一种准动态ICIC干扰协调方案

河南工程学院电气信息工程系 蒋 威

1.引言

现有的蜂窝移动通信系统（如3G系统）提供的数据率在小区中心和小区边缘有很大的差异，不仅影响了整个系统的容量，而且使用户在不同的位置得到的服务质量有很大的波动。因此，目前正在研发的新一代宽带无线通信系统，都不约而同地将提高小区边缘性能作为主要的需求指标之一。在小区边缘地带，性能受小区间干扰的影响较大，又由于其物理层技术本身没有小区间干扰抑制的机制，如果频率复用因子N=1，会导致小区间的干扰水平增大，特别是位于小区边缘的用户的性能会受到极大损失。为提高小区边缘的数据速率，必须有效减轻小区间干扰，而干扰协调是一种有效减轻小区间干扰的有效方法。

2.干扰协调技术及算法

干扰协调有时称为干扰避免，其方法很多，但基本原理都是对上下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区的动作，避免产生严重的小区间干扰。这种限制可以是对资源调度的限制，也可以是对某个资源块内发射功率的限制，在一定程度上可以说是通过牺牲小区中心用户的性能，来改善小区边缘用户的性能。

具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等，以保证在系统吞吐量不下降的情况下尽可能提高边缘用户的频谱效率。

按照资源调配灵活程度，在TDHSPA系统中小区间干扰协调技术可分为静态协调、动态协调。

2.1 静态干扰协调算法

静态干扰协调算法通过在时间上或者空间上错开调度形成强干扰的用户，从而避免了网络间强干扰的产生，主要解决小区间的强干扰对用户性能的影响，强干扰一旦得到控制，对小区边缘用户的性能有较大幅度提升。静态干扰控制算法设计分为TIC（时间干扰协调）和SIC（空间干扰协调）算法，分别从时间上和空间上错开调度相邻小区的用户。静态干扰协调算法具体实施就是不管任何情况都从时间和空间上错开调度，当全网中心用户性能好而边缘性能差，且全网负载适当时，静态干扰协调的性能较好。当全网负载不均匀造成有些小区边缘用户较少，或者全网性能很差时，实际上会给系统带来负面影响。

2.2 动态干扰协调算法

动态干扰协调算法由于考虑了邻小区的干扰特性，其性能要好于静态干扰协调。但在TD-HSDPA系统中，动态干扰协调算法需要从Iub口传递邻小区相关信息，然而，Iub口延迟过大，导致在现网中无法实现。

针对在动态ICIC干扰协调中，Iub口延迟过大，无法及时获得邻区信息从而调整本小区，而静态干扰协调只适用于负载均匀的场合，文章引入了一种准动态干扰协调方案。

3.TD-HSPA准动态ICIC干扰协调方案

文章给出一种综合考虑小区负载不均匀和小区用户业务变化的情况下的干扰协调技术。通过测量本小区的一些能够表征干扰的变化情况的关键参数，当边缘用户性能恶化时，打开小区的干扰协调功能；当本小区的干扰环境变好，关闭小区的干扰协调功能。

为了达到上述目的，本方案提到的准动态ICIC的步骤包括的进入步骤和ICIC的退出步骤。

3.1 ICIC的进入

ICIC的进入步骤流程如图1所示。

具体步骤解释如下：

步骤一：当系统处于初始状态时，各基站根据预设的时隙分配策略，为各小区配置干扰协调功能打开之后的时隙资源，这里的关于时隙分配策略仅在该小区干扰协调功能打开时使用；

步骤二：当本扇区的UE有GBR保证时，转入步骤三。当本扇区的UE无GBR保证时，则转入步骤四；

步骤三：当中心用户GBR不满足率大于门限不进入干扰协调，当中心用户GBR不满足率小于等于一个门限时，转入步骤五；

图1 ICIC进入流程图

图2 各扇区特殊时隙安排

图3 ICIC的退出流程图

步骤四：计算小区中所有UE的SIR，利用小区中所有UE的SIR计算该小区的Gini系数。把该Gini系数与门限比较，当Gini系数大于门限时，打开该小区的干扰协调功能，否则不打开该小区的干扰协调功能；

步骤五：边缘用户GBR不满足率大于门限则该打开该小区的干扰协调功能，否则，不打开干扰协调功能。

（1）Gini系数的计算

在ICIC的进入步骤中，Gini系数的步骤具体如下：

1）设UE的SIR分别为Sir1，Sir2，…，SirN，有Min=min(Sir1,Sir2,...,SirN)，如果Min≤ 0，则有：

如果Min≥0，则有：

2）在边长为1的正方形中，按小到大画出以下N点：p1,p2,...,pN，连接这N点，再与原点p0=(0,0)连接起来；画出正方形的左下角与右上角的对角线，该对角线与上述N点连接成的曲线构成一个封闭区间，该区间面积为STotal；Gini=STotal/(1/2)，其中1/2为下三角的面积，即Gini=2*STotal，基尼系数最大为1，最小为0，具体计算步骤如下：

上述公式计算的B值是计算曲线下方与X轴围成区域的面积。由于该区域由若干个梯形组成，故求和符号里面是梯形面积的公式。因此Gini=2*(1/2－B)＝1－2B。可以通过仿真选择适当的门限值。

（2）TIC算法

在ICIC进入步骤中提到的，小区进入ICIC之后的操作采用TIC算法，每个扇区有其固定的特殊TTI，在特殊TTI到来时，优先调度边缘用户，并提高发射功率。非特殊TTI则不调度边缘用户，调度中心用户，并降低中心用户发射功率。具体的各扇区的特殊时隙安排如图2所示。

3.2 ICIC的退出

对已经进入ICIC的小区进行ICIC的退出步骤流程图如图3所示。

具体步骤解释如下：

步骤一：判断当前小区用户数是否小于门限值，当小于门限值时退出ICIC，否则不退出；

步骤二：当前小区边缘用户数是否为0，如果为0则退出ICIC，否则不退出；

步骤三：统计小区中心用户的GBR不满足率，当GBR不满足率大于预设门限时，则执行步骤四，否则不退出；

步骤四：检查保护定时器，当保护定时器超时时，则退出ICIC，否则不退出。

本文从与调度相结合的角度出发，提出了一种准动态干扰协调方案，并进行了系统级的仿真研究，在保证LTE系统中频谱复用尽可能接近1的情况下，减少或抑制了小区间干扰的产生，从而在尽量保证系统整体性能的前提下极大地提升了小区边缘用户的性能。

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