LTE中femtocell间的功率控制算法

　　摘要：3GPP长期演进(LTE)系统中femtocell密集部署时，femtocell之间会存在较强干扰，针对femtocell的下行干扰，提出了一种基于干扰级别的功率控制算法。根据设定的信干噪比(SINR)门限值，给femtocell用户设置相邻干扰标志，通过上行信道发送给femtocell，再转发给相邻femtocell，femtocell由收到的干扰标志数量划分级别，根据干扰级别进行不同的功率调整。仿真结果表明，该算法很好地提升了femtocell用户的低SINR，femtocell用户吞吐量比无功率控制情况下至少提高了2.1Mbps，达到了降低femtocell间干扰的目的。同时表明，femtocell部署越密集，控制效果更加明显。

　　引言

　　2012年Small Cell高峰会议中指出，如何解决数据的急剧增长和室内覆盖问题成为当前无线移动通信的两大难题。根据已有数据显示，超过90%的数据业务和2/3的语音通话发生在室内[1]，因此室内覆盖问题成为当前无线移动通信亟待解决的关键问题。femtocell技术的出现很好地解决了室内覆盖问题，满足了不断增长的宽带化、高速率数据业务的需求，同时为室内用户提供了具有更大吸引力的更高数据速率，更低成本的业务，给运营商带了巨大的利益。

　　femtocell是一种由用户购买、配置灵活、可以安装在室内的小型化、低功耗基站，能够很好的改善室内语音和数据业务质量^[2]。虽然femtocell能够解决高速数据业务的需求和室内覆盖问题，但也会给传统的宏蜂窝网络带来一定的干扰问题，影响整体网络的性能。由于无线频谱资源的有限性，femtocell和宏基站采用同频分配，当大规模部署femtocell时，femtocell对宏蜂窝网络及femtocell之间存在较强干扰，干扰会造成用户数据吞吐量降低或掉话，影响用户满意度。因此，有必要对femtocell进行功率控制，降低对相邻femtocell用户(Femtocell User Equipment，FUE)及宏用户(Macro User Equipment，MUE)的干扰。

　　针对不同的干扰情况，相应的干扰协调方案被提出。文献^[3]对femtocell上行功率控制进行了研究，提出了一种基于宏基站干扰级别的功率控制方案，该方案通过调整FUE的最大发射功率来降低对MUE的干扰，在牺牲较小MUE吞吐量的前提下提高了FUE的吞吐量。文献^[4]研究了femtocell下行功率控制，考虑用下行功率控制来缓解宏基站和femtocell的共存干扰，对多femtocell情况下提出了集中式和分布式解决方案，在集中式解决方案中提出联合功率控制和动态信道重分配策略，保证了MUE的服务质量(Quality of Service，QoS)。本文对femtocell之间的功率控制进行研究，通过调整服务femtocell或干扰femtocell的发射功率来提高FUE的低SINR，提高FUE的吞吐量。

　　干扰场景

　　由于femtocell的引入，3GPP长期演进(Long Term Evolution，LTE)原有网络的拓扑结构发生了较大的改变，因此，整个网络的干扰场景也有所改变。3GPP协议中已对femtocell和宏蜂窝基站之间的干扰场景进行了定义^[5]，如图1所示。表1对干扰场景进行了说明，1~4为femtocell和宏基站之间的跨层干扰，1~3为上行干扰，2、4为下行干扰;5~6为femtocell之间的共层干扰。下面分别干扰场景进行简要说明。

　　(1)干扰场景1
　　当FUE离宏基站相对比较近时，宏基站收到FUE的干扰功率强于MUE的服务功率，因此会给宏基站的上行带来干扰，降低宏基站的性能。

　　(2)干扰场景2
　　当MUE离宏基站比较远时，接收来自宏基站的信号比较差，而离femtocell比较近，即在femtocell的覆盖范围内，如果femtocell的发射功率过大，就会对其附近的MUE产生较强的干扰，甚至会掉话，形成宏基站覆盖的“盲区”。此干扰场景在femtocell接入方式是封闭用户组(Closed Subscriber Group，CSG)^[1]时更加严重。

　　(3)干扰场景3
　　femtocell下行对MUE产生干扰，反过来，MUE也会对femtocell产生一定的干扰，因此femtocell必须在保证自身FUE不受干扰的前提下降低对MUE的干扰。

　　(4)干扰场景4
　　当femtocell离宏基站比较近时，FUE会受到来自宏基站的强干扰，虽然可以调整femtocell的发射功率来降低宏基站对FUE的干扰，但femtocell的最大发射功率只有20dBm^[5]，并且增大femtocell的发射功率会对附近的MUE造成干扰，所以需要考虑覆盖和干扰之间的平衡问题。

　　(5)干扰场景5、6
　　femtocell之间的干扰在femtocell部署密度较低时干扰相对较小，但femtocell的密集部署会使femtocell之间会存在较强干扰，干扰问题在接入方式为CSG时更加突出。如何降低femtocell之间的干扰，保证FUE的服务质量，正是本文研究的重点。

　　基于干扰级别的功率控制

　　FUE i在资源块k上的信干噪比(Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR)计算公式[6]为：
                (1)