LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的干擾協(xié)調(diào)機制研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增強。在線游戲、視頻通話、高速下載等應(yīng)用對蜂窩網(wǎng)絡(luò)的速率和延遲等性能要求越來越高。另一方面，有統(tǒng)計資料表明未來2/3的電話和90％以上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在室內(nèi)發(fā)生。然而由于信號的穿墻損耗，宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)很難保證室內(nèi)用戶的速率需求。因此，3GPP(3rd Generation Partnership Project)組織在LTE(Long Term Evolution) Release10版本中引入

2、了低功率節(jié)點，用于拉近用戶和基站間的距離，從而提升用戶吞吐量。這種在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中疊加低功率節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Networks, HetNets)。
　　為了最大化頻譜利用率，3GPP傾向于采用同頻組網(wǎng)方式。宏基站之間、低功率節(jié)點之間的同層干擾和宏基站與低功率節(jié)點之間的跨層干擾成為了制約異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。相比于傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)，低功率節(jié)點具有部署隨機、封閉用戶接入、覆蓋增強等技術(shù)特點，使得

3、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾情況尤其復(fù)雜。因此，LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。本文以Macro-Femto網(wǎng)絡(luò)和Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)為例，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點如下:
　　1)研究Macro-Femto異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的下行干擾問題，提出了一種基于干擾圖的頻域干擾協(xié)調(diào)方案。
　　在干擾圖建模中，圖頂點為位于家庭基站干擾區(qū)域內(nèi)的宏小區(qū)用戶或家庭基站，邊代表干擾關(guān)系，權(quán)

4、重代表干擾程度。權(quán)重根據(jù)區(qū)域平均信道準(zhǔn)則確定。將分簇問題建模為圖論中最大K割問題，并提出一個啟發(fā)式算法——基于干擾圖的混合分簇方案(HCIG)來近似求解。HCIG方案能同時減弱Macro-Femto網(wǎng)絡(luò)中的三種下行干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　2）研究Macro-Femto異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的Femto之間的干擾問題，提出了一種基于家庭基站協(xié)作的干擾協(xié)調(diào)方案。
　　在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，鄰居家庭基站間存在X2接口，使得家庭基站間的協(xié)作變?yōu)?/p>

5、可能。利用家庭基站間的輔助數(shù)據(jù)傳輸，本文提出一種名為虛切換的協(xié)作機制以消除鄰居家庭基站間的干擾。虛切換的核心思想是將用戶平面和數(shù)據(jù)平面進(jìn)行分離。當(dāng)虛切換發(fā)生時，控制信息由原始服務(wù)家庭基站承載，而數(shù)據(jù)信息由鄰居干擾基站輔助傳輸。虛切換對用戶和移動管理實體透明，只涉及家庭基站間的控制信令交互。并且信息交互是通過有線X2鏈路，因此該方案開銷低、成功率高。
　　3)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的宏基站對Pico用戶的干擾問題，分析基

6、于ABS(Almost Blank Subframe)的時域干擾協(xié)調(diào)方案中ABS比例的設(shè)置問題。
　　采用覆蓋增強技術(shù)時，宏基站會對Pico擴展覆蓋范圍內(nèi)的用戶造成較強的下行干擾。通常采用基于ABS的時域干擾協(xié)調(diào)來消除此類干擾。本文利用泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型分析了在采用覆蓋增強技術(shù)下的Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)的性能，得到用戶到服務(wù)基站的距離分布、用戶的SIR分布、用戶的平均吞吐量。在此基礎(chǔ)上，分析了在給定覆蓋增強偏置值時ABS比例的合

7、理取值范圍。該工作對實際網(wǎng)絡(luò)中覆蓋增強偏置值和ABS比例的設(shè)置具有一定的參考意義。
　　4)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋增強機制對用戶中斷概率的影響，提出一種負(fù)載感知的泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型。
　　注意到傳統(tǒng)泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型沒有考慮基站的實際負(fù)載，而只是簡單假設(shè)基站滿負(fù)載，本文將基站負(fù)載和按需資源分配方案加入到傳統(tǒng)泊松點過程模型中，得到更加接近實際情況的負(fù)載感知的干擾分析模型。利用該模型分析Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)

8、中覆蓋增強機制對用戶中斷概率的影響，分析得到在給定覆蓋增強偏置時用戶中斷概率的表達(dá)式。
　　5)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的宏基站和Pico基站間的干擾問題，提出一種負(fù)載自適應(yīng)的干擾協(xié)調(diào)方案。
　　為了使得Pico能夠更好地為熱點用戶提供通信資源，本文提出一種基于熱點區(qū)域的有界覆蓋增強方案來擴大Pico的覆蓋范圍。基于有界覆蓋增強方案，進(jìn)一步提出了負(fù)載自適應(yīng)的動態(tài)覆蓋控制算法來實現(xiàn)宏基站和Pico基站間的負(fù)載均衡，并