基于联合用户划分策略的LTE软频率复用研究

摘要：目前LTE系统已逐步进入试商用，而如何更有效减少其小区间干扰一直是人们关心的问题。软频率复用技术（Soft Frequency Reuse， SFR）对于干扰抑制有不错的效果，然而其用户划分策略尚待改进。本文提出了基于联合用户划分策略的软频率复用方案，并结合仿真对优化效果进行验证。

关键词：用户划分，软频率复用

中图分类号：TN929.53 文献标识码：B

1 引言

由于频率资源的限制，LTE系统的频率复用因子为1，即每一个小区都能够使用整个系统的频率资源，因此系统将面临严重的小区间干扰（Inter Cell Interference， ICI）。干扰协调技术对于干扰抑制有很好的效果。本文针对ICI问题，对经典干扰协调方案一一软频率复用方案进行优化，并基于系统级仿真平台进行性能评估。

一般来说，通常采用频率复用技术来解决ICI问题，这是传统的解决方案，如采用l×3×3方式组网，即为了减少同频干扰源的距离，使各个小区间的频谱资源相互正交，从而降低ICI。但另一方面，由于当下的频谱资源日趋紧张，要求频谱利用率更高，最好能实现1×3×1方式组网，即各小区都可以使用所有频谱。上述两个目标是明显相互矛盾的。SFR方案的提出就是为了在上述两个目标间达到一种平衡。该方案将系统频率资源分为若干个集，并分配给特定的用户，同时可以采用功率控制。

2传统用户划分准则

以往在使用干扰协调方案时，判定用户归属的方法是基于门限距离或者门限“信号与干扰加噪声比”（Signal to Interference plus Noise Ratio， SINR）实现的。基于门限距离划分法是首先设置一个门限距离，到基站的距离小于该门限距离的用户是小区中心用户，大于该门限距离的用户归属于小区边缘用户。基于门限SINR值法是首先确定一个SINR门限值，并计算每个移动台（Mobile Station， MS）的SINR值，若SINR值大于门限值即为中心用户，反之就是边缘用户。

以上两种用户划分方式都比较简单，使用起来也比较方便，但都有不合理的地方。基于门限距离的划分准则没有考虑到信道的无线衰落和多径效应等因素。而基于SINR门限的用户划分准则虽然在一定程度上能反映出无线信道变化的状况，但是通过分析发现，有些用户由于处于非常靠近基站（Base Station， BS）的旁瓣处，它的接收功率虽然较小，且SINR值较低，但是对它的干扰也很小，若仅是依据其SINR值偏小就将其划分为边缘用户明显不合理。即使将这类用户划分为边缘用户，虽然它使用了主频率资源，但其性能并不会增加，因为其之前的性能较差是因为其接收的信号功率低，而不是干扰。

3 基于距离和SINR联合的用户划分准则

3.1划分方案

本文提出一种基于距离和SINR联合的用户划分准则，可以很好地解决上面提到的问题。在小区中，依据离基站的距离，可以将用户划分为近距用户，中距用户和远距用户。近距和远距用户明显应分别使用副频资源和主频资源。而中距用户的划分往往不合理，这里我们联合考虑SINR和距离来划分这部分用户。首先设置一个可变窗口，窗口中心点到基站距离是基于门限距离划分时的门限距离：rth，窗口长度是W。窗口内的用户即前文所说的中距用户，采用门限SINR值SINRth判定。假定移动台位置已获得，划分它的步骤如下：

1.确定该移动台和基站间的距离D；

3.2系统模型

对于本文研究的干扰协调方案，目的是要优化蜂窝系统的抗干扰性能，适宜采用系统级仿真。本文采用的蜂窝小区系统级仿真的整个网络由19个小区组成，每个小区由定向天线划分为三个扇区。

3.3性能评估

本文采用吞吐量和小区覆盖率两个指标来评估系统性能，下面分别介绍：

吞吐量，首先要计算移动台的SINR：

小区覆盖率：可以看出，本文中假设QPSK（1/12）为最低阶编码方案，对应的SINR最低门限值为-3.14dB。因此，定义SINR值小于-3.14 dB的用户为不能接入用户。小区覆盖率指标反映了除不能接入用户外，其余用户所占面积与小区总面积的比值。

4 仿真

从图可以看出，本文提出的优化方案与门限距离方案（图c）相比，使原本天线旁瓣处不能接入的用户实现了接入；与门限SINR（图d）相比对比，明显提升了小区边缘用户的接入质量。

图 各方案的小区覆盖情况对比

5 总结

本文针对软频率复用技术，改进了其用户划分策略，使系统吞吐量明显提高；使原本天线旁瓣处不能接入的用户实现了接入；且明显提升了小区边缘用户的接入质量。本文对于正逐步商用的LTE部署有一定参考意义。

参考文献

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