隨著移動通信技術的發展，為了滿足下一代移動通信系統無縫覆蓋及高速率傳輸的要求，3GPP LTE-A通過引入無線中繼來實現小區的無縫覆蓋，提高小區邊緣用戶的吞吐量[1]，3GPP TR36.814和IEEE802.16j 給出了中繼的標準[2-3]。由于中繼的引入，雖然擴大了基站的覆蓋范圍，提升了系統的容量，但是給系統帶來了新的干擾源，這就需要重新安排資源來實現基站與中繼間的頻率資源分配。
　OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)正交頻分多址技術是無線通信系統的標準，是將不同用戶的數據信息承載在正交的子載波上，以實現小區間不同用戶之間占用不同的資源塊來降低干擾，是無線通信系統的標準。OFDMA技術作為3GPP LTE系統解決多徑衰落和頻率利用率的標準，也逐漸應用到LTE-A系統中作為解決小區間干擾的重要技術指標之一。為了解決LTE-A系統的小區間干擾，LTE-A系統還引入了定向天線技術來使用戶獲得更好的信干噪比。
    對于傳統的LTE-A系統,中繼均勻分布在小區半徑2/3處，基站和中繼都采用全向天線[4]。位于基站覆蓋范圍內的用戶可以直接與基站進行通信，稱其為一跳用戶(即基站用戶)；位于小區邊緣的用戶可以通過中繼和基站進行通信，稱其為兩跳用戶(即中繼用戶),以達到擴展小區覆蓋范圍的目的。然而由于中繼的引入，LTE-A系統出現基站到用戶和基站到中繼再到用戶兩種通信方式，破壞了原有小區內OFDMA資源正交的特性，因此小區內存在三種干擾類型：基站對中繼服務用戶的干擾；中繼對基站服務用戶的干擾；中繼對相鄰中繼服務用戶的干擾[5]。
    如何降低LTE-A中繼系統小區間的干擾成為研究的重點。鑒于此，參考文獻[6]中引入頻率復用單元FPU(Frequency Planning Unit)的概念，提出了兩種頻率劃分方案，頻率復用單元為1的FPU-1(Frequency Planning Unit-1)算法和頻率復用單元為7的FPU-7(Frequency Planning Unit-7)算法，兩種算法的主要思想都是將蜂窩系統的OFDM頻率劃分成不同的正交子載波集分別分配給基站的頻率資源和中繼的頻率資源。相對比于傳統的LTE-A中繼系統而言，兩種固定中繼頻率劃分方案不僅有效地降低了小區間的干擾，而且使邊緣用戶得到了很好的服務。然而，FPU-1和FPU-7兩種頻率劃分算法在最大限度地降低小區干擾問題方面還有很大的空間，一方面存在著基站用戶的干擾還比較大，另一方面中繼用戶的干擾有比較大的不足。基于以上分析， 結合OFDMA技術將不同用戶的數據信息承載在正交子載波上進行通信來避免干擾的優點，結合參考文獻[6]提出的通過給基站的頻率資源和中繼的頻率資源分配不同的正交子載波集來降低小區間干擾的方法，提出了基于層二中繼的LTE-A中繼系統和OFDMA干擾解決算法[7]。本算法與FPU-1和FPU-7不同在于，對于基站而言，基站使用定向天線，同時不同的基站扇區使用正交的頻率資源來降低基站用戶的干擾；對于中繼而言，使用60°定向天線，將中繼劃分為6個扇區，不同的扇區使用正交的頻率資源來降低相鄰中繼用戶的干擾。本算法不僅擴大了小區的覆蓋范圍，降低了小區間的干擾，提高了系統的吞吐量，同時提升了小區的服務質量。
1 LTE-A中繼系統基于OFDMA的干擾解決算法
    本文提出的LTE-A中繼系統基于OFDMA的干擾解決算法，利用OFDMA技術的優點，即將不同的用戶數據信息承載在正交的子載波集上進行通信，可以有效地降低干擾，為基站的頻率資源和中繼的頻率資源分配正交的子載波集來降低由于引入中繼后產生的同頻道干擾，同時每個小區都使用所有的頻率資源，使得小區內的資源可以得到充分的利用。
1.1 算法系統場景圖
    本文提出的具體場景部署方式如圖1所示，具體包括：每個小區部署6個中繼，中繼部署在相鄰3個小區交界處，供3個小區共同使用。基站、中繼分別使用120°、60°定向天線。考慮到LTE-A系統中的無線資源是以物理資源塊為單位進行分配的[8]，同時本文采用的正交頻率劃分算法將不采用之前LTE系統中的整段式頻率劃分方法，而是采用分布式的劃分方法。

   本文提出的算法同樣基于頻率復用單元FPU(Frequency Planning Unit)的概念，將系統頻率劃分為15部分，將其中的3部分頻率分配給基站頻率資源，其他的12部分頻率分配給中繼的頻率資源，頻率復用單元為15，本文定義該算法為BFPU-15(Best Frequency Planning Unit-15)。
1.2 BFPU-15劃分方法
    BFPU-15算法中基站使用120°定向天線，將基站的覆蓋范圍劃分成3個扇區，基站覆蓋區域為深灰色區域，中繼使用60°定向天線，將中繼的覆蓋范圍劃分成6個扇區，中繼覆蓋區域為淺灰色區域。具體的劃分方法如圖2所示，先把整段頻率分成兩部分，一部分為主子載波，主子載波為淺灰色，另一部分為輔子載波，輔子載波為深灰色；再將主子載波分成12部分，主要提供給中繼覆蓋范圍內的某個扇區用戶使用，各部分占用的頻率均正交,按照F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12的順序依次劃分，保證相鄰小區中繼站扇區使用的頻率正交。將頻率標號為F1的資源塊分配到中繼覆蓋范圍的1號區域使用；將頻率標號為F2的資源塊分配到中繼覆蓋范圍的2號區域使用；將頻率標號為F3的資源塊分配到中繼覆蓋范圍的3號區域使用；以此類推，將頻率標號為F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12的資源塊依次分配到中繼覆蓋范圍的4、5、6、7、8、9、10、11、12號區域,其他各個小區中中繼站扇區使用的頻率依照上面給出的頻率劃分方法依次進行分配；將輔子載波分成3部分，主要提供給基站覆蓋范圍內的3個不同扇區的用戶使用，同時各部分占用的頻率正交，按照F13、F14、F15的順序依次劃分。將頻率標號為F13的資源塊分配到基站覆蓋范圍的1號扇區使用；將頻率標號為F14的資源塊分配到基站覆蓋范圍的2號扇區使用；將頻率標號為F14的資源塊分配到基站覆蓋范圍的3號扇區使用。其他各個小區基站的各個扇區使用的頻率依照上面給出的頻率劃分方法依次進行分配。

   
 
2.2 信干噪比仿真分析
     圖3和圖4分別顯示了基站用戶(即一跳用戶)和中繼用戶(即兩跳用戶)的信干噪比對比圖。由圖3可以看出，對于基站用戶而言，BFPU-15算法和傳統的FPU-7算法的信干噪比遠遠好于傳統的FPU-1算法；將BFPU-15算法與傳統的FPU-7算法進行比較可以看出，當用戶到基站的距離小于200 m時，傳統的FPU-7方算法要略優于BFPU-15算法，當用戶距離基站的距離大于200 m時，BFPU-15算法要優于傳統的FPU-7算法。由圖4可以看出，對于中繼用戶而言，BFPU-15算法要明顯優于傳統的FPU-1算法和FPU-7算法。

2.3 系統吞吐量仿真分析
    圖5顯示了系統吞吐量的比較圖。由圖可以看出，BFPU-15算法的系統吞吐量明顯好于傳統的FPU-1算法和FPU-7算法的系統吞吐量。因此，BFPU-15算法雖然在基站用戶信干噪比上略好于傳統方法，但是在中繼用戶信干噪比方面和系統吞吐量方面好于傳統的中繼場景下使用的頻率劃分方案。

    本文提出了一種LTE-A中繼系統基于OFDMA的干擾解決算法，該算法主要利用OFDMA技術將不同用戶的數據信息承載在正交的子載波上進行通信來避免干擾的優點，并結合定向天線的抗干擾性能，以達到用戶對高質量通信服務的要求。通過進一步仿真得知,該算法較傳統的算法更好地提高了用戶的信干噪比，尤其明顯地降低了小區間的干擾，提高了系統的吞吐量。
參考文獻
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[6] 屈琳.固定中繼蜂窩網絡中的頻率規劃性能分析[D].北京:北京郵電大學,2012.
[7] 3GPP, R1- 082397. Discussion on the various types of Relays Panasonic[S]. TSG RANWG1 Meeting  #54.Jeju, Korea,August 18~22, 2008.4 3GPP, R1-084297.Relaying  with Channel Resource Reuse and SIC for LTE-Advanced, Fujitsu.3GPP TSG-RAN1 #55.Prague, Czech Republic, November 10~14, 2008.
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[9] 趙竹巖. LTE- A Relay下行靜態系統仿真方法[J].計算機仿真，2010(12):159-162.