基于中继辅助的LTE-eICIC系统级仿真项目

资 源 简 介

该项目是一个专门针对第四代移动通信LTE技术开发的深度仿真系统，其核心目标是实现并分析小区间干扰协调（eICIC）方案。该程序不仅涵盖了基础的蜂窝网络建模，还创新性地引入了中继节点（Relay Node），构建了一个完整的中继辅助系统级仿真平台。功能上，该程序实现了多小区拓扑结构的建立，能够模拟真实环境下小区间的同频干扰源分布，并支持对基站及中继节点的复杂功率传输比进行详细配置。 在实现过程中，项目通过一系列子程序精确描述了无线信道环境、干扰抑制逻辑及资源分配策略。其主要应用场景在于异构网络（HetNet

详 情 说 明

基于中继辅助的LTE小区间干扰协调(eICIC)系统级仿真项目

项目介绍

本项目是一个针对第四代移动通信（LTE）技术设计的系统级仿真平台，专注于研究异构网络（HetNet）中的小区间干扰协调（eICIC）技术。系统模拟了由宏基站（Macro Base Station）和低功率中继节点（Relay Node）组成的混合网络环境。通过引入几乎空白子帧（ABS）和偏置关联策略，该仿真旨在解决宏基站对边缘区域及中继覆盖区域用户的强干扰问题。该工具能够量化分析干扰协调方案对系统总容量、频谱效率以及边缘用户吞吐量的影响，为无线资源管理算法的验证提供数据支持。

功能特性

• 异构网络拓扑自动化构建：支持自动生成六边形布局的宏基站群，并可在小区内灵活部署随机分布的中继节点。
• 用户分布模型：实现了结合中心区域分布与热点区域（中继附近）分布的复合用户模型，真实模拟异构网络中的业务密度差异。
• eICIC 核心机制模拟：完整实现了载波聚合范围扩展（CRE）偏置策略和几乎空白子帧（ABS）功率削减逻辑。
• 全方位性能评估：提供信噪比（SINR）的累积分布函数（CDF）分析、平均吞吐量对比以及针对5%边缘用户的性能提升评估。
• 动态参数配置：允许自定义基站功率、带宽、中继数量、ABS比例等核心系统参数。

系统要求

• 环境需求：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱依赖：建议安装 Statistics and Machine Learning Toolbox（用于分布计算及百分位数统计）。
• 硬件建议：由于涉及大规模用户及干扰迭代计算，建议内存 8GB 以上。

实现逻辑说明

仿真过程严格遵循 LTE 系统级仿真的标准流程，主要分为以下五个阶段：

1. 参数初始化与环境建模：

系统首先定义物理常数与网络配置。宏基站以 (0,0) 为中心进行六边形排布，形成 7 小区簇。中继节点根据预设半径随机散布。用户生成逻辑将 40% 的用户置于宏基站中心，60% 的用户作为热点业务聚集在各个中继节点周围 50 米范围内。

1. 信道损耗模型应用：

针对每一对“基站-用户”链路，系统采用 3GPP Case 1 标准路径损耗模型（128.1 + 37.6log10(d)）。此外，引入了均值为 0、标准差为 8dB 的高斯对数阴影衰落，以模拟复杂的无线衰落环境。

1. 静态场景仿真 (无 eICIC)：

在此阶段，所有基站均以额定功率（宏基站 46dBm，中继 30dBm）发射。用户根据接收信号强度最大化原则（Max-RP）选择接入目标。系统遍历所有用户，累计计算来自其余所有宏基站和中继节点的同频干扰，最终得出基准 SINR。

1. eICIC 协调场景仿真：

引入 eICIC 机制后，接入策略加入 6dB 的偏置值（CRE），强行将处于宏基站边缘的用户推向中继节点。在 ABS（几乎空白子帧）期间，宏基站的发射功率大幅下降 20dB。系统计算在该状态下的干扰改善情况，并结合 ABS 比例对系统频谱效率进行加权平均。

1. 性能评价与可视化：

利用香农定理的简化模型（限制 SINR 在 -10dB 到 30dB 范围）将 SINR 映射为频谱效率。系统自动生成四类图表，并对比输出开启 eICIC 前后的边缘用户性能提升百分比。

关键算法与细节分析

• 关联策略改进 (CRE)：在 eICIC 模式下，系统通过为中继节点增加一个人工偏置值（6dB），使得原本会连接到宏基站的边缘用户转而接入中继。这一步骤虽然降低了用户的初始 SINR，但配合 ABS 机制可以获得更大的干扰抑制空间。
• 干扰叠加计算：系统通过双重循环计算每个用户受到的干扰总和。对于每一个特定用户，除了提供服务的基站外，网络中所有其他的宏基站和中继节点都被视为干扰源，计算各干扰源到达该地点的功率之和。
• ABS 吞吐量加权模型：系统并不是简单地比较两种状态，而是利用权重公式计算综合频谱效率。公式考虑了非 ABS 子帧（正常功率）和 ABS 子帧（宏基站降功率）的占比，模拟了时域上的干扰协调过程。
• 性能钳位处理：在吞吐量计算中，系统将 SINR 限制在 [-10, 30]dB 范围内。这种处理符合实际 LTE 接收机的解调能力上限以及由于噪声和干扰导致无法同步的下限，确保了仿真结果的现实参考价值。

使用方法

1. 启动 MATLAB 软件，将工作目录切换至项目文件夹。
2. 在命令行窗口键入主程序的名称并回车。
3. 系统将自动执行拓扑生成、干扰计算及吞吐量分析。
4. 仿真结束后，程序会自动弹出包含四个子图的分析界面，展示网络分布、SINR 曲线、吞吐量对比柱状图及频谱效率分布。
5. 具体的数值统计结果（如平均 Mbps 值和提升比例）将直接显示在 MATLAB 终端。