一種準動態(tài)ICIC干擾協(xié)調(diào)方案

河南工程學(xué)院電氣信息工程系 蔣 威

1.引言

現(xiàn)有的蜂窩移動通信系統(tǒng)（如3G系統(tǒng)）提供的數(shù)據(jù)率在小區(qū)中心和小區(qū)邊緣有很大的差異，不僅影響了整個系統(tǒng)的容量，而且使用戶在不同的位置得到的服務(wù)質(zhì)量有很大的波動。因此，目前正在研發(fā)的新一代寬帶無線通信系統(tǒng)，都不約而同地將提高小區(qū)邊緣性能作為主要的需求指標之一。在小區(qū)邊緣地帶，性能受小區(qū)間干擾的影響較大，又由于其物理層技術(shù)本身沒有小區(qū)間干擾抑制的機制，如果頻率復(fù)用因子N=1，會導(dǎo)致小區(qū)間的干擾水平增大，特別是位于小區(qū)邊緣的用戶的性能會受到極大損失。為提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率，必須有效減輕小區(qū)間干擾，而干擾協(xié)調(diào)是一種有效減輕小區(qū)間干擾的有效方法。

2.干擾協(xié)調(diào)技術(shù)及算法

干擾協(xié)調(diào)有時稱為干擾避免，其方法很多，但基本原理都是對上下行資源管理設(shè)置一定的限制，以協(xié)調(diào)多個小區(qū)的動作，避免產(chǎn)生嚴重的小區(qū)間干擾。這種限制可以是對資源調(diào)度的限制，也可以是對某個資源塊內(nèi)發(fā)射功率的限制，在一定程度上可以說是通過犧牲小區(qū)中心用戶的性能，來改善小區(qū)邊緣用戶的性能。

具體而言，ICIC以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對各個小區(qū)中無線資源的使用進行限制，包括限制時頻資源的使用或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率等，以保證在系統(tǒng)吞吐量不下降的情況下盡可能提高邊緣用戶的頻譜效率。

按照資源調(diào)配靈活程度，在TDHSPA系統(tǒng)中小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)可分為靜態(tài)協(xié)調(diào)、動態(tài)協(xié)調(diào)。

2.1 靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法

靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法通過在時間上或者空間上錯開調(diào)度形成強干擾的用戶，從而避免了網(wǎng)絡(luò)間強干擾的產(chǎn)生，主要解決小區(qū)間的強干擾對用戶性能的影響，強干擾一旦得到控制，對小區(qū)邊緣用戶的性能有較大幅度提升。靜態(tài)干擾控制算法設(shè)計分為TIC（時間干擾協(xié)調(diào)）和SIC（空間干擾協(xié)調(diào)）算法，分別從時間上和空間上錯開調(diào)度相鄰小區(qū)的用戶。靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法具體實施就是不管任何情況都從時間和空間上錯開調(diào)度，當全網(wǎng)中心用戶性能好而邊緣性能差，且全網(wǎng)負載適當時，靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)的性能較好。當全網(wǎng)負載不均勻造成有些小區(qū)邊緣用戶較少，或者全網(wǎng)性能很差時，實際上會給系統(tǒng)帶來負面影響。

2.2 動態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法

動態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法由于考慮了鄰小區(qū)的干擾特性，其性能要好于靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)。但在TD-HSDPA系統(tǒng)中，動態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法需要從Iub口傳遞鄰小區(qū)相關(guān)信息，然而，Iub口延遲過大，導(dǎo)致在現(xiàn)網(wǎng)中無法實現(xiàn)。

針對在動態(tài)ICIC干擾協(xié)調(diào)中，Iub口延遲過大，無法及時獲得鄰區(qū)信息從而調(diào)整本小區(qū)，而靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)只適用于負載均勻的場合，文章引入了一種準動態(tài)干擾協(xié)調(diào)方案。

3.TD-HSPA準動態(tài)ICIC干擾協(xié)調(diào)方案

文章給出一種綜合考慮小區(qū)負載不均勻和小區(qū)用戶業(yè)務(wù)變化的情況下的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。通過測量本小區(qū)的一些能夠表征干擾的變化情況的關(guān)鍵參數(shù)，當邊緣用戶性能惡化時，打開小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能；當本小區(qū)的干擾環(huán)境變好，關(guān)閉小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能。

為了達到上述目的，本方案提到的準動態(tài)ICIC的步驟包括的進入步驟和ICIC的退出步驟。

3.1 ICIC的進入

ICIC的進入步驟流程如圖1所示。

具體步驟解釋如下：

步驟一：當系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時，各基站根據(jù)預(yù)設(shè)的時隙分配策略，為各小區(qū)配置干擾協(xié)調(diào)功能打開之后的時隙資源，這里的關(guān)于時隙分配策略僅在該小區(qū)干擾協(xié)調(diào)功能打開時使用；

步驟二：當本扇區(qū)的UE有GBR保證時，轉(zhuǎn)入步驟三。當本扇區(qū)的UE無GBR保證時，則轉(zhuǎn)入步驟四；

步驟三：當中心用戶GBR不滿足率大于門限不進入干擾協(xié)調(diào)，當中心用戶GBR不滿足率小于等于一個門限時，轉(zhuǎn)入步驟五；

圖1 ICIC進入流程圖

圖2 各扇區(qū)特殊時隙安排

圖3 ICIC的退出流程圖

步驟四：計算小區(qū)中所有UE的SIR，利用小區(qū)中所有UE的SIR計算該小區(qū)的Gini系數(shù)。把該Gini系數(shù)與門限比較，當Gini系數(shù)大于門限時，打開該小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能，否則不打開該小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能；

步驟五：邊緣用戶GBR不滿足率大于門限則該打開該小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能，否則，不打開干擾協(xié)調(diào)功能。

（1）Gini系數(shù)的計算

在ICIC的進入步驟中，Gini系數(shù)的步驟具體如下：

1）設(shè)UE的SIR分別為Sir1，Sir2，…，SirN，有Min=min(Sir1,Sir2,...,SirN)，如果Min≤ 0，則有：

如果Min≥0，則有：

2）在邊長為1的正方形中，按小到大畫出以下N點：p1,p2,...,pN，連接這N點，再與原點p0=(0,0)連接起來；畫出正方形的左下角與右上角的對角線，該對角線與上述N點連接成的曲線構(gòu)成一個封閉區(qū)間，該區(qū)間面積為STotal；Gini=STotal/(1/2)，其中1/2為下三角的面積，即Gini=2*STotal，基尼系數(shù)最大為1，最小為0，具體計算步驟如下：

上述公式計算的B值是計算曲線下方與X軸圍成區(qū)域的面積。由于該區(qū)域由若干個梯形組成，故求和符號里面是梯形面積的公式。因此Gini=2*(1/2－B)＝1－2B。可以通過仿真選擇適當?shù)拈T限值。

（2）TIC算法

在ICIC進入步驟中提到的，小區(qū)進入ICIC之后的操作采用TIC算法，每個扇區(qū)有其固定的特殊TTI，在特殊TTI到來時，優(yōu)先調(diào)度邊緣用戶，并提高發(fā)射功率。非特殊TTI則不調(diào)度邊緣用戶，調(diào)度中心用戶，并降低中心用戶發(fā)射功率。具體的各扇區(qū)的特殊時隙安排如圖2所示。

3.2 ICIC的退出

對已經(jīng)進入ICIC的小區(qū)進行ICIC的退出步驟流程圖如圖3所示。

具體步驟解釋如下：

步驟一：判斷當前小區(qū)用戶數(shù)是否小于門限值，當小于門限值時退出ICIC，否則不退出；

步驟二：當前小區(qū)邊緣用戶數(shù)是否為0，如果為0則退出ICIC，否則不退出；

步驟三：統(tǒng)計小區(qū)中心用戶的GBR不滿足率，當GBR不滿足率大于預(yù)設(shè)門限時，則執(zhí)行步驟四，否則不退出；

步驟四：檢查保護定時器，當保護定時器超時時，則退出ICIC，否則不退出。

本文從與調(diào)度相結(jié)合的角度出發(fā)，提出了一種準動態(tài)干擾協(xié)調(diào)方案，并進行了系統(tǒng)級的仿真研究，在保證LTE系統(tǒng)中頻譜復(fù)用盡可能接近1的情況下，減少或抑制了小區(qū)間干擾的產(chǎn)生，從而在盡量保證系統(tǒng)整體性能的前提下極大地提升了小區(qū)邊緣用戶的性能。

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