一種基于過渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法

魏 巍

[摘要]文章提出了一種基于過渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，通過小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、時頻資源劃分和上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃三個部分，詳細(xì)闡述了該方案的實(shí)現(xiàn)。該方案能有效提高整個網(wǎng)絡(luò)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

[關(guān)鍵詞]ICIC過渡區(qū)平均用戶吞吐量小區(qū)邊緣用戶吞吐量

為了解決小區(qū)覆蓋及小區(qū)邊緣用戶的吞吐量問題，在新一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中可能會引入很多新的節(jié)點(diǎn)(諸如Pico、家庭基站、Femto、中繼等)，這些新節(jié)點(diǎn)的引入將改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。眾所周知，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中可以通過減小小區(qū)的覆蓋半徑來有效地改善頻譜效率，但同時也引入了干擾。因此本文提出一種基于過渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，通過引入過渡區(qū)，將網(wǎng)絡(luò)中有小區(qū)間干擾的區(qū)域劃分為內(nèi)層區(qū)域、過渡區(qū)和外層區(qū)域，在有效地降低小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)開銷的前提下，通過盡可能地提高過渡區(qū)的發(fā)射功率來提高過渡區(qū)的平均用戶吞吐量，進(jìn)而提高整個網(wǎng)絡(luò)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

1小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)概述

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC，Inter-Cell Interference Coordination)是一種通過考慮小區(qū)間干擾來增強(qiáng)小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)率的調(diào)度策略。主要來說，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)意味著通過小區(qū)內(nèi)的調(diào)度器對上行鏈路和下行鏈路的資源進(jìn)行確定的約束來控制小區(qū)間干擾。通過約束一個小區(qū)中頻譜部分的發(fā)射功率，使鄰小區(qū)在該頻譜部分的干擾得到降低，該頻譜部分隨后能被用于鄰小區(qū)中為用戶提供更高的數(shù)據(jù)率。實(shí)際上，在小區(qū)的不同部分會采用不同的頻率重用因子。

為了達(dá)到小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的目的，主要通過三個步驟來實(shí)現(xiàn)：

(1)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：引八分層的結(jié)構(gòu)，對不同的層采用不同的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法；

(2)小區(qū)的時頻資源劃分：將時頻資源劃分為若干子集，每個小區(qū)占用一個或多個子集的時頻資源用于小區(qū)邊緣用戶的數(shù)據(jù)和信令傳輸；

(3)小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃：小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的不同子層下，小區(qū)間的干擾級也有很大的不同。因此，必須對小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率進(jìn)行合理的規(guī)劃，以適應(yīng)小區(qū)不同區(qū)域、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的不同子層下ICIC的需求，以便于在高的頻譜利用率下盡量提高小區(qū)平均吞吐量，特別是小區(qū)邊緣吞吐量。

如圖1所示，在小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)解決方案中，小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃引入了分層的結(jié)構(gòu)，即：不存在小區(qū)間干擾的內(nèi)層區(qū)域和存在小區(qū)間干擾的外層區(qū)域。圖1中的中心小區(qū)C-1，與其相鄰的兩層的小區(qū)都會對其產(chǎn)生干擾，因此，在小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的外層區(qū)域中，將包含與C-1相鄰的所有干擾小區(qū)。

實(shí)際上，盡管圖1中與C一1相鄰的所有小區(qū)都會對其產(chǎn)生干擾，但是干擾信號級可能會存在很大的差異，如果將所有的干擾小區(qū)都放在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的外層區(qū)域，會存在很多的問題：

(1)擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中外層區(qū)域的范圍，即需要進(jìn)行ICIC的區(qū)域，給ICIC帶來了更大的系統(tǒng)信令開銷；

(2)小區(qū)間存在小區(qū)間干擾的外層區(qū)域的時頻資源需要正交，但網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中外層區(qū)域范圍的擴(kuò)大，將使外層區(qū)域所占用的時頻資源加大，給時頻資源的正交帶來更大的困難；

(3)沒有考慮到所有干擾小區(qū)的干擾信號級的差異，使小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃的靈活性降低。

2基于過渡區(qū)的解決方案

為了解決上述問題，本文提出基于過渡區(qū)的ICIC解決方案。該方案包括如下的內(nèi)容：

2.1小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

通過引入兩個區(qū)域劃分閾值，即內(nèi)層與過渡區(qū)的劃分閾值THIT、過渡區(qū)與外層的劃分閾值THTO，將網(wǎng)絡(luò)劃分為三個區(qū)域：內(nèi)層區(qū)域、過渡區(qū)區(qū)域、外層區(qū)域。圖2顯示了引入過渡區(qū)后的新的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：

在基于過渡區(qū)的新的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，將與當(dāng)前基站相鄰的所有干擾小區(qū)通過上述的兩個閾值分別放置在過渡區(qū)區(qū)域和外層區(qū)域。被放置在外層區(qū)域的干擾小區(qū)，干擾信號級非常強(qiáng)，對小區(qū)間干擾非常敏感，也稱為小區(qū)間干擾的極敏感區(qū)域；被放置在過渡區(qū)區(qū)域的干擾小區(qū)，干擾信號級相對外層區(qū)域較弱，對小區(qū)間干擾較敏感，也稱為小區(qū)間干擾的次敏感區(qū)域。

新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下有如下優(yōu)點(diǎn)：將所有的干擾小區(qū)根據(jù)干擾信號級進(jìn)行分別處理，有利于在整個網(wǎng)絡(luò)中充分考慮干擾小區(qū)的差異給ICIC帶來的影響。

2.2小區(qū)的時頻資源劃分

在基于過渡區(qū)的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，對小區(qū)的時頻資源進(jìn)行了重新劃分，如圖3所示。首先，對于單小區(qū)。將全部的時頻資源劃分為三個部分，分別應(yīng)用于內(nèi)層區(qū)域、過渡區(qū)區(qū)域、外層區(qū)域，分別稱為小區(qū)間干擾不敏感時頻資源、小區(qū)間干擾次敏感時頻資源、小區(qū)間干擾極敏感時頻資源。其次，整個網(wǎng)絡(luò)的時頻資源規(guī)劃中，原有的相鄰小區(qū)的外層時頻資源的正交變更為多種類型的時頻資源正交方式，即，小區(qū)間干擾不敏感時頻資源與小區(qū)間干擾極敏感資源的正交、小區(qū)間干擾次敏感時頻資源與小區(qū)間干擾極敏感資源的正交等等。

新的小區(qū)時頻資源劃分有如下的優(yōu)點(diǎn)：時頻資源的正交方式增加，有利于提高小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的有效性；在所有小區(qū)通過上層接口協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域的資源時，只需要極小的系統(tǒng)信令開銷，例如，在上層接口中只需要傳輸兩個閾值之間的最大的差以及使用較低閾值的最大帶寬部分就可以達(dá)到目的。

2.3小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃

在新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，由于只有外層區(qū)域的小區(qū)間干擾的極敏感區(qū)域的干擾信號級較強(qiáng)，因此，在小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃中，可以對三個分層分別進(jìn)行小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率控制。例如，對于內(nèi)層區(qū)域的小區(qū)間干擾不敏感區(qū)域，可以采用滿功率發(fā)射及全路損補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行功率控制，確保小區(qū)核心區(qū)域的用戶平均吞吐量；對于過渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域，由于小區(qū)間干擾信號級相對較弱，因此，可以在確保服務(wù)質(zhì)量的前提下，盡可能地提高發(fā)射功率，進(jìn)而有效地提高過渡區(qū)區(qū)域的用戶平均吞吐量；對于外層區(qū)域的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域，由于小區(qū)間干擾信號級較強(qiáng)，因此。在確保有效降低小區(qū)間干擾的前提下，對上行鏈路發(fā)射功率進(jìn)行有效的控制，以利于提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

新的小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：確保內(nèi)層區(qū)域用戶的平均吞吐量，盡可能提高過渡區(qū)區(qū)域用戶的平均吞吐量，有效保障外層區(qū)域小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。3結(jié)論

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)主要是一種考慮了鄰小區(qū)狀態(tài)的調(diào)度策略，這也就決定了它的使用不會影響整網(wǎng)的核心部分，并且ICIC只放置于小區(qū)的邊緣區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率不會顯著降低。

基于過渡區(qū)的ICIC解決方案，通過引入兩個區(qū)域劃分閾值，將小區(qū)劃分為內(nèi)層的小區(qū)間干擾不敏感區(qū)域、過渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域、外層的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域，不同的區(qū)域占用不同的時頻資源，并且使用不同的上行鏈路功率控制策略。該方案具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)將網(wǎng)絡(luò)中的所有干擾小區(qū)進(jìn)行分類處理，放置于不同的區(qū)域，有利于在整個網(wǎng)絡(luò)中充分考慮干擾小區(qū)的差異給小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)帶來的差異；

(2)不同的區(qū)域占用不同的時頻資源，同時由于過渡區(qū)資源的引入，增加了資源正交的方式，有利于提高小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的效果；

(3)在所有小區(qū)通過上層接口協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域的資源時，只需要極小的系統(tǒng)信令開銷就可以達(dá)到目的：

(4)對于不同的分層采用不同的上行鏈路功率控制策略，有效提高小區(qū)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

基于過渡區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中引入的兩個閾值允許主動和被動兩種方式的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，即：相鄰小區(qū)通過時頻資源的正交，避免了外層小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域時頻資源重復(fù)使用，避免了過多的干擾；同時，當(dāng)用戶處于過渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域時，可以不通過小區(qū)間的協(xié)調(diào)就能降低干擾，減少了系統(tǒng)協(xié)調(diào)時的信令開銷。如果外層的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域經(jīng)過ICIC后其干擾仍然比過渡區(qū)與外層劃分閾值高，那么可以通過小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式進(jìn)一步降低小區(qū)間干擾。