一种基于自适应资源分配的干扰协调方案

何 刚

（东南大学移动通信国家重点实验室，江苏南京210096）

一种基于自适应资源分配的干扰协调方案

何 刚

（东南大学移动通信国家重点实验室，江苏南京210096）

在宏基站和微微基站（Macro－Pico）的异构网络中，资源分配可以有效地抑制基站间的干扰。基于降低用户的干扰和提高系统的吞吐量，提出一种自适应的频率资源分配方案。考虑分配给宏基站的每个资源块，如果距离宏基站较近的微微基站用户所受到的干扰高于最高限，采用不给宏基站分配这个资源块的方法，从而降低其对邻近微微基站用户的干扰，保证微微基站用户一定QoS（Quality－of－Service）。系统仿真结果表明，与正交频率资源分配方案和共信道频率资源分配方案相比较，所提出的自适应频率资源分配方案降低了干扰和提高了系统的吞吐量。

异构网络；资源分配；干扰；系统吞吐量

0 引言

3GPP标准提出异构网（HetNet），诸如微微基站（Pico）、家庭基站（Femto）和中继（Relay）被引入传统的同构网［1］。在众多候选的异构场景中，Macro－Pico的异构场景引起了广泛的注意［2］。在异构网络中，采用小区范围扩展的方法（Cell Range Expansion，CRE）［3－5］来解决由于负载的分配不均匀而造成宏基站的过载，然而位于扩展区域的微微小区的用户（PUE）将会受到来自宏基站的严重的干扰。为了解决这个问题，其中一种候选的方法是几乎空白帧（ABS）［6，7］的方法。然而，很少有方法是聚焦于频域技术的。

作为一种异构网络中重要的干扰协调技术（ICIC），许多资源分配方法在近些年来成为重要的研究主题［8－10］。在家庭基站的系统中，传统的方法是家庭基站和宏基站共用全频段［8］，称这种方法为共信道频率分配（co－channel FA）方案。在文献［9］中提出了一种称为正交频率分配（OFA）的方法，这种方案协调了跨层干扰。文献［10］中提出了一种更好的频率分配方案，能够提高系统总的吞吐量。但是这些研究都是基于家庭基站异构系统的，使得Macro－Pico的异构场景中频率分配的研究工作成为了空白。为此，本文提出了一种Macro－Pico中自适应的频率分配方案（AFA）。

1 系统容量分析

考虑到异构网络的场景，则宏用户k从宏小区i在资源块n上接收到的SINR可以表示为：

式中，Lk表示宏用户k和它附属基站间的路损；pkm和pkf分别表示宏用户k从宏小区f和微小区m接收到的干扰功率，P0表示宏基站的发射功率，Nm表示宏小区的数量，Np表示每个宏小区中微微基站的数量；anm表示资源块n是否被微小区m使用，如果微小区m用资源块n，则anm＝1，否则anm＝0；bnf表示资源块n是否被宏小区f使用，如果宏小区f使用资源块n，则bnf＝1，否则bnf＝0；N表示加性高斯白噪声的功率。同理，微用户t从微小区j在资源块n上接收到的SINRtj（n）与式（1）的计算类似。

文中，总带宽B被划分为NRB个资源块，所有的资源块有相同的带宽：W＝B/NRB。本文方案的目标就是通过减少异构网中的干扰来提高系统的吞吐量。系统的吞吐量包括两部分，具体如下：

在为每个宏基站和微基站分配了可用的频率资源后，下一步就依据轮询的调度算法在为每个宏基站和微基站分配资源块。所以，连到宏小区j上的所有用户产生的系统吞吐量可以表示为：

另一方面，连到微微小区j上的所有用户产生的系统吞吐量可以表示为：

依据上面的公式，在宏小区和微微小区上的总的系统吞吐量可以表示为：

2 自适应频率资源分配方案

在Macro－Pico的异构网络中，处于CRE区域中的用户（CRE UE）由于在其接收功率上加上了一个正的偏置值（bias），从而连到了pico上面，这样CRE UE就会受到来自宏基站的严重干扰，本算法的出发点就是在频域中进行干扰协调。

设某场景内系统的PRB数量为NRB，宏基站的个数为Nm，CRE UE的个数为LpCRE，AFA算法的具体步骤如下：

①CRE UE测量来自宏基站的RSRP（参考信号功率）；

②每个CRE UE测量从它所附属的pico接收到的RSRP，然后由这来确定干扰门限TH1；

③干扰门限TH1反应了每个CRE UE预定的所能忍受的信号质量，所以可以得到对于每个CRE UE i来说，对其造成严重干扰的宏基站集合为：

式中，RSRPij表示CRE UE i从宏基站j所接收到的RSRP；

④根据φi，可以得到对于宏基站j来说，受到这个宏基站严重干扰的CRE UE集合为：

⑤根据事先定义好的SINR门限TH2，对于CRE UE i来说，它可用的PRB资源集合为：

式中，SINRi（k）表示CRE UE i从它的附属基站pico在资源块k上所接收到的SINR；

⑥根据步骤④和⑤的结果，对于宏基站j来说，依据受到宏基站j严重干扰的每个CRE UE的可用的PRB资源集合，然后再把这些集合求交集，从而可以得到宏基站j可用的PRB资源块的集合为：

3 仿真结果及分析

为了验证自适应频率分配方案的性能利用系统级仿真方法对网络性能进行了分析与验证，其中每个宏小区包含3个扇区，每个扇区中随机放置4个微微基站，同时用户随机分布在每个扇区中［11，12］，仿真图如仿真图如图1、图2和图3所示。图1和图2给出了当每个扇区的pico数从4～20变化时，3种方案的宏小区和微小区的平均吞吐量的变化。

图1 宏小区的平均吞吐量

图2 微小区的平均吞吐量

图3 系统的平均吞吐量

由图1可以看出，当pico密度增大时，宏小区的平均吞吐量降低了，这是因为增大了干扰。同时，采用自适应频率分配方案的平均吞吐量高于正交频率分配方案和共信道频率分配方案。同图1类似，图2显示了自适应频率分配方案有最大的微小区的吞吐量。

当每个扇区的pico数变化时，系统平均吞吐量的变化如图3所示。当每个扇区的pico数从0增加到4时，系统的平均吞吐量是增加的，而当每个扇区的pico数从4增加到10时，系统的平均吞吐量是减少的。这是因为每个扇区的pico数为0时，异构网中就只有宏基站，这样系统中就会有很多盲点和热点，所以平均系统吞吐量会很低。当引入pico时，盲点和热点就会消除，所以系统的吞吐量会不断增加。然而，当每个扇区的pico数太大时，这样会增加层间干扰，所以平均系统吞吐量就会降低。同时，自适应方案的系统平均吞吐量是高于正交频率分配和共信道频率分配的。

4 结束语

提出了一种自适应的频率分配方案，这种方案的主要目的就是减少下行干扰和最大化系统吞吐量。系统级仿真结果显示和共信道频率分配方案及正交频率分配方案比较，提出的自适应频率分配方案能够减少干扰和提高频谱利用率，所以这种自适应频率分配方法对于异构网中系统吞吐量的提升非常有效。

［1］3GPP.3GPP TR 36.814（v9.0.0），Futher advancements for E－UTRA physical layer aspects［S］.

［2］Qualcomm Incorporated.LTE Advanced：Heterogeneous Networks［R］.USA California：Qualcomm Incorporated.

［3］Huawei.Evaluation of Rel－8/9 Techniques and Range Expansion for Macro and Outdoor Hotzone（R1－103125）［R］.Montreal，Canada，May 2010，3GPP TSG RANWG1 Meeting－61.

［4］Huang J，Xiao P，Jing X J.A Downlink ICICMethod based on Region in the LTE－Advanced System［C］∥2010 IEEE 21st International Symposium on Personal，Indoor and Mobile Radio CommunicationsWorkshops：135－140.

［5］Huang C H，Liao C Y.An Interference Management Scheme for Heterogeneous Network with cell Range Extension［C］∥Network Operations and Management Symposium（APNOMS），Sept.21－23，2011：366－371.

［6］Naga Sekhar Kshatriya S，Kaimalettu Sunil，Sivakishore Reddy Yerrapareddy.On Interference Management based on Subframe Blanking in Heterogeneous LTE Networks ［C］∥Communication Systems and Networks（COMSNETS），7－10 Jan.2013：211－216.

［7］L＇opez－P＇erez D.Enhanced Inter－cell Interference Coordination Challenges in Heterogeneous Networks［J］.To Appear in IEEEWireless Communication Magazine，2011，6：22－30.

［8］Claussen H.Performance of Macro－and Co－channel Femtocells in a Hierarchical Cell Structure［J］.IEEE 18th International Symposium on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications（PIMRC 2007），Athens，Greece，September 2007：1－5.

［9］Cho K，Lee W，Yoon D，et al.Resource Alloation for Orthogonal and Co－channel Femtocells in a Hierarchical Cell Structure［J］.13th IEEE International Symposium on Consumer Electronics（ISCE2009），25－28，May 2009：655－656.

［10］Jeong Gon Kim，Won Geon Bae.Adaptive Allocation for Usable Frequency in FFR based Fem tocell Network Environment［C］∥Ubiquitous and Future Networks（ICUFN），2－5 July 2013：56－58.

［11］3GPP TR 36.814，V 9.0.0.Further Advancements for EUTRA Physical Layer Aspects［S］，March，2010.

［12］Ikuno JC，Wrulich M，Rupp M.System Level Simulation of LTENetworks［C］∥In Proc.2010 IEEE 71st Vehicular Technology Coference，Taiper，Taiwan，May 2010：165－171.

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 刚.一种基于自适应资源分配的干扰协调方案［J］.无线电通信技术，2015，41（4）：31－33.

2014－12－07

工信部重大专项（2013ZX03001023－002；NCRL2014A02）

何刚（1991—），男，信息与通信工程专业，在读研究生，主要研究方向：异构网的干扰协调技术。