李小武，肖孚安

(湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)中干擾協(xié)調(diào)管理機(jī)制研究

李小武，肖孚安

(湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

蜂窩網(wǎng)絡(luò)是未來5G的關(guān)鍵技術(shù)特征，該特征可以滿足未來大數(shù)據(jù)量大與信號覆蓋面廣的需求。但是小蜂窩網(wǎng)絡(luò)與鄰居小蜂窩存在著較為嚴(yán)重的同頻干擾。為了解決小區(qū)之間的同頻干擾，必須采用有效的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。本文在半靜態(tài)資源復(fù)用方案與軟頻率復(fù)用方案基礎(chǔ)上，提出一種新的資源分配方案，在提高邊緣用戶通信質(zhì)量的同時，使系統(tǒng)總吞吐量最大化。

多小區(qū)系統(tǒng) ；同頻干擾；資源分配；Qos； 功率調(diào)整

在4G蜂窩系統(tǒng)中，如何減小同頻干擾成為提高小區(qū)吞吐量的主要問題之一[1-3]。此外，小區(qū)邊緣用戶遭受更多的同頻干擾，嚴(yán)重影響用戶的體驗[4-5]。目前，大多學(xué)者都擬通過有效分配子載波和功率來提高系統(tǒng)總吞吐量[6-8]，但是，解決方案對小區(qū)邊緣用戶的提升有限。本文在基于仿真分析靜態(tài)控制與軟頻率分配方案的基礎(chǔ)上提出一種頻譜和功率聯(lián)合控制方案，該方案減小相鄰小區(qū)在干擾嚴(yán)重的信道上的發(fā)射功率或者進(jìn)行頻譜資源調(diào)整，最后增大干擾弱的信道上的發(fā)射功率。

1 系統(tǒng)模型

蜂窩系統(tǒng)下行鏈路模型與干擾模型分別如圖1、圖2所示。

圖1 下行鏈路通信模型

圖2 同頻干擾模型

假設(shè)有M個蜂窩單元，S個信道。蜂窩q中用戶p在信道s上對信噪比為:

(1)

(2)

為了使系統(tǒng)總吞吐量最大化，所以采用以下資源分配模型：

(3)

2 算法設(shè)計

本文提出的算法，總體思路是先進(jìn)行資源分配，分析用戶受到的干擾信息，然后降低高相鄰小區(qū)在同頻信道上的發(fā)射功率或者進(jìn)行頻譜調(diào)整，目的是減小周圍小區(qū)的同頻干擾，進(jìn)而提高吞吐量。最后把剩余的功率資源分配給產(chǎn)生干擾信息小的信道，提高系統(tǒng)總的吞吐量。算法可以分為以下具體幾個步驟。

(1)給邊緣用戶和中心用戶隨機(jī)分配預(yù)留的子載波和功率，邊緣用戶先分配資源，然后給小區(qū)中心用戶分配資源。

(2)根據(jù)第一步分配的結(jié)果，分析邊緣用戶受到的干擾源，向本基站請求資源修正。其中請求相鄰小區(qū)降低中心小區(qū)的發(fā)射功率：

(4)

“Fish vie to swim upstream, in early summer less rain.

(3)相鄰基站和本基站通過X2接口進(jìn)行HII信息交互，根據(jù)接收到的HII信息，對中心用戶在該PRB進(jìn)行功率下降算法。

Pad=min (Pcurr(SNIR),Preq)

(5)

Pcurr(SNIR)代表基站在此PRB上滿足中心用戶Qos前提下能夠下降的最大功率。通過降低某個小區(qū)的有限的吞吐量來獲得系統(tǒng)總吞吐量最大化。

(4)如果β值小于門限值δ，對相鄰小區(qū)中心用戶進(jìn)行頻譜調(diào)整。否則跳到第5步。

β=Pad/Preq

(6)

(5)通過HII統(tǒng)計分析，把剩余的功率資源分配給干擾小的PRB。

Pincrease=min (PMAX,Premain)

(7)

(8)

假設(shè)在下行鏈路中小區(qū)p是小區(qū)q的強(qiáng)干擾源。則滿足如下等式：

(9)

a為干擾比例，由于一個用戶受到的嚴(yán)重干擾源大概是1到2個，干擾分析階段對a做迭代調(diào)整。由以上等式可以推出：

(10)

(11)

(12)

(13)

對于算法第5步，假設(shè)

(14)

(15)

把η和β代入等式，可以得出:

(16)

(17)

3 算法分析與仿真

本小節(jié)擬通過仿真來驗證本文提出的CPA方案的性能。仿真主要參數(shù)如表1所示。采用15個正六邊形蜂窩系統(tǒng)，用戶隨機(jī)分布在小區(qū)內(nèi)部。系統(tǒng)采用自適應(yīng)編碼調(diào)制，假設(shè)信道狀態(tài)信息通反饋無延時。

表1 仿真參數(shù)

仿真時對小區(qū)邊緣用戶的負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，通過仿真圖可以看出，在不同邊緣用戶負(fù)載的情況下，本文提出的算法CPA系統(tǒng)總吞吐量性能與邊緣用戶的信噪比優(yōu)于軟頻率復(fù)用方案SFR與半靜態(tài)軟頻率復(fù)用方案ASFR以及干擾協(xié)調(diào)方案ESS_ICIC。如圖3、圖4所示。

圖3 系統(tǒng)總吞吐量性能

圖4 系統(tǒng)邊緣用戶的信噪比

4 結(jié)語

本文基于半靜態(tài)資源復(fù)用方案與軟頻率復(fù)用方案提出的一種新的資源分配方案，在提高邊緣用戶通信質(zhì)量的同時，滿足系統(tǒng)總吞吐量最大化。

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責(zé)任編輯：程艷艷

Research on an Interference Coordination Management Mechanism in 5G Cellular Network

LI Xiaowu, XIAO Fuan

(School of Electronics and Information Engineering, Hunan University of Science and Engineering, Yongzhou 425199， China)

Cellular network is the key technical feature of 5G in the future, which can meet the needs of large amount of data and wide signal coverage. However, there is a serious interference between the small cellular network and the neighbor cellular. In order to solve the interference between cellulars, it is necessary to use an effective interference coordination technology. Based on the semi-static resource reuse scheme and soft-frequency reuse scheme, this paper proposes a new resource allocation scheme, which can improve the quality of the edge user communication and satisfy the maximization of the total system.

multi-cellular system; co-channel interference; resource allocation; QoS; power adjustment

2016-05-12

湖南省教育廳優(yōu)秀青年項目(17B107)；湖南省自然科學(xué)基金項目(13JJ6079)；湖南科技學(xué)院重點學(xué)科建設(shè)項目(電路與系統(tǒng))

李小武(1979-)，男，湖南邵陽人，副教授，博士研究生，主要從事現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)研究。

TN929

A

1009-3907(2017)08-0013-05