聯(lián)合HII和OI的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案*

孫彥超 ， 李校林 ，2， 李大龍

(1.重慶郵電大學(xué),重慶400065；2.重慶信科設(shè)計有限公司,重慶400065)

3GPP LTE[1]上行鏈路采用SC-FDMA方案，有效避免了小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾，小區(qū)間干擾不能避免。因此有效的ICIC技術(shù)具有重要的研究意義。上行ICIC通過在同一個TTI內(nèi)協(xié)同管理頻率和功率資源實現(xiàn)[2-3]。在頻率資源方面，SFR方案中邊緣用戶可用帶寬只占系統(tǒng)帶寬的1/3，不能滿足更多的用戶。因此基于HII[4]的SFR改進方案被廣泛研究。HII用于指示相鄰小區(qū)的下一步調(diào)度對目標小區(qū)的干擾情況。目標小區(qū)接收到相鄰小區(qū)的HII后，根據(jù)目標小區(qū)中心資源分配情況，找到空閑的且不會受到相鄰小區(qū)較大干擾的資源塊，將邊緣過載的用戶分配到這部分資源塊上[5]，能夠有效緩解小區(qū)邊緣的阻塞問題，提高系統(tǒng)吞吐量。在功率控制方面，3GPP規(guī)定了OI[4]用于小區(qū)間功率控制。大量文獻對如何觸發(fā)OI指示和觸發(fā)OI指示之后基站的行為進行了研究[6]。目前絕大部分對HII和OI的研究都是獨立進行的。典型的如參考文獻[7]將HII和OI用于一種半靜態(tài)的ICIC方案中，優(yōu)先處理HII，再判斷是否觸發(fā)OI。而參考文獻[8]提出一種聯(lián)合HII和 OI的上行干擾協(xié)調(diào)方法,通過接收相鄰小區(qū)的HII和OI，進行頻率和功率調(diào)整。以上方案并未考慮到對HII和OI處理的協(xié)調(diào)性,導(dǎo)致系統(tǒng)吞吐量較低。

本文提出一種新的聯(lián)合HII和OI的ICIC方案。本方案首先根據(jù)目標小區(qū)接收到的HII和OI，判斷目標小區(qū)中心需要調(diào)整PRB分配的用戶和需要調(diào)整發(fā)射功率的用戶，并確定可復(fù)用的PRB;根據(jù)不同的邊緣負載情況分配頻域資源;調(diào)整需調(diào)整發(fā)射功率的中心用戶發(fā)射功率;仿真驗證了所提方案的有效性。

1 系統(tǒng)模型

在LTE上行多用戶FDMA系統(tǒng)中，無線資源分配的最小單位為PRB，PRB在頻域上由12個連續(xù)的子載波組成，在時域上為一個TTI。SINR是衡量小區(qū)間干擾方案有效性的重要標準。第k個小區(qū)的用戶m在PRB n上的SINR計算公式為：

其中 Pmn為用戶 m在 PRB n上的發(fā)射功率，βmk為用戶m到k小區(qū)基站的信道增益情況(包括路徑損耗、陰影衰落、快衰落等)，N0為熱噪聲，A(n)為使用 PRB n的所有用戶的集合，i表示相鄰小區(qū)使用PRB n的干擾用戶，Pin表示干擾用戶在PRB n上的發(fā)射功率，βik表示干擾用戶i到目標小區(qū)k的信道增益情況。

假設(shè)系統(tǒng)存在L個小區(qū)，共有N個PRB，M個用戶，每個激活的用戶最多只分配 1個PRB，B為 1個PRB的帶寬 (180 kHz)，采用用戶吞吐量，IoT為衡量ICIC方案有效性的標準。其中用戶m在PRB n上的吞吐量為：

用戶m在PRB n上的IoTmn計算公式為：

2 聯(lián)合HII和OI的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案

本文提出的聯(lián)合HII和OI的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案主要考慮了對HII和OI處理的協(xié)調(diào)性。新方案包含的主要內(nèi)容有以下兩個方面：

(1)確定需調(diào)整PRB分配的用戶和需調(diào)整發(fā)射功率的用戶

根據(jù)目標小區(qū)接收到的HII、OI以及目標小區(qū)中心用戶使用PRB的情況，目標小區(qū)的用戶所使用的帶寬可分為10種PRB集合：

①小區(qū)中心用戶使用，HII為1且OI為11的PRB；

②小區(qū)中心用戶使用，HII為 1且 OI為 10或 00的PRB；

③小區(qū)中心用戶使用，HII為0且OI為11的PRB；

④小區(qū)中心用戶使用，HII為 0且 OI為 10或 00的PRB；

⑤小區(qū)用戶未使用，HII為1且 OI為11的 PRB；

⑥小區(qū)用戶未使用，HII為1且OI為10或00的PRB；

⑦小區(qū)用戶未使用，HII為0且 OI為11的 PRB；

⑧小區(qū)用戶未使用，HII為0且OI為10或00的PRB；

⑨小區(qū)邊緣用戶使用，HII為0且OI為11的PRB；

⑩小區(qū)邊緣用戶使用，HII為 0且 OI為 10或 00的PRB。

其中使用①部分PRB的用戶，將會在下一步的調(diào)度TTI內(nèi)受到相鄰小區(qū)較大干擾，且相鄰小區(qū)也受到較大干擾，因此為需調(diào)整PRB分配情況的用戶。使用③部分PRB的用戶，不會受到相鄰小區(qū)較大的干擾，但是會對相鄰小區(qū)產(chǎn)生較大的干擾，因此為需要調(diào)整發(fā)射功率的用戶。

(2)確定可復(fù)用PRB集合并分配用戶

從劃分的10部分小區(qū)帶寬可以看出，可復(fù)用PRB集合為：⑧和⑦，并優(yōu)先占用⑧部分的PRB。⑧部分的PRB受到相鄰小區(qū)的干擾較小，且對相鄰小區(qū)的干擾也較小，因此其復(fù)用優(yōu)先級最高。⑦部分的PRB受到相鄰小區(qū)的干擾較小，相鄰小區(qū)受到的較大干擾也不是來源于目標小區(qū)。小區(qū)邊緣輕負載時，邊緣用戶PRB分配情況不變,優(yōu)先將使用①部分PRB的用戶分配到可復(fù)用PRB集合⑧和⑨上，并優(yōu)先分配到⑧上。若可復(fù)用PRB集合中的PRB仍未被占用完畢，則將使用②部分PRB的用戶分配到剩余的可復(fù)用PRB上，提高目標小區(qū)中心用戶性能。當(dāng)小區(qū)邊緣負載較高時，將小區(qū)邊緣過載的用戶和使用①部分PRB的用戶分配到可復(fù)用PRB集合上。

聯(lián)合HII和OI的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案流程圖如圖1所示。

圖1 聯(lián)合HII和OI的方案流程圖

3 仿真結(jié)果及分析

為驗證本文提出方案的有效性，搭建7小區(qū)LTE上行系統(tǒng)級仿真平臺。不同的方案只用于目標小區(qū)，相鄰小區(qū)采用SFR方案。在同一用戶數(shù)目下，假設(shè)不考慮用戶移動性。以SFR、ASFR和本文提出的方案(簡稱New-ICIC)作為仿真對象，小區(qū)邊緣輕負載時選取小區(qū)用戶數(shù)20為例，高負載時選取小區(qū)用戶數(shù)32為例。仿真得到兩種小區(qū)負載情況下3種方案的用戶吞吐量和IoT。

圖2 用戶數(shù)為20時目標小區(qū)用戶平均吞吐量

目標小區(qū)邊緣輕負載時,從圖2可以看出，SFR和ASFR頻域資源分配方式相同，因此兩種方案曲線重合。New-ICIC將目標小區(qū)中心受到鄰區(qū)較大干擾的用戶分配到無線信道條件較好的PRB上,明顯提高了中心用戶吞吐量，而邊緣用戶資源分配情況不變，因此得到的目標小區(qū)平均用戶吞吐量明顯優(yōu)于其他兩個方案。圖3中，由于ASFR和New-ICIC只用于目標小區(qū)并且相鄰小區(qū)的資源分配方式不變，因此IoT的不同都是由目標小區(qū)資源分配方式的不同造成的。因此從圖3中可以看出，輕負載時目標小區(qū)使用SFR和ASFR方案時頻域資源分配方式相同，因此對相鄰小區(qū)產(chǎn)生的干擾是相同的，而使用New-ICIC時，由于頻率資源調(diào)整時是將用戶優(yōu)先分配到集合H中的PRB上,能夠有效降低目標小區(qū)對相鄰6小區(qū)的干擾。

圖3 用戶數(shù)為20時相鄰小區(qū)用戶IoT

目標小區(qū)邊緣過載時，從圖4可以看出SFR方案邊緣帶寬不能滿足過載的用戶，因此約有20%的用戶吞吐量為0，而ASFR和New-ICIC能夠?qū)⑦@些用戶分配到可復(fù)用的PRB上。其中New-ICIC將過載的邊緣用戶和需調(diào)整PRB分配的中心用戶分配到受鄰區(qū)干擾較小的PRB上，因此該方案中目標小區(qū)用戶平均吞吐量最大。圖5中，由于此時用戶數(shù)的增加使得小區(qū)間干擾增加，因此只改變目標小區(qū)PRB分配情況對相鄰6小區(qū)受到的小區(qū)間干擾的影響變小，曲線相差不大。其中SFR接入的用戶數(shù)最少，因此曲線最靠近左方。而接入相同用戶數(shù)目下的ASFR和New-ICIC相比，后者通過將目標小區(qū)過載的邊緣用戶和需調(diào)整PRB分配的中心用戶優(yōu)先分配到集合H中的PRB上，同時降低目標小區(qū)使用集合C中PRB用戶的發(fā)射功率，從而有效控制對相鄰小區(qū)干擾水平的動態(tài)范圍(曲線斜率更高)。仿真結(jié)果驗證了新方案的有效性。

圖4 用戶數(shù)為32時目標小區(qū)用戶平均吞吐量

圖5 用戶數(shù)為32時相鄰小區(qū)用戶IoT

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