一種基于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法

魏 巍

[摘要]文章提出了一種基于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，通過(guò)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、時(shí)頻資源劃分和上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃三個(gè)部分，詳細(xì)闡述了該方案的實(shí)現(xiàn)。該方案能有效提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

[關(guān)鍵詞]ICIC過(guò)渡區(qū)平均用戶吞吐量小區(qū)邊緣用戶吞吐量

為了解決小區(qū)覆蓋及小區(qū)邊緣用戶的吞吐量問(wèn)題，在新一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中可能會(huì)引入很多新的節(jié)點(diǎn)(諸如Pico、家庭基站、Femto、中繼等)，這些新節(jié)點(diǎn)的引入將改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。眾所周知，在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)減小小區(qū)的覆蓋半徑來(lái)有效地改善頻譜效率，但同時(shí)也引入了干擾。因此本文提出一種基于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，通過(guò)引入過(guò)渡區(qū)，將網(wǎng)絡(luò)中有小區(qū)間干擾的區(qū)域劃分為內(nèi)層區(qū)域、過(guò)渡區(qū)和外層區(qū)域，在有效地降低小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)開銷的前提下，通過(guò)盡可能地提高過(guò)渡區(qū)的發(fā)射功率來(lái)提高過(guò)渡區(qū)的平均用戶吞吐量，進(jìn)而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

1小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)概述

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC，Inter-Cell Interference Coordination)是一種通過(guò)考慮小區(qū)間干擾來(lái)增強(qiáng)小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)率的調(diào)度策略。主要來(lái)說(shuō)，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)意味著通過(guò)小區(qū)內(nèi)的調(diào)度器對(duì)上行鏈路和下行鏈路的資源進(jìn)行確定的約束來(lái)控制小區(qū)間干擾。通過(guò)約束一個(gè)小區(qū)中頻譜部分的發(fā)射功率，使鄰小區(qū)在該頻譜部分的干擾得到降低，該頻譜部分隨后能被用于鄰小區(qū)中為用戶提供更高的數(shù)據(jù)率。實(shí)際上，在小區(qū)的不同部分會(huì)采用不同的頻率重用因子。

為了達(dá)到小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的目的，主要通過(guò)三個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

(1)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：引八分層的結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的層采用不同的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法；

(2)小區(qū)的時(shí)頻資源劃分：將時(shí)頻資源劃分為若干子集，每個(gè)小區(qū)占用一個(gè)或多個(gè)子集的時(shí)頻資源用于小區(qū)邊緣用戶的數(shù)據(jù)和信令傳輸；

(3)小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃：小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的不同子層下，小區(qū)間的干擾級(jí)也有很大的不同。因此，必須對(duì)小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率進(jìn)行合理的規(guī)劃，以適應(yīng)小區(qū)不同區(qū)域、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的不同子層下ICIC的需求，以便于在高的頻譜利用率下盡量提高小區(qū)平均吞吐量，特別是小區(qū)邊緣吞吐量。

如圖1所示，在小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)解決方案中，小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃引入了分層的結(jié)構(gòu)，即：不存在小區(qū)間干擾的內(nèi)層區(qū)域和存在小區(qū)間干擾的外層區(qū)域。圖1中的中心小區(qū)C-1，與其相鄰的兩層的小區(qū)都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾，因此，在小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的外層區(qū)域中，將包含與C-1相鄰的所有干擾小區(qū)。

實(shí)際上，盡管圖1中與C一1相鄰的所有小區(qū)都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾，但是干擾信號(hào)級(jí)可能會(huì)存在很大的差異，如果將所有的干擾小區(qū)都放在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的外層區(qū)域，會(huì)存在很多的問(wèn)題：

(1)擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中外層區(qū)域的范圍，即需要進(jìn)行ICIC的區(qū)域，給ICIC帶來(lái)了更大的系統(tǒng)信令開銷；

(2)小區(qū)間存在小區(qū)間干擾的外層區(qū)域的時(shí)頻資源需要正交，但網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中外層區(qū)域范圍的擴(kuò)大，將使外層區(qū)域所占用的時(shí)頻資源加大，給時(shí)頻資源的正交帶來(lái)更大的困難；

(3)沒(méi)有考慮到所有干擾小區(qū)的干擾信號(hào)級(jí)的差異，使小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃的靈活性降低。

2基于過(guò)渡區(qū)的解決方案

為了解決上述問(wèn)題，本文提出基于過(guò)渡區(qū)的ICIC解決方案。該方案包括如下的內(nèi)容：

2.1小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

通過(guò)引入兩個(gè)區(qū)域劃分閾值，即內(nèi)層與過(guò)渡區(qū)的劃分閾值THIT、過(guò)渡區(qū)與外層的劃分閾值THTO，將網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)區(qū)域：內(nèi)層區(qū)域、過(guò)渡區(qū)區(qū)域、外層區(qū)域。圖2顯示了引入過(guò)渡區(qū)后的新的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：

在基于過(guò)渡區(qū)的新的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，將與當(dāng)前基站相鄰的所有干擾小區(qū)通過(guò)上述的兩個(gè)閾值分別放置在過(guò)渡區(qū)區(qū)域和外層區(qū)域。被放置在外層區(qū)域的干擾小區(qū)，干擾信號(hào)級(jí)非常強(qiáng)，對(duì)小區(qū)間干擾非常敏感，也稱為小區(qū)間干擾的極敏感區(qū)域；被放置在過(guò)渡區(qū)區(qū)域的干擾小區(qū)，干擾信號(hào)級(jí)相對(duì)外層區(qū)域較弱，對(duì)小區(qū)間干擾較敏感，也稱為小區(qū)間干擾的次敏感區(qū)域。

新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下有如下優(yōu)點(diǎn)：將所有的干擾小區(qū)根據(jù)干擾信號(hào)級(jí)進(jìn)行分別處理，有利于在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中充分考慮干擾小區(qū)的差異給ICIC帶來(lái)的影響。

2.2小區(qū)的時(shí)頻資源劃分

在基于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，對(duì)小區(qū)的時(shí)頻資源進(jìn)行了重新劃分，如圖3所示。首先，對(duì)于單小區(qū)。將全部的時(shí)頻資源劃分為三個(gè)部分，分別應(yīng)用于內(nèi)層區(qū)域、過(guò)渡區(qū)區(qū)域、外層區(qū)域，分別稱為小區(qū)間干擾不敏感時(shí)頻資源、小區(qū)間干擾次敏感時(shí)頻資源、小區(qū)間干擾極敏感時(shí)頻資源。其次，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)頻資源規(guī)劃中，原有的相鄰小區(qū)的外層時(shí)頻資源的正交變更為多種類型的時(shí)頻資源正交方式，即，小區(qū)間干擾不敏感時(shí)頻資源與小區(qū)間干擾極敏感資源的正交、小區(qū)間干擾次敏感時(shí)頻資源與小區(qū)間干擾極敏感資源的正交等等。

新的小區(qū)時(shí)頻資源劃分有如下的優(yōu)點(diǎn)：時(shí)頻資源的正交方式增加，有利于提高小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的有效性；在所有小區(qū)通過(guò)上層接口協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域的資源時(shí)，只需要極小的系統(tǒng)信令開銷，例如，在上層接口中只需要傳輸兩個(gè)閾值之間的最大的差以及使用較低閾值的最大帶寬部分就可以達(dá)到目的。

2.3小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃

在新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃下，由于只有外層區(qū)域的小區(qū)間干擾的極敏感區(qū)域的干擾信號(hào)級(jí)較強(qiáng)，因此，在小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃中，可以對(duì)三個(gè)分層分別進(jìn)行小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率控制。例如，對(duì)于內(nèi)層區(qū)域的小區(qū)間干擾不敏感區(qū)域，可以采用滿功率發(fā)射及全路損補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行功率控制，確保小區(qū)核心區(qū)域的用戶平均吞吐量；對(duì)于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域，由于小區(qū)間干擾信號(hào)級(jí)相對(duì)較弱，因此，可以在確保服務(wù)質(zhì)量的前提下，盡可能地提高發(fā)射功率，進(jìn)而有效地提高過(guò)渡區(qū)區(qū)域的用戶平均吞吐量；對(duì)于外層區(qū)域的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域，由于小區(qū)間干擾信號(hào)級(jí)較強(qiáng)，因此。在確保有效降低小區(qū)間干擾的前提下，對(duì)上行鏈路發(fā)射功率進(jìn)行有效的控制，以利于提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

新的小區(qū)上行鏈路發(fā)射功率規(guī)劃，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：確保內(nèi)層區(qū)域用戶的平均吞吐量，盡可能提高過(guò)渡區(qū)區(qū)域用戶的平均吞吐量，有效保障外層區(qū)域小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。3結(jié)論

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)主要是一種考慮了鄰小區(qū)狀態(tài)的調(diào)度策略，這也就決定了它的使用不會(huì)影響整網(wǎng)的核心部分，并且ICIC只放置于小區(qū)的邊緣區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率不會(huì)顯著降低。

基于過(guò)渡區(qū)的ICIC解決方案，通過(guò)引入兩個(gè)區(qū)域劃分閾值，將小區(qū)劃分為內(nèi)層的小區(qū)間干擾不敏感區(qū)域、過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域、外層的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域，不同的區(qū)域占用不同的時(shí)頻資源，并且使用不同的上行鏈路功率控制策略。該方案具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)將網(wǎng)絡(luò)中的所有干擾小區(qū)進(jìn)行分類處理，放置于不同的區(qū)域，有利于在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中充分考慮干擾小區(qū)的差異給小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)帶來(lái)的差異；

(2)不同的區(qū)域占用不同的時(shí)頻資源，同時(shí)由于過(guò)渡區(qū)資源的引入，增加了資源正交的方式，有利于提高小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的效果；

(3)在所有小區(qū)通過(guò)上層接口協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域的資源時(shí)，只需要極小的系統(tǒng)信令開銷就可以達(dá)到目的：

(4)對(duì)于不同的分層采用不同的上行鏈路功率控制策略，有效提高小區(qū)的平均用戶吞吐量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

基于過(guò)渡區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中引入的兩個(gè)閾值允許主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，即：相鄰小區(qū)通過(guò)時(shí)頻資源的正交，避免了外層小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域時(shí)頻資源重復(fù)使用，避免了過(guò)多的干擾；同時(shí)，當(dāng)用戶處于過(guò)渡區(qū)的小區(qū)間干擾次敏感區(qū)域時(shí)，可以不通過(guò)小區(qū)間的協(xié)調(diào)就能降低干擾，減少了系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)的信令開銷。如果外層的小區(qū)間干擾極敏感區(qū)域經(jīng)過(guò)ICIC后其干擾仍然比過(guò)渡區(qū)與外層劃分閾值高，那么可以通過(guò)小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式進(jìn)一步降低小區(qū)間干擾。