CN106982104B - 一种基于扇区分裂和时分复用的蜂窝系统干扰协调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是一种基于扇区分裂和时分复用的蜂窝系统干扰协调方法；本发明涉及部分波束赋形方法(Beamforming)，频率复用方法(Frequency Reuse)等技术。将小区由原有的三个扇区等分裂成六个虚拟扇区。并且在时间上交替使用高低两种功率来服务虚拟扇区内的用户。对于两个相邻小区而言，使用较高功率的一方会因为另一方扇区使用较低的发射功率而在边缘区域获得更高的SINR。而较低功率的一方会在该时隙停止对边缘用户的服务。将资源集中给中心用户使用。从而提高了系统的SINR性能与容量性能。

Description

一种基于扇区分裂和时分复用的蜂窝系统干扰协调方法
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是一种用于抑制蜂窝系统中相邻小区同频干扰的方法；更具体的说是一种基于扇区分裂和时分复用的蜂窝系统干扰协调(Inter-Cell Interference Coordination，ICIC)方法；本发明涉及部分波束赋形方法(Beamforming)，频率复用方法(Frequency Reuse)等技术。
背景技术
LTE系统采用了同频组网的技术，因此在小区内不存在同频干扰，但是会存在小区间的同频干扰。而同频干扰最为严重的地方就是每个小区的边缘。如图1所示，具体阐述如下。
因为OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，正交频分多址接入)技术的采用，能够将TD-LTE Advanced系统的通信信道分成若干个正交子信道，采用并行传输方式将高速数据调制后以低速发送出去。这样一来，小区内的同频率资源由于正交技术的采用而减少了信道间干扰，同时刻同小区内的所有用户使用的资源块(RB,Resource Block)是不重叠的，即可以不考虑小区内用户之间的干扰。但TD-LTE Advanced系统的物理层没有设计针对小区间同频干扰的抑制机制，其采用的同频组网方式有可能导致同时刻相邻小区间用户使用相同的时频资源，由此便突出了相邻小区间的同频干扰。这便引入了小区间干扰。极大降低了小区边缘用户的接人性能和业务的服务质量(QoS)。
目前在工业界主要有已被3GPP采纳的部分频率复用机制(Fractional FrequencyReuse,FFR)技术来进行小区间的同频干扰协调。
部分频率复用技术是设定一个比例参数α∈(0,1)，每个扇区的中区区域用户复用(1-α)比例的频率资源，而剩下的α部分的频域资源被等分成3份分给三个扇区的边缘用户使用，这样一来相邻小区的边缘用户会被分配到不同的频域资源，从而一定程度上的避免了同频干扰。
但FFR技术使得系统的频率复用水平在较低的水平，在抑制了小区边缘用户SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio,信干噪比)的同时也限制了系统的吞吐量的性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的基本思路是利用扇区分裂的思想，将系统中已经存在的三个扇区再划分为两个虚拟扇区，并在时间上交替用不同的发射功率覆盖每个虚拟扇区。该方案可以有效的提升降低ICIC的性能；相比于LTE系统，通过增大了用户的SINR，从而提升了系统吞吐量。相比于FFR技术，通过提高频率复用因子，提升了频谱利用率从而提升了系统吞吐量。
本发明的技术方案是：
S1、扇区分裂：
将LTE系统中的三个扇区通过波束赋形方法平均分裂成6个虚拟扇区，将其按顺序依次编号为1至6；
S2、使用不同功率交替覆盖每个单个小区的不同虚拟扇区：
对于时隙t，假设小区半径为R，基站以高功率P_h覆盖编号为1、3、5的3个虚拟扇区的所有区域，以低功率P_l覆盖编号为2、4、6的3个虚拟扇区中半径为的区域；对于下一个时隙t+1，交换该小区的覆盖功率，即基站以高功率P_h覆盖编号为2、4、6的3个虚拟扇区的所有区域，以低功率P_l覆盖编号为1、3、5的3个虚拟扇区中半径为的区域。同时考虑虚拟扇区的频率复用问题：因为波束赋形技术的使用，每个虚拟扇区可以使用完整的频域资源。即复用因子为6。本发明中以复用因子为3的情况进行讨论：每两个相邻的虚拟扇区使用完整的频域资源。
S3、对多个小区不同的虚拟扇区使用不同的功率进行覆盖：
使用步骤S2的方法，使用不同功率交替覆盖所有小区的每个虚拟扇区，并在任意时刻使相邻小区的相邻扇区覆盖不同功率，即当基站以高功率P_h覆盖一个小区的一个虚拟扇区时，与该虚拟扇区相邻的另一个小区的虚拟扇区被基站以低功率P_l覆盖。本方案可以利用经典的图点着色算法保证相邻小区的相邻虚拟扇区使用不同的功率进行覆盖，从而使得小区边缘用户的SINR被控制在较低水平。本发明中只要所有小区的虚拟扇区覆盖情况相同就可保证这一点。
进一步的，步骤S2中的半径r的获得方法为：
通过控制功率P_l来控制低功率时基站覆盖的虚拟扇区半径r。当P_l太高时，小区边缘的用户受到的干扰较大。当P_l太低时，基站只覆盖了一小部分面积内的用户，系统的吞吐量会受到损失。因为半径r是一个连续的变量。为了求解方便将r离散化：r＝{0:△:R}，其中△为r离散化的间隔。在不同r值的情况下对系统的吞吐量性能进行仿真，找到使得系统吞吐量最大的r值作为基站的功率配置。
本发明的有益效果是：提高了用户的服务质量(QoS)，特别是边缘用户的SINR；同时提高了整个系统的吞吐量性能，小区可以服务更多的用户；最后因为提升了用户的SINR性能，因此可以使用更高阶的调制技术来提升系统容量。
附图说明
图1小区间同频干扰示意图
图2扇区分裂示意图
图3基站使用不同功率覆盖单个被分裂的虚拟小区示意图；
图4基站使用不同功率覆盖多个被分裂的虚拟小区示意图；
图5本发明与传统LTE系统的下行容量对比；
图6本发明与传统LTE系统的上行容量对比；
图7本发明与传统LTE系统的用户SINR对比；
图8本发明与FFR技术的用户SINR对比。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例1
本例中：子载波数1024个；调制方式为QPSK调制；基站在每个子载波上的发射功率归一化为1W；路径损耗模型为3GPP TS 36.942.urban model；小尺度衰落模型为EVA信道模型；调度方式采用轮询方式(round robin)；其他的仿真参数在表1中阐明。
表1实施例1仿真参数
步骤1：首先将单个小区的三个扇区等分裂成6个虚拟扇区。如图2所示，扇区A被分裂成了虚拟扇区1,2；扇区B被分裂成了虚拟扇区3,4；扇区C被分裂成了虚拟扇区5,6；。
步骤2：在时隙t基站用一高一低两种功率P_h,P_l交替覆盖每个虚拟扇区。如图3所示，在时刻t，基站用功率P_h覆盖了虚拟扇区1,3,5的所有区域；用功率P_l覆盖了虚拟扇区2,4,6半径为的区域。而在下一时隙t+1，虚拟扇区的覆盖情况交换。并在频率复用因子为3的情况下使用轮询调度策略来为用户分配子载波。
步骤3：这一步骤确定多个小区的虚拟扇区覆盖情况，约束条件如下：
1)任意时刻相邻小区的相邻扇区不能使用相同的功率覆盖。
2)在足够长的时间内，每个扇区被两种功率覆盖的概率应该各为0.5
这一步骤的一般性解法可以使用图论中的点着色算法：虚拟扇区表示为点，相邻的虚拟扇区被边连接。点的颜色表示虚拟扇区的功率覆盖情况。
然而该场景存在一种特殊的解，即所有小区使用相同的虚拟扇区覆盖策略。并且在下一时隙改变每个虚拟扇区的覆盖情况即可。如图4所示。
步骤4：通过控制功率P_l来控制低功率时基站覆盖的虚拟扇区半径。当P_l太高时，小区边缘的用户受到的干扰较大。当P_l太低时，基站只覆盖了一小部分面积内的用户，系统的吞吐量会受到损失。因为半径r是一个连续的变量。为了求解方便将r离散化：r＝{0:50:500}。在不同r值的情况下找到使得系统吞吐量最大的r值作为基站的功率配置。在本例中，当r＝400m时能够取得最大的系统吞吐量。因此r值被设定为400。
根据图5,6可得，在上行情况与下行情况中本发明相比于传统的LTE系统可带来15％左右的吞吐量提升。而根据图7可得相比于LTE系统本发明的用户SINR在低于15dB的部分占比更少，而在高于15dB的部分占比更高。显然，本发明提高了用户的SINR性能。
表2仿真参数
仿真参数 值
单个小区用户数 35
小区数目 7
子载波个数 600
时隙个数 35
基站天线数 4
热噪声功率密度 -174dBm/Hz
传输能量 46dBm for 10MHz
资源块个数 50
FFR复用参数α 0.5
在参数如表2所示的情况下，本发明对比了与FFR技术的性能比较。FFR的频率复用因子为2，而本发明在两个虚拟扇区共用一个完整频域资源的情况下，频率复用因子为2.46.表3为两种方法的吞吐量对比。可以看到本发明对比FFR技术带来了35％左右的吞吐量提升。而图8可以看到本发明的用户SINR水平与FFR技术基本相同。
表3性能对比结果

Claims (1)

1.一种基于扇区分裂和时分复用的蜂窝系统干扰协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、扇区分裂：
将LTE系统中的三个扇区通过波束赋形方法平均分裂成6个虚拟扇区，将其按顺序依次编号为1至6；
S2、使用不同功率交替覆盖每个单个小区的不同虚拟扇区：
对于时隙t，假设小区半径为R，基站以高功率P_h覆盖编号为1、3、5的3个虚拟扇区的所有区域，以低功率P_l覆盖编号为2、4、6的3个虚拟扇区中半径为的区域；对于下一个时隙t+1，交换该小区的覆盖功率，即基站以高功率P_h覆盖编号为2、4、6的3个虚拟扇区的所有区域，以低功率P_l覆盖编号为1、3、5的3个虚拟扇区中半径为的区域；
半径r的获得方法为：
通过控制功率P_l来控制低功率时基站覆盖的虚拟扇区半径r，即将r离散化：r＝{0:Δ:R}，其中Δ为r值离散化的间隔，在不同r值的情况下对系统的吞吐量性能进行仿真，找到使得系统吞吐量最大的r值作为基站的功率配置；
S3、对多个小区不同的虚拟扇区使用不同的功率进行覆盖：
使用步骤S2的方法，使用不同功率交替覆盖所有小区的每个虚拟扇区，并在任意时刻使相邻小区的相邻扇区覆盖不同功率，即当基站以高功率P_h覆盖一个小区的一个虚拟扇区时，与该虚拟扇区相邻的另一个小区的虚拟扇区被基站以低功率P_l覆盖。
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