LTE中femtocell間的功率控制算法

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

　　引言

　　2012年Small Cell高峰會議中指出，如何解決數(shù)據(jù)的急劇增長和室內(nèi)覆蓋問題成為當前無線移動通信的兩大難題。根據(jù)已有數(shù)據(jù)顯示，超過90%的數(shù)據(jù)業(yè)務和2/3的語音通話發(fā)生在室內(nèi)[1]，因此室內(nèi)覆蓋問題成為當前無線移動通信亟待解決的關(guān)鍵問題。femtocell技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了室內(nèi)覆蓋問題，滿足了不斷增長的寬帶化、高速率數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，同時為室內(nèi)用戶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，給運營商帶了巨大的利益。

　　femtocell是一種由用戶購買、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)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務質(zhì)量^[2]。雖然femtocell能夠解決高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求和室內(nèi)覆蓋問題，但也會給傳統(tǒng)的宏蜂窩網(wǎng)絡帶來一定的干擾問題，影響整體網(wǎng)絡的性能。由于無線頻譜資源的有限性，femtocell和宏基站采用同頻分配，當大規(guī)模部署femtocell時，femtocell對宏蜂窩網(wǎng)絡及femtocell之間存在較強干擾，干擾會造成用戶數(shù)據(jù)吞吐量降低或掉話，影響用戶滿意度。因此，有必要對femtocell進行功率控制，降低對相鄰femtocell用戶(Femtocell User Equipment，F(xiàn)UE)及宏用戶(Macro User Equipment，MUE)的干擾。

　　針對不同的干擾情況，相應的干擾協(xié)調(diào)方案被提出。文獻^[3]對femtocell上行功率控制進行了研究，提出了一種基于宏基站干擾級別的功率控制方案，該方案通過調(diào)整FUE的最大發(fā)射功率來降低對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^[4]研究了femtocell下行功率控制，考慮用下行功率控制來緩解宏基站和femtocell的共存干擾，對多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)合功率控制和動態(tài)信道重分配策略，保證了MUE的服務質(zhì)量(Quality of Service，QoS)。本文對femtocell之間的功率控制進行研究，通過調(diào)整服務femtocell或干擾femtocell的發(fā)射功率來提高FUE的低SINR，提高FUE的吞吐量。

　　干擾場景

　　由于femtocell的引入，3GPP長期演進(Long Term Evolution，LTE)原有網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改變，因此，整個網(wǎng)絡的干擾場景也有所改變。3GPP協(xié)議中已對femtocell和宏蜂窩基站之間的干擾場景進行了定義^[5]，如圖1所示。表1對干擾場景進行了說明，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。下面分別干擾場景進行簡要說明。

　　(1)干擾場景1
　　當FUE離宏基站相對比較近時，宏基站收到FUE的干擾功率強于MUE的服務功率，因此會給宏基站的上行帶來干擾，降低宏基站的性能。

　　(2)干擾場景2
　　當MUE離宏基站比較遠時，接收來自宏基站的信號比較差，而離femtocell比較近，即在femtocell的覆蓋范圍內(nèi)，如果femtocell的發(fā)射功率過大，就會對其附近的MUE產(chǎn)生較強的干擾，甚至會掉話，形成宏基站覆蓋的“盲區(qū)”。此干擾場景在femtocell接入方式是封閉用戶組(Closed Subscriber Group，CSG)^[1]時更加嚴重。

　　(3)干擾場景3
　　femtocell下行對MUE產(chǎn)生干擾，反過來，MUE也會對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MUE的干擾。

　　(4)干擾場景4
　　當femtocell離宏基站比較近時，F(xiàn)UE會受到來自宏基站的強干擾，雖然可以調(diào)整femtocell的發(fā)射功率來降低宏基站對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)射功率會對附近的MUE造成干擾，所以需要考慮覆蓋和干擾之間的平衡問題。

　　(5)干擾場景5、6
　　femtocell之間的干擾在femtocell部署密度較低時干擾相對較小，但femtocell的密集部署會使femtocell之間會存在較強干擾，干擾問題在接入方式為CSG時更加突出。如何降低femtocell之間的干擾，保證FUE的服務質(zhì)量，正是本文研究的重點。

　　基于干擾級別的功率控制

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