一種準動態ICIC干擾協調方案

河南工程學院電氣信息工程系 蔣 威

1.引言

現有的蜂窩移動通信系統（如3G系統）提供的數據率在小區中心和小區邊緣有很大的差異，不僅影響了整個系統的容量，而且使用戶在不同的位置得到的服務質量有很大的波動。因此，目前正在研發的新一代寬帶無線通信系統，都不約而同地將提高小區邊緣性能作為主要的需求指標之一。在小區邊緣地帶，性能受小區間干擾的影響較大，又由于其物理層技術本身沒有小區間干擾抑制的機制，如果頻率復用因子N=1，會導致小區間的干擾水平增大，特別是位于小區邊緣的用戶的性能會受到極大損失。為提高小區邊緣的數據速率，必須有效減輕小區間干擾，而干擾協調是一種有效減輕小區間干擾的有效方法。

2.干擾協調技術及算法

干擾協調有時稱為干擾避免，其方法很多，但基本原理都是對上下行資源管理設置一定的限制，以協調多個小區的動作，避免產生嚴重的小區間干擾。這種限制可以是對資源調度的限制，也可以是對某個資源塊內發射功率的限制，在一定程度上可以說是通過犧牲小區中心用戶的性能，來改善小區邊緣用戶的性能。

具體而言，ICIC以小區間協調的方式對各個小區中無線資源的使用進行限制，包括限制時頻資源的使用或者在一定的時頻資源上限制其發射功率等，以保證在系統吞吐量不下降的情況下盡可能提高邊緣用戶的頻譜效率。

按照資源調配靈活程度，在TDHSPA系統中小區間干擾協調技術可分為靜態協調、動態協調。

2.1 靜態干擾協調算法

靜態干擾協調算法通過在時間上或者空間上錯開調度形成強干擾的用戶，從而避免了網絡間強干擾的產生，主要解決小區間的強干擾對用戶性能的影響，強干擾一旦得到控制，對小區邊緣用戶的性能有較大幅度提升。靜態干擾控制算法設計分為TIC（時間干擾協調）和SIC（空間干擾協調）算法，分別從時間上和空間上錯開調度相鄰小區的用戶。靜態干擾協調算法具體實施就是不管任何情況都從時間和空間上錯開調度，當全網中心用戶性能好而邊緣性能差，且全網負載適當時，靜態干擾協調的性能較好。當全網負載不均勻造成有些小區邊緣用戶較少，或者全網性能很差時，實際上會給系統帶來負面影響。

2.2 動態干擾協調算法

動態干擾協調算法由于考慮了鄰小區的干擾特性，其性能要好于靜態干擾協調。但在TD-HSDPA系統中，動態干擾協調算法需要從Iub口傳遞鄰小區相關信息，然而，Iub口延遲過大，導致在現網中無法實現。

針對在動態ICIC干擾協調中，Iub口延遲過大，無法及時獲得鄰區信息從而調整本小區，而靜態干擾協調只適用于負載均勻的場合，文章引入了一種準動態干擾協調方案。

3.TD-HSPA準動態ICIC干擾協調方案

文章給出一種綜合考慮小區負載不均勻和小區用戶業務變化的情況下的干擾協調技術。通過測量本小區的一些能夠表征干擾的變化情況的關鍵參數，當邊緣用戶性能惡化時，打開小區的干擾協調功能；當本小區的干擾環境變好，關閉小區的干擾協調功能。

為了達到上述目的，本方案提到的準動態ICIC的步驟包括的進入步驟和ICIC的退出步驟。

3.1 ICIC的進入

ICIC的進入步驟流程如圖1所示。

具體步驟解釋如下：

步驟一：當系統處于初始狀態時，各基站根據預設的時隙分配策略，為各小區配置干擾協調功能打開之后的時隙資源，這里的關于時隙分配策略僅在該小區干擾協調功能打開時使用；

步驟二：當本扇區的UE有GBR保證時，轉入步驟三。當本扇區的UE無GBR保證時，則轉入步驟四；

步驟三：當中心用戶GBR不滿足率大于門限不進入干擾協調，當中心用戶GBR不滿足率小于等于一個門限時，轉入步驟五；

圖1 ICIC進入流程圖

圖2 各扇區特殊時隙安排

圖3 ICIC的退出流程圖

步驟四：計算小區中所有UE的SIR，利用小區中所有UE的SIR計算該小區的Gini系數。把該Gini系數與門限比較，當Gini系數大于門限時，打開該小區的干擾協調功能，否則不打開該小區的干擾協調功能；

步驟五：邊緣用戶GBR不滿足率大于門限則該打開該小區的干擾協調功能，否則，不打開干擾協調功能。

（1）Gini系數的計算

在ICIC的進入步驟中，Gini系數的步驟具體如下：

1）設UE的SIR分別為Sir1，Sir2，…，SirN，有Min=min(Sir1,Sir2,...,SirN)，如果Min≤ 0，則有：

如果Min≥0，則有：

2）在邊長為1的正方形中，按小到大畫出以下N點：p1,p2,...,pN，連接這N點，再與原點p0=(0,0)連接起來；畫出正方形的左下角與右上角的對角線，該對角線與上述N點連接成的曲線構成一個封閉區間，該區間面積為STotal；Gini=STotal/(1/2)，其中1/2為下三角的面積，即Gini=2*STotal，基尼系數最大為1，最小為0，具體計算步驟如下：

上述公式計算的B值是計算曲線下方與X軸圍成區域的面積。由于該區域由若干個梯形組成，故求和符號里面是梯形面積的公式。因此Gini=2*(1/2－B)＝1－2B。可以通過仿真選擇適當的門限值。

（2）TIC算法

在ICIC進入步驟中提到的，小區進入ICIC之后的操作采用TIC算法，每個扇區有其固定的特殊TTI，在特殊TTI到來時，優先調度邊緣用戶，并提高發射功率。非特殊TTI則不調度邊緣用戶，調度中心用戶，并降低中心用戶發射功率。具體的各扇區的特殊時隙安排如圖2所示。

3.2 ICIC的退出

對已經進入ICIC的小區進行ICIC的退出步驟流程圖如圖3所示。

具體步驟解釋如下：

步驟一：判斷當前小區用戶數是否小于門限值，當小于門限值時退出ICIC，否則不退出；

步驟二：當前小區邊緣用戶數是否為0，如果為0則退出ICIC，否則不退出；

步驟三：統計小區中心用戶的GBR不滿足率，當GBR不滿足率大于預設門限時，則執行步驟四，否則不退出；

步驟四：檢查保護定時器，當保護定時器超時時，則退出ICIC，否則不退出。

本文從與調度相結合的角度出發，提出了一種準動態干擾協調方案，并進行了系統級的仿真研究，在保證LTE系統中頻譜復用盡可能接近1的情況下，減少或抑制了小區間干擾的產生，從而在盡量保證系統整體性能的前提下極大地提升了小區邊緣用戶的性能。

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