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(dòng)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(gè)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(dòng)。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(biāo)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(jī)制，如果頻率復(fù)用因子N=1，會(huì)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(huì)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(shí)稱為干擾避免，其方法很多，但基本原理都是對(duì)上下行資源管理設(shè)置一定的限制，以協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)的動(dòng)作，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的小區(qū)間干擾。這種限制可以是對(duì)資源調(diào)度的限制，也可以是對(duì)某個(gè)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(duì)各個(gè)小區(qū)中無線資源的使用進(jìn)行限制，包括限制時(shí)頻資源的使用或者在一定的時(shí)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(dòng)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(shí)間上或者空間上錯(cuò)開調(diào)度形成強(qiáng)干擾的用戶，從而避免了網(wǎng)絡(luò)間強(qiáng)干擾的產(chǎn)生，主要解決小區(qū)間的強(qiáng)干擾對(duì)用戶性能的影響，強(qiáng)干擾一旦得到控制，對(duì)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(jì)分為TIC（時(shí)間干擾協(xié)調(diào)）和SIC（空間干擾協(xié)調(diào)）算法，分別從時(shí)間上和空間上錯(cuò)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(shí)施就是不管任何情況都從時(shí)間和空間上錯(cuò)開調(diào)度，當(dāng)全網(wǎng)中心用戶性能好而邊緣性能差，且全網(wǎng)負(fù)載適當(dāng)時(shí)，靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)的性能較好。當(dāng)全網(wǎng)負(fù)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(shí)，實(shí)際上會(huì)給系統(tǒng)帶來負(fù)面影響。

2.2 動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法

動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)。

針對(duì)在動(dòng)態(tài)ICIC干擾協(xié)調(diào)中，Iub口延遲過大，無法及時(shí)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(fù)載均勻的場(chǎng)合，文章引入了一種準(zhǔn)動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)方案。

3.TD-HSPA準(zhǔn)動(dòng)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(fù)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(cè)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(dāng)邊緣用戶性能惡化時(shí)，打開小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)功能；當(dāng)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(dá)到上述目的，本方案提到的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)ICIC的步驟包括的進(jìn)入步驟和ICIC的退出步驟。

3.1 ICIC的進(jìn)入

ICIC的進(jìn)入步驟流程如圖1所示。

具體步驟解釋如下：

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

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

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

圖1 ICIC進(jìn)入流程圖

圖2 各扇區(qū)特殊時(shí)隙安排

圖3 ICIC的退出流程圖

步驟四：計(jì)算小區(qū)中所有UE的SIR，利用小區(qū)中所有UE的SIR計(jì)算該小區(qū)的Gini系數(shù)。把該Gini系數(shù)與門限比較，當(dāng)Gini系數(shù)大于門限時(shí)，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(jì)算

在ICIC的進(jìn)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(zhǎng)為1的正方形中，按小到大畫出以下N點(diǎn)：p1,p2,...,pN，連接這N點(diǎn)，再與原點(diǎn)p0=(0,0)連接起來；畫出正方形的左下角與右上角的對(duì)角線，該對(duì)角線與上述N點(diǎn)連接成的曲線構(gòu)成一個(gè)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(jì)算步驟如下：

上述公式計(jì)算的B值是計(jì)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(gè)梯形組成，故求和符號(hào)里面是梯形面積的公式。因此Gini=2*(1/2－B)＝1－2B?？梢酝ㄟ^仿真選擇適當(dāng)?shù)拈T限值。

（2）TIC算法

在ICIC進(jìn)入步驟中提到的，小區(qū)進(jìn)入ICIC之后的操作采用TIC算法，每個(gè)扇區(qū)有其固定的特殊TTI，在特殊TTI到來時(shí)，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(shí)隙安排如圖2所示。

3.2 ICIC的退出

對(duì)已經(jīng)進(jìn)入ICIC的小區(qū)進(jìn)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(dāng)前小區(qū)用戶數(shù)是否小于門限值，當(dāng)小于門限值時(shí)退出ICIC，否則不退出；

步驟二：當(dāng)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(jì)小區(qū)中心用戶的GBR不滿足率，當(dāng)GBR不滿足率大于預(yù)設(shè)門限時(shí)，則執(zhí)行步驟四，否則不退出；

步驟四：檢查保護(hù)定時(shí)器，當(dāng)保護(hù)定時(shí)器超時(shí)時(shí)，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(zhǔn)動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)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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