业务流量的迅速增长要求进一步提高LTE的网络容量。一方面，典型LTE系统的频率复用因子为1，小区间干扰对系统性能有非常显著的影响；特别对于异构网络，在宏基站的覆盖范围内，部署多个同频的微基站，会带来更为严峻的小区间干扰。另一方面，MIMO多流数据的同时同频传输是提高小区中心用户数据速率的有效手段，而用户内多个数据流间的干扰也制约着MIMO复用技术能带来的实际性能增益。

为了降低小区间和数据流间的干扰，3GPP LTE系统研究并引入了多项基于发送端干扰协调的技术。同时，随着产业界基带处理能力的不断提升，从LTE Release 11开始，终端和基站干扰处理接收机的演进与增强发挥着越来越重要的作用。终端/基站的先进接收机能够在接收侧抑制或删除下行/上行信道的干扰，是提高系统吞吐量性能的有效手段。考虑实际系统中信道信息的量化误差和反馈时延，接收端一般能够获得比发送端更加准确和实时的信道信息，因而在干扰处理方面存在一定的优势。LTE Release 11到Release 13中，在终端和基站侧，引入了以下数据信道干扰处理的先进接收机：

·终端干扰抑制（MMSE-IRC，Minimum Mean Square Error-Interference Rejection Com-bining）接收机。

·基站干扰抑制（MMSE-IRC）接收机。

·基于网络辅助的终端干扰抑制/删除（NAICS，Network-Assisted Interference Cancella-tion and Suppression）接收机。

·终端内多个数据流间的干扰抑制/删除（Interference cancellation and suppression receiver for SU-MIMO）接收机。

以下将对这几种已定义接收机的原理、结构和性能增益进行详细介绍。

1.终端干扰抑制接收机

3GPP在LTE Release 11开展了终端干扰抑制（MMSE-IRC）接收机的相关研究^[10]和性能指标定义工作^[11]。在LTE Release 8到Release 10中，终端的基带解调性能指标是基于线性MMSE接收机来定义的，仅能抑制用户内的多个数据流间的干扰。相比之下，MMSE-IRC接收机是在空域进行干扰处理的有力手段，其不仅能抑制用户内流间的干扰，还能抑制小区间干扰，如图5-10所示，从而提升下行小区边缘和小区平均的频谱效率。

（1）接收机结构

r（k，l）为第k个子载波和第l个OFDM符号上的终端接收信号向量，其为有用信号H₁（k，l）d₁（k，l）、干扰信号H_j（k，l）d_j（k，l）（j＞1）和白噪声n（k，l）之和，即：

图5-10 终端MMSE-IRC接收机示意图

其中，d_j（k，l）代表N_Tx×1的发送信号向量；H_j（k，l），j={1，…，N_BS}为第j个小区到目标用户的N_Rx×N_Tx维信道矩阵。通过维的接收端加权矩阵W，可以在用户侧恢复出维的信号向量：

对于传统的MMSE接收机，其接收端加权矩阵可表示为：

其中，（k，l）为接收端根据导频估计得到的信道矩阵；滓²为噪声功率；P₁为服务小区的发送信号功率，即P₁=E[d₁（k，l）2]。

对于增强的MMSE-IRC接收机，其接收端加权矩阵可表示为：

其中，

，和R分别为接收端根据导频估计得到的信道矩阵和干扰协方差矩阵。若下行采用基于CRS的MIMO传输模式，则可在CRS所占的资源粒子上估计R，即：

类似地，若下行采用基于DMRS的MIMO传输模式，则可在DMRS所占的资源粒子上估计R，即：

式中，代表导频所占的资源粒子数目。

（2）性能增益

在3GPP开展的研究项目中，有多家公司对终端MMSE-IRC接收机的性能增益进行了链路级和系统级仿真评估，相关仿真参数、链路级干扰建模方法和系统级接收机建模方法参见文献[12]。由于各公司的算法实现有一定差异，仿真结果并不完全相同。整体上，对于小区边缘用户：链路级仿真中，终端MMSE-IRC接收机能带来1～2 dB的SNR性能提升、11%～33%的吞吐量增益，如表5-11所示；系统级仿真中，终端MMSE-IRC接收机能带来5%～25%的吞吐量增益^[12]。

表5-11 MMSE-IRC相对于MMSE的吞吐量增益

2.基站干扰抑制接收机

LTE Release 13中，正在研究制定基站干扰抑制（MMSE-IRC）接收机的性能指标^[13]。与终端侧类似，在LTE前期的版本中，基站的基带解调性能指标是基于线性MMSE接收机来定义的，仅能抑制用户内的多个数据流间的干扰。相比之下，MMSE-IRC接收机不仅能抑制用户内流间的干扰，还能抑制小区间干扰，如图5-11所示，从而提升上行小区边缘和小区平均的频谱效率。

图5-11 基站MMSE-IRC接收机示意图

（1）接收机结构

基站MMSE-IRC接收机的数学表达式与终端是基本对称的。考虑到实际系统上、下行空口设计的不同，会有一些实现层面的差别，包括：用于估计信道和干扰协方差的导频结构和图样（注：上行采用解调导频DMRS）、收发端的天线数目和配置等。

（2）性能增益

通过系统级仿真，可对基站MMSE-IRC相对MMSE接收机的频谱效率增益进行评估。采用3GPP典型的参数配置，对同构网络（仅有宏基站）和异构网络（同频的宏基站和微基站部署）两种场景分别进行评估。基本配置如下，详细的仿真参数表见文献[14]：(www.daowen.com)

·上行FDD系统，载频为2 GHz，10 MHz信道带宽。

·宏基站间的站间距为500 m，共57个扇区、并采用wrap around技术模拟干扰。

·每个宏基站内有4个微基站，采用文献[15]中的配置4b进行用户撒点。

·天线配置为交叉极化，相距0.5倍波长。

·采用Wishart分布的方法，在系统中建模基于实际DMRS进行MMSE-IRC协方差估计带来的误差，建模方法详见文献[12]。

图5-12展示了基站MMSE-IRC接收机带来的性能增益。可以看到，相对于MMSE接收机，MMSE-IRC接收机能够带来显著的小区平均和边缘频谱效率增益；性能增益随着接收天线数目的增多而增大；而且由于异构网络中的干扰情况更为严重，在相同接收天线数目下，异构网络中能够获得比同构网络更大的增益。

图5-12 基站MMSE-IRC接收机带来的性能增益

3.基于网络辅助的终端干扰抑制/删除接收机

前面介绍的终端MMSE-IRC接收机是在空域进行小区间干扰抑制，干扰协方差矩阵是通过服务小区的导频来估计的，不需要知道干扰信号的相关信息。为了进一步增强下行数据信道的吞吐量性能，LTE Release 12启动了基于网络辅助的终端干扰抑制/删除（NAICS）接收机的研究^[16]和标准定义工作^[17]。

一方面，相比于MMSE-IRC接收机，NAICS接收机能够获得额外的性能增益；另一方面，需要网络侧通过信令告知终端一些额外的干扰小区参数（注：干扰基站可能需要通过基站间的X2信令将相关参数传递给目标基站），同时，还要求终端通过盲检获取另外一些动态的干扰信号参数，从而进行增强的接收端小区间干扰处理。可以看到，NAICS先进接收机需基于网络的辅助，并且对终端处理能力提出了更高的要求。

（1）接收机结构

1）NAICS前期的性能评估主要基于以下4种候选接收机结构^[18]：

E-MMSE-IRC（Enhanced-MMSE-IRC，增强的干扰抑制接收机）

基于前述MMSE-IRC接收机进行增强，主要体现为增强的干扰协方差矩阵估计算法，即：对若干个强干扰小区到终端间的信道进行估计，进而计算得到更为准确的干扰协方差矩阵。其干扰协方差的计算如下，式中集合U代表需要实时进行信道估计的强干扰小区集合：

与MMSE-IRC相比，E-MMSE-IRC需要终端获知强干扰小区的导频信息以进行干扰信道估计，因此需要一些额外的信令支持或通过终端盲检来获得。

2）R-ML（Reduced complexity-Maximum Likelihood，降复杂度的最大似然算法）

基于最大似然准则，采用低复杂度算法实现有用和干扰小区调制符号的联合检测，例如球译码、QR-MLD等。为实现R-ML接收机，终端需要知道干扰小区信号的导频信息以进行信道估计，并知道干扰的调制方式以进行解调。

3）SL-IC（Symbol level-Interference cancellation，符号级干扰删除）

对干扰信号进行线性检测（例如采用MMSE-IRC）、重构并删除，可通过多次迭代提高精度，其基本流程如图5-13所示。与R-ML接收机类似，终端需要知道干扰小区信号的导频信息和调制方式等。

图5-13 终端SL-IC接收机的流程示意图

4）CW-IC（Code word level-Interference cancellation，码字级干扰删除）

对干扰信号进行线性检测、解调译码、编码重构并删除，也可通过多次迭代提高精度，其基本流程如图5-14所示。终端需要知道干扰小区信号的导频信息以进行信道估计，还要知道干扰的调制编码等级、HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求）的循环冗余RV（Redundancy Version，冗余版本）以进行解调和信道译码，并知道干扰小区用户的RNTI（Radio Network Temporary Identity，无线网络临时标识）信息以进行比特级解扰等。此外，还要求蜂窝网络是时间同步的。

图5-14 终端CW-IC接收机的流程示意图

（2）性能增益

在3GPP关于NAICS的研究项目中，多家公司对上述4种接收机的性能进行了评估，并得到以下结论^[18]：与Release 11 MMSE-IRC接收机相比，E-MMSE-IRC/R-ML/SL-IC/CWIC都能获得明显的性能增益；其增益的大小与干扰的强度有关，主干扰信号功率越强时，增益越大；SL-IC/R-ML一般能获得比E-MMSE-IRC更优的性能增益。

由于性能的角度看，E-MMSE-IRC获得的额外增益相对较小，因此后期的NAICS工作项目定义性能指标时，并未采用E-MMSE-IRC接收机。同时，CW-IC虽然获得优异的性能，但其所需获知的干扰信号信息也是最多的，考虑基站间和空口信令交互的实时性和开销等问题，NAICS WI阶段也并未采用CW-IC接收机。综上所述，经过性能和复杂度等多方面的评估，最终的NAICS先进接收机是基于R-ML和SL-IC接收机的^[19]。目前，NA-ICS的解调性能指标定义工作还在进行中。

4.终端内多个数据流间的干扰抑制/删除接收机

前面介绍的终端干扰抑制接收机、基站干扰抑制接收机、基于网络辅助的终端干扰抑制/删除接收机都用于处理小区间干扰。对于信道条件较好的终端，将有较大的比例采用空域多流传输，即SU-MIMO。由于实际系统非理想信道反馈和有限码本等因素，多个数据流间的干扰将直接影响SU-MIMO传输的性能^[20]。因此，为了提高SU-MIMO的吞吐量，3GPP也对终端内多个数据流间的干扰抑制/删除接收机进行了立项研究^[21]。

（1）接收机结构

与NAICS中小区间干扰抑制/删除不同的是，SU-MIMO层间干扰抑制/删除不需要额外的网络信令告知干扰信道的相关信息。这是因为基于既有标准，终端能够知道所有数据流的空口传输参数。因此，对于终端的流间干扰处理，不仅能利用前述的R-ML和SL-IC接收机，也能采用先进的CW-IC接收机。

（2）性能增益

图5-15对R-ML、CWIC与MMSE接收机的链路机性能进行了比较^[20]。其链路机仿真的基本配置为：下行2发2收、传输模式4、ETU 70 Hz信道、天线间相关性为中等。可以看到，数据层间的干扰抑制/删除接收机可以带来显著的性能增益。

图5-15 R-ML、CWIC与MMSE接收机的性能比较