王增鑫，邱玲

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

一种同频异构网中上行干扰集中调度方案

王增鑫，邱玲

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

异构技术，即在同一区域部署使用相同频段的宏基站和微基站技术，可以有效地提升系统容量和覆盖范围。然而，微基站的上行吞吐量，会由于上下行不平衡而受到严重影响。定义对微基站上行吞吐量影响巨大的高干扰用户，提出一种基于现有WCDMA协议的高干扰用户识别方案。通过针对性地对这些高干扰用户进行集中调度，可以减少对微基站上行造成严重干扰的子帧数，进而提升微基站上行吞吐量。

异构网；上下行不平衡；高干扰用户；上行干扰集中调度

0 引言

WCDMA系统中上下行干扰的识别与其解决方案一直是3GPP关于异构网的研究条目之一。本文聚焦于同频异构部署中，由于上下行不平衡，导致的微基站上行吞吐量受宏基站用户影响严重的问题。

上下行不平衡［1］，其起因在于微基站与宏基站的发射功率相差较大，而用户归属依据下行导频信号的强度，进而导致宏基站覆盖范围较大而微基站覆盖范围较小。这样，部分距离微基站较近而离宏基站较远的用户却归属到宏基站中。这部分用户在向宏基站发送上行数据时，会造成微基站收到的干扰信号强度大于宏基站收到的有用信号的强度，这会对微基站造成严重干扰，本文将这些宏基站用户定义为高干扰用户。

为了克服同频异构网中的上下行不平衡问题，可以采用小区扩展［2－4］和抬升上行发射功率［5］等方案。

小区扩展是指用户归属时可以在接收到的微基站下行导频信号相对宏基站较弱时，依旧选择接入微基站。这样可以缓解上下行不平衡问题，然而Khandekar［6］指出，小区扩展会导致额外的下行问题。

高通公司［5］提出了一种通过增加微基站用户的发射功率来降低来自周围小区干扰的方案。然而，此方案会给周围小区引入干扰并缩短微基站用户的电池寿命。

本文提出一种基于WCDMA协议中同频测量事件的方案来识别高干扰用户，并提出一种宏基站上行调度方案，在不损失宏基站性能的基础上提升微基站上行吞吐量。理论上的分析和仿真结果表明，本文所提方案可以有效提升微基站上行吞吐量。

1 系统模型

典型的异构网部署如图1所示，图中用户1、用户2和用户3都归属到宏基站，而用户4归属到微基站，其中用户2和用户3就是之前所定义的高干扰用户。

图1 异构网部署

设某小区在子帧u中，被某微基站调度到的微用户共有Np，u个，被宏基站调度到的该微基站的高干扰用户（它们是宏用户）共有Nh，u个。

记pR，k，u为微基站在子帧u中接收到的来自微用户k的接收功率；pH，i，u为微基站在子帧u中接收到的来自高干扰宏用户i的接收功率。p0，u包含了微基站接收到的来自宏基站其他用户的干扰和邻基站的干扰以及热噪声，根据文献［7］，在WCDMA系统中可以将其建模为：

式中，ξ为小区复用因子。

于是微基站用户k在第u个子帧上的信干噪声比可以表示为：

2 干扰集中调度算法

传统的上行调度方案有轮询调度、比例公平调度和最大信干比调度等。比例公平调度和最大信干比调度等都是选择信道条件较好的上行用户进行调度以达到较好的吞吐量等。但在实际系统中，上行用户可以通过控制自身发射功率以抵消信道带来的影响，因此采用最为公平的轮询调度作为对比方案。

2.1 干扰集中调度算法

上行轮询调度方案并不关心高干扰用户，宏基站可能会在很多子帧上调度到它们，这会导致相应的微基站可能在很多子帧上遭受强干扰。干扰集中算法首先是识别对应每个微基站的高干扰宏用户，之后通过划分子帧的方法将高干扰宏用户集中在若干特定的子帧上调度，这样微基站用户可以在更多的子帧上不再遭受高干扰用户带来的强干扰，进而提升微基站用户总的吞吐量。进一步，由于只是改变宏用户的调度顺序，因此不会影响宏用户的性能。

2.2 识别高干扰用户

在WCDMA系统实际部署中，如果宏用户距离微基站距离很近，那么它会触发软切换条件，进而成为软切换区域用户［8］，这些用户可以接收微基站的功控，因此不再是高干扰用户。而那些距离微基站较近却不足以触发软切换条件的宏用户就是前述所定义的高干扰用户。

通过放松软切换的条件，此时新触发软切换的用户就是高干扰用户。为了不影响系统中软切换技术的正常使用（软切换通过同频测量事件1a0和1b0识别软切换区域用户），新定义测量事件1a0如下：

测量事件1b0如下：

式中，PCO为新定义的参数，是指高干扰用户对微基站的干扰强度，PCO越小，软切换条件放松得越小，则识别的高干扰用户对微基站干扰越大，识别出来的高干扰用户数目越少；反之，识别的高干扰用户对微基站干扰越小，数目越大。其他参数的意义与测量事件1a和1b相同。

当某宏用户触发关于某微基站的1a0事件时，将其标记为该微基站的高干扰用户；当某高干扰用户触发关于相应微基站的1b0事件时，将其标记为普通用户，不再是高干扰用户。

2.3 调度宏基站用户

首先，宏基站将宏用户划分为普通用户和高干扰用户2组。如果小区内有多个微基站，那么再次划分高干扰用户，使得每个微基站对应一组其相应的高干扰用户。之后，宏基站按照普通用户和高干扰用户的比例将上行数据帧划分为普通子帧和高干扰子帧。如果有多个高干扰用户组（对应多个微基站），那么再次根据每个组内的用户数等比例划分高干扰子帧。

宏基站在普通子帧上只调度普通的宏用户，在高干扰子帧上只调度相应的高干扰用户，这样可以实现高干扰用户的集中调度。再次，宏基站可以和微基站协作，当宏基站调度相应的高干扰用户时，通知相应的微基站，使其微用户抬升其发射功率，如文献［4］中方法，这可以作为进一步的研究方向。

2.4 干扰集中算法的理论增益

WCDMA系统上行调度受热噪声抬升（RoT）这一参数的控制，RoT定义为：

式中，Itotal、I0分别为基站接收到的全部功率和基站背景热噪声。

为了保证实际系统稳定运行，小区的RoT不能超过门限值RoTtarget。在采用高速上行分组技术（HSUPA）后，用户的调度被放在Node B处理，这样可以更加灵活有效地利用上行资源RoT。于是，可以假设实际中RoT＝RoTtarget［9］。

设宏基站在U个子帧上可以完成小区内所有Tm个宏用户的一次调度，每个子帧上调度Nm个宏用户，根据文献［4］的建议，这些宏用户均分所有的RoT资源，设宏用户中一共有Th个是某微基站的高干扰用户。设该微基站于此同时也调度了U个子帧，每个子帧上调度的用户数Np，u＝Np。

简便起见，设在干扰集中算法中，宏基站在开始的U1个子帧调度高干扰用户，在之后的U～U1个子帧中调度普通用户。

考察微基站用户在这U个子帧中的可达速率，轮询算法中为：

在干扰集中算法中为：

式中，

其中，

如前所述，采用HSUPA技术后，可以迅速充分地利用上行资源，因此在每个子帧上微基站的接收功率都达到目标接收功率［9］，于是，

由以上信干噪比的式（1）、式（4）和式（5）可以得到：

比较干扰集中算法与轮询算法的微基站用户可达速率的差值：

将式（1）、式（2）和式（5）带入可得：

由式（6）容易推出：

于是可以得到Δr≥0恒成立。这证明了在微基站用户上行可达速率上，干扰集中算法相对于轮询算法总是有非负的增益。

关于干扰集中算法对宏用户的影响，可以从宏用户被调度的次数考虑。

在轮询算法中，保证了调度次数不变也就保证了宏用户的可达速率不会受到影响。

3 仿真结果分析

本节采用仿真对干扰集中算法的性能进行验证，主要的仿真参数采用文献［10－12］建议，其中接收带宽为3.84 MHz，小区距离为1 km，每扇区用户数16，用户分布方式为3／4热点分布，微站和宏站的发射功率分别为30 dBm和43 dBm。

分别使用轮询和干扰集中方案时，宏基站用户的平均上行吞吐量如表1所示。由表1可以看出，如同理论分析，干扰集中方案对宏基站用户的性能没有影响。

表1 宏基站用户上行平均吞吐量

分别使用轮询和干扰集中方案时，微基站用户的平均上行吞吐量如表2所示，其中使用了轮询方案的性能做了归一化。由表2可以看出，干扰集中方案可以得到明显的性能增益。而且，增益与PCO明显相关。这是因为当PCO较小时，如前所述，只是识别干扰很强的用户，导致识别出的高干扰用户数目很少，因此增益较小；当PCO逐渐变大时，可以识别出较多的高干扰用户，因此增益逐渐变大；当PCO过大时，会将某些普通用户误判为高干扰用户，导致增益变小。

表2 微基站用户上行平均吞吐量

4 结束语

提出了一种异构网中可以有效提升微基站用户上行吞吐量的干扰集中宏用户调度方案，并通过理论分析和仿真验证了其性能。值得注意的是，PCO参数对仿真结果影响较大，实际中应设置合适的值。之后的研究点可以是当宏基站调度高干扰用户时，相应的微基站可以做出协调，比如抬升微用户的发射功率等。

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［5］R1－131574.Adaptive LPN UL Padding in Cochannel HetNets Deployment［S］，2013.

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A Novel Uplink Interference Coordination Scheme in Co-channel HetNets Deployment

WANG Zeng-xin，QIU Ling
（University of Science and Technology of China，Hefei Anhui 230027，China）

Heterogeneous deployment is a promising solution to enhance both system capacity and coverage，where the existing macro cell is overlaid with Low Power Nodes（LPNs），such as pico cells.However，the performance of heterogeneous networks，especially the performance of pico cells，is seriously decreased due to the Downlink-Uplink（DL-UL）imbalance.In order to improve the uplink throughput of pico cells，this paper proposes a novel uplink interference coordination scheme by distinguishing High Interference UEs and scheduling them together.Moreover，the proposed scheme does not affect the uplink throughput of the macro cell.Both theoretical analysis and simulation results show the significant gain of the proposed scheme compared with traditional schedule schemes.

heterogeneous network；DL-UL imbalance；high interference UE；uplink interference coordination

TN92

A

1003－3106（2015）11－0001－04

10.3969／j.issn.1003－3106.2015.11.01

王增鑫，邱玲.一种同频异构网中上行干扰集中调度方案［J］.无线电工程，2015，45（11）：1－4.

王增鑫男，（1990—），硕士。主要研究方向：无线资源管理和无线干扰管理。

2015-07-28

中国科大—华为合作基金资助项目（YB2012110120）。

邱 玲女，（1963—），教授。主要研究方向：扩频通信、无线资源管理、多用户MIMO、中继协作通信和绿色通信。