谢 聪，邱 玲

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

HSDPA 异构网中基于速率调整的干扰消除算法

谢 聪，邱 玲

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

异构网中扩展区域用户采用串行干扰消除（Successive Interference Cancellation，SIC）接收机对抗受到的严重共信道小区间干扰。当SIC接收机干扰消除不完全时，过大的残留干扰会使得接收机性能严重退化。针对高速下行分组接入（HSDPA）系统一般不采用功率控制机制的特点，通过分析SIC接收机残留干扰的特性，优化宏基站的数据速率，提出了基于速率调整的干扰消除算法，并给出了具体的算法流程。仿真结果表明，该算法在不同归属偏置值下，在保证用户总吞吐率不下降的同时提高扩展区域用户的性能。

异构网；小区间干扰；串行干扰消除；速率调整；扩展区域用户

0 引言

异构网（HetNet）中为了增加微基站的负载量，提高小区分裂增益，引入了小区扩展技术［1，2］。这也导致微基站扩展区域的用户遭受到严重的来自宏基站干扰，为消除小区间干扰，对于扩展区域用户引入先进接收机［3－6］。目前讨论的用户端先进接收机主要有联合解码技术［7，8］和SIC技术［9，10］。联合解码技术能够获得更好的干扰消除效果，但复杂度太高而难以实现，SIC技术由于适中的实现复杂度以及较好的干扰消除性能而得到重点关注［3，4］。

不同于传统接收机将来自宏基站的干扰处理为噪声的方法，用户端采用SIC接收机时，需要先检测干扰信号的数据，减去重构的干扰，再对有用信号进行检测［10］。由于SIC接收机并不总是具备正确检测干扰链路数据的条件，当干扰消除不完全时，过大的残留干扰会使得SIC接收机的性能严重退化。由于HSDPA系统中一般采用最大功率发射的机制［11，12］，难以通过功率调整来降低宏基站对微基站扩展区域用户的干扰，为了提高扩展区域用户的性能，提出了一种基于速率调整的串行干扰消除算法。该算法通过调整宏基站的数据速率，以提高扩展区域用户SIC接收机干扰消除的性能。

1 系统模型

考虑HSDPA系统中由一个宏基站和若干个微基站构成的双层异构网络，如图1所示。

设共有N＋1个基站，基站0为微基站，基站1为宏基站，其他基站均为微基站。各基站均配置Nt根天线，用户端配置Nr根天线。从基站j到用户i的信道矩阵为hji，hji包括路损、阴影衰落以及小尺度衰落信息。基站j的发射信号为xj。微基站0的扩展区域用户UE0的接收信号可写为：

图1 异构网拓扑示意

设UE0的信息比特速率为R0，采用SIC接收机进行干扰相减之后，UE0的每比特接收SNR为：

宏基站用户采用传统接收机，基站1的用户UE1的信息比特速率为R1，UE1的每比特接收SNR为：

2 基于速率调整的用户端干扰消除算法

通过调整基站1的数据速率，以提高扩展区域用户的干扰消除性能。为了不过分损失宏基站用户的性能，保证系统和速率，这里以系统和吞吐率为目标。由于其他基站的用户采用传统接收机，用户性能不受宏基站数据速率的影响，这里仅考虑基站0和基站1的和吞吐率。建立优化问题，表示为：

式中，θth为正确接收的最低每比特SNR门限。

对约束条件进行变形可知，式（5）中对于任意确定的R1，要使目标函数最大化，则要求R0取最大，即第一个约束条件取等号。由此，原优化问题可进一步等价转化为：

若不进行速率调整，宏基站数据速率设置为R1，max，速率调整方法通过降低宏基站数据速率从而减弱扩展区域用户受到的强干扰。目标函数中基站1的数据速率R1不仅直接影响着宏基站自身的吞吐率，而且影响微基站扩展区域用户UE0的SIC接收机的性能。对目标函数进行求一阶导数，可以得到：

根据上述分析和优化结果，可以设计如下的速率调整算法：

①扩展区域用户UE0获得信道信息；

c）最优解为：

3 仿真结果分析

仿真采用宏基站和微基站构成的异构网拓扑结构，扩展区域用户采用SIC接收机。其他用户采用传统接收机，即宏基站用户和微基站非扩展区域用户采用传统接收机。基站和用户都配置双天线，宏基站和微基站最大发射功率分别为43 dBm和37 dBm，其他参数如文献［3，14］所述。采用基于小区偏置值的方法进行用户归属，偏置值为3 dB［15］。

各方案的用户吞吐率累积分布函数曲线如图2所示。“Conv.Rx”表示传统接收机方案，“SIC w/o. RA”表示扩展区域用户采用SIC接收机但不进行速率调整的方案，“SIC w.RA”表示扩展区域用户采用SIC接收机并对宏基站进行速率调整，即所提方法。图3是各方案的用户吞吐率相对增益。结合图2和图3可以看到，相比于不做速率调整的方案，采用速率调整后，所提方案少量牺牲宏基站性能，进一步提高扩展区域用户的性能。由于所提方案以系统和速率为优化目标，调整宏基站数据速率，从而使得所提方案不损失系统总吞吐率。

图2 用户吞吐率CDF

图3 用户吞吐率增益

不同偏置值下各方案扩展区域用户平均吞吐率如图4所示。由图4可以看到，偏置值较小时所提方案的增益较大。这是由于较大偏置值使得更多宏基站边缘用户归属到微基站，宏基站中心用户比例变大，最强干扰源的数据速率变高，即R1，max增大，使得所提方案降低宏基站数据速率的机会变少，因此，所提方案在偏置值较小时扩展区域用户增益更好。

图4 扩展区域用户性能

4 结束语

通过分析HSDPA异构网中用户端SIC接收机残留干扰的特性，结合HSDPA系统最大发射功率发射的特点，提出了一种基于速率调整的干扰消除算法。通过优化系统和速率，在保证系统总吞吐率前提下，根据最优结果自适应地调整宏基站数据速率，以少量牺牲宏基站性能的代价，提高SIC接收机的干扰消除效率，增强扩展区域用户性能。仿真结果表明，该算法在不同归属偏置值下都能获得较好的扩展区域用户性能增益，并保证系统总吞吐率不受影响。

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An Interference Cancellation Algorithm Based on Rate Adjustment for HSDPA HetNet

XIE Cong，QIU Ling
（University of Science and Technology of China，Hefei Anhui 230027，China）

Users in range expansion region of Pico base stations（PBS）are equipped with SIC receivers to resist severe co-channel intercell interference from neighbor Macro base stations（MBS）.However，the residual error of imperfect interference cancellation may be such severe that SIC receiverssuffer from degraded performance.In view of High Speed Downlink Packet Access（HSDPA）system without power control，this paper analyses the residual error of SIC receivers and proposes an interference cancellation algorithm based on rate adjustment（RA）of MBSs.A system simulation demonstrates that the proposed scheme can improve the performance of users in range expansion region without sacrifice of average user throughput.

HetNet；intercell interference；SIC；rate adjustment；user in range expansion region

TN92

A

1003－3106（2015）09－0001－04

10.3969/j.issn.1003－3106.2015.09.01

谢 聪，邱 玲.HSDPA异构网中基于速率调整的干扰消除算法［J］.无线电工程，2015，45（9）：1－4.

谢 聪男，（1989—），硕士研究生。主要研究方向：异构网、干扰管理等。

2015-06-08

中国科大—华为合作基金资助项目（YB2013120009）。

邱 玲女，（1963—），博士生导师。主要研究方向：CDMA扩频通信、多小区MIMO、绿色通信和异构网等。