LTE系统自适应软频率复用

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1、LTE系统自适应软频率复用技术姓名：白志斌学号：13125001LTE系统自适应软频率复用技术摘要高小区边缘用户性能是蜂窝移动通信系统的经典难题。下一代蜂窝移动通信系统3GPP通过有效的小区间干扰协调以及频率资源分配来改善小区边缘用户性能。提出一种自适应软频率复用算法，根据系统负载情况自适应地为各小区分配主、副载波及其发射功率，在实现系统吞吐量优化的同时保证小区中心和边缘区域速率需求．算法首先通过穷尽搜索和贪婪递减策略，获得单小区最优资源分配，然后在不同小区间迭代执行单小区算法直到系统吞吐量不变为止。

2、仿真结果表明，算法通过多次迭代后，系统吞吐量保持不变并输出一种优化的资源分配方案．与同类频率分配算法相比，可以有效提升小区边缘用户的吞吐量，同时获得更高的系统容量，更适用于高速率的LTE系统。关键词软频率复用；小区间干扰协调；资源分配；正交频分多址；LTE随着全球移动用户数量的急剧增加以及用户对高速率业务应用需求的增长，促使移动通信系统需要更好地利用稀缺的频率资源以提供更高的系统容量来保证用户的服务质量。第3.9代(3.9G)蜂窝移动通信系统3GPP长期演进(10ngtermevolution，LTE

3、)E妇中提出通过频率复用因子1来提升频谱效率．LTE采用正交频分多址接人(orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess，OFDMA)口。通过将频率资源划分为多个相互正交、互不干扰的子载波消除了小区内干扰。然而，频率复用因子1使得相同的频率资源被相邻小区重复使用，小区间干扰(inter-cellinterference，ICI)不可避免，小区边缘用户受到的ICI尤为严重。为了保证小区边缘用户性能，有效的小区间干扰协调(inter-cellinterferenceco

4、ordination，ICIC)以及频率资源分配方法成为关键问题。采用部分频率复用(FFR)和软频率复用(SFR)，LTE系统可实现频率复用因子趋近1，同时也能降低ICI．基于FFR技术，提出了一种OFDMA系统用户子载波分配算法通过同时考虑用户子载波和功率分配进一步提高了FFR系统性能。上述研究中，各小区中心和边缘频带的划分是预先定义的，不适用于非均匀负载场景。另外，FFR中各小区有部分系统频率资源没有使用，限制了FFR系统性能，造成了资源浪费．相对FFR，SFR方法则能够在每个小区内重复使用系统全

5、部频率资源。提出SFR的概念，其核心思想是在每个小区将系统频率资源分为主载波和副载波两个部分，主载波可用于整个小区，且相邻小区间的主载波互不重叠，副载波只能被小区中心区域用户使用，其发射功率低于主载波．通过调整主、副载波的发射功率可以有效控制ICI，获得比FFR方法更高的系统容量∞。提出了一种SFR系统中的主载波分配算法，但是该算法假设每个小区中副载波与主载波的发射功率固定。1系统模型及目标1.1系统模型考虑由C个小区(小区)构成的LTE系统中下行数据传输场景采用SFR作为频率分配策略，系统带宽B(共

6、包含N个子载波)被划分为多个互不重叠的频带．每个小区i选取部分频带作为主载波，剩余频带为副载波，分别记作。和，主载波和副载波的发射功率分别定义为和户，根据载波的发射范围不同，每个小区被划分为小区中心和小区边缘两个区域。本文将研究SFR频率复用策略下，如何根据LTE系统中各小区的负载情况，自适应地为各小区分配主、副载波以及确定主、副载波发射功率．为此，结合LTE系统特性作如下假设：1)在进行资源分配时，仅考虑信道的慢衰落特性，包括路径损耗和阴影衰落，进一步假设各基站可以获得信道的慢衰落信息，其仅与用户位

7、置有关，一旦用户位置确定，则该用户与基站间各信道上的信道响应都相同，因此，进行资源分配时仅需要考虑分配给小区i的主、副载波数量，分别用和,其中，。一旦主载波数量确定，可以根据相邻小区主载波分配，随机选取与相邻小区主载波不重叠的个子载波作为主载波；2)距离相隔较远的小区间干扰可以忽略不计，仅考虑相邻小区产生的干扰。基于以上假设，对任一小区i，用户在子载波N上接收到的信干SINR可以表示为:其中，表示小区i中子载波j上的发射功率，若子载波j为主载波，则,若子载波j为副载波，则；表示小区i的用户在子载波j上

8、从小区m获得的信道增益；表示与小区i相邻的干扰小区集合；为系统热噪声功率。在SFR系统中，对任一小区，主载波是其相邻小区的副载波，因此，主载波上的干扰来自相邻小区的副载波，那么，小区边缘区域获得的平均吞吐量可以表示为：其中，表示小区i的用户在所有主载波上从小区m获得的平均信道增益；为子载波带宽。在SFR系统中，对任一小区，副载波是其相邻小区的主载波或副载波，因此，副载波上的干扰可能来自相邻小区的主载波或副载波，因此不同副载波上的干扰信号强度可能不同，在计