功率控制，以进行小区间协调。

　　  FFR技术又可以通过“静态”的和“动态”的两种方式实现。静态方式下，终端采用的频率复用系数是相对固定的，与终端的“位置”对应。终端测量下行相邻小区（扇区）的干扰，并将结果报告给基站。基站则可以根据干扰的情况分配给该终端适当的频率复用系数。

　　  静态方法的问题是，每个复用组中的子载波数是一定的，难以应付各种不同的部署场景和业务流量分布。此时就需要采用动态的FFR方法，即终端所处的复用集是不断刷新的。这种动态的调度综合考虑了用户QoS的要求、小区间干扰避免和公平性原则。动态FFR要求基站能即时的获得每个复用集的信道质量信息（CQI），因此比较复杂。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图1部分频率复用FFR

　　  上图是一种典型的FFR方式，F1、F2和F3代表在相同频率中的不同的子信道的子集。在这种频率配置下，扇区中心用户采用复用系数1使得频谱效率最大，扇区边缘用户采用部分频率复用保证服务质量和吞吐量，系统采用部分频率复用的目标是整体频谱效率优于复用系数1和复用系数3的情况。

FFR技术通过对系统资源的有效分配, 减小相邻小区边缘区域使用的资源在时间和频率上的冲突, 降低干扰数量级, 提高信号的接收信噪比, 从而提高系统小区边缘的服务质量, 甚至整个系统的服务质量。

三． ZTE WiMAX FFR解决方案
　　  中兴通讯WiMAX解决方案，主要考虑两种方式，频分方式FFR和时分方式FFR。下面首先介绍频分方式FFR。

　　　频分方式FFR

　　  在频分方式FFR中，频率资源的划分如下图所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

　　

图2 频分方式FFR的频率资源划分方式

　　  在频分方式FFR方式将频率资源划分为一个重用集合Reuse3，包括子带。相邻扇区Sector1、Sector2、Sector3分别选择Reuse3集合中子带、、分配较高发射功率，其余两个子带分配较低功率 ,且满足条件。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图3 在频分方式FFR中，相邻扇区频率资源分配方式

　　　 上图为在频分方式FFR中，相邻扇区频率资源分配的方式。首先将每个扇区划分为内环区域和外环区域，然后为外环区域分配Reues3集合中功率对应的子带资源，最后为内环区域分配Reues3集合中功率对应的子带资源。

在频分方式FFR中，基站根据用户反馈的子带SINR值进行内外环用户判断。



　　　 时分方式FFR

时分方式FFR的时-频资源的划分如下图所示，下行子帧支持两个ZONE，第一个是PUSC 1/3，第二个是PUSC all。小区中央用户调度在PUSC all，小区边缘用户调度在PUSC 1/3，所以可以采用单频点组网，一定程度提高频谱效率。

　　　　　　　　　　　　　　 



图4在时分方式FFR中，时-频资源划分方式



　　  在时分方式FFR中，时-频资源划分为Reuse3Zone和Reuse1Zone。Reuse1Zone采用PUSC all sub-channels方式，相邻小区Cell A、Cell B、Cell C都可以使用Reuse1Zone；而Reuse3Zone则采用PUSC分Segment组网方式，相邻小区Cell A、Cell B、Cell C分配的Reuse1Zone频率资源互相正交。

Reuse3Zone的子载波发射功率值要明显高于Reuse1Zone的子载波发射功率值。

　　  与频分方式FFR相同，在时分方式FFR中，基站根据用户反馈的子带SINR值进行内外环用户判断。

四．FFR性能分析
　　  FFR实现了频率复用系数为1的组网方式，通过仿真和测试，ZTE WiMAX FFR解决方案与1×1×3和1×3Segment×3的组网方式相比有以下优点：

♦　 时分方式FFR覆盖与1×3Segment×3相同；

♦　 频分方式FFR的覆盖性能要优于1×1×3组网方式，但要比1×3Segment×3模式的覆盖性能差，当内环发射功率下降较多时，频分方式FFR的覆盖效果等 同于1×3Segment×3模式；

♦　 时分方式与频分方式FFR方式下，整体频谱效率要远高于1×3Segment×3组网方式，与1×1×3组网方式类似；

　　  通过以上分析，综合考虑覆盖和吞吐量，FFR的性能要好于1×3Segment×3和1×1×3方式。

 

　　  中兴通讯WiMAX FFR技术采取内外环用户采用不同频率复用的方式，避免了干扰，提高小区边缘性能，实现了频率复用系数为1的组网方式，帮助运营商解决了频率资源有限的情况下，蜂窝网络的覆盖和吞吐量性能。

　　  通过提供性能卓越产品，中兴WiMAX已经树立起了业界的领先地位。2009年，ZTE在年全球市场已经建立超过40个的移动WiMAX商用和实验局，遍布美洲、非洲、亚洲、欧洲。中兴通讯全系列WiMAX产品是运营商建设WiMAX卓越网络的最佳选择。