联合HII和OI的小区间干扰协调方案*

孙彦超 ， 李校林 ，2， 李大龙

(1.重庆邮电大学,重庆400065；2.重庆信科设计有限公司,重庆400065)

3GPP LTE[1]上行链路采用SC-FDMA方案，有效避免了小区内用户之间的干扰，小区间干扰不能避免。因此有效的ICIC技术具有重要的研究意义。上行ICIC通过在同一个TTI内协同管理频率和功率资源实现[2-3]。在频率资源方面，SFR方案中边缘用户可用带宽只占系统带宽的1/3，不能满足更多的用户。因此基于HII[4]的SFR改进方案被广泛研究。HII用于指示相邻小区的下一步调度对目标小区的干扰情况。目标小区接收到相邻小区的HII后，根据目标小区中心资源分配情况，找到空闲的且不会受到相邻小区较大干扰的资源块，将边缘过载的用户分配到这部分资源块上[5]，能够有效缓解小区边缘的阻塞问题，提高系统吞吐量。在功率控制方面，3GPP规定了OI[4]用于小区间功率控制。大量文献对如何触发OI指示和触发OI指示之后基站的行为进行了研究[6]。目前绝大部分对HII和OI的研究都是独立进行的。典型的如参考文献[7]将HII和OI用于一种半静态的ICIC方案中，优先处理HII，再判断是否触发OI。而参考文献[8]提出一种联合HII和 OI的上行干扰协调方法,通过接收相邻小区的HII和OI，进行频率和功率调整。以上方案并未考虑到对HII和OI处理的协调性,导致系统吞吐量较低。

本文提出一种新的联合HII和OI的ICIC方案。本方案首先根据目标小区接收到的HII和OI，判断目标小区中心需要调整PRB分配的用户和需要调整发射功率的用户，并确定可复用的PRB;根据不同的边缘负载情况分配频域资源;调整需调整发射功率的中心用户发射功率;仿真验证了所提方案的有效性。

1 系统模型

在LTE上行多用户FDMA系统中，无线资源分配的最小单位为PRB，PRB在频域上由12个连续的子载波组成，在时域上为一个TTI。SINR是衡量小区间干扰方案有效性的重要标准。第k个小区的用户m在PRB n上的SINR计算公式为：

其中 Pmn为用户 m在 PRB n上的发射功率，βmk为用户m到k小区基站的信道增益情况(包括路径损耗、阴影衰落、快衰落等)，N0为热噪声，A(n)为使用 PRB n的所有用户的集合，i表示相邻小区使用PRB n的干扰用户，Pin表示干扰用户在PRB n上的发射功率，βik表示干扰用户i到目标小区k的信道增益情况。

假设系统存在L个小区，共有N个PRB，M个用户，每个激活的用户最多只分配 1个PRB，B为 1个PRB的带宽 (180 kHz)，采用用户吞吐量，IoT为衡量ICIC方案有效性的标准。其中用户m在PRB n上的吞吐量为：

用户m在PRB n上的IoTmn计算公式为：

2 联合HII和OI的小区间干扰协调方案

本文提出的联合HII和OI的小区间干扰协调方案主要考虑了对HII和OI处理的协调性。新方案包含的主要内容有以下两个方面：

(1)确定需调整PRB分配的用户和需调整发射功率的用户

根据目标小区接收到的HII、OI以及目标小区中心用户使用PRB的情况，目标小区的用户所使用的带宽可分为10种PRB集合：

①小区中心用户使用，HII为1且OI为11的PRB；

②小区中心用户使用，HII为 1且 OI为 10或 00的PRB；

③小区中心用户使用，HII为0且OI为11的PRB；

④小区中心用户使用，HII为 0且 OI为 10或 00的PRB；

⑤小区用户未使用，HII为1且 OI为11的 PRB；

⑥小区用户未使用，HII为1且OI为10或00的PRB；

⑦小区用户未使用，HII为0且 OI为11的 PRB；

⑧小区用户未使用，HII为0且OI为10或00的PRB；

⑨小区边缘用户使用，HII为0且OI为11的PRB；

⑩小区边缘用户使用，HII为 0且 OI为 10或 00的PRB。

其中使用①部分PRB的用户，将会在下一步的调度TTI内受到相邻小区较大干扰，且相邻小区也受到较大干扰，因此为需调整PRB分配情况的用户。使用③部分PRB的用户，不会受到相邻小区较大的干扰，但是会对相邻小区产生较大的干扰，因此为需要调整发射功率的用户。

(2)确定可复用PRB集合并分配用户

从划分的10部分小区带宽可以看出，可复用PRB集合为：⑧和⑦，并优先占用⑧部分的PRB。⑧部分的PRB受到相邻小区的干扰较小，且对相邻小区的干扰也较小，因此其复用优先级最高。⑦部分的PRB受到相邻小区的干扰较小，相邻小区受到的较大干扰也不是来源于目标小区。小区边缘轻负载时，边缘用户PRB分配情况不变,优先将使用①部分PRB的用户分配到可复用PRB集合⑧和⑨上，并优先分配到⑧上。若可复用PRB集合中的PRB仍未被占用完毕，则将使用②部分PRB的用户分配到剩余的可复用PRB上，提高目标小区中心用户性能。当小区边缘负载较高时，将小区边缘过载的用户和使用①部分PRB的用户分配到可复用PRB集合上。

联合HII和OI的小区间干扰协调方案流程图如图1所示。

图1 联合HII和OI的方案流程图

3 仿真结果及分析

为验证本文提出方案的有效性，搭建7小区LTE上行系统级仿真平台。不同的方案只用于目标小区，相邻小区采用SFR方案。在同一用户数目下，假设不考虑用户移动性。以SFR、ASFR和本文提出的方案(简称New-ICIC)作为仿真对象，小区边缘轻负载时选取小区用户数20为例，高负载时选取小区用户数32为例。仿真得到两种小区负载情况下3种方案的用户吞吐量和IoT。

图2 用户数为20时目标小区用户平均吞吐量

目标小区边缘轻负载时,从图2可以看出，SFR和ASFR频域资源分配方式相同，因此两种方案曲线重合。New-ICIC将目标小区中心受到邻区较大干扰的用户分配到无线信道条件较好的PRB上,明显提高了中心用户吞吐量，而边缘用户资源分配情况不变，因此得到的目标小区平均用户吞吐量明显优于其他两个方案。图3中，由于ASFR和New-ICIC只用于目标小区并且相邻小区的资源分配方式不变，因此IoT的不同都是由目标小区资源分配方式的不同造成的。因此从图3中可以看出，轻负载时目标小区使用SFR和ASFR方案时频域资源分配方式相同，因此对相邻小区产生的干扰是相同的，而使用New-ICIC时，由于频率资源调整时是将用户优先分配到集合H中的PRB上,能够有效降低目标小区对相邻6小区的干扰。

图3 用户数为20时相邻小区用户IoT

目标小区边缘过载时，从图4可以看出SFR方案边缘带宽不能满足过载的用户，因此约有20%的用户吞吐量为0，而ASFR和New-ICIC能够将这些用户分配到可复用的PRB上。其中New-ICIC将过载的边缘用户和需调整PRB分配的中心用户分配到受邻区干扰较小的PRB上，因此该方案中目标小区用户平均吞吐量最大。图5中，由于此时用户数的增加使得小区间干扰增加，因此只改变目标小区PRB分配情况对相邻6小区受到的小区间干扰的影响变小，曲线相差不大。其中SFR接入的用户数最少，因此曲线最靠近左方。而接入相同用户数目下的ASFR和New-ICIC相比，后者通过将目标小区过载的边缘用户和需调整PRB分配的中心用户优先分配到集合H中的PRB上，同时降低目标小区使用集合C中PRB用户的发射功率，从而有效控制对相邻小区干扰水平的动态范围(曲线斜率更高)。仿真结果验证了新方案的有效性。

图4 用户数为32时目标小区用户平均吞吐量

图5 用户数为32时相邻小区用户IoT

[1]沈嘉.3GPP长期演进技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[2]R1-050507.Soft frequency reuse scheme for UTRAN LTE[S].Huawei，3GPP TSG RAN WG1 Meeting#41，Athens,Greece，May 2005.

[3]滕志军，杨旭,韩雪，等.基于多次博弈的认知无线电频谱动态分配算法[J].电子技术应用，2012,38(7):95-98.

[4]3GPP TS 36.423.Requirements for evolved UTRAN(EUTRAN)and X2 application protocol(X2AP)V8.6.0[S].2009.

[5]Zhang Guangrong,Zhang Cao,Zhang Jun,et al.A novel uplink interference coordination scheme using high interference indicator[C].IEEE Vehicular Technology Conference(VTC)Fall.2010:1-5.

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[7]R1-081910，Mitsubishi Electric，Use case of OI/HII indicators for uplink ICIC，3GPP RAN1#53[S].Kasas City,USA.May 5-9,2008.

[8]张光荣，吴文银,等.一种联合 HII和 OI的上行干扰协调方法[J].中国科学院研究生院学报,2012,29(5):667-673.