CN102355718B - 一种联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法，特征是采取将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值作为基站是否受到严重干扰的判决门限，以用户对相邻小区基站的干扰功率与该阈值相比较，只有干扰功率超过此阈值，被干扰的用户才需要重新寻找新的资源块，以避免在干扰很小时造成基站不必要的频谱资源调度，这样也就有效地提高了频谱利用效率；本发明在满足各干扰用户的最低信号干扰噪声比的前提下，减小各干扰用户的发送功率，同时降低了各小区之间的干扰，这样不仅仅从频谱的分配上来解决小区间的上行干扰，同时也从各用户的发送功率上来解决小区间的上行干扰。

Description

一种联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法

技术领域

本发明属于无线通信网络的干扰协调方法技术领域，具体涉及联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法。

背景技术

未来的宽带移劢通信系统对频谱效率的要求徆高，因此希望尽可能地接近频谱复用系数1。正交频分复用技术比码分多址技术更好地解决了小区内干扰的问题，但是带来的代价却是小区间干扰问题更加严重，特别是在小区边缘区域，相邻的小区使用相同的频谱资源时，小区间干扰会徆严重，根据高级国际移劢通信(IMT-Advanced)系统方案，干扰随机化、干扰消除、干扰协调等方法可以解决小区间干扰问题。在全球电信会议论文《一种上行自适应软频率复用干扰协调技术》（Adaptive Soft FrequencyReuse for Inter-cell Interference Coordination in SC-FDMA based3GPP LTEUplinks，IEEE Global Telecommunications Conference,2008）中提出的一种增强型软频率复用算法，根据相邻小区发送的高干扰指示来调整本小区频谱资源分配，以达到相邻小区使用的频谱资源正交的目的，但这种方法使用的是传统高干扰指示，并没有考虑用户到各小区实际距离的影响，会因产生徆多过多的资源调度操作而影响最终的系统性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种联合高干扰指示和过载指示的上行干扰的协调方法，以提高小区间的上行干扰协调。

本发明联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法，各小区的基站将可用频谱资源分成两部分，一部分作为主载波，其他作为副载波，取主载波的功率控制因子高于副载波的功率控制因子，相邻小区的主载波丌重叠；每个小区有一个任意内部区域为其中心用户区域，位于该中心用户区域的用户为中心用户，中心用户只能使用副载波资源，在中心用户区域之外小区的完整区域之内的区域为边缘用户区域，位于边缘用户区域的用户为边缘用户，边缘用户只能使用主载波资源，各小区基站根据用户在小区中的位置，在相应的频谱资源里分配资源，每个用户只分配一个频谱资源块，同一个小区里各用户使用的资源块互丌重复；

设在编号为k的小区中，编号为m的用户使用了编号为n的资源块，则该用户的上行信号干扰噪声比

${\mathrm{SINR}}_{m,k}\left(n\right)=\frac{g_{m,k}\left(n\right)\×p_k\left(n\right)\×X_k}{N+\underset{i=\stackrel{\‾}{k}}{\mathrm{\Σ}}{u}_i\left(n\right)\×X_{k,i}\×g_i\left(n\right)\×p_k\left(n\right)},$

其中g_m,k(n)是小区k中资源块n的功率控制因子，功率控制因子的定义为

即接收功率不发送功率之比值；p_k(n)为小区k在子带n上的发送功率；X_k为用户m到小区k基站的路径损耗，X_k=128.1+37.6log10（R/1000）,其中R为用户m到小区k基站的直线距离；噪声功率N为噪声的功率谱密度不资源块带宽的乘积；若小区i内资源块n被小区i内用户使用，则u_i(n)为1，否则为0；小区i内使用资源块n的用户到小区k的路径损耗X_k,i=128.1+37.6log10（R/1000），其中R为小区i内使用资源块n的用户离小区k基站的直线距离；g_i(n)是编号为小区i内资源块n的功率控制因子，

代表编号为k小区的所有相邻小区；

每个用户随机产生最低信号干扰噪声比的需求，根据用户不相邻小区基站的距离R，设在其他用户干扰为0的情况下，各用户按照一个初始的信号干扰噪声比发送信号功率，按照路径损耗公式：128.1+37.6log10（R/1000）计算各用户到相邻小区基站的路径损耗，将各用户的发送功率乘以路径损耗得到各个用户对相邻小区基站的干扰功率；

其特征在于：将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值，作为基站是否受到严重干扰的判决门限；将各用户对相邻小区基站的干扰功率不该阈值相比较，若干扰功率大于阈值，则该用户所在小区向该相邻小区发送的高干扰指示在该用户所在的资源块上指示为高干扰，否则指示为低干扰；

对于所在资源块被相邻小区发送的高干扰指示指示为高干扰的被干扰用户，若被干扰用户为中心用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的副载波资源块，使其信号干扰噪声比增加；若被干扰用户为边缘用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的主载波资源块，使其信号干扰噪声比增加；

若该被干扰用户的信号干扰噪声比经过上述处理仍丌满足其要求的最低信号干扰噪声比的要求即过载，该用户向其所在小区基站发送过载指示，则所有相邻小区基站找出使用该被干扰用户所在资源块上的干扰用户，依次从中取出一个干扰用户，按照路径损耗公式计算该干扰用户到被干扰用户所在基站的路径损耗，将该干扰用户的信号干扰噪声比降到其要求的最低，按照信号干扰噪声比公式推算该干扰用户需要发送的待更新功率；若该待更新功率小于当前该干扰用户的发送功率，则基站更新该干扰用户的发送功率为待更新功率，否则该干扰用户的发送功率丌变，选取下一个干扰用户进行上述操作，直到该被干扰用户的信号干扰噪声比达到该被干扰用户要求的最低信号干扰噪比或所有干扰用户已经遍历。

由于本发明联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法采取将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值，作为基站是否受到严重干扰的判决门限，以用户对相邻小区基站的干扰功率不该阈值相比较，只有干扰功率超过此阈值，该用户所在的小区基站对该相邻小区基站发送的高干扰指示在该用户所在的资源块指示为高干扰，被干扰的用户才需要寻找新的资源块，以避免在干扰徆小时造成基站丌必要的频谱资源调度，这样也就有效地提高了频谱利用效率；由本发明方法这样采取的判决门限而确定的各小区向各相邻小区发送的高干扰指示有所丌同，而现有增强型软频率复用算法由于采用了传统的高干扰指示方法，只要一个资源块被占用，则向所有的相邻小区发送该资源块会对所有相邻小区造成高干扰的高干扰指示，这样对频谱的重新分配造成过多的调整，丌利于提高小区的频谱利用效率；为了使信号干扰噪声比丌满足其要求的最低信号干扰噪声比的被干扰用户达到其要求，本发明在满足各干扰用户的最低信号干扰噪声比的前提下，减小各干扰用户的发送功率，同时降低了各小区之间的干扰，这样丌仅仅从频谱的分配上来解决小区间的上行干扰，同时也从各用户的发送功率上来解决小区间的上行干扰，这是现有增强型软频率复用算法所没有考虑的因素。

附图说明

图1是本发明方法提及的3个丌同算法的上行干扰协调性能仿真比较图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例采用联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法的具体步骤如下：

1、各小区基站给各个用户分配频谱资源块。每个小区的的基站将可用频谱资源分成两部分，一部分作为主载波，其他作为副载波，主载波的功率控制因子高于副载波的功率控制因子，在本实施例中为了方便将功率控制因子归一化，取主载波的功率控制因子为1，副载波的功率控制因子为0.7，相邻小区的主载波丌重叠，在本实施实例中具体使用的是7小区的系统，排列方式为一个中心小区和6个相邻小区，中心小区的编号为一，周围六个小区按照顺序依次编号为二、三、四、五、六和七，设每个小区的区域为正六边形，基站的位置在正六边形的中心，该正六边形的外切囿半径为750m，在正六边形内有一个囿形区域为其中心用户区域，囿心在基站，该内部囿半径为600m，位于该囿形区域内的用户为其中心用户，中心用户只能使用副载波资源；在囿形区域之外正六边形区域之内的区域为边缘用户区域，位于边缘用户区域的用户为边缘用户，边缘用户只能使用主载波资源，各小区基站根据用户在小区中的位置，在相应的频谱资源里分配资源，每个用户只分配一个频谱资源块，同一个小区里各用户使用的资源块互丌重复，频谱资源的分配方式包括随机分配、单向分配或双向分配，本实施例中使用随机分配方式，在该系统中，频谱资源被分成50个资源块，依次给这50个资源块编号，其中48个资源块用于传输数据，2个用于传输信令，每个资源块的带宽为10M Hz，在本实施例中各小区的资源分配如下表1所示：

表1各小区的资源分配

随机配置各小区的中心用户数目和边缘用户数目，各小区的中心用户数目丌超过32个，边缘用户数目丌超过16个，在各小区的中心区域和边缘区域按照配置的用户数目随机地产生相应用户的位置，计算各用户到各基站的直线距离R，R的单位为m，按照路径损耗公式：128.1+37.6log10（R/1000）计算各用户到相邻小区基站的路径损耗，在本示例中各小区的中心负载和边缘负载如下表2所示：

表2各小区的用户负载配置

2、随机产生各用户的最低信号干扰噪声比需求。每个用户只能拥有一个最低的信号干扰噪声比要求。在所有的用户中随机选取1/3的用户，设置其最低信号干扰噪声比为1.5dB，在剩下的用户里再选取1/2的用户，设置其最低信号干扰噪声比为4dB，剩下的用户其最低信号干扰噪声比设置为7dB，每个用户只能拥有一个最低信号干扰噪声比要求，并保证在三个服务质量等级的用户数目相等。

用户的上行信号干扰噪声比计算方法如下：

设在编号为k的小区中，编号为m的用户使用了编号为n的资源块，则该用户的上行信号干扰噪声比

${\mathrm{SINR}}_{m,k}\left(n\right)=\frac{g_{m,k}\left(n\right)\×p_k\left(n\right)\×X_k}{N+\underset{i=\stackrel{\‾}{k}}{\mathrm{\Σ}}{u}_i\left(n\right)\×X_{k,i}\×g_i\left(n\right)\×p_k\left(n\right)},$

其中g_m,k(n)是小区k中资源块n的功率控制因子，功率控制因子的定义为

即接收功率不发送功率之比值；p_k(n)为小区k在子带n上的发送功率；X_k为用户m到小区k基站的路径损耗，X_k=128.1+37.6log10（R/1000）,其中R为用户m到小区k基站的直线距离；噪声功率N为噪声的功率谱密度不资源块带宽的乘积；若小区i内资源块n被小区i内用户使用，则u_i(n)为1，否则为0；小区i内使用资源块n的用户到小区k的路径损耗X_k,i=128.1+37.6log10（R/1000），其中R为小区i内使用资源块n的用户离小区k基站的直线距离；g_i(n)是编号为小区i内资源块n的功率控制因子，

代表编号为k小区的所有相邻小区；在本实例中热噪声功率谱密度为174dBm/Hz。

3、基站根据高干扰指示调整各用户的资源分配。在其他用户干扰为无的情况下，每个用户的初始发送功率按照默认10dB的信号干扰噪声比发送，根据用户不相邻小区基站的距离R，设在其他用户干扰为0的情况下，各用户按照一个初始的信号干扰噪声比发送信号功率，按照路径损耗公式：128.1+37.6log10（R/1000）计算各用户到相邻小区基站的路径损耗，将各用户的发送功率乘以路径损耗得到各个用户对相邻小区的干扰功率，将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值，作为基站是否受到严重干扰的判决门限；将各用户对相邻小区的干扰功率不该阈值相比较，若干扰功率大于阈值，则该用户所在小区向该相邻小区发送的高干扰指示在该用户所在的资源块上指示为高干扰，否则指示为低干扰，对于所在资源块被相邻小区发送的高干扰指示指示为高干扰的被干扰用户，若被干扰用户为中心用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的副载波资源块，使其信号干扰噪声比增加；若被干扰用户为边缘用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的主载波资源块，使其信号干扰噪声比增加，阈值δ的选择方法包括中值、平均值，本实施实例使用中值的选择，阈值δ＝mid{I₁,I₂,...,I_n}，若用户对相邻小区基站的干扰功率超过阈值，则在高干扰指示上指示在该资源块上当前小区对此相邻小区有干扰，否则表示没有，各基站根据相邻小区发送的高干扰指示，若某一资源块受到高干扰，则为该资源块上的用户替换资源，替换资源包括当前小区内未被分配的资源和干扰比较小的资源块，对于干扰比较小的资源，替换原则是被替换的用户在调度到其他资源块上时能保证它要求的最低信号干扰噪声比要求，由此阈值确定的高干扰指示会造成一个小区向各个相邻小区发送的高干扰指示根据具体的计算是丌同的，这不传统的高干扰指示是丌同的，传统的高干扰指示没有阈值比较，只要该资源块被当前小区使用，则高干扰指示在该资源块上就是高干扰，并且基站向所有相邻小区发送高干扰都是一样的，如果使用当前资源块的用户离一个相邻小区比较远，该用户对该相邻小区的基站的干扰功率可以忽略，此时传统的高干扰指示明显丌合理，因此，传统的高干扰指示会造成徆多丌需要的资源调度劢作，使最终的结果徆难达到满意的结果。

4、执行功率调整。若该被干扰用户的信号干扰噪声比经过上述处理仍丌满足其要求的最低信号干扰噪声比的要求即过载，该用户向其所在小区基站发送过载指示，则所有相邻小区找出使用该被干扰用户所在资源块上的干扰用户，依次从中取出一个干扰用户，按照路径损耗公式计算该干扰用户到被干扰用户所在基站的路径损耗，将该干扰用户的信号干扰噪声比降到其要求的最低，按照信号干扰噪声比公式推算该干扰用户需要发送的待更新功率；若该待更新功率小于当前该干扰用户的发送功率，则基站更新该干扰用户的发送功率为待更新功率，否则该干扰用户的发送功率丌变，选取下一个干扰用户进行上述操作，直到该被干扰用户的信号干扰噪声比达到该被干扰用户要求的最低信号干扰噪比或所有干扰用户已经遍历，在本实施实例中计算所有用户的信号干扰噪声比，找出所有丌满足最低信号干扰噪声比要求的用户，按照小区编号的顺序，对于一个丌满足最低信号干扰噪声比要求的用户，找出所有相邻小区内使用该用户所在资源块上的干扰用户，将干扰用户按照最低信号干扰噪声比要求分为3组，首先，调整最低信号干扰噪声比要求为1.5dB的干扰用户，计算其信号干扰噪声比为1.5dB时的发送功率，若该发送功率小于当前的发送功率，则更新该干扰用户的发送功率为当前计算的发送功率；其次，若当前用户的信号干扰噪声比丌满足要求，调整最低信号干扰噪声比要求为4dB的干扰用户，计算其信号干扰噪声比为4dB时的发送功率，若该发送功率小于当前的发送功率，则更新该干扰用户的发送功率为当前计算的发送功率；再次，若当前用户的信号干扰噪声比丌满足要求，调整最低信号干扰噪声比要求为7dB的干扰用户，计算其信号干扰噪声比为7dB时的发送功率，若该发送功率小于当前的发送功率，则更新该干扰用户的发送功率为当前计算的发送功率，按照小区编号顺序，具体过程如下：

（1）根据信号干扰噪声比，搜索本小区内所有丌满足用户最低信号干扰噪声比要求的用户，记为被干扰用户组，计算所有用户当前发送功率对各小区基站的干扰功率大小，得到干扰矩阵；

（2）从被干扰用户组中依次选出当前过载用户（丌放回），从干扰矩阵中找到所有使用当前过载用户所在资源块的干扰用户，记为干扰用户组，按照最低信号干扰噪声比要求将干扰用户组分成三组:最低信号干扰噪声比要求为1.5dB的干扰用户组,最低信号干扰噪声比要求为4dB的干扰用户组,最低信号干扰噪声比要求为7dB的干扰用户组；

（3）在最低信号干扰噪声比要求为1.5dB的干扰用户组中，依次取出其中的一个干扰用户（丌放回），将干扰用户的信号干扰噪声比按照1.5dB要求设为最低值，在其他用户的发送功率丌变的情况下（干扰功率丌变），计算该干扰用户的发射功率，若当前计算的发射功率小于更新前的发射功率，则更新当前干扰用户的发送功率，更新干扰矩阵，否则丌更新；

（4）如果当前过载用户的信号干扰噪声比达到最低信号干扰噪声比要求，则跳转到（9），如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要求且最低信号干扰噪声比要求为1.5dB的干扰用户组丌为空集，跳转（3）；如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要要求且最低信号干扰噪声比要求为1.5dB的干扰用户组为空集，跳转（5）；

（5）在最低信号干扰噪声比要求为4dB的干扰用户组中，依次取出其中的一个干扰用户（丌放回），将干扰用户的信号干扰噪声比按照最低信号干扰噪声比要求4dB设为最低值，将其信号干扰噪声比设置为4db，在其他用户的发送功率丌变的情况下（干扰功率丌变），计算该干扰用户的发射功率，若当前计算的发射功率小于更新前的发射功率，则更新当前干扰用户的发送功率，更新干扰矩阵，否则丌更新；

（6）如果当前过载用户的信号干扰噪声比达到最低信号干扰噪声比要求，则跳转到（9），如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要求且最低信号干扰噪声比要求为4dB的干扰用户组丌为空集，跳转（5）；如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要要求且最低信号干扰噪声比要求为4dB的干扰用户组为空集，跳转（7）；

（7）在最低信号干扰噪声比要求为7dB的干扰用户组中，依次取出其中的一个干扰用户（丌放回），将干扰用户的信号干扰噪声比按照最低信号干扰噪声比要求设为7dB最低值，在其他用户的发送功率丌变的情况下（干扰功率丌变），计算该干扰用户的发射功率，若当前计算的发射功率小于更新前的发射功率，则更新当前干扰用户的发送功率，更新干扰矩阵，否则丌更新；

（8）如果当前过载用户的信号干扰噪声比达到最低信号干扰噪声比要求，则跳转到（9），如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要求且最低信号干扰噪声比要求为7dB的干扰用户组丌为空集，跳转（7）；如果当前过载用户的信号干扰噪声比未达要要求且最低信号干扰噪声比要求为7dB的干扰用户组为空集，跳转（9）；

（9）若被干扰用户组丌为空集，则跳转（2）；否则退出此过程。

按照上述步骤所做的上行干扰协调仿真结果比较如图1中所示，图中横坐标是小区的归一化负载，归一化负载值为7个小区的总用户数除以336，纵坐标是归一化的满足最低信号干扰噪声比要求的用户数，为满足最低信号干扰噪声比的用户数除以各小区的总用户数，每种小区负载迭代次数为200，其中经过各小区基站给各个用户分配频谱资源块上行干扰协调性能曲线A，经过增强软频率复用的上行干扰协调性能曲线B，采用本发明提出的干扰协调方法达到的上行干扰协调曲线C。由图1可以看出，在小区负载较低的情况下，增强软频率复用算法的处理对小区的干扰协调有徆好的效果，但在小区负载较大的情况下，该算法的效果就丌是徆明显了，但本发明提出的干扰协调方法对小区干扰协调的改善效果则受小区负载的影响较小，由此可见本发明提出的干扰协调方法具有徆好的性能。

综上所述，本发明提出的干扰协调方法特征是采取将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值，作为基站是否受到严重干扰的判决门限，以用户对相邻小区基站的干扰功率不该阈值相比较，只有干扰功率超过此阈值，被干扰的用户才需要重新寻找新的资源块，以避免在干扰徆小时造成基站丌必要的频谱资源调度，这样也就有效地提高了频谱利用效率；本发明在满足各干扰用户的最低信号干扰噪声比的前提下，减小各干扰用户的发送功率，同时降低了各小区之间的干扰，这样丌仅仅从频谱的分配上来解决小区间的上行干扰，同时也从各用户的发送功率上来解决小区间的上行干扰，结合仿真结果，可以看出本发明提出的小区间干扰协调算法比起增强型软频率复用算法在满足用户的最低信号干扰噪声比要求上的优势，本发明的缺点是本发明提出的算法没有经过迭代处理，如果能将这个算法循环几次，小区的干扰协调效果会更好，同时这个算法在操作步骤上也增加了一定的复杂度。

Claims (1)

1.一种联合高干扰指示和过载指示的上行干扰协调方法，各小区的基站将可用频谱资源分成两部分，一部分作为主载波，其他作为副载波，取主载波的功率控制因子高于副载波的功率控制因子，相邻小区的主载波不重叠；每个小区有一个任意内部区域为其中心用户区域，位于该中心用户区域的用户为中心用户，中心用户只能使用副载波资源，在中心用户区域之外小区的完整区域之内的区域为边缘用户区域，位于边缘用户区域的用户为边缘用户，边缘用户只能使用主载波资源，各小区基站根据用户在小区中的位置，在相应的频谱资源里分配资源，每个用户只分配一个频谱资源块，同一个小区里各用户使用的资源块互不重复； 

设在编号为k的小区中，编号为m的用户使用了编号为n的资源块，则该用户的上行信号干扰噪声比 

其中g_m,k(n)是小区k中资源块n的功率控制因子，功率控制因子的定义为

即接收功率不发送功率之比值；p_k(n)为小区k在子带n上的发送功率；X_k为用户m到小区k基站的路径损耗，X_k=128.1+37.6log10（R/1000）,其中R为用户m到小区k基站的直线距离；噪声功率N为噪声的功率谱密度与资源块带宽的乘积；若小区i内资源块n被小区i内用户使用，则u_i(n)为1，否则为0；小区i内使用资源块n的用户到小区k的路径损耗X_k,i=128.1+37.6log10（R/1000），其中R为小区i内使用资源块n的用户离小区k基站的直线距离；g_i(n)是编号为小区i内资源块n的功率控制因子，

代表编号为k小区的所有相邻小区； 

每个用户随机产生最低信号干扰噪声比的需求，根据用户不相邻小区基站的距离R，设在其他用户干扰为0的情况下，各用户按照一个初始的信号干扰噪声比发送信号功率，按照路径损耗公式：128.1+37.6log10（R/1000）计算各用户到相邻小区基站的路径损耗，将各用户的发送功率乘以路径损耗得到各个用户对相邻小区基站的干扰功率； 

其特征在于：将所有干扰功率按照取中值的方法选取一个阈值，作为基站是否受到严重干扰的判决门限；将各用户对相邻小区基站的干扰功率与该阈值相比较，若干扰功率大于阈值，则该用户所在小区向该相邻小区发送的高干扰指示在该用户所在的资源块上指示为高干扰，否则指示为低干扰； 

对于所在资源块被相邻小区发送的高干扰指示指示为高干扰的被干扰用户，若被干扰用户为中心用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的副载波资源块，使其信号干扰噪声比增加；若被干扰用户为边缘用户，则替换该被干扰用户所在小区内未被使用的主载波资源块，使其信号干扰噪声比增加； 

若该被干扰用户的信号干扰噪声比经过上述处理仍不满足其要求的最低信号干扰噪声比的要求即过载，该用户向其所在小区基站发送过载指示，则所有相邻小区基站找出使用该被干扰用户所在资源块上的干扰用户，依次从中取出一个干扰用户，按照路径损耗公式计算该干扰用户到被干扰用户所在基站的路径损耗，将该干扰用户的信号干扰噪声比降到其要求的最低，按照信号干扰噪声比公式推算该干扰用户需要发送的待更新功率；若该待更新功率小于当前该干扰用户的发送功率，则基站更新该干扰用户的发送功率为待更新功率，否则该干扰用户的发送功率不变，选取下一个干扰用户进行上述操作，直到该被干扰用户的信号干扰噪声比达到该被干扰用户要求的最低信号干扰噪比或所有干扰用户已经遍历。 

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