楊茜++崔亞平

摘要：蜂窩無線通信系統(tǒng)中，異構(gòu)網(wǎng)是一個很重要的研究發(fā)展方向，然而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾問題一直是妨礙其商用的一個重要因素之一，因此基于femtocell的分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理是蜂窩無線通信系統(tǒng)中很重要的研究方向之一。該文從部分頻率復用著手，將部分頻率復用技術(shù)引入到分層網(wǎng)絡(luò)中，提出用于解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的新技術(shù)，即基于部分頻率復用技術(shù)的分層網(wǎng)絡(luò)干擾解決方案。

關(guān)鍵詞：干擾管理；頻率復用；分層網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）12-2734-02

伴隨著移動通信的迅猛發(fā)展，特別是第四代蜂窩移動通信系統(tǒng)理論的提出，以高速率滿足日漸增長的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求已成為通信系統(tǒng)亟待解決的問題之一。但隨著通信系統(tǒng)分配的網(wǎng)絡(luò)頻帶日益增高，逐漸出現(xiàn)了無線信號損耗大，穿過鋼筋混凝土建筑的能力弱等現(xiàn)象，造成了室內(nèi)信號不良，覆蓋不如人意，影響了用戶在室內(nèi)對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗。因此出現(xiàn)了一種專門解決用戶室內(nèi)信號覆蓋不佳問題的的小型化基站——Femtocell。但Femtocell的大規(guī)模部署也帶來了一系列的問題，例如同一個地理位置部署的多個Femtocell之間存在明顯的共道干擾，這一問題已成為廣大技術(shù)人員及待解決的問題。

1 干擾的分類

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的干擾主要為宏小區(qū)與相鄰基站間的上行鏈路干擾和下行鏈路干擾，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell是的干擾的情況更加復雜，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)干擾的基礎(chǔ)上又新增了幾種新的干擾情況：1）相鄰家庭基站與附近家庭用戶之間產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；2） 宏小區(qū)用戶與相鄰家庭基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；3）家庭用戶與附近宏基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾。若小區(qū)間相互的干擾問題不能夠得到解決，則異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell相對與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的優(yōu)勢就不能很好地發(fā)揮出來，這就需要分層網(wǎng)絡(luò)干擾的管理。

2 分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理

干擾抑制技術(shù)主要分為三大類：干擾隨機化；干擾消除；干擾協(xié)調(diào)/回避。而解決宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾問題，主要有兩種方式：頻譜資源分配、自適應(yīng)功率控制。其中主要使用的就是頻譜資源分配中的部分頻率復用技術(shù)。

部分頻率復用又稱分數(shù)頻率復用，其主要思想是對于宏基站的內(nèi)圈和外圈所用頻率分別進行復用因子為1和1/3的資源劃分，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復用系數(shù)介于1到3之間，把這種頻率劃分方法稱為部分頻率復用。使用部分頻率復用不僅能夠得到容量吞吐率和頻譜效率間的這種效果，還能夠大大的改善小區(qū)邊緣用戶接入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不佳的問題。

根據(jù)國內(nèi)外對該技術(shù)的性能評估，最佳內(nèi)外圈面積比為：內(nèi)外圈使用的頻率復用因子分別為1、1/3，所占小區(qū)總面積比例為1：4。基于這個評估我們提出了使用部分頻率復用技術(shù)解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的問題。

3 部分頻率復用技術(shù)的解決干擾的方案

在2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮頻率復用因子為1、1/3兩種方案。一般采用復用因子為1/3的方案。其中采用復用因子為1/3的方案的頻率劃分為：宏小區(qū)使用1/3的網(wǎng)絡(luò)資源，剩下宏小區(qū)2/3的頻率資源由與其正交的，F(xiàn)emtocell使用。其中，宏小區(qū)干擾的主要來源為使用相同頻率的附近的宏基站，，F(xiàn)emtocell的層間干擾非常有限，可以近似忽略。選用頻率復用因子為1的方案，宏小區(qū)和Femtocell共同使用網(wǎng)絡(luò)的全部頻率資源，使得宏小區(qū)間的干擾和Femtocell的層間干擾都非常大，都需要考慮。因此我們選擇基于部分頻率復用的干擾解決方案。

3.1 解決方案的描述

使用部分頻率復用技術(shù)解決干擾，把宏小區(qū)劃分為內(nèi)圈和外圈并進行了資源的劃分，內(nèi)圈用戶使用2/3的資源，剩下1/3的頻率資源由與之正交的外圈用戶使用。如圖1。

Femtocell的劃分分為兩類，如圖2，1/3的頻率資源由與之正交的宏小區(qū)內(nèi)圈用戶使用。部署在宏小區(qū)外圈的用戶使用與之正交的2/3的頻率資源。這樣和以避免層間干擾，減少小區(qū)間的干擾。

3.2 部分頻率復用技術(shù)解決方案的結(jié)果分析

我們分別從系統(tǒng)吞吐率、接收信噪比累計分布函數(shù)（CDF）這兩個性能評價指標對部分頻率復用方案進行了評估和仿真分析。

3.2.1系統(tǒng)吞吐率分析

當把全部300個用戶都接入宏基站時，三種方案的吞吐率都相對穩(wěn)定，且部分頻率復用技術(shù)的吞吐率介于頻率復用因子為1/3和1兩種方案之間，其中頻率復用因子為1/3的頻率利用率最好，部分頻率復用技術(shù)的利用效率折中。

當用戶全部接入Femtocell時，系統(tǒng)的性能改善非常明顯，吞吐率隨著用戶接入數(shù)目的增多緩慢提高，總體也得到了很大的提升。部分頻率復用取得了吞吐率和頻譜利用效率之間的折中。

3.2.2信噪比CDF分析

當接入100個用戶時，當用戶全部接入宏基站時，頻率復用因子為1時，用戶的接收信噪比SINR分布情況最差，大量用戶小于0dB，因此對于信噪比SINR要求較高的業(yè)務(wù)其是不能滿足的。對于部分頻率復用，幾乎所有的用戶SINR值都大于15dB，說明對于新到條件要求較高時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍可得到滿足。

4 結(jié)束語

本文對宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在頻譜資源分配中的干擾問題進行研究，并使用基于部分頻率復用的干擾方案有效地解決分層網(wǎng)絡(luò)的共道干擾問題。該方案對于信道要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不僅可以做到頻譜利用效率和吞吐率的折中，更能滿足高質(zhì)量的數(shù)據(jù)要求。

參考文獻：

[1] Jia H， Zhang Z， Yu G.On the performance of IEEE 802.16 OFDMAsystem under different frequency reuse and subcarrier permutation patterns[C]. Proc. IEEE Int.Conf. on Commun.（ICC）， 2007.

[2] 王亮，盛敏.異構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理機制研究[J].中興通信技術(shù)，2013（1）.

[3] 肖竹，李仁發(fā).兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)femtocell研究進展與展望[J].通信學報，2013（2）.endprint

摘要：蜂窩無線通信系統(tǒng)中，異構(gòu)網(wǎng)是一個很重要的研究發(fā)展方向，然而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾問題一直是妨礙其商用的一個重要因素之一，因此基于femtocell的分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理是蜂窩無線通信系統(tǒng)中很重要的研究方向之一。該文從部分頻率復用著手，將部分頻率復用技術(shù)引入到分層網(wǎng)絡(luò)中，提出用于解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的新技術(shù)，即基于部分頻率復用技術(shù)的分層網(wǎng)絡(luò)干擾解決方案。

關(guān)鍵詞：干擾管理；頻率復用；分層網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）12-2734-02

伴隨著移動通信的迅猛發(fā)展，特別是第四代蜂窩移動通信系統(tǒng)理論的提出，以高速率滿足日漸增長的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求已成為通信系統(tǒng)亟待解決的問題之一。但隨著通信系統(tǒng)分配的網(wǎng)絡(luò)頻帶日益增高，逐漸出現(xiàn)了無線信號損耗大，穿過鋼筋混凝土建筑的能力弱等現(xiàn)象，造成了室內(nèi)信號不良，覆蓋不如人意，影響了用戶在室內(nèi)對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗。因此出現(xiàn)了一種專門解決用戶室內(nèi)信號覆蓋不佳問題的的小型化基站——Femtocell。但Femtocell的大規(guī)模部署也帶來了一系列的問題，例如同一個地理位置部署的多個Femtocell之間存在明顯的共道干擾，這一問題已成為廣大技術(shù)人員及待解決的問題。

1 干擾的分類

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的干擾主要為宏小區(qū)與相鄰基站間的上行鏈路干擾和下行鏈路干擾，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell是的干擾的情況更加復雜，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)干擾的基礎(chǔ)上又新增了幾種新的干擾情況：1）相鄰家庭基站與附近家庭用戶之間產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；2） 宏小區(qū)用戶與相鄰家庭基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；3）家庭用戶與附近宏基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾。若小區(qū)間相互的干擾問題不能夠得到解決，則異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell相對與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的優(yōu)勢就不能很好地發(fā)揮出來，這就需要分層網(wǎng)絡(luò)干擾的管理。

2 分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理

干擾抑制技術(shù)主要分為三大類：干擾隨機化；干擾消除；干擾協(xié)調(diào)/回避。而解決宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾問題，主要有兩種方式：頻譜資源分配、自適應(yīng)功率控制。其中主要使用的就是頻譜資源分配中的部分頻率復用技術(shù)。

部分頻率復用又稱分數(shù)頻率復用，其主要思想是對于宏基站的內(nèi)圈和外圈所用頻率分別進行復用因子為1和1/3的資源劃分，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復用系數(shù)介于1到3之間，把這種頻率劃分方法稱為部分頻率復用。使用部分頻率復用不僅能夠得到容量吞吐率和頻譜效率間的這種效果，還能夠大大的改善小區(qū)邊緣用戶接入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不佳的問題。

根據(jù)國內(nèi)外對該技術(shù)的性能評估，最佳內(nèi)外圈面積比為：內(nèi)外圈使用的頻率復用因子分別為1、1/3，所占小區(qū)總面積比例為1：4?；谶@個評估我們提出了使用部分頻率復用技術(shù)解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的問題。

3 部分頻率復用技術(shù)的解決干擾的方案

在2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮頻率復用因子為1、1/3兩種方案。一般采用復用因子為1/3的方案。其中采用復用因子為1/3的方案的頻率劃分為：宏小區(qū)使用1/3的網(wǎng)絡(luò)資源，剩下宏小區(qū)2/3的頻率資源由與其正交的，F(xiàn)emtocell使用。其中，宏小區(qū)干擾的主要來源為使用相同頻率的附近的宏基站，，F(xiàn)emtocell的層間干擾非常有限，可以近似忽略。選用頻率復用因子為1的方案，宏小區(qū)和Femtocell共同使用網(wǎng)絡(luò)的全部頻率資源，使得宏小區(qū)間的干擾和Femtocell的層間干擾都非常大，都需要考慮。因此我們選擇基于部分頻率復用的干擾解決方案。

3.1 解決方案的描述

使用部分頻率復用技術(shù)解決干擾，把宏小區(qū)劃分為內(nèi)圈和外圈并進行了資源的劃分，內(nèi)圈用戶使用2/3的資源，剩下1/3的頻率資源由與之正交的外圈用戶使用。如圖1。

Femtocell的劃分分為兩類，如圖2，1/3的頻率資源由與之正交的宏小區(qū)內(nèi)圈用戶使用。部署在宏小區(qū)外圈的用戶使用與之正交的2/3的頻率資源。這樣和以避免層間干擾，減少小區(qū)間的干擾。

3.2 部分頻率復用技術(shù)解決方案的結(jié)果分析

我們分別從系統(tǒng)吞吐率、接收信噪比累計分布函數(shù)（CDF）這兩個性能評價指標對部分頻率復用方案進行了評估和仿真分析。

3.2.1系統(tǒng)吞吐率分析

當把全部300個用戶都接入宏基站時，三種方案的吞吐率都相對穩(wěn)定，且部分頻率復用技術(shù)的吞吐率介于頻率復用因子為1/3和1兩種方案之間，其中頻率復用因子為1/3的頻率利用率最好，部分頻率復用技術(shù)的利用效率折中。

當用戶全部接入Femtocell時，系統(tǒng)的性能改善非常明顯，吞吐率隨著用戶接入數(shù)目的增多緩慢提高，總體也得到了很大的提升。部分頻率復用取得了吞吐率和頻譜利用效率之間的折中。

3.2.2信噪比CDF分析

當接入100個用戶時，當用戶全部接入宏基站時，頻率復用因子為1時，用戶的接收信噪比SINR分布情況最差，大量用戶小于0dB，因此對于信噪比SINR要求較高的業(yè)務(wù)其是不能滿足的。對于部分頻率復用，幾乎所有的用戶SINR值都大于15dB，說明對于新到條件要求較高時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍可得到滿足。

4 結(jié)束語

本文對宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在頻譜資源分配中的干擾問題進行研究，并使用基于部分頻率復用的干擾方案有效地解決分層網(wǎng)絡(luò)的共道干擾問題。該方案對于信道要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不僅可以做到頻譜利用效率和吞吐率的折中，更能滿足高質(zhì)量的數(shù)據(jù)要求。

參考文獻：

[1] Jia H， Zhang Z， Yu G.On the performance of IEEE 802.16 OFDMAsystem under different frequency reuse and subcarrier permutation patterns[C]. Proc. IEEE Int.Conf. on Commun.（ICC）， 2007.

[2] 王亮，盛敏.異構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理機制研究[J].中興通信技術(shù)，2013（1）.

[3] 肖竹，李仁發(fā).兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)femtocell研究進展與展望[J].通信學報，2013（2）.endprint

摘要：蜂窩無線通信系統(tǒng)中，異構(gòu)網(wǎng)是一個很重要的研究發(fā)展方向，然而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾問題一直是妨礙其商用的一個重要因素之一，因此基于femtocell的分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理是蜂窩無線通信系統(tǒng)中很重要的研究方向之一。該文從部分頻率復用著手，將部分頻率復用技術(shù)引入到分層網(wǎng)絡(luò)中，提出用于解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的新技術(shù)，即基于部分頻率復用技術(shù)的分層網(wǎng)絡(luò)干擾解決方案。

關(guān)鍵詞：干擾管理；頻率復用；分層網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）12-2734-02

伴隨著移動通信的迅猛發(fā)展，特別是第四代蜂窩移動通信系統(tǒng)理論的提出，以高速率滿足日漸增長的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求已成為通信系統(tǒng)亟待解決的問題之一。但隨著通信系統(tǒng)分配的網(wǎng)絡(luò)頻帶日益增高，逐漸出現(xiàn)了無線信號損耗大，穿過鋼筋混凝土建筑的能力弱等現(xiàn)象，造成了室內(nèi)信號不良，覆蓋不如人意，影響了用戶在室內(nèi)對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗。因此出現(xiàn)了一種專門解決用戶室內(nèi)信號覆蓋不佳問題的的小型化基站——Femtocell。但Femtocell的大規(guī)模部署也帶來了一系列的問題，例如同一個地理位置部署的多個Femtocell之間存在明顯的共道干擾，這一問題已成為廣大技術(shù)人員及待解決的問題。

1 干擾的分類

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的干擾主要為宏小區(qū)與相鄰基站間的上行鏈路干擾和下行鏈路干擾，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell是的干擾的情況更加復雜，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)干擾的基礎(chǔ)上又新增了幾種新的干擾情況：1）相鄰家庭基站與附近家庭用戶之間產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；2） 宏小區(qū)用戶與相鄰家庭基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾；3）家庭用戶與附近宏基站產(chǎn)生的上行鏈路和下行鏈路干擾。若小區(qū)間相互的干擾問題不能夠得到解決，則異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中Femtocell相對與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的優(yōu)勢就不能很好地發(fā)揮出來，這就需要分層網(wǎng)絡(luò)干擾的管理。

2 分層網(wǎng)絡(luò)干擾管理

干擾抑制技術(shù)主要分為三大類：干擾隨機化；干擾消除；干擾協(xié)調(diào)/回避。而解決宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾問題，主要有兩種方式：頻譜資源分配、自適應(yīng)功率控制。其中主要使用的就是頻譜資源分配中的部分頻率復用技術(shù)。

部分頻率復用又稱分數(shù)頻率復用，其主要思想是對于宏基站的內(nèi)圈和外圈所用頻率分別進行復用因子為1和1/3的資源劃分，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復用系數(shù)介于1到3之間，把這種頻率劃分方法稱為部分頻率復用。使用部分頻率復用不僅能夠得到容量吞吐率和頻譜效率間的這種效果，還能夠大大的改善小區(qū)邊緣用戶接入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不佳的問題。

根據(jù)國內(nèi)外對該技術(shù)的性能評估，最佳內(nèi)外圈面積比為：內(nèi)外圈使用的頻率復用因子分別為1、1/3，所占小區(qū)總面積比例為1：4。基于這個評估我們提出了使用部分頻率復用技術(shù)解決分層網(wǎng)絡(luò)干擾的問題。

3 部分頻率復用技術(shù)的解決干擾的方案

在2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮頻率復用因子為1、1/3兩種方案。一般采用復用因子為1/3的方案。其中采用復用因子為1/3的方案的頻率劃分為：宏小區(qū)使用1/3的網(wǎng)絡(luò)資源，剩下宏小區(qū)2/3的頻率資源由與其正交的，F(xiàn)emtocell使用。其中，宏小區(qū)干擾的主要來源為使用相同頻率的附近的宏基站，，F(xiàn)emtocell的層間干擾非常有限，可以近似忽略。選用頻率復用因子為1的方案，宏小區(qū)和Femtocell共同使用網(wǎng)絡(luò)的全部頻率資源，使得宏小區(qū)間的干擾和Femtocell的層間干擾都非常大，都需要考慮。因此我們選擇基于部分頻率復用的干擾解決方案。

3.1 解決方案的描述

使用部分頻率復用技術(shù)解決干擾，把宏小區(qū)劃分為內(nèi)圈和外圈并進行了資源的劃分，內(nèi)圈用戶使用2/3的資源，剩下1/3的頻率資源由與之正交的外圈用戶使用。如圖1。

Femtocell的劃分分為兩類，如圖2，1/3的頻率資源由與之正交的宏小區(qū)內(nèi)圈用戶使用。部署在宏小區(qū)外圈的用戶使用與之正交的2/3的頻率資源。這樣和以避免層間干擾，減少小區(qū)間的干擾。

3.2 部分頻率復用技術(shù)解決方案的結(jié)果分析

我們分別從系統(tǒng)吞吐率、接收信噪比累計分布函數(shù)（CDF）這兩個性能評價指標對部分頻率復用方案進行了評估和仿真分析。

3.2.1系統(tǒng)吞吐率分析

當把全部300個用戶都接入宏基站時，三種方案的吞吐率都相對穩(wěn)定，且部分頻率復用技術(shù)的吞吐率介于頻率復用因子為1/3和1兩種方案之間，其中頻率復用因子為1/3的頻率利用率最好，部分頻率復用技術(shù)的利用效率折中。

當用戶全部接入Femtocell時，系統(tǒng)的性能改善非常明顯，吞吐率隨著用戶接入數(shù)目的增多緩慢提高，總體也得到了很大的提升。部分頻率復用取得了吞吐率和頻譜利用效率之間的折中。

3.2.2信噪比CDF分析

當接入100個用戶時，當用戶全部接入宏基站時，頻率復用因子為1時，用戶的接收信噪比SINR分布情況最差，大量用戶小于0dB，因此對于信噪比SINR要求較高的業(yè)務(wù)其是不能滿足的。對于部分頻率復用，幾乎所有的用戶SINR值都大于15dB，說明對于新到條件要求較高時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍可得到滿足。

4 結(jié)束語

本文對宏基站、Femtocell組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在頻譜資源分配中的干擾問題進行研究，并使用基于部分頻率復用的干擾方案有效地解決分層網(wǎng)絡(luò)的共道干擾問題。該方案對于信道要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不僅可以做到頻譜利用效率和吞吐率的折中，更能滿足高質(zhì)量的數(shù)據(jù)要求。

參考文獻：

[1] Jia H， Zhang Z， Yu G.On the performance of IEEE 802.16 OFDMAsystem under different frequency reuse and subcarrier permutation patterns[C]. Proc. IEEE Int.Conf. on Commun.（ICC）， 2007.

[2] 王亮，盛敏.異構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理機制研究[J].中興通信技術(shù)，2013（1）.

[3] 肖竹，李仁發(fā).兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)femtocell研究進展與展望[J].通信學報，2013（2）.endprint