LTE系統中的一種改進的半靜態干擾協調策略

歐小鷗 陳榮斌

【摘要】 在LTE系統中的區間干擾導致小區邊緣服務質量惡化以及吞吐量下降，而半靜態干擾協調技術能夠有效地提高小區邊緣性能。但是其對小區邊緣性能的提升是以小區中心性能和系統的整體性能為代價的。針對上述問題，本文提出了一種改進的半靜態干擾協調策略。該策略使用小區間頻率資源塊調度算法來保證高負荷小區邊緣用戶的性能，并使用重疊頻率資源塊抑制算法來提升系統總的吞吐量。

【關鍵詞】 區間干擾協調 廣播 網絡編碼 丟包重傳

一、引言

目前，LTE系統所使用的區間干擾抑制技術：干擾協調、干擾消除以及干擾隨機化。而理論與實踐證明，干擾隨機化技術的單獨使用并不能取得較好的干擾抑制效果。對于干擾消除技術，其不僅實現復雜，而且對LET系統中的資源分配和信號格式都有要求，所以其難以被應用于實際。干擾協調技術由于其實現簡單，方法靈活并且效果明顯，得到了學者與廠家廣泛地關注。

干擾協調分為三類：靜態、動態以及半靜態干擾協調。華為公司提出了一種基于SFR （Soft Frequency Reuse，軟頻率復用）的靜態干擾協調策略，在該策略中，小區邊緣客戶只可以使用未被相鄰小區邊緣客戶所使用的頻率資源，從而避免區間干擾的發生，但是在小區負荷變化的情況下，該策略效果并不理想。Alc atel給出了一種高頻率利用率的靜態干擾協調策略，然而該策略要求對用戶位置的判決要非常準確，否則會引起更大的區間干擾。而動態干擾協調技術實現又過于復雜，如何平衡性能與復雜度的問題仍有待解決。

二、系統模型

圖1為ISIC策略頻率分配圖。從圖1可以看出，頻率資源被等分為四塊，其中小區邊緣頻率資源由基本邊緣頻率資源塊和1/3的預留頻率資源塊組成。區內邊緣用戶優先使用邊緣頻率資源，而區內中心用戶可以使用未分配的邊緣頻率資源。系統為區內邊緣用戶分配頻率資源塊的原則為：先分配基本邊緣頻率資源塊，再分配1/3的預留頻率資源塊。

三、改進的半靜態干擾協調策略

改進的半靜態干擾協調策略由小區間頻率資源塊調度算法以及重疊頻率資源塊抑制算法兩部分組成，下面將分別進行介紹。

3.1 小區間頻率資源塊調度算法

將該小區的邊緣負荷分為low、middling、high三個等級。同時假設小區f的邊緣負荷為L（f），則：

其中，N為小區頻率資源塊總數，N為預留邊緣資源塊數，N_d為小區邊緣用戶所請求的頻率資源塊的數目。

圖1中的七個小區被分為三簇C_i，i={1，2.3}，{1}∈C₁，（2，4.6}∈c₂，{3，5，7）∈，C₃。并且每個簇的邊緣負荷情況可以分為三個等級：

通信系統根據小區的邊緣負荷L（i）和L（c_j），i∈c₁的情況進行小區邊緣客戶所需頻率資源的調度。其調度算法如下：（1）當L（i）≠high時，表示本小區邊緣頻率資源還比較充足，可以滿足本小區邊緣客戶的需求，不需要調度相鄰小區的邊緣頻率資源供自己使用。（2）當L（i）=high，L（C_k） =low，k={l，2，3}，k≠i時，表示小區i的邊緣負荷比較高，而其相鄰的小區簇內成員邊緣負荷比較低，可以把全部的預留邊緣頻率資源暫借給小區i的邊緣客戶使用。（3）當L（i） =high，L（C_k） =medium，k={l，2，3}，k≠i時，表示在小區i相鄰的小區簇內沒有邊緣負荷高的小區。那么，相鄰小區的預留邊緣頻率資源塊中并沒有被全部使用，未使用的資源塊就可以分配給小區f的邊緣客戶。（4）當L（i）=high，L（C_k）=high，k={l，2，3}，k≠i時，表示相鄰小區的邊緣負荷為高，預留邊緣頻率資源已被全部使用。

3.2 重疊頻率資源塊抑制算法

重疊頻率資源塊抑制算法的工作過程：小區i在為中心客戶分配頻率資源塊前，首先搜集相鄰小區的頻率資源塊的分配情況。然后計算相鄰小區對小區i內中心用戶可用頻率資源塊的干擾程度的累加值，即干擾指示程度。對于小區i中心客戶的頻率資源申請，系統分配的原則是：優先把干擾指示程度較小的可用的頻率資源塊分配給中心用戶。從而有效地抑制了中心用戶與相鄰小區邊緣用戶使用相同的頻率資源塊的可能性，降低了相互間的干擾，提升了系統的吞吐量。

四、仿真結果與分析

為了便于仿真分析，假設小區內基站位于小區中心位置并且配置全向天線，而小區內客戶的位置是隨機的。表1給出了系統仿真參數。

本節分別從小區邊緣用戶平均SINR、邊緣頻率資源塊的使用效率、用戶阻塞率以及系統吞吐量四個方面對SFR策略、ASFR策略和ISIC策略進行仿真分析。

圖2給出了邊緣客戶平均SINR隨小區邊緣負荷度的變化情況。從圖2中可以看出，ASFR的性能要優于SFR的，這是因為在ASFR策略中，高負荷的小區的可用的邊緣頻率資源塊可以進行根據負荷的變化進行動態地調整，因此其邊緣用戶平均SINR要高于SFR的。

圖3給出了邊緣頻率使用效率隨小區邊緣負荷度的變化情況。從圖3中可以看出，ASFR策略的性能要優于SFR策略的。這是因為ASFR策略中相鄰的不同邊緣負荷的小區之間可以進行頻率資源塊的優化分配，所以其邊緣頻率使用效率要高于SFR策略的。而ISIC通過使用小區間頻率資源塊調度算法，把低邊緣負荷小于的預留頻率資源暫借給相鄰的高邊緣負荷小區使用，從而實現了效率的提高。

圖4和圖5分別給出了用戶阻塞率以及系統總吞吐量隨小區邊緣負荷度的變化情況。從圖4和圖5可以看出，ISIC具有最低的用戶阻塞率以及最高的系統吞吐量。

五、結論

針對靜態以及半靜態干擾協調策略存在的不足，本文提出了一種改進的半靜態干擾協調策略。仿真實驗表明，該策略能夠有效地提升系統總吞吐量以及小區邊緣用戶的平均吞吐量。