室内LTE系统的小区干扰协调外文翻译资料
2023-07-31 12:07:46
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室内LTE系统的小区干扰协调
摘要
近些年来3GPP的LTE系统中小区间的干扰协调备受关注。然而大多数的研究都基于正六边形小区的理想系统。室内的环境具有建筑形状各异且基站放置无规则的特点。对比城市地区和农村地区业务负载也有很大的差别。因此传统的小区间干扰协调技术不能直接用于室内情况。在这篇论文中，小区间干扰协调方案是给室内环境设计的。基于不同的回程质量，将提出静态和动态方案。模拟及对比提出的协调方案的系统和没有小区间协调干扰的系统。最后，将分析在应用小区间干扰协调方案之后系统可以获得多少改进，并且将回答在室内环境中应用小区间干扰协调方案是否更佳。
关键词：小区间的干扰协调，LTE，软频率复用，室内环境，业务负载，动态，吞吐量，OFDMA，边缘用户
术语缩写
3GPP第三代合作伙伴计划
AFR自适应频率重用
BS 基站
DL下行链路
EDGE GSM演进的增强型数据速率
eNB演进节点B（eNode B）
FFR分数频率复用
GSM全球移动通信系统
ICIC小区间干扰协调
LTE长期演进
OFDM正交频分复用
OFDMA正交频分多址
PFR部分频率复用
SINR信号与干扰加噪声比
SISO单输入和单输出
SFR软频率重用
UE用户设备
UL上行链路
UMTS通用移动电信系统
目 录
一、简介
3GPP长期演进（LTE）是GSM / EDGE和UMTS / HSxPA网络技术的移动网络技术中的最新标准。LTE的目标是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbps峰值速率，提高了频谱效率和改进的小区边缘性能。
LTE使用正交频分复用技术（OFDM）作为调制方案以及正交频分多址（OFDMA）作为多址方案。[2]在OFDMA系统中，频谱被划分为大量的子载波。由于这些子载波相互正交，因此不存在小区内干扰。小区间干扰对位于小区边缘处的移动台特别不利。
有许多方式来减少小区间干扰并且改善系统性能，特别是小区边缘性能，例如小区间干扰协调，小区间干扰消除和小区间干扰随机化。由于小区间干扰协调方案已经在LTE系统中广泛使用并且具有良好的发展，因此本论文研究了它是否适合在室内环境中使用。首先，将审查现有的小区间干扰协调计划。然后，将选择和修改一个或几个方案以允许在室内场景中的不规则小区部署。所提出的方案的性能将通过模拟实验进行测试。最后，将提出的方案和不使用小区间干扰协调方案的系统的性能相比较，并且得出在室内环境中使用小区间干扰协调方案能够改进多少。
1.1背景
小区间的干扰协调已经有很多的研究。基本思想是分数频率复用（FFR），其为多小区OFDMA网络中的频率复用问题提供了更简单的替代方案。用户被分为两个组，中心用户组或边缘用户组。通常，FFR被认为是静态的，这意味着中心和边缘之间的边界被静态地设置在SINR阈值或服务基站和用户设备之间的距离上。为了采用具有高要求的新系统，提出了FFR的一些变化。一种被称为SFR（软频率复用）方案，在[3]中提出。在该方案中，在每个小区中将子载波划分为两组。“一组称为主副载波组，另一组称为次副载波组。”[3]主副载波允许覆盖整个区域，而次副载波只能用于内部部分的单元格区域。与传统的FFR不同，SFR可以通过调整功率比来适应每个小区中的服务分布的变化。它提供比纯静态协调更好的性能，因为改变用户设备流量和吞吐量需求特性。还有许多其他方案，如自适应频率复用方案[4,5]，动态小区干扰协调方案[6]和基于图的方法。在[7,8,9,10]中，他们给出了很好的收集和结论。
然而，以前对小区间的干扰协调方案的所有研究都是基于正六边形单元或稳定业务负载的假设。在现实的通信环境中，完美的小区形状和分布几乎不可能存在。特别是在室内情况下，小区通常具有各自的尺寸和形状，根据建筑结构和墙壁的位置，小区的尺寸和形状可能完全不同。现有的小区间干扰协调计划可能无法获得预期的效果;有些甚至不能使用。在这种情况下，在研究小区干扰协调方案时需要考虑更复杂的设定。
在[11,12,13]中，分析了在城市中具有不规则形状的SFR和FFR的性能。 它进一步研究小区间干扰协调，但仍然有明显的限制。他们得到的结果是基于稳定的业务负载。
因此，本文研究了关于小区间干扰协调方案关注室内环境的研究。
1.2 问题制定
室内情况有两个主要特点。第一个是不规则的小区形状和基站位置。第二个是流量负载的不稳定性和不对称。这两个特性增加了在系统中操作小区干扰协调方案时的要求和复杂性。同时，室内系统采用小区干扰协调方案后的性能是一个未知的值。
回程能力也可能影响小区间干扰的协调。为了考虑基站之间的不同连接情况的小区间干扰协调方案，可以以各种方式修改方案。
如果存在现有方案或者具有稍许修改的现有方案可以简单地在室内环境中使用，则其暂时被称为静态方案。考虑不同的回程能力和更好的预期性能的所提出的方案称为动态方案。研究问题如下
- 在不规则的小区形状和不对称的业务负载的情况下，静态方案是否适合在室内环境中使用。
- 如果在运行动态方案时期望更好的性能，动态方案可以实现多少提升？
具体的处理如下：首先，将对现有的小区间干扰协调方案进行审查，以了解是否有现有方案可以直接在室内使用。第二，开发室内环境的小区间干扰协调方案，采用现有方案或稍加修改。然后，将通过仿真工具模拟提出的方案。将对比提出的方案的性能和没有小区间干扰协调的系统的性能。使用小区间干扰协调后系统可以获得多少改进，最后将进行分析。
性能标准是指总用户的平均吞吐量和具有较差的通信质量的用户的平均吞吐量。
1.3 总体目的和意义
本项目的总体目的是找出在室内环境中运行小区间干扰协调方案是否可行，以及在使用小区间干扰协调方案后与不使用小区间干扰协调方案相比，系统性能可以提高多少。如果有一个建议的方案，它应该有一个完整的模型和合理的参数设置，以便它可以实现更高的总吞吐量，更顺畅和令人满意的有效服务器负载。该方案将在具有不同业务负载的不同环境中进行模拟测试，以得出最终结论。
本文的新颖之处在于，这是第一次在室内环境下研究小区间干扰协调方案，目前还没有这样的研究。本文的意义是找到不同的方案来实现在室内环境中小区间干扰协调并且测试每个方案的性能。由于研究重点是室内LTE系统中的小区间干扰协调，将比较室内系统中不同方案的性能。因此室内系统中的小区间干扰协调和室外系统中的小区间干扰协调之间没有比较。
1.4 范围
本研究侧重于室内情况。假设没有来自建筑物外部的干扰。由于给定的建筑结构，单元的数量和覆盖区域的形状可能彼此完全不同。由于性能取决于几何参数，因此应考虑不同种类的情况以给出客观结论。存在具有有限数量的基站的两种不同的建筑结构。重点是频率调度。
此外，在本论文中仅考虑下行链路。不讨论上行链路，并且假设每个用户占用具有相同带宽的子带，而不管小区中存在多少用户。
最后，采用基于快照的蒙特卡罗模拟，这意味着考虑在一帧中的性能，它是系统级模拟。
1.5 大纲
第1章描述了背景，目的，范围，目标和意义。第2章包含了相关工作，包括理论基础，不同现有小区间干扰协调方案的对比等。第3章提出了几种小区间干扰协调方案。第4章显示了仿真模型的设计。它包括系统设计，模型，计算过程和参数等。在第5章中给出了结果。第6章是关于项目的讨论，以及结论和未来可能的工作
二、相关工作
2.1 现有的基本小区间干扰协调方案
全频率复用
全频率复用是LTE网络的常用方式。在无线网络中没有频率划分。子信道在整个系统带宽上随机分布给具有均匀功率的用户。小区边缘的用户会受到来自相邻小区的严重干扰。
硬频率复用
硬频率复用是频率分布的一种方式。通常将子载波划分为不相交的集合，例如如图2所示的三个集合。“这些子载波集合以这样的方式分配给各个eNB，使得相邻小区不使用相同的频率集合。”由于没有来自相邻小区的干扰，所以用户在小区边缘的总干扰得到最大限度地减少。然而，频谱效率大大下降，等于重用因子。
部分频率复用
部分频率复用在一些论文中也称为FFR，例如在[8]中。如第1.1节所述，用户分为两组，中心组和边缘组。中心组由频带分布并使用PFR，而每个小区中的边缘组使用剩余频带并采用HFR。图3给出了直观视图。通常，它用于上行链路的情况。
软频率复用
传统的SFR方案如图4所示。由于小区是对称的，所以小区通常被设置为三组。每个组中的小区边缘用户具有相应的频带。小区中心用户使用剩余的频带。它是FFR的变体，通常用于下行链路。
分数频率复用
在一些论文中FFR定义为PFR。在一些其他论文如[1
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