一種基于自適應(yīng)資源分配的干擾協(xié)調(diào)方案

何 剛

（東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210096）

一種基于自適應(yīng)資源分配的干擾協(xié)調(diào)方案

何 剛

（東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210096）

在宏基站和微微基站（Macro－Pico）的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，資源分配可以有效地抑制基站間的干擾?；诮档陀脩舻母蓴_和提高系統(tǒng)的吞吐量，提出一種自適應(yīng)的頻率資源分配方案。考慮分配給宏基站的每個(gè)資源塊，如果距離宏基站較近的微微基站用戶所受到的干擾高于最高限，采用不給宏基站分配這個(gè)資源塊的方法，從而降低其對鄰近微微基站用戶的干擾，保證微微基站用戶一定QoS（Quality－of－Service）。系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，與正交頻率資源分配方案和共信道頻率資源分配方案相比較，所提出的自適應(yīng)頻率資源分配方案降低了干擾和提高了系統(tǒng)的吞吐量。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；資源分配；干擾；系統(tǒng)吞吐量

0 引言

3GPP標(biāo)準(zhǔn)提出異構(gòu)網(wǎng)（HetNet），諸如微微基站（Pico）、家庭基站（Femto）和中繼（Relay）被引入傳統(tǒng)的同構(gòu)網(wǎng)［1］。在眾多候選的異構(gòu)場景中，Macro－Pico的異構(gòu)場景引起了廣泛的注意［2］。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，采用小區(qū)范圍擴(kuò)展的方法（Cell Range Expansion，CRE）［3－5］來解決由于負(fù)載的分配不均勻而造成宏基站的過載，然而位于擴(kuò)展區(qū)域的微微小區(qū)的用戶（PUE）將會(huì)受到來自宏基站的嚴(yán)重的干擾。為了解決這個(gè)問題，其中一種候選的方法是幾乎空白幀（ABS）［6，7］的方法。然而，很少有方法是聚焦于頻域技術(shù)的。

作為一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中重要的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（ICIC），許多資源分配方法在近些年來成為重要的研究主題［8－10］。在家庭基站的系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法是家庭基站和宏基站共用全頻段［8］，稱這種方法為共信道頻率分配（co－channel FA）方案。在文獻(xiàn)［9］中提出了一種稱為正交頻率分配（OFA）的方法，這種方案協(xié)調(diào)了跨層干擾。文獻(xiàn)［10］中提出了一種更好的頻率分配方案，能夠提高系統(tǒng)總的吞吐量。但是這些研究都是基于家庭基站異構(gòu)系統(tǒng)的，使得Macro－Pico的異構(gòu)場景中頻率分配的研究工作成為了空白。為此，本文提出了一種Macro－Pico中自適應(yīng)的頻率分配方案（AFA）。

1 系統(tǒng)容量分析

考慮到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景，則宏用戶k從宏小區(qū)i在資源塊n上接收到的SINR可以表示為：

式中，Lk表示宏用戶k和它附屬基站間的路損；pkm和pkf分別表示宏用戶k從宏小區(qū)f和微小區(qū)m接收到的干擾功率，P0表示宏基站的發(fā)射功率，Nm表示宏小區(qū)的數(shù)量，Np表示每個(gè)宏小區(qū)中微微基站的數(shù)量；anm表示資源塊n是否被微小區(qū)m使用，如果微小區(qū)m用資源塊n，則anm＝1，否則anm＝0；bnf表示資源塊n是否被宏小區(qū)f使用，如果宏小區(qū)f使用資源塊n，則bnf＝1，否則bnf＝0；N表示加性高斯白噪聲的功率。同理，微用戶t從微小區(qū)j在資源塊n上接收到的SINRtj（n）與式（1）的計(jì)算類似。

文中，總帶寬B被劃分為NRB個(gè)資源塊，所有的資源塊有相同的帶寬：W＝B/NRB。本文方案的目標(biāo)就是通過減少異構(gòu)網(wǎng)中的干擾來提高系統(tǒng)的吞吐量。系統(tǒng)的吞吐量包括兩部分，具體如下：

在為每個(gè)宏基站和微基站分配了可用的頻率資源后，下一步就依據(jù)輪詢的調(diào)度算法在為每個(gè)宏基站和微基站分配資源塊。所以，連到宏小區(qū)j上的所有用戶產(chǎn)生的系統(tǒng)吞吐量可以表示為：

另一方面，連到微微小區(qū)j上的所有用戶產(chǎn)生的系統(tǒng)吞吐量可以表示為：

依據(jù)上面的公式，在宏小區(qū)和微微小區(qū)上的總的系統(tǒng)吞吐量可以表示為：

2 自適應(yīng)頻率資源分配方案

在Macro－Pico的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，處于CRE區(qū)域中的用戶（CRE UE）由于在其接收功率上加上了一個(gè)正的偏置值（bias），從而連到了pico上面，這樣CRE UE就會(huì)受到來自宏基站的嚴(yán)重干擾，本算法的出發(fā)點(diǎn)就是在頻域中進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。

設(shè)某場景內(nèi)系統(tǒng)的PRB數(shù)量為NRB，宏基站的個(gè)數(shù)為Nm，CRE UE的個(gè)數(shù)為LpCRE，AFA算法的具體步驟如下：

①CRE UE測量來自宏基站的RSRP（參考信號(hào)功率）；

②每個(gè)CRE UE測量從它所附屬的pico接收到的RSRP，然后由這來確定干擾門限TH1；

③干擾門限TH1反應(yīng)了每個(gè)CRE UE預(yù)定的所能忍受的信號(hào)質(zhì)量，所以可以得到對于每個(gè)CRE UE i來說，對其造成嚴(yán)重干擾的宏基站集合為：

式中，RSRPij表示CRE UE i從宏基站j所接收到的RSRP；

④根據(jù)φi，可以得到對于宏基站j來說，受到這個(gè)宏基站嚴(yán)重干擾的CRE UE集合為：

⑤根據(jù)事先定義好的SINR門限TH2，對于CRE UE i來說，它可用的PRB資源集合為：

式中，SINRi（k）表示CRE UE i從它的附屬基站pico在資源塊k上所接收到的SINR；

⑥根據(jù)步驟④和⑤的結(jié)果，對于宏基站j來說，依據(jù)受到宏基站j嚴(yán)重干擾的每個(gè)CRE UE的可用的PRB資源集合，然后再把這些集合求交集，從而可以得到宏基站j可用的PRB資源塊的集合為：

3 仿真結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證自適應(yīng)頻率分配方案的性能利用系統(tǒng)級仿真方法對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了分析與驗(yàn)證，其中每個(gè)宏小區(qū)包含3個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)中隨機(jī)放置4個(gè)微微基站，同時(shí)用戶隨機(jī)分布在每個(gè)扇區(qū)中［11，12］，仿真圖如仿真圖如圖1、圖2和圖3所示。圖1和圖2給出了當(dāng)每個(gè)扇區(qū)的pico數(shù)從4～20變化時(shí)，3種方案的宏小區(qū)和微小區(qū)的平均吞吐量的變化。

圖1 宏小區(qū)的平均吞吐量

圖2 微小區(qū)的平均吞吐量

圖3 系統(tǒng)的平均吞吐量

由圖1可以看出，當(dāng)pico密度增大時(shí)，宏小區(qū)的平均吞吐量降低了，這是因?yàn)樵龃罅烁蓴_。同時(shí)，采用自適應(yīng)頻率分配方案的平均吞吐量高于正交頻率分配方案和共信道頻率分配方案。同圖1類似，圖2顯示了自適應(yīng)頻率分配方案有最大的微小區(qū)的吞吐量。

當(dāng)每個(gè)扇區(qū)的pico數(shù)變化時(shí)，系統(tǒng)平均吞吐量的變化如圖3所示。當(dāng)每個(gè)扇區(qū)的pico數(shù)從0增加到4時(shí)，系統(tǒng)的平均吞吐量是增加的，而當(dāng)每個(gè)扇區(qū)的pico數(shù)從4增加到10時(shí)，系統(tǒng)的平均吞吐量是減少的。這是因?yàn)槊總€(gè)扇區(qū)的pico數(shù)為0時(shí)，異構(gòu)網(wǎng)中就只有宏基站，這樣系統(tǒng)中就會(huì)有很多盲點(diǎn)和熱點(diǎn)，所以平均系統(tǒng)吞吐量會(huì)很低。當(dāng)引入pico時(shí)，盲點(diǎn)和熱點(diǎn)就會(huì)消除，所以系統(tǒng)的吞吐量會(huì)不斷增加。然而，當(dāng)每個(gè)扇區(qū)的pico數(shù)太大時(shí)，這樣會(huì)增加層間干擾，所以平均系統(tǒng)吞吐量就會(huì)降低。同時(shí)，自適應(yīng)方案的系統(tǒng)平均吞吐量是高于正交頻率分配和共信道頻率分配的。

4 結(jié)束語

提出了一種自適應(yīng)的頻率分配方案，這種方案的主要目的就是減少下行干擾和最大化系統(tǒng)吞吐量。系統(tǒng)級仿真結(jié)果顯示和共信道頻率分配方案及正交頻率分配方案比較，提出的自適應(yīng)頻率分配方案能夠減少干擾和提高頻譜利用率，所以這種自適應(yīng)頻率分配方法對于異構(gòu)網(wǎng)中系統(tǒng)吞吐量的提升非常有效。

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An Inter-cell Interference Coordination Scheme Based on Adaptive Resource Allocation in Heterogeneous Networks

HE Gang
（National Mobile Communications Research Laboratory，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China）

The resource allocation plays a crucial role in suppressing interference in Macro－Pico heterogenous network（HetNet）.A new adaptive resource allocation scheme based on the quality－of－service（QoS）of users and the better performance with higher system throughput is proposed.Considering each resouce block（RB）allocated tomacro eNodeB and if the QoSof the pico user near themacro eNodeB is above the limitation，themethod of configuring themacro eNodeB with almost blank RB can reduce the interference to the pico user and ensure the QoSof the pico user.The simulation results show that the proposed scheme can obtain better performance with low interference and higher system throughput，compared with the co－channel frequency allocation scheme and the orthogonal frequency allocation scheme.

heterogenous network；resource allocation；interference；system throughput

TN929.5

A

1003－3114（2015）04－31－3

10.3969/j.issn.1003－3114.2015.04.07

何 剛.一種基于自適應(yīng)資源分配的干擾協(xié)調(diào)方案［J］.無線電通信技術(shù)，2015，41（4）：31－33.

2014－12－07

工信部重大專項(xiàng)（2013ZX03001023－002；NCRL2014A02）

何剛（1991—），男，信息與通信工程專業(yè)，在讀研究生，主要研究方向：異構(gòu)網(wǎng)的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。