LTE+系统小区间干扰协调技术研究

传统系统 （无 ICIC+PF 调度） FFR 方案 1 FFR 方案 2 SFR 方案 1 SFR 方案 2
9.40 8.07 9.41 9.56 9.60
0.300 0.369 0.338 0.312 0.311
-5-
中国科技论文在线
所有用户 1
http://www.paper.edu.cn
0.9
图 4 SFR 方案 1
-3-
中国科技论文在线
http://www.paper.edu.cn
图 5 SFR 方案 2
4. 资源调度方案
在传统的比例公平（Proportional Fairness，PF）调度算法中，无论用户为边缘用户还 是中心用户，所有用户在扇区所有可用频带上进行调度，调度算法为 PF 算法。优先级计算 公式为
-7-
中国科技论文在线
http://www.paper.edu.cn
Research on the Inter-Cell Interference Coordination in LTE System
Guoxing Wei, Dacheng Yang
School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing (10086) Abstract
中国科技论文在线
http://www.paper.edu.cn
LTE 系统小区间干扰协调技术研究
魏国兴, 杨大成
北京邮电大学信息与通信工程学院,北京（ 100876）
E-mail：gxweibupt@gmail.com
摘 要：
LTE 系统是一种使用多输入多输出（MIMO）以及正交频分复用（OFDM）的下
0.8
传 统 系 统 （ 无 ICIC+PF调 度 ） FFR1方 案 1 FFR方 案 2 SFR方 案 1 SFR方 案 2
0.7
0.6 F(x)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 -20
-15
-10
-5
0 x
5
10
15
20
25
图 6 PF 调度下用户 SINR 曲线 5.2.2 比例公平调度下的仿真结果
表 3 扇区平均吞吐量与边缘用户吞吐量 Avg. cell throughput [Mb/s] Cell-edge (5% CDF)user throughput [Mb/s]
传统系统（无 ICIC+PF 调度） 传统系统 （无 ICIC+令牌调度） FFR 方案 1 FFR 方案 2 SFR 方案 1 SFR 方案 2
1. 引 言
LTE 系统采用了正交频分复用技术，小区内用户之间频率保证正交，但小区之间由于 频率复用，因此会带来严重的小区间干扰。这样导致中心用户收到干扰较小，而边缘用户收 到干扰较大，因而边缘用户的信干噪比（SINR）显著低于中心用户，小区边缘用户吞吐量 较低，服务质量收到严重影响[1]。 为了解决小区边缘用户服务质量问题，3GPP 提出了多种解决方案，包括干扰随机化， 干扰删除以及干扰协调。 其中干扰随机化利用干扰的统计特性对干扰进行抑制， 容易产生较 大误差；干扰删除技术能显著改善小区边缘用户性能，但是其实现较为复杂，并且不适用于 带宽较小的业务。 小区间干扰协调 （Inter-Cell Interference Coordination, ICIC） 技术实现简单， 对干扰抑制作用明显，在 3GPP 中受到了很多厂商重视，并且得到了广泛的研究。
P (m, n) exp(Ti )
ri n r ni exp(Ti 1 GBR ri 1 ) (1 ) Ri 1 ri 1 Ri
（2）
其中 m 代表第 m 个 UE， n 代表第 n 个 RB， i 代表第 i 个 TTI， P ( m, n) 是第 m 个 UE 使用第 n 个 RB 的优先级大小；ri 是预测的第 i 个 TTI 时， UE m 在 RB n 上的瞬时速率，ri 是在第 i 个 TTI 时，UE m 在所有 RB 上传输的数据量。 Ri 是截至到第 i 个 TTI 时，UE 体验 到的平均速率， Ri (1 ) Ri 1 ri 1 ， 是遗忘因子，代表了用来统计 Ri 的滑动时间窗 口的大小。 Ti 是令牌计数器，GBR=0.35Mb/s。
P (m, n)
ri ri Ri (1 ) Ri 1 ri
（1）
其中 m 代表第 m 个 UE， n 代表第 n 个 RB， i 代表第 i 个 TTI， P ( m, n) 是第 m 个 UE 使用 第 n 个 RB 的优先级大小； ri 是预测的第 i 个 TTI 时，UE m 在 RB n 上的瞬时速率， Ri 是 截至到第 i 个 TTI 时，UE 体验到的平均速率， Ri (1 ) Ri 1 ri ， 是遗忘因子，代表 了用来统计 Ri 的滑动时间窗口的大小[5]。 这里我们采用一种基于令牌的调度算法[6]，优先级计算公式为
9.40 7.91 7.85 7.98 7.92 8.04
0.300 0.269 0.374 0.355 0.378 0.334
-6-
中国科技论文在线
所有用户 1 传 统 系 统 （ 无 ICIC+PF调 度 ） 传 统 系 统 （ 无 ICIC+ 令 牌 调 度 ） FFR方 案 1 FFR方 案 2 SFR方 案 1 SFR方 案 2
一代宽带无线通信系统。如何减小小区间干扰是 LTE 系统需要重点研究的问题之一。有很 多针对小区间干扰的新技术应运而生， 干扰协调技术就是其中最主要的一种。 本文主要介绍 了小区间干扰协调的多种方法以及如何将干扰协调技术与频域资源调度技术有效结合， 并提 供了系统级仿真结果。 关键词：LTE, 小区间干扰协调，资源调度
The Multi-Inputs-Multi-Outputs and Orthogonal Frequency Division Multiplexing are implemented in LTE system, which is a broadband wireless communication system. How to reduce the inter-cell interference is one of the most important subjects in LTE system. Inter-Cell Interference Coordination is one of the technologies, which are raised to overcome the inter-cell interference. In this paper, the inter-cell interference coordination technologies are introduced. And the combination of interference coordination with frequency resource scheduling also been mentioned. In the end, the system level simulation results are provided. Keywords: LTE, inter-cell interference coordination, resource scheduling
A( ) min[12 3dB , Am ]
3dB 70 deg rees, Am 20dB
业务模型 站间距 传播模型 基站发射功率 MIMO信道模型 MIMO天线配置 穿透损耗 HARQ 帧时长 Full buffer 500m
PL 37.6 lg( D) 128.1 ,D is in km
3.1 部分频率复用
部分频率复用（Fractional Frequency Reuse，FFR）的核心思想在于将处于小区中心和 对于小区中心用户， 由于其离服务基站距离近， 信道条件较好， 小区边缘的用户区别对待[2]。 而且对其他用户干扰较小， 因此将其分配在频率复用系数为 1 的频带上， 对于小区边缘用户， 其距离服务基站距离远，信道条件较差，而且对其他用户干扰较大，因此将其分配在频率复 用系数为 3 的频带上[3]。 这里给出两种比较典型的部分频率复用方案，如下图所示。
2. 系统介绍
这里研究的系统为基于多小区、多用户、多天线的蜂窝小区系统，如下图所示。
1 1 1 2 2 1 3 2 0 1 4 2 0 2 0 1 0 2 0 1 5 0 2 2 0 1 6 0
图 1 小区结构图 在 OFDM 系统中，子载波间严格正交，能够有效解决高速宽带无线通信系统中的码间 干扰问题。LTE 系统采用 OFDMA 接入方式，可以做到频率复用系数为 1，即整个系统覆盖 范围内所有小区使用相同频带为本小区用户提供服务。因此系统中小区内干扰可以忽略不 计，而对系统性能产生关键影响的是小区间干扰信号。
http://www.paper.edu.cn
0.9Βιβλιοθήκη Baidu
0.8
0.7
0.6 F(x)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 -25
-20
-15
-10
-5
0 x
5
10
15
20
25
图 7 令牌调度下用户 SINR 曲线
6. 结论
以上介绍的技术为小区间干扰协调中的代表技术， 部分频率复用最简单易行， 对于子载 波的限制严格，尽管对干扰起到了较好的抑制作用，极大提高了边缘用户吞吐量，但使得小 区平均吞吐量下降较大； 软频率复用在满足了对干扰的抑制作用外， 也同时保证了系统的平 均吞吐量，提高了频谱效率。同时，比例公平调度结合干扰协调技术能够在一定程度上提高 边缘用户吞吐量， 同时小区平均吞吐量变化不大； 而令牌调度结合干扰协调技术能够极大提 高边缘用户吞吐量，但小区平均吞吐量下降较大。在使用干扰协调技术时，具体采用哪种调 度算法与之结合，需要根据系统的实际需要选取。
图 2 FFR 方案 1
-2-
中国科技论文在线
http://www.paper.edu.cn
图 3 FFR 方案 2
3.2 软频率复用
软频率复用（Soft Frequency Reuse，SFR）继承了部分频率复用的优点，同时采用动 态的频率复用因子，比较显著的提高了频率利用率[4]。 下面给出两种比较典型的的软频率复用方案，如下图所示。
n
5. 仿真结果
5.1 仿真参数
-4-
中国科技论文在线
表 1 仿真参数表
http://www.paper.edu.cn
Parameters 载波频率 系统带宽 载波间距 可用载波数 用户分布 小区结构 天线图样
Values 2GHZ 10MHZ 15KHZ 600 Uniformly 7 cells, 3 sectors per cell
43dBm SCME 1*2 20dB Chase Combining 1ms
5.2 仿真结果
5.2.1 比例公平调度下的仿真结果
表 2 扇区平均吞吐量与边缘用户吞吐量 Avg. cell throughput [Mb/s] Cell-edge (5% CDF)user throughput [Mb/s]
参考文献
[1] 沈嘉等 3GPP 长期演进(LTE)技术原理与系统设计，人民邮电出版社 [2] 3GPP R1-072974. Nokia & Nokia Siemens Networks. Downlink interference coordination. 3GPP TSG RAN WG1 #49bis Meeting. Orlando, USA, June 25-29, 2007. [3] A. Simonsson. “Frequency Reuse and Intercell Interference Co-ordination in E-UTRA”. IEEE Proc. Vehicular Technology Conference, April 2007. [4] A. Pokharyial. “HARQ Aware Frequency Domain Packet Scheduler with Different Degrees of Fairness for the UTRAN Long Term Evolution”. IEEE Proc. Vehicular Technology Conference, April 2007. [5] 3GPP Tdoc R1-070674. “LTE physical layer framework for performance verification”. February 2007. [6] Andrews, M.; Qian, L.; Stolyar, A. “Optimal utility based multi-user throughput allocation subject to throughput constraints”. IEEE Proc. INFOCOM Conference, March 2005.
-1-
中国科技论文在线
个 RB。
http://www.paper.edu.cn
LTE 系统中的时频资源块称为 Resource Block（RB），可用于数据传输的资源块为 50
3. 干扰协调技术分析
各大公司分别基于 OFDMA 的小区间干扰协调技术，核心在于频率复用，它使得边缘 用户收到的干扰信号尽可能小，从而到达抑制小区间干扰信号的目的。