一种LTE系统中基于冲突退避机制的干扰协调方法与流程

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种lte系统中基于冲突退避机制的干扰协调方法。

背景技术：

lte(longtermevolution，长期演进)采用ofdma技术(orthogonalfrequencydividedmultipleaccess，正交频分多址接入技术)，ofdma技术利用频率之间的正交性作为区分用户的方式，将用户的信息承载在相互正交的不同的载波上，使系统可以做到频率复用因子为1，即整个系统覆盖范围内的所有小区可以使用相同的频带为本小区内的用户提供服务。虽然由于载波频率和相位的偏移等因素会造成子信道间的干扰，但是可以在物理层通过采用先进的无线信号处理算法使这种干扰降到最低。因此小区内的干扰很小，而影响系统性能的主要干扰来自小区间的干扰。

目前研究较多的lte系统小区间干扰抑制技术有干扰随机化、干扰消除以及干扰协调。

其中干扰随机化和干扰消除均是被动的干扰抑制技术，而干扰协调为一种主动的控制干扰的建设，其中主动干扰抑制技术主要应用于系统发送端，被动技术主要应用于接收端。三种方案的优缺点详见表1。

表1三种干扰抑制方案比较

在这里，重点介绍干扰协调技术，干扰协调技术可划分为静态干扰协调，版静态干扰协调、动态干扰协调。

在静态干扰协调技术中，资源配置的规则很长时期内被固化使用，如一天或者更长，

在半静态干扰协调中，配置规则根据用户分布情况或者系统负荷情况而变化。在lte系统中，不同基站半静态干扰协调技术所需的信息通过基站间的x2接口来进行交换。

动态干扰协调技术为在预先分配方案上进行调整，通过基站进行实时调度，在相邻小区见协调资源的使用。在动态干扰协调中，往返开销高、操作复杂。常用的干扰协调协调方案主要有以下几种：

1、部分频率复用(fractionalfrequencyreuse，ffr)

对于lte系统而言，其采用的独特的ofdma的接入方式，使得本小区内的用户之间互不干扰，而对于小区边缘的用户则收到来自于其他小区的比较强的干扰。部分频率复用的核心思想在于将处于小区中心和小区边缘的用户区别对待，对于小区中心的用户，由于其距离基站距离比较近，信道条件较好，且本身对其他小区的干扰不大，所以可以将其分配在频率复用因子为1的复用集上。而对于小区边缘的用户，其距离自身的服务基站距离较远，信道条件较差，但其对于其他小区处于相同频率的信号的干扰较大，所以将其分配在频率复用因子为3的频率复用集上，如图1所示。

固定频率复用方式可包括以下两种方式：

(1)使用40mhz频谱，划分为4个10mhz频带，分配方式，如图2所示。

每个小区实际可用频谱为20mhz。其中两个小区可使用连续的20mhz带宽(f1+f2小区，f1+f3小区)，另一个小区只能使用2个分离的10mhz带宽(f1+f4小区)。

(2)使用20mhz频谱，内部划分为4个5mhz子频带，分配方式，如图3所示。

每个小区在20mhz的频宽下，小区边缘弱信号区域实际可用带宽为5mhz，小区内部强信号区实际可用频谱为10mhz。

2、软频率复用(softfrequencyreuse，sfr)

软频率复用继承了部分频率复用的优点，同时采用动态的频率复用因子，比较明显地提高了频率的利用效率。在软频率复用中，所有的频段被分成了两组子载波，一组称为主子载波，另外一组称为辅子载波。主子载波可以在小区的任何地方使用，而辅子载波则只能在小区中心被使用。不同小区之间的主子载波相互正交，在小区边缘有效地抑制了干扰，而辅子载波由于只在小区中心使用，相互之间干扰较小，则可以使用相同的频率。

(1)基本型sfr

在20mhz带宽下，划分为3个6.67mhz频带作为主子载波，供相邻的3个小区边缘各使用一个；同时各小区中心区域使用本小区另外的2/3频谱，分配方式，如图4a和图4b所示。

在这种方式下，小区中心使用2/3的可用频谱，小区边缘使用1/3的可用频谱。

(2)增强型sfr

虽然软频率复用对于小区边缘干扰情况的抑制，以及子载波的灵活分配都已有了一定的考虑，但是其分配给不同小区的相互正交的主子载波仍然会带来一定程度的资源浪费，尤其是当小区边缘的业务量较大时，会带来小区之间的频率复用因子增高、频谱利用率下降等后果。增强的软频率复用方案继承了传统的软频率复用的思想，又在其基础上进行了改进，主要在于改进了在业务量变化时可能带来的资源浪费的问题。

在20mhz频谱下，划分为3个频带作为主子载波，同时20mhz频带作为辅子载波只在小区中心使用，如图5a和图5b所示。

不仅f2、f3、f4的占用带宽根据各小区边缘区域的业务量动态调整，根据业务量大小，各小区中心区域可用频谱也可达到为20mhz。

改进型sfr采用动态配置方式，需要了解周围小区的负载信息，因此需与icic(小区间干扰协调)技术配合使用，才能达到良好的效果。

整体上看，目前的干扰协调技术可以较为有效地抑制小区见干扰，系统的中体性能在一定程度上可以得到改善。本质上小区见干扰协调技术为一种调度策略，其意味着对下行链路和上行链路的调度器进行某种限制，从而有效地抑制小区间干扰。但是，无论是ffr还是sfr。都仅仅是在频率或者功率等资源的角度上，采取相应的措施对其进行简单的分配，而在如何解决处于小区边缘区域的用户的干扰问题以及如何进行合理有效资源分配问题上，并没有深入研究，因此需要将合适的干扰调度技术与调度算法有效结合起来，以进一步提升系统的性能。

技术实现要素：

本申请提出的一中基于冲突退避机制的干扰协调方法，在减小lte小区间干扰的同时，提升系统吞吐量性能，减小系统实现复杂度。

本发明包括如下步骤：

步骤1，根据用户与基站的距离，将用户划分为小区边缘用户和小区中心用户；

步骤2，对于小区边缘用户，判定该用户的下行信道是否存在干扰，如果存在，向基站上报信息，让基站终止对该用户下行数据传输，并执行步骤3，否则不作处理；

步骤3，基站收到用户上报的终止下行数据传输消息后，随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则基站进行第二次退避，再次随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则基站进行第三次退避，再次随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果经过三次退避后，用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则执行步骤4；

步骤4，基站为用户改变下行信道传输频率资源，使用系统工作带宽内未使用的频率资源，对其进行下行数据传输，返回执行步骤1；

步骤5，本次下行传输成功，如果该用户数据传输全部结束，结束对该用户的操作，否则返回执行步骤1。

本发明步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，根据如下公式计算用户到基站的距离l：

其中，(a，b)为基站的位置坐标，(c，d)为用户的位置坐标；

步骤1-2，设定阈值m(阈值m可以设为小区覆盖半径的1/10,或者以系统模拟优化得到或者运营商自行设定，取值范围建议为小区覆盖半径的1/10～1/5)，当用户到基站的距离l小于等于m时，判定用户为小区中心用户，否则判定用户为小区边缘用户；

步骤1-3，当用户位置发生变化时，其位置坐标变为(c1，d1)，设定迟滞时间t1，当经过迟滞时间t1(t1可以设为5s，或者运营商自行设定的其他值，取值范围建议为5～10s)后，用户位置坐标变为(c2，d2)，计算用户在迟滞时间t1内用户的位置的变化值d：

如果在迟滞时间t1内，变化值d始终小于基站扇区覆盖半径的1/10，或者小于由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值时，其取值范围建议为基站扇区覆盖半径的1/10～1/5，则判定该用户的小区位置属性(小区中心用户或者小区边缘用户)不变。

本发明步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，统计小区边缘用户u在一段时间t2内的下行传输信道信号与干扰加噪声比sinr(signaltointerferenceplusnoiseratio，信号与干扰加噪声比)值的平均值sinr1；

步骤2-2，当小区边缘用户u下行传输信道信号与干扰加噪声比sinr值发生变化，变为sinr2，通过如下公式计算变化量b：

b＝sinr1—sinr2；

步骤2-3，当在t3时间内，b的值始终大于等于阈值n1，n1的值可以取3db，或者大于等于由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值时(建议其取值范围为3-6db)，判定该用户的下行信道存在干扰，用户上报基站，让基站终止对其的下行数据传输，并执行步骤3，否则不作处理。

本发明步骤3中，通过如下公式计算退避时间t4：

t4＝rand()*cw*n，

其中rand()为随机数函数，用于生成0～1之间的随机数；cw为退避窗口(cw的值可以确定为0.5s，或者由运营商根据网络覆盖情况自行确定数值，建议取值范围为0～1s)，n为退避的次数，第一次退避时n为1，第二次退避时n为2，第三次退避时n为3。最大退避次数可以由运营商根据网络覆盖情况自行确定。

由于lte系统采用同频组网方式，因此系统内的干扰主要来源于小区见的干扰，尤其是小区边缘的用户，容易受到其他小区边缘用户的干扰。因此在这一背景下，对于位于基站扇区覆盖中心区域的用户，资源调度算法不做改变。而位于小区边缘的用户，当进行下行数据接收时，受到其他小区边缘用户的干扰，且干扰强度超过一定范围，则通知基站，随机退避一定的时间后再进行下行发送，如果经过连续多次随机退避时间后，边缘小区用户下行信道干扰仍严重，则基站将调度其他的频率资源(子载波)对此边缘用户进行调度，以规避干扰。

有益效果：

本发明具有以下技术优点：

1、动态进行干扰判别和回避

本方案可以根据信道的实时情况，动态判别干扰的情况，以减小小区间同频干扰对用户的影响，同时，采取相应的退避机制，减小下次干扰的可能性，提高网络的吞吐量。

2、网络运维方便

本方案实现简单，每个基站只需要收集、监控本小区内边缘用户的信照比sinr情况，基站之间不需要协同，在新增基站、搬迁基站等网络变动情况下不需要修改任何参数，网络运维非常方便。

3、实现复杂度低

与增强型sfr需要多基站协调处理相比，本方案只涉及本小区内的资源调度调整，不需要其他小区的配合，因此本方案实现复杂度较低，对网络的改动较少。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为部分频率复用示意图。

图2为部分频率复用划分方式(1)。

图3为部分频率复用划分方式(2)。

图4a和图4b为基本型软频率复用示意图。

图5a和图5b为增强型软频率复用示意图。

图6为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图6所示，本发明公开了一种lte系统中基于冲突退避机制的干扰协调方法，包括如下步骤：

步骤1，根据用户与基站的距离，将用户划分为小区边缘用户和小区中心用户；

步骤2，对于小区边缘用户，判定该用户的下行信道是否存在干扰，如果存在，向基站上报信息，让基站终止对该用户下行数据传输，并执行步骤3，否则不作处理；

步骤3，基站收到用户上报的终止下行数据传输消息后，随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则基站进行第二次退避，再次随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则基站进行第三次退避，再次随机退避一段时间t4，然后再以相同的频率资源向用户进行下行传输，如果此时用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b小于阈值m1，则执行步骤5；

如果经过三次退避后，用户测量的下行信道信噪比sinr变化量b大于阈值m1，则执行步骤4；

步骤4，基站为用户改变下行信道传输频率资源，使用系统工作带宽内未使用的频率资源，对其进行下行数据传输，返回执行步骤1；

步骤5，本次下行传输成功，如果该用户数据传输全部结束，执行步骤6，反之返回执行步骤1；

步骤6，结束。

本发明步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，根据如下公式计算用户到基站的距离l：

其中，(a，b)为基站的位置坐标，(c，d)为用户的位置坐标；

步骤1-2，设定阈值m(阈值m可以设为小区覆盖半径的1/10,,或者以系统模拟优化得到或者运营商自行设定，取值范围建议为小区覆盖半径的1/10～1/5)，当用户到基站的距离l小于等于m时，判定用户为小区中心用户，否则判定用户为小区边缘用户；

步骤1-3，当用户位置发生变化时，其位置坐标变为(c1，d1)，设定迟滞时间t1，当经过迟滞时间t1(t1可以设为5s，或者运营商自行设定的其他值，取值范围建议为5～10s)后，用户位置坐标变为(c2，d2)，计算用户在迟滞时间t1内用户的位置的变化值d：

如果在迟滞时间t1内，变化值d始终小于基站扇区覆盖半径的1/10，或者小于由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值时(其取值范围建议为小区覆盖半径的1/10～1/5)，则判定该用户的小区位置属性(小区中心用户或者小区边缘用户)不变。

本发明步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，统计小区边缘用户u在一段时间t2内的下行传输信道信号与干扰加噪声比sinr(signaltointerferenceplusnoiseratio，信号与干扰加噪声比)值的平均值sinr1；

步骤2-2，当小区边缘用户u下行传输信道信号与干扰加噪声比sinr值发生变化，变为sinr2，通过如下公式计算变化量b：

b＝sinr1—sinr2；

步骤2-3，当在t3时间内，b的值始终大于等于阈值n1，n1的值可以取3db，或者大于等于由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值时(建议其取值范围为3-6db)，判定该用户的下行信道存在干扰，用户上报基站，让基站终止对其的下行数据传输，并执行步骤3，否则不作处理。

本发明步骤3中，通过如下公式计算退避时间t4：

t4＝rand()*cw*n，

其中rand()为随机数函数，用于生成0～1之间的随机数；cw为退避窗口，n为退避的次数，第一次退避时n为1，第二次退避时n为2，第三次退避时n为3。最大退避次数可以由运营商根据网络覆盖情况自行确定。

实施例

假设某运营商lte网络所有基站采用三扇区模式组网，以小区覆盖半径的1/2作为门限，根据公式(1)确定用为为小区中心区域用户或边缘区域用户。其他参数暂定设置如下：sinr1为-3db；m为3db；cw为0.5s；n为3。

方案运行过程如下：

步骤1：初始运行时，用户u计算与基站的距离。如果距离大于小区覆盖半径的1/2，则判定此用户为小区边缘用户，执行步骤2；如果距离小于小区覆盖半径的1/2，则判定此用户为小区中心用户，则执行步骤1。

步骤2：当用户u的下行信道信噪比sinr在t3时间内，sinr2平均值为-1db，变化量b＝sinr1-sinr2＝-3-(-1)＝-2，此时b<m，则认为用户u的下行无干扰，返回步骤2；如果当用户u的下行信道信噪比sinr在t3时间内，sinr2平均值为-7db，变化量b＝sinr1-sinr2＝-3-(-7)＝4，此时b>m，则认为用户u的下行信道干扰严重，向基站上报消息，让其终止对其下行数据传输，并执行步骤3。

步骤3：基站收到用户u上报的终止下行传输消息后，随机退避一段时间t4＝rand()*cw*n＝0.43*0.5*1＝0.215s，然后再以相同的频率资源向用户u进行下行传输。如果此时用户u测量的下行信道sinr变化量b<m，则执行步骤5；如果b>m，则执行步骤3，进行二次退避。如果经过三次退避后，b>m，则执行步骤4。

步骤4：基站为用户u改变下行信道传输频率资源，使用系统工作带宽内未使用的频率资源，对其进行下行数据传输，执行步骤1。

步骤5：下行传输成功，如果该用户数据传输全部结束，执行步骤6，反之返回执行步骤1；

步骤6，结束。

本发明提供了一种lte系统中基于冲突退避机制的干扰协调方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。