一種聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)拿芗》涓C干擾管理機(jī)制

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，具有小型規(guī)模、低效率、可控和智能特征的小蜂窩（小型丘陵）被認(rèn)為是解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)容量不足的重要技術(shù)方法。在超級(jí)密集的異構(gòu)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，單位面積中的社區(qū)數(shù)量增加，手機(jī)與移動(dòng)設(shè)備之間的距離縮短，從而提供更大的容量補(bǔ)充。然而，考慮到同頻網(wǎng)絡(luò)模式，由于具有高發(fā)射功率的宏基站對(duì)范圍內(nèi)的小型基站用戶產(chǎn)生了一定的干擾（超層干擾）。雖然小基站發(fā)射功率低，但小基站距離小，并且存在一些干擾（同一層干擾）。安裝費(fèi)越多，干擾就越嚴(yán)重，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整體性能就越差。通過(guò)有效的干擾管理機(jī)制來(lái)解決不同層和同一層干擾，有效提高光譜利用率非常重要。增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(enhancedInter-CellInterferenceCoordination,eICIC)是通過(guò)時(shí)域和頻域以及功率控制的方式,對(duì)業(yè)務(wù)和控制信道的小區(qū)間干擾進(jìn)行協(xié)調(diào).涉及的主要技術(shù)有幾乎空白子幀(AlmostBlankSubframes,ABS)技術(shù)和小區(qū)覆蓋擴(kuò)展(CellRangeExpansion,CRE)技術(shù).針對(duì)宏基站對(duì)小基站的干擾(跨層干擾),文獻(xiàn)[1-5]主要研究增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的關(guān)鍵技術(shù),如幾乎空白子幀的配置、小區(qū)覆蓋擴(kuò)展的設(shè)置以及資源塊(ResourceBlock,RB)的配置問(wèn)題,提出相應(yīng)的優(yōu)化算法,減輕宏基站對(duì)小基站的干擾,提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量.針對(duì)同層干擾問(wèn)題,文獻(xiàn)[6-8]基于CoMP技術(shù)消除干擾;文獻(xiàn)[9-10]基于圖論的算法設(shè)計(jì)規(guī)避干擾;文獻(xiàn)[11-12]調(diào)整頻率復(fù)用因子,在減緩干擾的條件下提升頻譜利用率;文獻(xiàn)[13-15]基于資源分配算法,通過(guò)基站間的協(xié)調(diào)來(lái)降低干擾;文獻(xiàn)[16]基于干擾對(duì)齊的低復(fù)雜度發(fā)射天線選擇算法來(lái)降低干擾.目前,同時(shí)考慮跨層和同層干擾的工作主要采用博弈論的方法1邏輯小證據(jù)類p-cen,p-cre異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示,假設(shè)所有宏基站和小基站使用相同的頻譜資源.U表示用戶的集合,M表示宏基站的集合,P表示小基站的集合.給定一個(gè)小基站p.為了便于問(wèn)題的描述,定義兩個(gè)邏輯小基站p-CEN(cell-center,小區(qū)中心)和p-CRE,其中p-CEN工作在非幾乎空白子幀(non-ABS,nABS),p-CRE工作在幾乎空白子幀.將邏輯小基站p-CEN和p-CRE分別歸類到兩個(gè)集合,即P令c為一個(gè)邏輯簇,該邏輯簇可分為以下4類:(A)只包含一個(gè)宏基站,記為邏輯簇c(B)只包含一個(gè)p-CEN,記為邏輯簇c(C)只包含一個(gè)p-CRE,記為邏輯簇c(D)CoMP簇,記為邏輯簇c令P(1)若用戶u接入到宏基站(簇c(2)若用戶u接入到p-CEN(簇c(3)若用戶u接入到p-CRE(簇c(4)若用戶u接入到CoMP簇(簇c2采用聯(lián)合激勵(lì)管理模式，實(shí)現(xiàn)合作點(diǎn)的聯(lián)合傳輸2.1目標(biāo)函數(shù)和約束針對(duì)用戶的鏈接、資源塊的分配和幾乎空白子幀的配置優(yōu)化問(wèn)題,在以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)的前提下,問(wèn)題建模如下:(1)鏈接的約束.S其中,C=M∪P(2)資源分配的約束.x其中,U(3)吞吐量約束.R(4)干擾約束.在一個(gè)幾乎空白子幀配置周期內(nèi),小基站使用的幾乎空白子幀數(shù)目A令ω2.2干擾管理算法描述由此可見(jiàn),干擾問(wèn)題可建模為一個(gè)整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題,即非確定多項(xiàng)式難(Non-deterministicPolynomialhard,NP-hard)問(wèn)題.由于求解該問(wèn)題的復(fù)雜度非常高,因此提出一種次優(yōu)的干擾管理算法在允許用戶可接入多個(gè)簇的前提下,不必為用戶選擇合適的接入方式,則問(wèn)題簡(jiǎn)化為幾乎空白子幀配置和資源塊分配.令λ,μ,β,α為對(duì)偶變量,x,y,A,N為原始變量,簡(jiǎn)化問(wèn)題RELAXED-ABS對(duì)應(yīng)的拉格朗日函數(shù)為令q=(λ,μ,β,α),z=(x,y,A,N),則式(16)可表示為RELAXED-ABS對(duì)偶問(wèn)題表示為迭代步驟:初始化變量,x,y,A,N取可行域里的任意值,對(duì)偶變量取0.原始變量z對(duì)偶變量q其中,[·]綜上所述,筆者提出的干擾管理算法描述如下.聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理算法:依據(jù)文獻(xiàn)[1]中的取整函數(shù),對(duì)小基站使用的幾乎空白子幀數(shù)目A3性能模擬與分析3.1信道模型仿真在宏基站的覆蓋范圍內(nèi)部署2到10個(gè)小基站,且在宏基站的覆蓋范圍內(nèi)的用戶是隨機(jī)部署的.信道模型考慮雙線模型(大尺度衰落),且路徑損耗公式為其中,d是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離.詳細(xì)的仿真參數(shù)如表1所示.對(duì)于小尺度衰落,筆者考慮瑞利衰落模型,并基于改進(jìn)的jakes模型3.2小架構(gòu)和完成小架構(gòu)的意識(shí)圖2比較了基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案與聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下,用戶密集度和吞吐量的關(guān)系.仿真系統(tǒng)中有1個(gè)宏基站和4個(gè)小基站,宏基站和小基站的發(fā)射功率分別為46dBm和30dBm,宏基站和小基站的發(fā)射天線增益都為0dBi.圖2表明,隨著宏基站覆蓋范圍內(nèi)用戶的密集度增大,兩種技術(shù)下系統(tǒng)的吞吐量都增大,且最終趨近平穩(wěn).同時(shí)也可看出,聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下的吞吐量比基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案下的吞吐量大約平均提高了40%.圖3比較了基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案與聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下,小基站數(shù)量和吞吐量的關(guān)系.仿真系統(tǒng)中有1個(gè)宏基站,宏基站和小基站的發(fā)射功率分別為46dBm和30dBm,宏基站和小基站的發(fā)射天線增益都為0dBi.圖3表明,隨著宏基站覆蓋范圍內(nèi)小基站數(shù)量的增多,兩種技術(shù)下系統(tǒng)的吞吐量都增大,且聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下的吞吐量比基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案下的吞吐量大約平均提高了19%.圖4比較了基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案與聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下,小基站的發(fā)射功率和吞吐量的關(guān)系.仿真系統(tǒng)中有1個(gè)宏基站和10個(gè)小基站.宏基站的發(fā)射功率為46dBm,小基站的發(fā)射功率為27dBm/30dBm/36dBm;宏基站和小基站的發(fā)射天線增益分別為15dBi和5dBi,且是熱點(diǎn)區(qū)場(chǎng)景(360個(gè)用戶).圖4表明,隨著小基站的發(fā)射功率的增加,兩種技術(shù)下系統(tǒng)的吞吐量都增大,且聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下的吞吐量比基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案下的吞吐量大約平均提高了12%.圖5比較了基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案與聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案下,移動(dòng)速度大小和吞吐量的關(guān)系.仿真系統(tǒng)中有1個(gè)宏基站和10個(gè)小基站,宏基站和小基站的發(fā)射功率分別為46dBm和30dBm,宏基站和小基站的發(fā)射天線增益都為0dBi.圖5表明,隨著設(shè)備移動(dòng)速度的增加,兩種技術(shù)下系統(tǒng)的吞吐量都有所下降,但是筆者提出的算法性能仍然優(yōu)于現(xiàn)有算法的.綜上可知,圖2~圖5的仿真結(jié)果都表明聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)聯(lián)合傳輸?shù)母蓴_管理方案相比基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的干擾管理方案更加有效地解決了同層和跨層干擾,提升了系統(tǒng)的吞吐量,改善了頻譜利用率.4基于同層和跨層干擾筆者提出了在密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下,聯(lián)合增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和協(xié)作多點(diǎn)