LTE中femtocell間的功率控制算法

　　摘要：3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)中femtocell密集部署時(shí)，femtocell之間會(huì)存在較強(qiáng)干擾，針對(duì)femtocell的下行干擾，提出了一種基于干擾級(jí)別的功率控制算法。根據(jù)設(shè)定的信干噪比(SINR)門(mén)限值，給femtocell用戶(hù)設(shè)置相鄰干擾標(biāo)志，通過(guò)上行信道發(fā)送給femtocell，再轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰femtocell，femtocell由收到的干擾標(biāo)志數(shù)量劃分級(jí)別，根據(jù)干擾級(jí)別進(jìn)行不同的功率調(diào)整。仿真結(jié)果表明，該算法很好地提升了femtocell用戶(hù)的低SINR，femtocell用戶(hù)吞吐量比無(wú)功率控制情況下至少提高了2.1Mbps，達(dá)到了降低femtocell間干擾的目的。同時(shí)表明，femtocell部署越密集，控制效果更加明顯。

　　引言

　　2012年Small Cell高峰會(huì)議中指出，如何解決數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)和室內(nèi)覆蓋問(wèn)題成為當(dāng)前無(wú)線移動(dòng)通信的兩大難題。根據(jù)已有數(shù)據(jù)顯示，超過(guò)90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和2/3的語(yǔ)音通話發(fā)生在室內(nèi)[1]，因此室內(nèi)覆蓋問(wèn)題成為當(dāng)前無(wú)線移動(dòng)通信亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。femtocell技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，滿足了不斷增長(zhǎng)的寬帶化、高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，同時(shí)為室內(nèi)用戶(hù)提供了具有更大吸引力的更高數(shù)據(jù)速率，更低成本的業(yè)務(wù)，給運(yùn)營(yíng)商帶了巨大的利益。

　　femtocell是一種由用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)、配置靈活、可以安裝在室內(nèi)的小型化、低功耗基站，能夠很好的改善室內(nèi)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量^[2]。雖然femtocell能夠解決高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求和室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，但也會(huì)給傳統(tǒng)的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一定的干擾問(wèn)題，影響整體網(wǎng)絡(luò)的性能。由于無(wú)線頻譜資源的有限性，femtocell和宏基站采用同頻分配，當(dāng)大規(guī)模部署femtocell時(shí)，femtocell對(duì)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)及femtocell之間存在較強(qiáng)干擾，干擾會(huì)造成用戶(hù)數(shù)據(jù)吞吐量降低或掉話，影響用戶(hù)滿意度。因此，有必要對(duì)femtocell進(jìn)行功率控制，降低對(duì)相鄰femtocell用戶(hù)(Femtocell User Equipment，F(xiàn)UE)及宏用戶(hù)(Macro User Equipment，MUE)的干擾。

　　針對(duì)不同的干擾情況，相應(yīng)的干擾協(xié)調(diào)方案被提出。文獻(xiàn)^[3]對(duì)femtocell上行功率控制進(jìn)行了研究，提出了一種基于宏基站干擾級(jí)別的功率控制方案，該方案通過(guò)調(diào)整FUE的最大發(fā)射功率來(lái)降低對(duì)MUE的干擾，在犧牲較小MUE吞吐量的前提下提高了FUE的吞吐量。文獻(xiàn)^[4]研究了femtocell下行功率控制，考慮用下行功率控制來(lái)緩解宏基站和femtocell的共存干擾，對(duì)多femtocell情況下提出了集中式和分布式解決方案，在集中式解決方案中提出聯(lián)合功率控制和動(dòng)態(tài)信道重分配策略，保證了MUE的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)。本文對(duì)femtocell之間的功率控制進(jìn)行研究，通過(guò)調(diào)整服務(wù)femtocell或干擾femtocell的發(fā)射功率來(lái)提高FUE的低SINR，提高FUE的吞吐量。

　　干擾場(chǎng)景

　　由于femtocell的引入，3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)原有網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改變，因此，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的干擾場(chǎng)景也有所改變。3GPP協(xié)議中已對(duì)femtocell和宏蜂窩基站之間的干擾場(chǎng)景進(jìn)行了定義^[5]，如圖1所示。表1對(duì)干擾場(chǎng)景進(jìn)行了說(shuō)明，1~4為femtocell和宏基站之間的跨層干擾，1~3為上行干擾，2、4為下行干擾;5~6為femtocell之間的共層干擾。下面分別干擾場(chǎng)景進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　(1)干擾場(chǎng)景1
　　當(dāng)FUE離宏基站相對(duì)比較近時(shí)，宏基站收到FUE的干擾功率強(qiáng)于MUE的服務(wù)功率，因此會(huì)給宏基站的上行帶來(lái)干擾，降低宏基站的性能。

　　(2)干擾場(chǎng)景2
　　當(dāng)MUE離宏基站比較遠(yuǎn)時(shí)，接收來(lái)自宏基站的信號(hào)比較差，而離femtocell比較近，即在femtocell的覆蓋范圍內(nèi)，如果femtocell的發(fā)射功率過(guò)大，就會(huì)對(duì)其附近的MUE產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，甚至?xí)粼?，形成宏基站覆蓋的“盲區(qū)”。此干擾場(chǎng)景在femtocell接入方式是封閉用戶(hù)組(Closed Subscriber Group，CSG)^[1]時(shí)更加嚴(yán)重。

　　(3)干擾場(chǎng)景3
　　femtocell下行對(duì)MUE產(chǎn)生干擾，反過(guò)來(lái)，MUE也會(huì)對(duì)femtocell產(chǎn)生一定的干擾，因此femtocell必須在保證自身FUE不受干擾的前提下降低對(duì)MUE的干擾。

　　(4)干擾場(chǎng)景4
　　當(dāng)femtocell離宏基站比較近時(shí)，F(xiàn)UE會(huì)受到來(lái)自宏基站的強(qiáng)干擾，雖然可以調(diào)整femtocell的發(fā)射功率來(lái)降低宏基站對(duì)FUE的干擾，但femtocell的最大發(fā)射功率只有20dBm^[5]，并且增大femtocell的發(fā)射功率會(huì)對(duì)附近的MUE造成干擾，所以需要考慮覆蓋和干擾之間的平衡問(wèn)題。

　　(5)干擾場(chǎng)景5、6
　　femtocell之間的干擾在femtocell部署密度較低時(shí)干擾相對(duì)較小，但femtocell的密集部署會(huì)使femtocell之間會(huì)存在較強(qiáng)干擾，干擾問(wèn)題在接入方式為CSG時(shí)更加突出。如何降低femtocell之間的干擾，保證FUE的服務(wù)質(zhì)量，正是本文研究的重點(diǎn)。

　　基于干擾級(jí)別的功率控制

　　FUE i在資源塊k上的信干噪比(Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR)計(jì)算公式[6]為：
                (1)