LTE系統(tǒng)中的一種改進(jìn)的半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略

歐小鷗 陳榮斌

【摘要】 在LTE系統(tǒng)中的區(qū)間干擾導(dǎo)致小區(qū)邊緣服務(wù)質(zhì)量惡化以及吞吐量下降，而半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)能夠有效地提高小區(qū)邊緣性能。但是其對(duì)小區(qū)邊緣性能的提升是以小區(qū)中心性能和系統(tǒng)的整體性能為代價(jià)的。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種改進(jìn)的半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略。該策略使用小區(qū)間頻率資源塊調(diào)度算法來(lái)保證高負(fù)荷小區(qū)邊緣用戶(hù)的性能，并使用重疊頻率資源塊抑制算法來(lái)提升系統(tǒng)總的吞吐量。

【關(guān)鍵詞】 區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 廣播 網(wǎng)絡(luò)編碼 丟包重傳

一、引言

目前，LTE系統(tǒng)所使用的區(qū)間干擾抑制技術(shù)：干擾協(xié)調(diào)、干擾消除以及干擾隨機(jī)化。而理論與實(shí)踐證明，干擾隨機(jī)化技術(shù)的單獨(dú)使用并不能取得較好的干擾抑制效果。對(duì)于干擾消除技術(shù)，其不僅實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，而且對(duì)LET系統(tǒng)中的資源分配和信號(hào)格式都有要求，所以其難以被應(yīng)用于實(shí)際。干擾協(xié)調(diào)技術(shù)由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，方法靈活并且效果明顯，得到了學(xué)者與廠(chǎng)家廣泛地關(guān)注。

干擾協(xié)調(diào)分為三類(lèi)：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)。華為公司提出了一種基于SFR （Soft Frequency Reuse，軟頻率復(fù)用）的靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略，在該策略中，小區(qū)邊緣客戶(hù)只可以使用未被相鄰小區(qū)邊緣客戶(hù)所使用的頻率資源，從而避免區(qū)間干擾的發(fā)生，但是在小區(qū)負(fù)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(tài)干擾協(xié)調(diào)策略，然而該策略要求對(duì)用戶(hù)位置的判決要非常準(zhǔn)確，否則會(huì)引起更大的區(qū)間干擾。而動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)又過(guò)于復(fù)雜，如何平衡性能與復(fù)雜度的問(wèn)題仍有待解決。

二、系統(tǒng)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(qū)邊緣頻率資源由基本邊緣頻率資源塊和1/3的預(yù)留頻率資源塊組成。區(qū)內(nèi)邊緣用戶(hù)優(yōu)先使用邊緣頻率資源，而區(qū)內(nèi)中心用戶(hù)可以使用未分配的邊緣頻率資源。系統(tǒng)為區(qū)內(nèi)邊緣用戶(hù)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(yù)留頻率資源塊。

三、改進(jìn)的半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略

改進(jìn)的半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略由小區(qū)間頻率資源塊調(diào)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(jìn)行介紹。

3.1 小區(qū)間頻率資源塊調(diào)度算法

將該小區(qū)的邊緣負(fù)荷分為low、middling、high三個(gè)等級(jí)。同時(shí)假設(shè)小區(qū)f的邊緣負(fù)荷為L(zhǎng)（f），則：

其中，N為小區(qū)頻率資源塊總數(shù)，N為預(yù)留邊緣資源塊數(shù)，N_d為小區(qū)邊緣用戶(hù)所請(qǐng)求的頻率資源塊的數(shù)目。

圖1中的七個(gè)小區(qū)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(gè)簇的邊緣負(fù)荷情況可以分為三個(gè)等級(jí)：

通信系統(tǒng)根據(jù)小區(qū)的邊緣負(fù)荷L（i）和L（c_j），i∈c₁的情況進(jìn)行小區(qū)邊緣客戶(hù)所需頻率資源的調(diào)度。其調(diào)度算法如下：（1）當(dāng)L（i）≠high時(shí)，表示本小區(qū)邊緣頻率資源還比較充足，可以滿(mǎn)足本小區(qū)邊緣客戶(hù)的需求，不需要調(diào)度相鄰小區(qū)的邊緣頻率資源供自己使用。（2）當(dāng)L（i）=high，L（C_k） =low，k={l，2，3}，k≠i時(shí)，表示小區(qū)i的邊緣負(fù)荷比較高，而其相鄰的小區(qū)簇內(nèi)成員邊緣負(fù)荷比較低，可以把全部的預(yù)留邊緣頻率資源暫借給小區(qū)i的邊緣客戶(hù)使用。（3）當(dāng)L（i） =high，L（C_k） =medium，k={l，2，3}，k≠i時(shí)，表示在小區(qū)i相鄰的小區(qū)簇內(nèi)沒(méi)有邊緣負(fù)荷高的小區(qū)。那么，相鄰小區(qū)的預(yù)留邊緣頻率資源塊中并沒(méi)有被全部使用，未使用的資源塊就可以分配給小區(qū)f的邊緣客戶(hù)。（4）當(dāng)L（i）=high，L（C_k）=high，k={l，2，3}，k≠i時(shí)，表示相鄰小區(qū)的邊緣負(fù)荷為高，預(yù)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(guò)程：小區(qū)i在為中心客戶(hù)分配頻率資源塊前，首先搜集相鄰小區(qū)的頻率資源塊的分配情況。然后計(jì)算相鄰小區(qū)對(duì)小區(qū)i內(nèi)中心用戶(hù)可用頻率資源塊的干擾程度的累加值，即干擾指示程度。對(duì)于小區(qū)i中心客戶(hù)的頻率資源申請(qǐng)，系統(tǒng)分配的原則是：優(yōu)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(hù)。從而有效地抑制了中心用戶(hù)與相鄰小區(qū)邊緣用戶(hù)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(tǒng)的吞吐量。

四、仿真結(jié)果與分析

為了便于仿真分析，假設(shè)小區(qū)內(nèi)基站位于小區(qū)中心位置并且配置全向天線(xiàn)，而小區(qū)內(nèi)客戶(hù)的位置是隨機(jī)的。表1給出了系統(tǒng)仿真參數(shù)。

本節(jié)分別從小區(qū)邊緣用戶(hù)平均SINR、邊緣頻率資源塊的使用效率、用戶(hù)阻塞率以及系統(tǒng)吞吐量四個(gè)方面對(duì)SFR策略、ASFR策略和ISIC策略進(jìn)行仿真分析。

圖2給出了邊緣客戶(hù)平均SINR隨小區(qū)邊緣負(fù)荷度的變化情況。從圖2中可以看出，ASFR的性能要優(yōu)于SFR的，這是因?yàn)樵贏(yíng)SFR策略中，高負(fù)荷的小區(qū)的可用的邊緣頻率資源塊可以進(jìn)行根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)地調(diào)整，因此其邊緣用戶(hù)平均SINR要高于SFR的。

圖3給出了邊緣頻率使用效率隨小區(qū)邊緣負(fù)荷度的變化情況。從圖3中可以看出，ASFR策略的性能要優(yōu)于SFR策略的。這是因?yàn)锳SFR策略中相鄰的不同邊緣負(fù)荷的小區(qū)之間可以進(jìn)行頻率資源塊的優(yōu)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(guò)使用小區(qū)間頻率資源塊調(diào)度算法，把低邊緣負(fù)荷小于的預(yù)留頻率資源暫借給相鄰的高邊緣負(fù)荷小區(qū)使用，從而實(shí)現(xiàn)了效率的提高。

圖4和圖5分別給出了用戶(hù)阻塞率以及系統(tǒng)總吞吐量隨小區(qū)邊緣負(fù)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(hù)阻塞率以及最高的系統(tǒng)吞吐量。

五、結(jié)論

針對(duì)靜態(tài)以及半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略存在的不足，本文提出了一種改進(jìn)的半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)策略。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該策略能夠有效地提升系統(tǒng)總吞吐量以及小區(qū)邊緣用戶(hù)的平均吞吐量。