專利名稱：Lte系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法。
背景技術：
在蜂窩系統(tǒng)下，一個主要的問題是相鄰小區(qū)使用相同的頻帶引起的小區(qū)間干擾，尤其對于小區(qū)邊緣用戶，甚至會導致性能的急劇惡化。小區(qū)間干擾問題在傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)中就已經(jīng)引起了該領域人員的注意，所屬技術領域的人員已經(jīng)提出了一些方案來解決了這個問題。例如，在經(jīng)典的頻/時分多路復用(FDM/TDM)系統(tǒng)，就像全球移動通信系統(tǒng)(GSM),部分頻率復用就是用來防止相鄰小區(qū)使用同一組頻率M. Necker, “Interferencecoordination in cellular OFDMA networks, ” IEEE Network, vol. 22, pp. 12-19, 2008.。另一方面，基于碼分多址(CDMA)的系統(tǒng)，像通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)或是CDMA2000，在不 同的小區(qū)使用不同的擾碼，從而減少小區(qū)間干擾。然而，這些方法不適合實施在未來的蜂窩系統(tǒng)(4G)，因為它建立在正交頻分多址接入(OFDMA)傳輸技術的基礎上G. Boudreau，J.Panicker, N. Guo, R. Chang, N. Wang, and S. Vrzic, “Interference coordination andcancellation for 4G networks,，，IEEE Communications Magazine, vol. 47, pp. 74-81, 2009.。第三代合作伙伴項目(3GPP)把LTE定義為后3G或者4G系統(tǒng)的標準框架D. Astely, E. Dahlman, A. Furuskar, Y. Jading, M. Lindstrom, and S. ParkvalI, uLTE: theevolution of mobile broadband-[LTE part 11:3GPP release 8],，，IEEE CommunicationsMagazine, vol. 47，pp. 44-51，2009.。在LTE中頻譜效率被高度強調，在這個無線資源變得稀有的時代，它的宗旨在于提供更高的數(shù)據(jù)速率。不像應用于2G和3G系統(tǒng)的頻率復用模式(采用更高的復用因子)，LTE的期望是在實踐中達到頻率復用因子為I或者幾乎接近為IH. Sari, S. Sezginer, andE. Vivier, “Full frequency reuse in mobile WiMAX and LTEnetworks with sectored cells,” in IEEE Mobile WiMAX Symposium, 2009，pp. 42-45.A. Racz, N. Reider, and G.Fodor,“0n the impact of inter-cell interference inLTE, ”in IEEE Global Telecommunications Conference, 2008, pp. 1-6.。然而，由于移動終端傳輸功率的限制，為了滿足基站附近用戶和小區(qū)邊緣用戶的高數(shù)據(jù)速率目標，就要求LTE中的小區(qū)規(guī)模變小。因此，在LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾的問題會變得更加嚴重，會顯著影響網(wǎng)絡性能。為了解決這個問題，許多的方法被提出，其中軟頻率復用(SFR)在沒有犧牲頻譜效率的同時有效的進行了小區(qū)間干擾協(xié)調，使其成為最具代表性的方法3GPPand Huawei, “Soft frequency reuse scheme for UTRAN LTE,，，in Rl-050507，TSGRAN WGlMeeting#41, Athens, Greece, 2005. ] 作為一個受歡迎的頻率規(guī)劃策略，之前的大部分文獻都曾介紹過SFR和在它基礎上進行改進的一些自適應方法3GPP andHuawei, “Further Analysis of soft frequency reuse scheme, ” in Rl-050841, TSGRAN WG1#42, San Seoul, Korea, 2005.Y. Xiang and J. Luo, ^Inter-cell interferencemitigation through flexible resource reuse in OFDMA based communicationnetworks,，’in Proc. of the 13th European Wireless Conference, Paris, France, 2007.X· Mao, A. Maaref, and K. H. Teo, “Adaptive soft frequency reuse for inter-cellinterference coordination in SC-FDMA based 3GPP LTE uplinks,”in IEEEGlobal Telecommunications Conference, 2008, pp. 1-6.K. Doppler, C. Wijting, andK. Valkealahti,“Interference aware scheduling for soft frequency reuse,，，in IEEE69th Vehicular Technology Conference, 2009, pp. 1-5.。但是軟頻率復用和它的改進算法仍然屬于靜態(tài)資源分配方式，雖然靜態(tài)方式在資源調度時操作簡單易行，但是它本身還是存在缺陷的。比如說，當中心區(qū)域業(yè)務量較小，邊緣區(qū)域業(yè)務量較大時，就會出現(xiàn)中心區(qū)域的頻帶剩余很多，而邊緣區(qū)域頻帶又不夠用的現(xiàn)象，就會導致帶寬的極大浪費，而且系統(tǒng)性能較差。有些時候小區(qū)中需要服務的用戶數(shù)很少，在這樣的情況下，干擾只是少量的存在，即使不對干擾進行控制也不會影響用戶的需求，此時FR one就很適用。在用戶需求的高峰期間，不管怎樣緩解干擾，干擾還是很嚴重，甚至導致部分用戶無法進行通信。此時采用FR three復用方案可以杜絕干擾,但是犧牲了系統(tǒng)吞吐量。 目前可以采用的系統(tǒng)模型和頻譜策略有I. LTE下行鏈路傳輸模式，因為LTE的下行鏈路是基于OFDMA的，基站的調度器在每個傳輸時間間隔需要給它的服務終端分配無線資源。在LTE中，調度器分配的無線資源的最小單位是一個物理資源塊(PRB)，每個PRB在頻域由十二個連續(xù)的子載波組成，在時域占一個時隙(0.5msec)。在本發(fā)明中用于各種算法下的資源分配的帶寬單元是一個PRB。為了提高頻譜效率，LTE采用多輸入多輸出(MIMO)模式。舉例說明，根據(jù)文獻D. Astely, E. Dahlman, A. Furuskar, Y. Jading, M. Lindstrom, and S. ParkvalI, “LTE: theevolution of mobile broadband-[LTE part 11:3GPP release 8],，，IEEE CommunicationsMagazine, vol. 47, pp. 44-51，2009. ，4X4MM0和1X4MM0分別應用于實際環(huán)境的上行和下行。在本發(fā)明中，只考慮單輸入單輸出模式(SISO)，因為本發(fā)明關注的是研究使用頻率計劃后小區(qū)間I干擾協(xié)調的效果。此外，為簡單起見，考慮一個七個小區(qū)，每個小區(qū)為六邊形的系統(tǒng)布局，基站在每個小區(qū)的中心處，并采用全向天線。盡管如此，本發(fā)明的分析可以很容易的擴展到多輸入多輸出模式和三個扇區(qū)小區(qū)布局情況。2.固定因子頻率復用技術，主要包括頻率復用因子為I和頻率復用因子為3兩種。其中頻率復用因子為I簡稱為FR one，頻率復用因子為3簡稱為FR three。在FR one方案中所有小區(qū)都可以以相等的功率使用全部的帶寬，這種方案很適合用于低負載的情況下，因為在高負載的情況下會產(chǎn)生很強的干擾，從而減弱系統(tǒng)的性能。FR three是把每三個相鄰小區(qū)分成一組，每組的三個小區(qū)可以各自使用總頻帶的三分之一，并且保證它們的頻帶沒有交集。在這種方案中，干擾被大大的減少了，特別是改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，雖然小區(qū)的整體性能下降了。根據(jù)FR three的特點可以看出，它更適合于高負載的情況。頻率復用因子為I和頻率復用因子為3這兩種方案都是為每個物理資源塊提供固定的功率。3.軟頻率復用(SFR)，被認為是緩解小區(qū)間干擾最有效的頻率規(guī)劃策略之一。SFR第一次出現(xiàn)在GSM，然后被使用在3GPP LTE的框架下，為了給小區(qū)邊緣用戶提供更高的性能3GPP and Huawei,“Soft frequency reuse scheme for UTRAN LTE, ”in Rl-050507, TSGRAN WGlMeeting#41, Athens, Greece, 2005. I15SFR的基本理念是在小區(qū)中心區(qū)域頻率復用因子為I，而在小區(qū)邊緣附近使用更高的頻率復用因子。和HFR(hard frequency reuse)、FFR (fractional frequency reuse相比，SFR在減少了小區(qū)間干擾的前提下，并沒有犧牲很大的頻譜效率，這是由于其使用了較低的頻率復用因子(幾乎等于I)。在SFR中，可用頻譜被劃分成兩個保留部分小區(qū)邊緣頻帶和小區(qū)中心頻帶。每個小區(qū)內的用戶也被分成了兩組，小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶，是根據(jù)他們到基站的距離或者其他因素來區(qū)別的。小區(qū)邊緣用戶被限制只能使用保留的小區(qū)邊緣頻帶，然而小區(qū)中心用戶有特權，不僅可以使用小區(qū)中心頻帶，也可以使用小區(qū)邊緣頻帶，只是優(yōu)先級比較低。SFR應用在一個七小區(qū)六邊形系統(tǒng)布局下，如圖3左側所示。小區(qū)中心用戶可以使用整個頻帶，但小區(qū)邊緣用戶只能使用不與相鄰小區(qū)重疊的部分頻帶。為了改善小區(qū)邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率，必須使其以一個更高的功率來傳輸，而小區(qū)中心用戶則可以減小傳輸功率。對FR one來說，相鄰的小區(qū)用戶同時使用相同的PRB (物理資源塊)時會引起小區(qū)間干擾。而FRthree雖然抗干擾能力強，但是頻譜利用率很低，造成了頻譜資源的嚴重浪費。上文介紹了很多軟頻率復用的優(yōu)點，但是軟頻率復用仍然屬于靜態(tài)資源分配方式，雖然 靜態(tài)方式在資源調度時操作簡單易行，但是它本身還是存在缺陷的。比如說，當中心區(qū)域業(yè)務量較小，邊緣區(qū)域業(yè)務量較大時，就會出現(xiàn)中心區(qū)域的頻帶剩余很多，而邊緣區(qū)域頻帶又不夠用的現(xiàn)象，就會導致帶寬的極大浪費，而且系統(tǒng)性能較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，主要針對靜態(tài)資源分配方式缺乏對頻譜資源的有效控制，以及在負載嚴重的情況下不能解決網(wǎng)絡擁塞的問題，它的優(yōu)點是，可以滿足對系統(tǒng)吞吐量性能尤其是邊緣用戶吞吐量有較高要求的用戶需求，更好的為用戶服務特別是邊緣用戶，提高了系統(tǒng)的整體性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，不僅考慮小區(qū)內的負載量，還考慮到小區(qū)內中心用戶數(shù)與邊緣用戶數(shù)的比值，中心用戶和邊緣用戶的功率比值；根據(jù)小區(qū)內負載量的變化情況動態(tài)的選取小區(qū)內采用的干擾協(xié)調技術；具體步驟如下在調度開始時，統(tǒng)計小區(qū)內的通信負載量，如果通信負載量Y e (O, Ytl),小區(qū)就采用軟頻率復用算法；如果通信負載量Y e (Ytl, 1)，此時小區(qū)內負載量變大，容易產(chǎn)生干擾，干擾會嚴重影響小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，應該選用頻率復用因子為3的算法。所述負載量，在不同的負載量情況下系統(tǒng)的性能有很大差別，本發(fā)明把物理資源塊的使用作為規(guī)范的負載量來考慮；例如，如果在一個小區(qū)中只有10%的PRBs被使用，對應的通信負載量為O. I ;如果所有的PRBs都被使用了，那么通信負載量是1，可以說這個小區(qū)是全負載；此外，假設通信量是均勻地分布在整個網(wǎng)絡的，每個小區(qū)就有相同的通信負載量；這樣，簡單的認為在低通信負載量時小區(qū)間干擾是有限的，但是負載量變高時會變得顯著。從文獻[Yiwei Yu;Dutkiewicz, E. ;Xiaojing Huang;Mueck, Μ. ;GengfaFang;“Performance Analysis of Soft Frequency Reuse for Inter-cell InterferenceCoordination in LTE Networks，，，Communications and Information Technologies (ISCIT), 2010International Symposium on, 2010. IEEE]中可以觀察到就小區(qū)邊緣用戶的吞吐量來說，在負載量較小的情況下，SFR幾乎接近在不受干擾的情況下的極限情況；但是在負載量慢慢增加到一定程度后，開始大幅度的偏離極值情況，可以看出在負載高時，SFR并不能很完美的改善小區(qū)邊緣用戶的吞吐量性能；再看小區(qū)中心用戶的吞吐量，負載量較小時，SFR方法下性能接近極值情況，但是在負載量變大以后，甚至出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象；在負載重的情況下，很大程度的偏離了極值；在接近全負載時，同沒有使用干擾協(xié)調時的效果一樣。小區(qū)總吞吐量也在低負載時與極值差距不大，負載量漸漸增大時很緩慢的上升，但是離極值還是有很大差距的。所述功率比，對FR one來說，在相鄰的小區(qū)用戶同時使用相同的PRB(物理資源塊)時會引起小區(qū)間的干擾；對SFR來說，相鄰小區(qū)的中心用戶之間不會引起小區(qū)間干擾；換句話說，就是小區(qū)中心用戶不會被其他小區(qū)的中心用戶所影響，即使他們共享同一個PRB ；其中的原因是在SFR方案中小區(qū)中心用戶的傳輸功率被限制在一個較低的水平，而一個小區(qū)中心用戶和相鄰基站之間的距離通常是足夠遠的，可以確保路徑損耗足夠大，從而進一 步減少了接收到的干擾功率；因此，在SFR中只考慮小區(qū)邊緣用戶和其相鄰小區(qū)中心用戶之間在同時使用一個PRB時產(chǎn)生的相互干擾；從SFR的頻率計劃可知，相鄰小區(qū)的邊緣用戶使用的是互不重疊的頻帶，從而不同小區(qū)間的邊緣用戶之間不會產(chǎn)生干擾；為了降低小區(qū)間干擾，SFR分配了一個更高的功率給小區(qū)邊緣用戶使用，而小區(qū)中心用戶的功率要降低；假設對FR one和SFR來說總發(fā)射功率是相同的，功率是均勻分給每個PRB的；在FR one中，每個PRB的功率p P = Ptotal/N (I)其中Ptrtal是總的發(fā)射功率，N是指在一個小區(qū)中可用的物理資源塊總數(shù)。在SFR中，如果邊緣頻帶的每個PRB的功率為Pedge，那么中心頻帶的每個PRB的功率則為a Pedge,其中O < α < 1，α表示功率比。Pedge可由下面的方程計算得來PaigA3N+ aPmlge^N ^ Ptaml(2)可得
3 P
Γηηρο P, =-—---I τ)
L0023」· jV(1 + 2a)1通常情況下，功率比α的值被視為一個動態(tài)范圍而不是一個固定常量，功率比不同可以達到不同的性能目標；基本上來說，較高的功率比，小區(qū)中心用戶可以得到更好的性能，此時小區(qū)邊緣用戶表現(xiàn)的很糟糕；功率比的不同，會引起小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶的性能的不同變化；功率比越高，小區(qū)中心用戶的吞吐量性能越好；功率比越低，小區(qū)邊緣用戶的吞吐量性能越好；小區(qū)總吞吐量會隨著功率比的增加而增加；當小區(qū)邊緣用戶數(shù)遠遠多于小區(qū)中心用戶數(shù)，那么為了保證大多數(shù)用戶的性能，就可以采用較小的α ;當小區(qū)邊緣用戶數(shù)近似接近于小區(qū)中心用戶數(shù)時，在這種情況下，適合折中選取α的值，同時保障邊緣用戶和中心用戶的吞吐量性能；小區(qū)中心用戶數(shù)較多時，可以為了大部分用戶的性能，取較大的α的值。所述吞吐量評估，為了不失去一般性，用理論的香農(nóng)公式來計算吞吐量；根據(jù)香農(nóng)的信道容量公式，一個特定用戶可達到的吞吐量為Thr = B* Iog2 (I+SNR) (4)式中B是信道帶寬，SNR是用戶的信噪比；在本發(fā)明中，B被定義為一個PRB的帶寬；上面這個等式是基于香農(nóng)原理的，并沒有考慮小區(qū)間干擾這個因素；因此，香農(nóng)公式中的SNR應該被換成信號和干擾加噪聲的比值(SINR);對于一個特定用戶m在物理資源塊η上的SINR可以表示成下面這個式子
權利要求
1.一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，它不僅考慮小區(qū)內的負載量，還考慮小區(qū)內中心用戶數(shù)與邊緣用戶數(shù)的比值以及中心用戶和邊緣用戶的功率比值；并根據(jù)小區(qū)內負載量的變化情況動態(tài)的選取小區(qū)內采用的干擾協(xié)調方式；其特征是，具體步驟如下 在調度開始時，統(tǒng)計小區(qū)內的通信負載量，如果通信負載量Y e (O，Y 小區(qū)就采用軟頻率復用算法； 如果通信負載量Y e (Y cl)，此時小區(qū)內負載量變大，容易產(chǎn)生干擾，干擾會嚴重影響小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，就選用頻率復用因子為3的算法。
2.如權利要求I所述的一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，其特征是，所述頻率復用因子為3的算法是把每三個相鄰小區(qū)分成一組，每組的三個小區(qū)可以各自使用總頻帶的三分之一，并且保證它們的頻帶沒有交集。
3.如權利要求I所述的一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，其特征是，所述軟頻率復用算法，其具體工作步驟為 首先計算小區(qū)內邊緣用戶數(shù)和小區(qū)中心用戶數(shù)的比值
4.如權利要求I所述的一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，其特征是，所述Y 0的計算方法為 在每個調度時刻開始時，統(tǒng)計小區(qū)內中心用戶的數(shù)量，計算小區(qū)中心用戶數(shù)與總用戶數(shù)的比值，定義為β ;對小區(qū)內的吞吐量情況進行統(tǒng)計， Thr總吞吐量=Thr中心用戶+Thr邊緣用戶 (8)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LTE系統(tǒng)中基于負載量的動態(tài)干擾協(xié)調算法，不僅考慮小區(qū)內的負載量，還考慮到小區(qū)內中心用戶數(shù)與邊緣用戶數(shù)的比值，中心用戶和邊緣用戶的功率比值；根據(jù)小區(qū)內負載量的變化情況動態(tài)的選取小區(qū)內采用的干擾協(xié)調技術。本發(fā)明的有益效果具有能有效緩解小區(qū)間干擾問題的特點，又具有能根據(jù)小區(qū)內實時負載量的變化情況改變小區(qū)所采用的干擾協(xié)調技術的特點，能充分利用頻譜資源，減少資源的浪費。
文檔編號H04W24/02GK102932815SQ201210328458
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者曹葉文, 張?zhí)燔?申請人:山東大學