LTE中femtocell間的功率控制算法

　　摘要：3GPP長期演進(LTE)系統中femtocell密集部署時，femtocell之間會存在較強干擾，針對femtocell的下行干擾，提出了一種基于干擾級別的功率控制算法。根據設定的信干噪比(SINR)門限值，給femtocell用戶設置相鄰干擾標志，通過上行信道發送給femtocell，再轉發給相鄰femtocell，femtocell由收到的干擾標志數量劃分級別，根據干擾級別進行不同的功率調整。仿真結果表明，該算法很好地提升了femtocell用戶的低SINR，femtocell用戶吞吐量比無功率控制情況下至少提高了2.1Mbps，達到了降低femtocell間干擾的目的。同時表明，femtocell部署越密集，控制效果更加明顯。

　　引言

　　2012年Small Cell高峰會議中指出，如何解決數據的急劇增長和室內覆蓋問題成為當前無線移動通信的兩大難題。根據已有數據顯示，超過90%的數據業務和2/3的語音通話發生在室內[1]，因此室內覆蓋問題成為當前無線移動通信亟待解決的關鍵問題。femtocell技術的出現很好地解決了室內覆蓋問題，滿足了不斷增長的寬帶化、高速率數據業務的需求，同時為室內用戶提供了具有更大吸引力的更高數據速率，更低成本的業務，給運營商帶了巨大的利益。

　　femtocell是一種由用戶購買、配置靈活、可以安裝在室內的小型化、低功耗基站，能夠很好的改善室內語音和數據業務質量^[2]。雖然femtocell能夠解決高速數據業務的需求和室內覆蓋問題，但也會給傳統的宏蜂窩網絡帶來一定的干擾問題，影響整體網絡的性能。由于無線頻譜資源的有限性，femtocell和宏基站采用同頻分配，當大規模部署femtocell時，femtocell對宏蜂窩網絡及femtocell之間存在較強干擾，干擾會造成用戶數據吞吐量降低或掉話，影響用戶滿意度。因此，有必要對femtocell進行功率控制，降低對相鄰femtocell用戶(Femtocell User Equipment，FUE)及宏用戶(Macro User Equipment，MUE)的干擾。

　　針對不同的干擾情況，相應的干擾協調方案被提出。文獻^[3]對femtocell上行功率控制進行了研究，提出了一種基于宏基站干擾級別的功率控制方案，該方案通過調整FUE的最大發射功率來降低對MUE的干擾，在犧牲較小MUE吞吐量的前提下提高了FUE的吞吐量。文獻^[4]研究了femtocell下行功率控制，考慮用下行功率控制來緩解宏基站和femtocell的共存干擾，對多femtocell情況下提出了集中式和分布式解決方案，在集中式解決方案中提出聯合功率控制和動態信道重分配策略，保證了MUE的服務質量(Quality of Service，QoS)。本文對femtocell之間的功率控制進行研究，通過調整服務femtocell或干擾femtocell的發射功率來提高FUE的低SINR，提高FUE的吞吐量。

　　干擾場景

　　由于femtocell的引入，3GPP長期演進(Long Term Evolution，LTE)原有網絡的拓撲結構發生了較大的改變，因此，整個網絡的干擾場景也有所改變。3GPP協議中已對femtocell和宏蜂窩基站之間的干擾場景進行了定義^[5]，如圖1所示。表1對干擾場景進行了說明，1~4為femtocell和宏基站之間的跨層干擾，1~3為上行干擾，2、4為下行干擾;5~6為femtocell之間的共層干擾。下面分別干擾場景進行簡要說明。

　　(1)干擾場景1
　　當FUE離宏基站相對比較近時，宏基站收到FUE的干擾功率強于MUE的服務功率，因此會給宏基站的上行帶來干擾，降低宏基站的性能。

　　(2)干擾場景2
　　當MUE離宏基站比較遠時，接收來自宏基站的信號比較差，而離femtocell比較近，即在femtocell的覆蓋范圍內，如果femtocell的發射功率過大，就會對其附近的MUE產生較強的干擾，甚至會掉話，形成宏基站覆蓋的“盲區”。此干擾場景在femtocell接入方式是封閉用戶組(Closed Subscriber Group，CSG)^[1]時更加嚴重。

　　(3)干擾場景3
　　femtocell下行對MUE產生干擾，反過來，MUE也會對femtocell產生一定的干擾，因此femtocell必須在保證自身FUE不受干擾的前提下降低對MUE的干擾。

　　(4)干擾場景4
　　當femtocell離宏基站比較近時，FUE會受到來自宏基站的強干擾，雖然可以調整femtocell的發射功率來降低宏基站對FUE的干擾，但femtocell的最大發射功率只有20dBm^[5]，并且增大femtocell的發射功率會對附近的MUE造成干擾，所以需要考慮覆蓋和干擾之間的平衡問題。

　　(5)干擾場景5、6
　　femtocell之間的干擾在femtocell部署密度較低時干擾相對較小，但femtocell的密集部署會使femtocell之間會存在較強干擾，干擾問題在接入方式為CSG時更加突出。如何降低femtocell之間的干擾，保證FUE的服務質量，正是本文研究的重點。

　　基于干擾級別的功率控制

　　FUE i在資源塊k上的信干噪比(Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR)計算公式[6]為：
                (1)