下一代无线网络干扰协调及资源分配研究

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下一代无线通信系统将采用正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)技术,OFDMA系统能够在小区内保证交性,避免了小区内干扰。因此,小区间干扰(Inter-Cell Interference, ICI)就成为了最主要干扰。针对小区间干扰问题提出了许多解决方案,包括小区干扰消除、小区干扰随机化、小区干扰协调等。其中干扰协调技术是目前研究的一项热门技术,可以应用于各种带宽的业务,对于干扰抑制有很好的效果。本文主要针对ICI问题,研究干扰协调技术,以及基于干扰协调技术的高效资源分配策略。对经典干扰协调方案——软频率复用方案(SoftFrequency Reuse, SFR)进行优化,提出基于干扰协调的动态资源分配策略,并基于系统级仿真平台,对各种方案的性能做出评估,主要完成以下工作:第一,建立了下一代蜂窝网络下行链路系统级仿真平台,包括19个小区,57个扇区。在此基础上,基于OFDMA时分双工(Time Division Duplex, TDD)帧结构,研究SFR方案,系统级仿真结果验证了相对于传统频率复用方案,SFR在性能上有所提升。第二,在SFR方案的基础上,优化了系统频谱与功率资源分配、资源组织结构和用户复用集划分准则。从公平性角度出发,确定了主子载波发射功率放大系数a的取值规则;根据OFDMA-TDD下行帧结构,确定了适用于OFDMA网络干扰协调技术的资源组织模式,把下行子帧在OFDMA符号上划分成两个域Inner Zone和Edge Zone,分别在两个域上为小区中心用户和边缘用户提供时隙资源接入;针对传统SFR方案中用户划分策略的不足,提出基于距离和信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)联合的用户划分策略。把三个方向的优化与改进联合起来提出的SFR优化方案,通过仿真分析与经典SFR方案对比,验证了优化方案在小区覆盖率、SINR分布、调制编码方案比例和吞吐量性能等指标上都有所提升。第三,研究基于SFR优化方案的用户级动态资源分配策略。SFR方案在系统级分配了资源,而用户级资源分配策略也非常必要。在SFR优化方案的基础上,对比例公平调度(Proportional Fairness, PF)建立了适用于OFDMA网络干扰协调技术的模型与仿真实现方法。在PF调度算法的基础上,提出了改进的基于SFR优化方案的用户级动态资源分配策略,使系统能够更为灵活地为用户分配子载波,增大多用户分集增益,从而更好地发挥OFDMA系统的抗多径优势,带来吞吐量提升。通过系统级仿真证明,改进的动态资源分配算法能够在SFR优化方案的基础上,继续优化系统的边缘吞吐量和扇区吞吐量性能。从仿真结果还可以看出,把提出的SFR优化方案和改进的动态资源分配策略结合起来,其吞吐量性能远远高于经典的干扰协调方案,甚至已经比较接近于1×3×1频率复用方案的吞吐量性能。
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