5G蜂窝网络中干扰协调管理机制研究

李小武，肖孚安

(湖南科技学院 电子与信息工程学院，湖南 永州 425199)

5G蜂窝网络中干扰协调管理机制研究

李小武，肖孚安

(湖南科技学院 电子与信息工程学院，湖南 永州 425199)

蜂窝网络是未来5G的关键技术特征，该特征可以满足未来大数据量大与信号覆盖面广的需求。但是小蜂窝网络与邻居小蜂窝存在着较为严重的同频干扰。为了解决小区之间的同频干扰，必须采用有效的干扰协调技术。本文在半静态资源复用方案与软频率复用方案基础上，提出一种新的资源分配方案，在提高边缘用户通信质量的同时，使系统总吞吐量最大化。

多小区系统 ；同频干扰；资源分配；Qos； 功率调整

在4G蜂窝系统中，如何减小同频干扰成为提高小区吞吐量的主要问题之一[1-3]。此外，小区边缘用户遭受更多的同频干扰，严重影响用户的体验[4-5]。目前，大多学者都拟通过有效分配子载波和功率来提高系统总吞吐量[6-8]，但是，解决方案对小区边缘用户的提升有限。本文在基于仿真分析静态控制与软频率分配方案的基础上提出一种频谱和功率联合控制方案，该方案减小相邻小区在干扰严重的信道上的发射功率或者进行频谱资源调整，最后增大干扰弱的信道上的发射功率。

1 系统模型

蜂窝系统下行链路模型与干扰模型分别如图1、图2所示。

图1 下行链路通信模型

图2 同频干扰模型

假设有M个蜂窝单元，S个信道。蜂窝q中用户p在信道s上对信噪比为:

(1)

(2)

为了使系统总吞吐量最大化，所以采用以下资源分配模型：

(3)

2 算法设计

本文提出的算法，总体思路是先进行资源分配，分析用户受到的干扰信息，然后降低高相邻小区在同频信道上的发射功率或者进行频谱调整，目的是减小周围小区的同频干扰，进而提高吞吐量。最后把剩余的功率资源分配给产生干扰信息小的信道，提高系统总的吞吐量。算法可以分为以下具体几个步骤。

(1)给边缘用户和中心用户随机分配预留的子载波和功率，边缘用户先分配资源，然后给小区中心用户分配资源。

(2)根据第一步分配的结果，分析边缘用户受到的干扰源，向本基站请求资源修正。其中请求相邻小区降低中心小区的发射功率：

(4)

“Fish vie to swim upstream, in early summer less rain.

(3)相邻基站和本基站通过X2接口进行HII信息交互，根据接收到的HII信息，对中心用户在该PRB进行功率下降算法。

Pad=min (Pcurr(SNIR),Preq)

(5)

Pcurr(SNIR)代表基站在此PRB上满足中心用户Qos前提下能够下降的最大功率。通过降低某个小区的有限的吞吐量来获得系统总吞吐量最大化。

(4)如果β值小于门限值δ，对相邻小区中心用户进行频谱调整。否则跳到第5步。

β=Pad/Preq

(6)

(5)通过HII统计分析，把剩余的功率资源分配给干扰小的PRB。

Pincrease=min (PMAX,Premain)

(7)

(8)

假设在下行链路中小区p是小区q的强干扰源。则满足如下等式：

(9)

a为干扰比例，由于一个用户受到的严重干扰源大概是1到2个，干扰分析阶段对a做迭代调整。由以上等式可以推出：

(10)

(11)

(12)

(13)

对于算法第5步，假设

(14)

(15)

把η和β代入等式，可以得出:

(16)

(17)

3 算法分析与仿真

本小节拟通过仿真来验证本文提出的CPA方案的性能。仿真主要参数如表1所示。采用15个正六边形蜂窝系统，用户随机分布在小区内部。系统采用自适应编码调制，假设信道状态信息通反馈无延时。

表1 仿真参数

仿真时对小区边缘用户的负载进行调整，通过仿真图可以看出，在不同边缘用户负载的情况下，本文提出的算法CPA系统总吞吐量性能与边缘用户的信噪比优于软频率复用方案SFR与半静态软频率复用方案ASFR以及干扰协调方案ESS_ICIC。如图3、图4所示。

图3 系统总吞吐量性能

图4 系统边缘用户的信噪比

4 结语

本文基于半静态资源复用方案与软频率复用方案提出的一种新的资源分配方案，在提高边缘用户通信质量的同时，满足系统总吞吐量最大化。

[1] 魏军. 5G通信技术推动物联网产业链发展[J]. 集成电路应用,2017(1):75-79.

[2] 方汝仪. 5G移动通信网络关键技术及分析[J]. 信息技术,2017(1):142-145.

[3] 赵元苏. 5G通信信道编码研究综述[J]. 北京工业职业技术学院学报,2017(1):36-38.

[4] 孟颖涛. 5G与LTE双连接技术架构选择[J]. 移动通信,2017(2):27-31.

[5] 曹亘,李佳俊,李轶群,等. 5G网络架构的标准研究进展[J]. 移动通信,2017(2):32-37.

[6] XinLiu,Xianbin Wang,Yanan Liu. Power Allocation and Performance Analysis of the Collaborative NOMA Assisted Relaying Systems in 5G[J]. 中国通信,2017(1):50-60.

[7] 刘湘明. 浅谈5G移动通信技术及其发展趋势[J]. 电子测试,2017(1):81+83.

[8] 曾剑秋. 5G移动通信技术发展与应用趋势[J]. 电信工程技术与标准化,2017(2):1-4.

[9] 张长青. 基于5G环境下的工业互联网应用探讨[J]. 电信网技术,2017(1):29-34.

[10] 胡金泉. 5G系统的关键技术及其国内外发展现状[J]. 电信快报,2017(1):10-14.

[11] Jiuyue CAO,Yan ZHANG,Wei AN,et al. VNF-FG design and VNF placement for 5G mobile networks[J]. Science China(Information Sciences),2017(4):17-31.

[12] 朱正仓,赵季红,唐睿,等. LTE-A上行终端直通中面向能效的资源分配方案[J]. 通信学报,2017(2):157-164.

[13] 刘辉,夏威,卢彦博,等. 基于干扰指示的D2D粒子群功率控制算法[J]. 计算机工程与设计,2017(1):27-31.

[14] 李瑞鹏,张雨阳. TD-LTE系统同频干扰和组网方案的研究与应用[J]. 通讯世界,2017(6):21-22.

[15] 陈明. 关于无线通信抗干扰技术的探索[J]. 中国新通信,2017(4):44.

[16] 陈有识. 电子通信中的关键问题、干扰因素及解决措施探讨[J]. 中国高新技术企业,2017(7):93-94.

责任编辑：程艳艳

Research on an Interference Coordination Management Mechanism in 5G Cellular Network

LI Xiaowu, XIAO Fuan

(School of Electronics and Information Engineering, Hunan University of Science and Engineering, Yongzhou 425199， China)

Cellular network is the key technical feature of 5G in the future, which can meet the needs of large amount of data and wide signal coverage. However, there is a serious interference between the small cellular network and the neighbor cellular. In order to solve the interference between cellulars, it is necessary to use an effective interference coordination technology. Based on the semi-static resource reuse scheme and soft-frequency reuse scheme, this paper proposes a new resource allocation scheme, which can improve the quality of the edge user communication and satisfy the maximization of the total system.

multi-cellular system; co-channel interference; resource allocation; QoS; power adjustment

2016-05-12

湖南省教育厅优秀青年项目(17B107)；湖南省自然科学基金项目(13JJ6079)；湖南科技学院重点学科建设项目(电路与系统)

李小武(1979-)，男，湖南邵阳人，副教授，博士研究生，主要从事现代无线通信网络研究。

TN929

A

1009-3907(2017)08-0013-05