一种基于过渡区的小区间干扰协调方法

魏 巍

[摘要]文章提出了一种基于过渡区的小区间干扰协调方法，通过小区的网络规划、时频资源划分和上行链路发射功率规划三个部分，详细阐述了该方案的实现。该方案能有效提高整个网络的平均用户吞吐量和小区边缘用户的吞吐量。

[关键词]ICIC过渡区平均用户吞吐量小区边缘用户吞吐量

为了解决小区覆盖及小区边缘用户的吞吐量问题，在新一代无线通信网络中可能会引入很多新的节点(诸如Pico、家庭基站、Femto、中继等)，这些新节点的引入将改变网络的拓扑结构。众所周知，在无线通信网络中可以通过减小小区的覆盖半径来有效地改善频谱效率，但同时也引入了干扰。因此本文提出一种基于过渡区的小区间干扰协调方法，通过引入过渡区，将网络中有小区间干扰的区域划分为内层区域、过渡区和外层区域，在有效地降低小区间干扰协调开销的前提下，通过尽可能地提高过渡区的发射功率来提高过渡区的平均用户吞吐量，进而提高整个网络的平均用户吞吐量和小区边缘用户的吞吐量。

1小区间干扰协调(ICIC)概述

小区间干扰协调(ICIC，Inter-Cell Interference Coordination)是一种通过考虑小区间干扰来增强小区边缘数据率的调度策略。主要来说，小区间干扰协调意味着通过小区内的调度器对上行链路和下行链路的资源进行确定的约束来控制小区间干扰。通过约束一个小区中频谱部分的发射功率，使邻小区在该频谱部分的干扰得到降低，该频谱部分随后能被用于邻小区中为用户提供更高的数据率。实际上，在小区的不同部分会采用不同的频率重用因子。

为了达到小区间干扰协调的目的，主要通过三个步骤来实现：

(1)小区的网络规划：引八分层的结构，对不同的层采用不同的小区间干扰协调方法；

(2)小区的时频资源划分：将时频资源划分为若干子集，每个小区占用一个或多个子集的时频资源用于小区边缘用户的数据和信令传输；

(3)小区上行链路发射功率规划：小区网络规划的不同子层下，小区间的干扰级也有很大的不同。因此，必须对小区上行链路发射功率进行合理的规划，以适应小区不同区域、小区网络规划的不同子层下ICIC的需求，以便于在高的频谱利用率下尽量提高小区平均吞吐量，特别是小区边缘吞吐量。

如图1所示，在小区间干扰协调解决方案中，小区的网络规划引入了分层的结构，即：不存在小区间干扰的内层区域和存在小区间干扰的外层区域。图1中的中心小区C-1，与其相邻的两层的小区都会对其产生干扰，因此，在小区网络规划的外层区域中，将包含与C-1相邻的所有干扰小区。

实际上，尽管图1中与C一1相邻的所有小区都会对其产生干扰，但是干扰信号级可能会存在很大的差异，如果将所有的干扰小区都放在网络规划的外层区域，会存在很多的问题：

(1)扩大了网络规划中外层区域的范围，即需要进行ICIC的区域，给ICIC带来了更大的系统信令开销；

(2)小区间存在小区间干扰的外层区域的时频资源需要正交，但网络规划中外层区域范围的扩大，将使外层区域所占用的时频资源加大，给时频资源的正交带来更大的困难；

(3)没有考虑到所有干扰小区的干扰信号级的差异，使小区上行链路发射功率规划的灵活性降低。

2基于过渡区的解决方案

为了解决上述问题，本文提出基于过渡区的ICIC解决方案。该方案包括如下的内容：

2.1小区的网络规划

通过引入两个区域划分阈值，即内层与过渡区的划分阈值THIT、过渡区与外层的划分阈值THTO，将网络划分为三个区域：内层区域、过渡区区域、外层区域。图2显示了引入过渡区后的新的网络分层结构：

在基于过渡区的新的小区网络规划下，将与当前基站相邻的所有干扰小区通过上述的两个阈值分别放置在过渡区区域和外层区域。被放置在外层区域的干扰小区，干扰信号级非常强，对小区间干扰非常敏感，也称为小区间干扰的极敏感区域；被放置在过渡区区域的干扰小区，干扰信号级相对外层区域较弱，对小区间干扰较敏感，也称为小区间干扰的次敏感区域。

新的网络规划下有如下优点：将所有的干扰小区根据干扰信号级进行分别处理，有利于在整个网络中充分考虑干扰小区的差异给ICIC带来的影响。

2.2小区的时频资源划分

在基于过渡区的小区网络规划下，对小区的时频资源进行了重新划分，如图3所示。首先，对于单小区。将全部的时频资源划分为三个部分，分别应用于内层区域、过渡区区域、外层区域，分别称为小区间干扰不敏感时频资源、小区间干扰次敏感时频资源、小区间干扰极敏感时频资源。其次，整个网络的时频资源规划中，原有的相邻小区的外层时频资源的正交变更为多种类型的时频资源正交方式，即，小区间干扰不敏感时频资源与小区间干扰极敏感资源的正交、小区间干扰次敏感时频资源与小区间干扰极敏感资源的正交等等。

新的小区时频资源划分有如下的优点：时频资源的正交方式增加，有利于提高小区间干扰协调的有效性；在所有小区通过上层接口协调小区间干扰极敏感区域的资源时，只需要极小的系统信令开销，例如，在上层接口中只需要传输两个阈值之间的最大的差以及使用较低阈值的最大带宽部分就可以达到目的。

2.3小区上行链路发射功率规划

在新的网络规划下，由于只有外层区域的小区间干扰的极敏感区域的干扰信号级较强，因此，在小区上行链路发射功率规划中，可以对三个分层分别进行小区上行链路发射功率控制。例如，对于内层区域的小区间干扰不敏感区域，可以采用满功率发射及全路损补偿的方式进行功率控制，确保小区核心区域的用户平均吞吐量；对于过渡区的小区间干扰次敏感区域，由于小区间干扰信号级相对较弱，因此，可以在确保服务质量的前提下，尽可能地提高发射功率，进而有效地提高过渡区区域的用户平均吞吐量；对于外层区域的小区间干扰极敏感区域，由于小区间干扰信号级较强，因此。在确保有效降低小区间干扰的前提下，对上行链路发射功率进行有效的控制，以利于提高小区边缘用户的吞吐量。

新的小区上行链路发射功率规划，具有以下的优点：确保内层区域用户的平均吞吐量，尽可能提高过渡区区域用户的平均吞吐量，有效保障外层区域小区边缘用户的吞吐量。3结论

小区间干扰协调主要是一种考虑了邻小区状态的调度策略，这也就决定了它的使用不会影响整网的核心部分，并且ICIC只放置于小区的边缘区域，网络的频谱利用率不会显著降低。

基于过渡区的ICIC解决方案，通过引入两个区域划分阈值，将小区划分为内层的小区间干扰不敏感区域、过渡区的小区间干扰次敏感区域、外层的小区间干扰极敏感区域，不同的区域占用不同的时频资源，并且使用不同的上行链路功率控制策略。该方案具有以下的优点：

(1)将网络中的所有干扰小区进行分类处理，放置于不同的区域，有利于在整个网络中充分考虑干扰小区的差异给小区间干扰协调带来的差异；

(2)不同的区域占用不同的时频资源，同时由于过渡区资源的引入，增加了资源正交的方式，有利于提高小区间干扰协调的效果；

(3)在所有小区通过上层接口协调小区间干扰极敏感区域的资源时，只需要极小的系统信令开销就可以达到目的：

(4)对于不同的分层采用不同的上行链路功率控制策略，有效提高小区的平均用户吞吐量和小区边缘用户的吞吐量。

基于过渡区的网络规划中引入的两个阈值允许主动和被动两种方式的小区间干扰协调方法，即：相邻小区通过时频资源的正交，避免了外层小区间干扰极敏感区域时频资源重复使用，避免了过多的干扰；同时，当用户处于过渡区的小区间干扰次敏感区域时，可以不通过小区间的协调就能降低干扰，减少了系统协调时的信令开销。如果外层的小区间干扰极敏感区域经过ICIC后其干扰仍然比过渡区与外层划分阈值高，那么可以通过小区间协调的方式进一步降低小区间干扰。