一種基于過渡區的小區間干擾協調方法

魏 巍

[摘要]文章提出了一種基于過渡區的小區間干擾協調方法，通過小區的網絡規劃、時頻資源劃分和上行鏈路發射功率規劃三個部分，詳細闡述了該方案的實現。該方案能有效提高整個網絡的平均用戶吞吐量和小區邊緣用戶的吞吐量。

[關鍵詞]ICIC過渡區平均用戶吞吐量小區邊緣用戶吞吐量

為了解決小區覆蓋及小區邊緣用戶的吞吐量問題，在新一代無線通信網絡中可能會引入很多新的節點(諸如Pico、家庭基站、Femto、中繼等)，這些新節點的引入將改變網絡的拓撲結構。眾所周知，在無線通信網絡中可以通過減小小區的覆蓋半徑來有效地改善頻譜效率，但同時也引入了干擾。因此本文提出一種基于過渡區的小區間干擾協調方法，通過引入過渡區，將網絡中有小區間干擾的區域劃分為內層區域、過渡區和外層區域，在有效地降低小區間干擾協調開銷的前提下，通過盡可能地提高過渡區的發射功率來提高過渡區的平均用戶吞吐量，進而提高整個網絡的平均用戶吞吐量和小區邊緣用戶的吞吐量。

1小區間干擾協調(ICIC)概述

小區間干擾協調(ICIC，Inter-Cell Interference Coordination)是一種通過考慮小區間干擾來增強小區邊緣數據率的調度策略。主要來說，小區間干擾協調意味著通過小區內的調度器對上行鏈路和下行鏈路的資源進行確定的約束來控制小區間干擾。通過約束一個小區中頻譜部分的發射功率，使鄰小區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中為用戶提供更高的數據率。實際上，在小區的不同部分會采用不同的頻率重用因子。

為了達到小區間干擾協調的目的，主要通過三個步驟來實現：

(1)小區的網絡規劃：引八分層的結構，對不同的層采用不同的小區間干擾協調方法；

(2)小區的時頻資源劃分：將時頻資源劃分為若干子集，每個小區占用一個或多個子集的時頻資源用于小區邊緣用戶的數據和信令傳輸；

(3)小區上行鏈路發射功率規劃：小區網絡規劃的不同子層下，小區間的干擾級也有很大的不同。因此，必須對小區上行鏈路發射功率進行合理的規劃，以適應小區不同區域、小區網絡規劃的不同子層下ICIC的需求，以便于在高的頻譜利用率下盡量提高小區平均吞吐量，特別是小區邊緣吞吐量。

如圖1所示，在小區間干擾協調解決方案中，小區的網絡規劃引入了分層的結構，即：不存在小區間干擾的內層區域和存在小區間干擾的外層區域。圖1中的中心小區C-1，與其相鄰的兩層的小區都會對其產生干擾，因此，在小區網絡規劃的外層區域中，將包含與C-1相鄰的所有干擾小區。

實際上，盡管圖1中與C一1相鄰的所有小區都會對其產生干擾，但是干擾信號級可能會存在很大的差異，如果將所有的干擾小區都放在網絡規劃的外層區域，會存在很多的問題：

(1)擴大了網絡規劃中外層區域的范圍，即需要進行ICIC的區域，給ICIC帶來了更大的系統信令開銷；

(2)小區間存在小區間干擾的外層區域的時頻資源需要正交，但網絡規劃中外層區域范圍的擴大，將使外層區域所占用的時頻資源加大，給時頻資源的正交帶來更大的困難；

(3)沒有考慮到所有干擾小區的干擾信號級的差異，使小區上行鏈路發射功率規劃的靈活性降低。

2基于過渡區的解決方案

為了解決上述問題，本文提出基于過渡區的ICIC解決方案。該方案包括如下的內容：

2.1小區的網絡規劃

通過引入兩個區域劃分閾值，即內層與過渡區的劃分閾值THIT、過渡區與外層的劃分閾值THTO，將網絡劃分為三個區域：內層區域、過渡區區域、外層區域。圖2顯示了引入過渡區后的新的網絡分層結構：

在基于過渡區的新的小區網絡規劃下，將與當前基站相鄰的所有干擾小區通過上述的兩個閾值分別放置在過渡區區域和外層區域。被放置在外層區域的干擾小區，干擾信號級非常強，對小區間干擾非常敏感，也稱為小區間干擾的極敏感區域；被放置在過渡區區域的干擾小區，干擾信號級相對外層區域較弱，對小區間干擾較敏感，也稱為小區間干擾的次敏感區域。

新的網絡規劃下有如下優點：將所有的干擾小區根據干擾信號級進行分別處理，有利于在整個網絡中充分考慮干擾小區的差異給ICIC帶來的影響。

2.2小區的時頻資源劃分

在基于過渡區的小區網絡規劃下，對小區的時頻資源進行了重新劃分，如圖3所示。首先，對于單小區。將全部的時頻資源劃分為三個部分，分別應用于內層區域、過渡區區域、外層區域，分別稱為小區間干擾不敏感時頻資源、小區間干擾次敏感時頻資源、小區間干擾極敏感時頻資源。其次，整個網絡的時頻資源規劃中，原有的相鄰小區的外層時頻資源的正交變更為多種類型的時頻資源正交方式，即，小區間干擾不敏感時頻資源與小區間干擾極敏感資源的正交、小區間干擾次敏感時頻資源與小區間干擾極敏感資源的正交等等。

新的小區時頻資源劃分有如下的優點：時頻資源的正交方式增加，有利于提高小區間干擾協調的有效性；在所有小區通過上層接口協調小區間干擾極敏感區域的資源時，只需要極小的系統信令開銷，例如，在上層接口中只需要傳輸兩個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到目的。

2.3小區上行鏈路發射功率規劃

在新的網絡規劃下，由于只有外層區域的小區間干擾的極敏感區域的干擾信號級較強，因此，在小區上行鏈路發射功率規劃中，可以對三個分層分別進行小區上行鏈路發射功率控制。例如，對于內層區域的小區間干擾不敏感區域，可以采用滿功率發射及全路損補償的方式進行功率控制，確保小區核心區域的用戶平均吞吐量；對于過渡區的小區間干擾次敏感區域，由于小區間干擾信號級相對較弱，因此，可以在確保服務質量的前提下，盡可能地提高發射功率，進而有效地提高過渡區區域的用戶平均吞吐量；對于外層區域的小區間干擾極敏感區域，由于小區間干擾信號級較強，因此。在確保有效降低小區間干擾的前提下，對上行鏈路發射功率進行有效的控制，以利于提高小區邊緣用戶的吞吐量。

新的小區上行鏈路發射功率規劃，具有以下的優點：確保內層區域用戶的平均吞吐量，盡可能提高過渡區區域用戶的平均吞吐量，有效保障外層區域小區邊緣用戶的吞吐量。3結論

小區間干擾協調主要是一種考慮了鄰小區狀態的調度策略，這也就決定了它的使用不會影響整網的核心部分，并且ICIC只放置于小區的邊緣區域，網絡的頻譜利用率不會顯著降低。

基于過渡區的ICIC解決方案，通過引入兩個區域劃分閾值，將小區劃分為內層的小區間干擾不敏感區域、過渡區的小區間干擾次敏感區域、外層的小區間干擾極敏感區域，不同的區域占用不同的時頻資源，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點：

(1)將網絡中的所有干擾小區進行分類處理，放置于不同的區域，有利于在整個網絡中充分考慮干擾小區的差異給小區間干擾協調帶來的差異；

(2)不同的區域占用不同的時頻資源，同時由于過渡區資源的引入，增加了資源正交的方式，有利于提高小區間干擾協調的效果；

(3)在所有小區通過上層接口協調小區間干擾極敏感區域的資源時，只需要極小的系統信令開銷就可以達到目的：

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

基于過渡區的網絡規劃中引入的兩個閾值允許主動和被動兩種方式的小區間干擾協調方法，即：相鄰小區通過時頻資源的正交，避免了外層小區間干擾極敏感區域時頻資源重復使用，避免了過多的干擾；同時，當用戶處于過渡區的小區間干擾次敏感區域時，可以不通過小區間的協調就能降低干擾，減少了系統協調時的信令開銷。如果外層的小區間干擾極敏感區域經過ICIC后其干擾仍然比過渡區與外層劃分閾值高，那么可以通過小區間協調的方式進一步降低小區間干擾。