[论文解读] Femto-Macro Cellular Interference Control with Subband Scheduling and Interference Cancelation

Sundeep Rangan|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2010

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 25被引用 5

一句话总结

本文提出了一种子带调度与负载溢出功率控制方案，以缓解蜂窝网络中的家庭小基站-宏基站干扰，实现无需显式跨层级协调的高效频谱复用。仿真结果表明，该方案在正交化或基础功率控制的基础上进一步提升了宏基站网络的速率分布与吞吐量，通过干扰 cancellation 还可获得额外增益。

ABSTRACT

A significant technical challenge in deploying femtocells is controlling the interference from the underlay of femtos onto the overlay of macros. This paper presents a novel interference control method where the macrocell bandwidth is partitioned into subbands, and the short-range femtocell links adaptively allocate their power across the subbands based on a load-spillage power control method. The scheme can improve rate distribution in the macro network while also providing opportunities for short-range communication as well. Moreover, the proposed scheme requires minimal interference coordination communication between the femtos and macros, which is one of the main challenges in femtocell systems. Also, simulations show certain advantages over simpler orthogonalization schemes or power control schemes without subband partitioning. Further modest gains may also be possible with interference cancelation.

研究动机与目标

• 解决密集、自组织部署中家庭小基站与宏基站之间的跨层级干扰挑战。
• 在无需大量干扰协调信令的情况下，实现家庭小基站与宏基站层之间的高效频谱复用。
• 通过自适应子带功率分配，改善宏基站网络的速率分布与总体吞吐量。
• 探索在上行链路中通过干扰 cancellation 进一步提升性能的潜力。

提出的方法

• 将宏基站的带宽划分为子带，并基于分数频率复用（FFR）原理，在子带间调节宏基站的发射功率。
• 家庭小基站发射机根据仅从宏基站接收的广播负载因子，采用自适应方式在子带间分配功率，实现负载溢出功率控制机制。
• 负载溢出方法通过让家庭小基站从宏基站报告的噪声抬升和负载因子中推断干扰水平，避免了显式的跨层级信令。
• 该方案利用子带划分产生干扰零点子带的特性，使家庭小基站可在对宏基站影响最小的子带上发送信号。
• 将干扰 cancellation 建模为家庭小基站接收机的联合检测，实现对期望信号和干扰宏信号的同时接收。
• 采用拉格朗日优化框架推导出帕累托最优功率分配的必要条件，确保在干扰约束下实现效用最大化。

实验结果

研究问题

• RQ1 宏基站中的子带划分是否能产生干扰零点子带，使家庭小基站能够以最小的宏基站影响进行传输？
• RQ2 负载溢出功率控制在多大程度上可减少家庭小基站-宏基站网络中对显式跨层级协调的需求？
• RQ3 与正交化或简单复用-1方案相比，子带调度在宏基站网络吞吐量与公平性方面表现如何？
• RQ4 在结合子带调度的前提下，上行链路中通过干扰 cancellation 可实现多大的吞吐量增益？
• RQ5 在给定的干扰与效用约束下，所提出的功率分配方案是否为帕累托最优？

主要发现

• 子带划分与自适应家庭小基站功率分配相结合，显著改善了宏基站网络的速率分布，优于正交化或基础功率控制方案。
• 所提方案在未采用子带调度的复用-1方案下，仍实现了比简单复用-1更高的上行链路吞吐量，证明了子带级资源自适应的优势。
• 仿真结果证实，负载溢出功率控制机制能有效使家庭小基站运行在低干扰子带，且协调需求极低。
• 干扰 cancellation 在上行链路中提供了适度但可测量的额外吞吐量增益，尤其在高负载场景下更为显著。
• 理论分析证明，所提出的功率分配方案为帕累托最优，因为任何用户效用的提升必然导致其他用户干扰的增加。
• 该方法具备自配置与自适应能力，适用于回传与信令能力有限的即兴家庭小基站部署场景。