LTE系统中的一种改进的半静态干扰协调策略

欧小鸥 陈荣斌

【摘要】 在LTE系统中的区间干扰导致小区边缘服务质量恶化以及吞吐量下降，而半静态干扰协调技术能够有效地提高小区边缘性能。但是其对小区边缘性能的提升是以小区中心性能和系统的整体性能为代价的。针对上述问题，本文提出了一种改进的半静态干扰协调策略。该策略使用小区间频率资源块调度算法来保证高负荷小区边缘用户的性能，并使用重叠频率资源块抑制算法来提升系统总的吞吐量。

【关键词】 区间干扰协调 广播 网络编码 丢包重传

一、引言

目前，LTE系统所使用的区间干扰抑制技术：干扰协调、干扰消除以及干扰随机化。而理论与实践证明，干扰随机化技术的单独使用并不能取得较好的干扰抑制效果。对于干扰消除技术，其不仅实现复杂，而且对LET系统中的资源分配和信号格式都有要求，所以其难以被应用于实际。干扰协调技术由于其实现简单，方法灵活并且效果明显，得到了学者与厂家广泛地关注。

干扰协调分为三类：静态、动态以及半静态干扰协调。华为公司提出了一种基于SFR （Soft Frequency Reuse，软频率复用）的静态干扰协调策略，在该策略中，小区边缘客户只可以使用未被相邻小区边缘客户所使用的频率资源，从而避免区间干扰的发生，但是在小区负荷变化的情况下，该策略效果并不理想。Alc atel给出了一种高频率利用率的静态干扰协调策略，然而该策略要求对用户位置的判决要非常准确，否则会引起更大的区间干扰。而动态干扰协调技术实现又过于复杂，如何平衡性能与复杂度的问题仍有待解决。

二、系统模型

图1为ISIC策略频率分配图。从图1可以看出，频率资源被等分为四块，其中小区边缘频率资源由基本边缘频率资源块和1/3的预留频率资源块组成。区内边缘用户优先使用边缘频率资源，而区内中心用户可以使用未分配的边缘频率资源。系统为区内边缘用户分配频率资源块的原则为：先分配基本边缘频率资源块，再分配1/3的预留频率资源块。

三、改进的半静态干扰协调策略

改进的半静态干扰协调策略由小区间频率资源块调度算法以及重叠频率资源块抑制算法两部分组成，下面将分别进行介绍。

3.1 小区间频率资源块调度算法

将该小区的边缘负荷分为low、middling、high三个等级。同时假设小区f的边缘负荷为L（f），则：

其中，N为小区频率资源块总数，N为预留边缘资源块数，N_d为小区边缘用户所请求的频率资源块的数目。

图1中的七个小区被分为三簇C_i，i={1，2.3}，{1}∈C₁，（2，4.6}∈c₂，{3，5，7）∈，C₃。并且每个簇的边缘负荷情况可以分为三个等级：

通信系统根据小区的边缘负荷L（i）和L（c_j），i∈c₁的情况进行小区边缘客户所需频率资源的调度。其调度算法如下：（1）当L（i）≠high时，表示本小区边缘频率资源还比较充足，可以满足本小区边缘客户的需求，不需要调度相邻小区的边缘频率资源供自己使用。（2）当L（i）=high，L（C_k） =low，k={l，2，3}，k≠i时，表示小区i的边缘负荷比较高，而其相邻的小区簇内成员边缘负荷比较低，可以把全部的预留边缘频率资源暂借给小区i的边缘客户使用。（3）当L（i） =high，L（C_k） =medium，k={l，2，3}，k≠i时，表示在小区i相邻的小区簇内没有边缘负荷高的小区。那么，相邻小区的预留边缘频率资源块中并没有被全部使用，未使用的资源块就可以分配给小区f的边缘客户。（4）当L（i）=high，L（C_k）=high，k={l，2，3}，k≠i时，表示相邻小区的边缘负荷为高，预留边缘频率资源已被全部使用。

3.2 重叠频率资源块抑制算法

重叠频率资源块抑制算法的工作过程：小区i在为中心客户分配频率资源块前，首先搜集相邻小区的频率资源块的分配情况。然后计算相邻小区对小区i内中心用户可用频率资源块的干扰程度的累加值，即干扰指示程度。对于小区i中心客户的频率资源申请，系统分配的原则是：优先把干扰指示程度较小的可用的频率资源块分配给中心用户。从而有效地抑制了中心用户与相邻小区边缘用户使用相同的频率资源块的可能性，降低了相互间的干扰，提升了系统的吞吐量。

四、仿真结果与分析

为了便于仿真分析，假设小区内基站位于小区中心位置并且配置全向天线，而小区内客户的位置是随机的。表1给出了系统仿真参数。

本节分别从小区边缘用户平均SINR、边缘频率资源块的使用效率、用户阻塞率以及系统吞吐量四个方面对SFR策略、ASFR策略和ISIC策略进行仿真分析。

图2给出了边缘客户平均SINR随小区边缘负荷度的变化情况。从图2中可以看出，ASFR的性能要优于SFR的，这是因为在ASFR策略中，高负荷的小区的可用的边缘频率资源块可以进行根据负荷的变化进行动态地调整，因此其边缘用户平均SINR要高于SFR的。

图3给出了边缘频率使用效率随小区边缘负荷度的变化情况。从图3中可以看出，ASFR策略的性能要优于SFR策略的。这是因为ASFR策略中相邻的不同边缘负荷的小区之间可以进行频率资源块的优化分配，所以其边缘频率使用效率要高于SFR策略的。而ISIC通过使用小区间频率资源块调度算法，把低边缘负荷小于的预留频率资源暂借给相邻的高边缘负荷小区使用，从而实现了效率的提高。

图4和图5分别给出了用户阻塞率以及系统总吞吐量随小区边缘负荷度的变化情况。从图4和图5可以看出，ISIC具有最低的用户阻塞率以及最高的系统吞吐量。

五、结论

针对静态以及半静态干扰协调策略存在的不足，本文提出了一种改进的半静态干扰协调策略。仿真实验表明，该策略能够有效地提升系统总吞吐量以及小区边缘用户的平均吞吐量。