一种抗干扰链路自适应算法

一种抗干扰链路自适应算法
罗志勇;彭岳峰;周雄
【摘要】针对移动通信上下行干扰不对称,链路不匹配问题导致基站侧无法选择最优的调制解调策略的问题,提出一种抗恶意干扰的链路自适应策略.通过MIB定义干扰位置,通过干扰信息传输,实现基站侧与终端侧对干扰的统一认知,根据干扰带宽、干扰强度、系统带宽信息,提出一种有效的链路自适应方法,实现基站侧无线资源有效调度处理.
【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】2018(038)004
【总页数】4页(P51-54)
【关键词】移动通信;干扰;链路自适应;信道质量
【作者】罗志勇;彭岳峰;周雄
【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司;;
【正文语种】中文
1 问题的提出
移动通信在恶意干扰的情况下，一方面，上下行干扰不对称，需要基站侧与终端侧对干扰有统一认知，基站改变下行控制信号传输频率，避开干扰。

3GPP
TS36.331中的MIB（Master Information Block）预留了10bit，专网通信可用于干扰传输。

如何准确地表示系统带宽内的干扰情况，并有效通知终端侧，需进行
进一步设计。

另一方面，终端反馈信道状态信息（CSI），基站侧根据终端反馈信息，进行无线资源调度。

由于链路不匹配，基站侧无法选择最优的MCS（调制编码策略，Modulation and Coding Scheme），导致无线资源的浪费，降低系统吞吐量。

因此，需要设计系统抗干扰和链路自适应策略。

在无线通信技术中，抑制干扰是一个一直被讨论的热点问题。

目前采用的eICIC和ABS/feICIC技术，可以在small cell(或者macro-pico)网络中避免邻小区干扰。

但这种策略没有直接考虑异系统强窄带干扰场景。

LTE支持频率选择性调度，可针对无线通信中时变信道和时变干扰，最优化利用无线时频资源，可以在一定程度上避开干扰。

但当存在异系统强窄带干扰时，尤其是终端反馈wideband CSI，基站侧仍然无法计算出最优的MCS。

在LTE-release 10之后，引入了CoMP策略，
相邻基站可以组成一个基站群，共享相关终端信息。

通过信息共享、资源联合调度、联合波束成形技术，可以在一定程度上，抑制系统内产生的干扰，提高系统的吞吐量。

在LTE（LTE-Advanced）系统中，业界有两种链路自适应策略，一种是外环链路自适应，一种是内环链路自适应。

针对时变信道，这两种链路自适应策略，可以有效补偿时变信道带来的系统吞吐量下降。

外环链路自适应算法（OLLA, out loop link adaptation）根据终端反馈的HARQ信息，调整基站侧的MCS。

在这种策
略中，可以从长期统计特性上，解决链路不匹配的问题。

而内环链路自适应（ILLA，inner loop link adaptation）基于用户终端反馈CSI，基站侧选择合适
的MCS策略。

然而，当存在强窄带干扰时，尤其是终端采用宽带CSI反馈时,已
经不能真实反映链路质量信息。

基站侧在调度该用户时，无法选择合适的MCS，
导致频谱利用率降低，系统空口传输速率下降。

针对移动通信中的强窄带干扰，上述方法无法做到有效的干扰抑制和链路自适应，
需要进一步研究MCS补偿问题。

2 系统原理与设计
针对上述两方面问题，设计一个抗干扰的链路自适应策略。

通过MIB对干扰信息
进行表针，基站侧调整频率避开干扰，实现基站侧与终端侧对干扰的统一认知，并对窄带强干扰的基站侧进行MCS补偿，提高通信效率。

下面分别进行描述：（1）基于MIB定义的干扰位置表征
MIB预留了10个bit，可以用于表示系统带宽内的干扰信息。

方法1：分区间表示法
如表1所示，表征干扰位置。

表1 分区间表示干扰位置Bit 位序号描述Bit 1～n 干扰RB（或者子载波）的起
始位置Bit n+1～10 干扰RB(或者子载波)的长度（也可称之为“终止位置”）
其中，Bit 1～n中的bit位，表示干扰的起始位置。

Bit位数越多，可以越“清晰”地表示干扰的起始位置。

方法2：时域复用法
MIB消息在PBCH中发送，发送周期为T0（3GPP LTE协议定义为40 ms）。

在强窄带干扰变化周期在数百毫秒以上时，采用时域复用法，合并多个发送周期数据，逐步确认干扰的位置。

时域复用法中，当基站侧干扰信息发生变化时，在下一个传输PBCH的时刻中，传输干扰信息的“基本表征”（简称为“basic”）。

基本表征定义分为3个部分，分别为：表征标志位、起始位置、终止位置（或者长度）
如表2所示。

表2 基本表征定义示意名称表征标志位起始位置终止位置（或长度）Bit 位定义(Bit 位可进行调整，此处仅为示例)Bit 10～9 Bit 8～5 Bit 4～1描述 11为基本表征可将整个带宽分为2^4=16等分。

Bit 8～5表示起始位置Bit 4～1表示位终止位置（或者长度）。

可将整个带宽分为2^4=16等分。

修正表征的bit定义，也可分为三个部分：表征标志位、起始位置修正、终止位
置修正（长度修正），如表3所示。

表3 修正表征定义示意名称表征标志位起始位置修正终止位置（或长度）修正
Bit 位定义(Bit 位可进行调整，此处仅为示例)Bit 10～9 Bit 8～5 Bit 4～1描述 00表示修正表征。

Bit 8表示符号位，“1”表示“-”，“0”表示“+”。

Bit 7～5表示修正的具体数值。

Bit 4～1表示位终止位置（或长度）修正。

每次修正表征的基础位置，可以基于上一次计算/解调出来的位置进行修正。

（2）基于信道质量修正的MCS补偿
为有效实现干扰抑制和链路匹配，提出如下MCS补偿方法。

设定场景如下：
无强窄带干扰场景（标记为S1）。

在该场景中，不存在强窄带的异系统干扰；
存在强窄带干扰的场景（标记为S2）。

在该场景中，干扰带宽载波数为n，干扰
功率比值为h，即 h = 干扰功率/底噪功率。

通过对比S1场景和S2场景，基站侧修复没有被干扰资源块的有效SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio）,从而选择更匹配当前链路质量的MCS。

其中，系统带宽在基站侧已知。

利用上行干扰测量，基站侧可以估算干扰功率比、干扰子载波数。

在S1场景中，先假定用户端反馈某一等级的CQI，并计算出有效SINR。

利用S1场景的CQI(信道质量信息，Channel Quality Indicator,定义见 3GPP TS36.211)，推导在S2场景中，这一CQI将会如何恶化。

从而，可以推断出在基站侧的缩放因子α，利用此缩放因子修正有效SINR（或者CQI），选择准确的MCS。

在两种场景中，我们假设系统子载波总数为N，用户端反馈Wideband CQI。

计
算Wideband CQI时，采用业界经典的EESM(指数有效SINR映射，Exponential Effective SNR Mapping)映射算法：
其中i表示第i个子载波。

β表示缩放系数，与选择的MCS对应（详细定义见
3GPP TS 36.213）。

N表示子载波总数，exp表示指数e。

在S1场景中，基站侧根据用户端反馈的CQI，可以获得相应的频谱效率（SE），其定义见3GPP
TS36.213。

根据映射出的SE，基站侧可以计算出有效SINR（SINReff），如下：
在场景S2中，受到强窄带干扰的影响，将会恶化，其恶化因子表示λ为
其中，场景S1下的有效SINR可表示为
结合公式（1～3），可以推导出
其中，n表示干扰的子载波数。

结合公式（3～5），可以推导出恶化因子λ
于是，在基站侧，对S2场景中的干扰补偿，可以采用如下缩放因子：为根据用户端反馈的CQI，计算出的有效SINR，计算方法如下：
其中
其中SE为3GPP TS36.213定义的频谱效率，与用户端反馈的CQI一一对应。

在补偿方法中，基站侧利用系统带宽、用户端反馈的CQI、干扰功率比（h=干扰功率/低噪功率）、干扰带宽信息，对有效的SINR（根据UE反馈的CQI映射获得）进行补偿。

补偿因子α，与干扰功率比正比；与干扰带宽比（干扰带宽/系统带宽）成正比。

3 策略实现方法及仿真
具体实现方法及相关仿真描述如下：
（1）基于MIB定义的干扰认知
基于所述的基站侧干扰信息通知方法，可以在终端侧尚未入网，仅接收到PBCH 后，便可使得基站侧和终端侧对噪声环境有统一认知。

获取这种认知后，基站侧对上下行的控制信令进行抗干扰。

干扰信息通知方法具体实施如下：
① 基站侧通过测量获取系统带宽内的干扰位置信息。

② 干扰识别。

定义不同的判定方式，对原始的干扰信息进行识别。

③ 采用分区间表示法或时域复用法，对干扰位置信息进行编码，在MIB消息中预留的10个bit中传输。

（2）MCS补偿
在工程化实现过程中，为了减少计算复杂度，基站侧MCS补偿方法可以计算出一个表格，作为经验值保存。

表格可包含如下信息：用户终端反馈的CQI、干扰带
宽比（干扰带宽/系统带宽）、干扰功率比（干扰功率/底噪功率）。

具体实施基站侧MCS补偿方法时：
① 基站侧通过上行干扰扫描，获知干扰带宽比（干扰带宽/系统带宽）、干扰功率比（干扰功率/底噪功率）；
② 可根据公式（7），基站侧离线计算出缩放因子，并保存缩放因子表，作为经验值保存在基站侧。

表格包含以下信息：用户终端反馈的CQI、干扰带宽比（干扰
带宽/系统带宽）、干扰功率比（干扰功率/底噪功率）。

③ 基站侧根据用户端反馈的CQI，查询对应的SE，并换算成有效的SINR，可参
考公式（8）；
④ 基站侧根据用户端反馈的CQI(可为wideband/subband)。

如果基站侧发现，用户端反馈的CQI，含有干扰功率，且基站侧给用户端调度的RBG不含干扰功率，
则执行步骤（5）和（6）；
⑤ 根据当前值，查询“缩放因子表”。

如果根据当前的索引值，查到到相应的值，则可直接应用其缩放因子；如不能查到对应的值，可采用插值法或者其他中间值估算方法，计算出相应的中间值。

⑥ 获得缩放因子后，可对有效的SINR（或者 CQI）进行调整，即。

基站侧根据调整后的有效SINR，选择相应的MCS。

按第二部分公式（7）计算，获得不同干扰功率比和干扰带宽下的缩放因子计算值，如图1所示。

由图1可以看出，当干扰功率比（即强窄带功率/底噪）为1时，即没有强窄带干扰信号，缩放因子为1。

这表明，在这种情况下，基站侧对MCS不进行缩放。

从纵轴方向看，干扰带宽一定时，当干扰功率比越高时，基站侧的缩放因子值越高；当干扰功率比一定是，干扰带宽越大，缩放因子值越高。

从横轴方向看，当用户端反馈的CQI值越高时，基站侧的缩放因子越高。

图 1 不同干扰功率比和干扰带宽下的缩放因子
4 小结
针对移动通信上下行干扰不对称，链路不匹配问题导致基站侧无法选择最优的调制解调策略的问题，提出一种抗干扰链路自适应算法。

通过MIB标识干扰位置，准确地表示系统带宽内的干扰情况，通过基站侧调整频
率避开干扰，有效地通知终端侧系统，实现基站侧与终端侧对干扰的统一认知。

在获得干扰环境的一致认知后，提供了一种针对干扰的基站侧MCS补偿方法。

适用于在无线通信环境中，当存在强窄带干扰时，基站侧针对用户端反馈的CQI进行
补偿，选择MCS策略。

参考文献
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