謝 聰，邱 玲

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230027）

HSDPA 異構(gòu)網(wǎng)中基于速率調(diào)整的干擾消除算法

謝 聰，邱 玲

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230027）

異構(gòu)網(wǎng)中擴(kuò)展區(qū)域用戶采用串行干擾消除（Successive Interference Cancellation，SIC）接收機(jī)對抗受到的嚴(yán)重共信道小區(qū)間干擾。當(dāng)SIC接收機(jī)干擾消除不完全時，過大的殘留干擾會使得接收機(jī)性能嚴(yán)重退化。針對高速下行分組接入（HSDPA）系統(tǒng)一般不采用功率控制機(jī)制的特點，通過分析SIC接收機(jī)殘留干擾的特性，優(yōu)化宏基站的數(shù)據(jù)速率，提出了基于速率調(diào)整的干擾消除算法，并給出了具體的算法流程。仿真結(jié)果表明，該算法在不同歸屬偏置值下，在保證用戶總吞吐率不下降的同時提高擴(kuò)展區(qū)域用戶的性能。

異構(gòu)網(wǎng)；小區(qū)間干擾；串行干擾消除；速率調(diào)整；擴(kuò)展區(qū)域用戶

0 引言

異構(gòu)網(wǎng)（HetNet）中為了增加微基站的負(fù)載量，提高小區(qū)分裂增益，引入了小區(qū)擴(kuò)展技術(shù)［1，2］。這也導(dǎo)致微基站擴(kuò)展區(qū)域的用戶遭受到嚴(yán)重的來自宏基站干擾，為消除小區(qū)間干擾，對于擴(kuò)展區(qū)域用戶引入先進(jìn)接收機(jī)［3－6］。目前討論的用戶端先進(jìn)接收機(jī)主要有聯(lián)合解碼技術(shù)［7，8］和SIC技術(shù)［9，10］。聯(lián)合解碼技術(shù)能夠獲得更好的干擾消除效果，但復(fù)雜度太高而難以實現(xiàn)，SIC技術(shù)由于適中的實現(xiàn)復(fù)雜度以及較好的干擾消除性能而得到重點關(guān)注［3，4］。

不同于傳統(tǒng)接收機(jī)將來自宏基站的干擾處理為噪聲的方法，用戶端采用SIC接收機(jī)時，需要先檢測干擾信號的數(shù)據(jù)，減去重構(gòu)的干擾，再對有用信號進(jìn)行檢測［10］。由于SIC接收機(jī)并不總是具備正確檢測干擾鏈路數(shù)據(jù)的條件，當(dāng)干擾消除不完全時，過大的殘留干擾會使得SIC接收機(jī)的性能嚴(yán)重退化。由于HSDPA系統(tǒng)中一般采用最大功率發(fā)射的機(jī)制［11，12］，難以通過功率調(diào)整來降低宏基站對微基站擴(kuò)展區(qū)域用戶的干擾，為了提高擴(kuò)展區(qū)域用戶的性能，提出了一種基于速率調(diào)整的串行干擾消除算法。該算法通過調(diào)整宏基站的數(shù)據(jù)速率，以提高擴(kuò)展區(qū)域用戶SIC接收機(jī)干擾消除的性能。

1 系統(tǒng)模型

考慮HSDPA系統(tǒng)中由一個宏基站和若干個微基站構(gòu)成的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

設(shè)共有N＋1個基站，基站0為微基站，基站1為宏基站，其他基站均為微基站。各基站均配置Nt根天線，用戶端配置Nr根天線。從基站j到用戶i的信道矩陣為hji，hji包括路損、陰影衰落以及小尺度衰落信息?；緅的發(fā)射信號為xj。微基站0的擴(kuò)展區(qū)域用戶UE0的接收信號可寫為：

圖1 異構(gòu)網(wǎng)拓?fù)涫疽?/p>

設(shè)UE0的信息比特速率為R0，采用SIC接收機(jī)進(jìn)行干擾相減之后，UE0的每比特接收SNR為：

宏基站用戶采用傳統(tǒng)接收機(jī)，基站1的用戶UE1的信息比特速率為R1，UE1的每比特接收SNR為：

2 基于速率調(diào)整的用戶端干擾消除算法

通過調(diào)整基站1的數(shù)據(jù)速率，以提高擴(kuò)展區(qū)域用戶的干擾消除性能。為了不過分損失宏基站用戶的性能，保證系統(tǒng)和速率，這里以系統(tǒng)和吞吐率為目標(biāo)。由于其他基站的用戶采用傳統(tǒng)接收機(jī)，用戶性能不受宏基站數(shù)據(jù)速率的影響，這里僅考慮基站0和基站1的和吞吐率。建立優(yōu)化問題，表示為：

式中，θth為正確接收的最低每比特SNR門限。

對約束條件進(jìn)行變形可知，式（5）中對于任意確定的R1，要使目標(biāo)函數(shù)最大化，則要求R0取最大，即第一個約束條件取等號。由此，原優(yōu)化問題可進(jìn)一步等價轉(zhuǎn)化為：

若不進(jìn)行速率調(diào)整，宏基站數(shù)據(jù)速率設(shè)置為R1，max，速率調(diào)整方法通過降低宏基站數(shù)據(jù)速率從而減弱擴(kuò)展區(qū)域用戶受到的強(qiáng)干擾。目標(biāo)函數(shù)中基站1的數(shù)據(jù)速率R1不僅直接影響著宏基站自身的吞吐率，而且影響微基站擴(kuò)展區(qū)域用戶UE0的SIC接收機(jī)的性能。對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求一階導(dǎo)數(shù)，可以得到：

根據(jù)上述分析和優(yōu)化結(jié)果，可以設(shè)計如下的速率調(diào)整算法：

①擴(kuò)展區(qū)域用戶UE0獲得信道信息；

c）最優(yōu)解為：

3 仿真結(jié)果分析

仿真采用宏基站和微基站構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，擴(kuò)展區(qū)域用戶采用SIC接收機(jī)。其他用戶采用傳統(tǒng)接收機(jī)，即宏基站用戶和微基站非擴(kuò)展區(qū)域用戶采用傳統(tǒng)接收機(jī)?；竞陀脩舳寂渲秒p天線，宏基站和微基站最大發(fā)射功率分別為43 dBm和37 dBm，其他參數(shù)如文獻(xiàn)［3，14］所述。采用基于小區(qū)偏置值的方法進(jìn)行用戶歸屬，偏置值為3 dB［15］。

各方案的用戶吞吐率累積分布函數(shù)曲線如圖2所示。“Conv.Rx”表示傳統(tǒng)接收機(jī)方案，“SIC w/o. RA”表示擴(kuò)展區(qū)域用戶采用SIC接收機(jī)但不進(jìn)行速率調(diào)整的方案，“SIC w.RA”表示擴(kuò)展區(qū)域用戶采用SIC接收機(jī)并對宏基站進(jìn)行速率調(diào)整，即所提方法。圖3是各方案的用戶吞吐率相對增益。結(jié)合圖2和圖3可以看到，相比于不做速率調(diào)整的方案，采用速率調(diào)整后，所提方案少量犧牲宏基站性能，進(jìn)一步提高擴(kuò)展區(qū)域用戶的性能。由于所提方案以系統(tǒng)和速率為優(yōu)化目標(biāo)，調(diào)整宏基站數(shù)據(jù)速率，從而使得所提方案不損失系統(tǒng)總吞吐率。

圖2 用戶吞吐率CDF

圖3 用戶吞吐率增益

不同偏置值下各方案擴(kuò)展區(qū)域用戶平均吞吐率如圖4所示。由圖4可以看到，偏置值較小時所提方案的增益較大。這是由于較大偏置值使得更多宏基站邊緣用戶歸屬到微基站，宏基站中心用戶比例變大，最強(qiáng)干擾源的數(shù)據(jù)速率變高，即R1，max增大，使得所提方案降低宏基站數(shù)據(jù)速率的機(jī)會變少，因此，所提方案在偏置值較小時擴(kuò)展區(qū)域用戶增益更好。

圖4 擴(kuò)展區(qū)域用戶性能

4 結(jié)束語

通過分析HSDPA異構(gòu)網(wǎng)中用戶端SIC接收機(jī)殘留干擾的特性，結(jié)合HSDPA系統(tǒng)最大發(fā)射功率發(fā)射的特點，提出了一種基于速率調(diào)整的干擾消除算法。通過優(yōu)化系統(tǒng)和速率，在保證系統(tǒng)總吞吐率前提下，根據(jù)最優(yōu)結(jié)果自適應(yīng)地調(diào)整宏基站數(shù)據(jù)速率，以少量犧牲宏基站性能的代價，提高SIC接收機(jī)的干擾消除效率，增強(qiáng)擴(kuò)展區(qū)域用戶性能。仿真結(jié)果表明，該算法在不同歸屬偏置值下都能獲得較好的擴(kuò)展區(qū)域用戶性能增益，并保證系統(tǒng)總吞吐率不受影響。

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An Interference Cancellation Algorithm Based on Rate Adjustment for HSDPA HetNet

XIE Cong，QIU Ling
（University of Science and Technology of China，Hefei Anhui 230027，China）

Users in range expansion region of Pico base stations（PBS）are equipped with SIC receivers to resist severe co-channel intercell interference from neighbor Macro base stations（MBS）.However，the residual error of imperfect interference cancellation may be such severe that SIC receiverssuffer from degraded performance.In view of High Speed Downlink Packet Access（HSDPA）system without power control，this paper analyses the residual error of SIC receivers and proposes an interference cancellation algorithm based on rate adjustment（RA）of MBSs.A system simulation demonstrates that the proposed scheme can improve the performance of users in range expansion region without sacrifice of average user throughput.

HetNet；intercell interference；SIC；rate adjustment；user in range expansion region

TN92

A

1003－3106（2015）09－0001－04

10.3969/j.issn.1003－3106.2015.09.01

謝 聰，邱 玲.HSDPA異構(gòu)網(wǎng)中基于速率調(diào)整的干擾消除算法［J］.無線電工程，2015，45（9）：1－4.

謝 聰男，（1989—），碩士研究生。主要研究方向：異構(gòu)網(wǎng)、干擾管理等。

2015-06-08

中國科大—華為合作基金資助項目（YB2013120009）。

邱 玲女，（1963—），博士生導(dǎo)師。主要研究方向：CDMA擴(kuò)頻通信、多小區(qū)MIMO、綠色通信和異構(gòu)網(wǎng)等。