TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙配置干擾仿真研究*

羌佳琳，李錦川，譚國平，李岳衡

(河海大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院 通信與信息系統(tǒng)研究所，江蘇 南京 210098)

目前由我國自主研發(fā)的TD-SCDMA技術(shù)[1]演進(jìn)而來的一種國際化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[4]——TD-LTE技術(shù)已廣泛運(yùn)用于我國通信領(lǐng)域，它使用時(shí)分雙工技術(shù)，上下行使用相同頻率的載波[9]，其優(yōu)勢體現(xiàn)在速率、時(shí)延[5]與頻譜使用率等方面?；贗P傳輸?shù)募彝セ疽约帮w蜂窩基站等微蜂窩基站[2]的出現(xiàn)，為無線通信提供了更多靈活高效的傳輸方式，家庭基站是一種超小型移動(dòng)服務(wù)基站，它是根據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展以及無線寬帶化需求應(yīng)運(yùn)而生的，主要改善了移動(dòng)通信的室內(nèi)覆蓋問題。而如今熱議的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)就是將原來全部由宏基站承載的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分流到新型基站[10](家庭基站)，將一部分移動(dòng)數(shù)據(jù)流從宏網(wǎng)絡(luò)分流，從而達(dá)到減少宏網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力的目的，同時(shí)家庭基站的引入，會(huì)對宏基站帶來許多新的干擾問題，對這些干擾問題需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

為了適應(yīng)突發(fā)的數(shù)據(jù)下行傳輸與上行傳輸業(yè)務(wù)越來越多[6]的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，進(jìn)一步提高基站的資源利用率,又提出多種不同的上下行時(shí)隙配比的幀結(jié)構(gòu)[8]，基站可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，靈活使用這些不同上下行時(shí)隙配比[9]的幀結(jié)構(gòu)，但與此同時(shí)也會(huì)給系統(tǒng)帶來更多的干擾問題，比如同頻帶上鄰近小區(qū)上行(下行)對基站下行(上行)干擾，即交叉時(shí)隙干擾，以及鄰近小區(qū)間同頻帶上的上行(下行)與上行(下行)之間的干擾，即常規(guī)時(shí)隙干擾。

本文在對上述各技術(shù)理解的前提下，將它們進(jìn)一步結(jié)合，重點(diǎn)采用系統(tǒng)仿真的方法，利用基于TD-LTE系統(tǒng)參數(shù)的TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路仿真平臺(tái)，對TD-LTE系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在常規(guī)時(shí)隙與交叉時(shí)隙時(shí)產(chǎn)生的干擾進(jìn)行仿真，分析不同干擾場景中的干擾特點(diǎn)，找出其產(chǎn)生原因，為以后研究相關(guān)的干擾抑制方案提供了參考。

1 TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路仿真平臺(tái)介紹

1.1 小區(qū)模型

如圖1所示，該仿真平臺(tái)顯示此小區(qū)建立了7個(gè)宏基站，每個(gè)宏基站配置3個(gè)扇區(qū)，則共有21個(gè)扇區(qū)；每個(gè)宏基站的扇區(qū)里面隨機(jī)布置10個(gè)宏基站用戶和20個(gè)房間相互獨(dú)立的家庭基站，每個(gè)家庭基站下面布置2個(gè)家庭基站用戶，每個(gè)家庭基站及其用戶都布置在同一個(gè)房間，宏基站用戶可布置在家庭基站房間外，也可布置在家庭基站房間內(nèi)。

圖1 鏈路仿真小區(qū)模型示意圖

1.2 系統(tǒng)參數(shù)

鏈路仿真信號損耗參數(shù)表如表1所示，鏈路仿真系統(tǒng)參數(shù)表如表2所示。

表1 鏈路仿真信號損耗參數(shù)表

表2 鏈路仿真系統(tǒng)參數(shù)表

1.3 系統(tǒng)仿真流程

鏈路仿真主流程圖如圖2所示，該TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路仿真平臺(tái)首先按照單基站三扇區(qū)的格式固定宏基站和扇區(qū)的位置，然后根據(jù)每個(gè)宏基站的位置，在每個(gè)宏基站的每個(gè)扇區(qū)布置一定數(shù)量的家庭基站和宏基站用戶，接著在每個(gè)布置家庭基站的房間內(nèi)隨機(jī)布置2個(gè)用戶，最后根據(jù)信干噪比計(jì)算公式：

圖2 鏈路仿真主流程圖

分別計(jì)算所有可能出現(xiàn)的干擾場景中的每個(gè)宏基站用戶、家庭基站用戶的上下行傳輸信干噪比，整個(gè)過程循環(huán)1 000次結(jié)束。因?yàn)楹昊镜奈恢檬枪潭ǖ?，所以不參與循環(huán)。

2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)靈活時(shí)隙配置干擾仿真

下面所研究的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)專指由宏基站和家庭基站共同組成的網(wǎng)路，TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用靈活時(shí)隙配置技術(shù)，宏基站和家庭基站都會(huì)受到來自對方的干擾。在常規(guī)時(shí)隙和交叉時(shí)隙，家庭基站用戶的上下行傳輸雖然都會(huì)受到宏基站的干擾，但家庭基站分布于室內(nèi)，外部干擾由于穿墻損耗變?nèi)?，且家庭基站用戶的上下行傳輸信干噪比基本分布在較高的數(shù)值上，所以家庭基站可正常運(yùn)行，本文就不詳述。下面主要對在常規(guī)時(shí)隙和交叉時(shí)隙時(shí)，家庭基站對宏基站的兩種干擾場景[8]進(jìn)行仿真與分析。

2.1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)宏基站常規(guī)時(shí)隙干擾

此場景中存在的干擾：(1)在系統(tǒng)的下行傳輸時(shí)隙，家庭基站對宏基站的下行干擾；(2)在系統(tǒng)的上行傳輸時(shí)隙，家庭基站的用戶對宏基站用戶的上行干擾；(3)同時(shí)宏基站還受到其他宏基站的干擾。

在單個(gè)宏基站的單個(gè)扇區(qū)內(nèi)隨機(jī)布置5、10、15、20 個(gè)家庭基站，運(yùn)用上述仿真平臺(tái)對在常規(guī)時(shí)隙，宏基站在受到不同數(shù)量家庭基站干擾下宏基站用戶上下行傳輸信干噪比分布情況進(jìn)行仿真分析。

宏基站用戶上下行傳輸干擾統(tǒng)計(jì)圖如圖3所示，從中可以看出，在宏基站用戶的上行(下行)傳輸信干噪比概率一定的情況下，宏基站單扇區(qū)布置的家庭基站的數(shù)量越多，宏基站用戶的信干噪比越小，即宏基站用戶的上(下)行傳輸受到的干擾越強(qiáng)；在不同的家庭基站下，宏基站下行傳輸信干噪比分布曲線較之于上行傳輸改變幅度較小，且在單扇區(qū)分布5個(gè)家庭基站時(shí)，宏基站的上行資源塊信干噪比分布在0 dB以下的概率大約為50%，而單扇區(qū)分布20個(gè)家庭基站時(shí)，宏基站的下行資源塊信干噪比分布在0 dB以下的概率大約為20%。出現(xiàn)此現(xiàn)象是因?yàn)楹昊居脩舻南滦袀鬏敼β时壬闲袀鬏敼β矢撸瑥亩湎滦袀鬏斂箶_能力更強(qiáng)，也就是說，家庭基站對宏基站的上行傳輸干擾影響更大。

圖3 宏基站用戶上下行傳輸干擾統(tǒng)計(jì)圖

2.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)宏基站交叉時(shí)隙干擾

此場景中存在干擾：(1)在宏基站的下行傳輸時(shí)隙，此時(shí)家庭基站處于上行傳輸時(shí)隙，則宏基站用戶的下行傳輸會(huì)受到家庭基站用戶的上行傳輸干擾；(2)在宏基站的上行傳輸時(shí)隙，家庭基站處于下行傳輸時(shí)隙，則宏基站用戶的上行傳輸會(huì)受到家庭基站用戶的下行傳輸干擾；(3)其他宏基站對該基站的常規(guī)時(shí)隙產(chǎn)生干擾。

在單個(gè)宏基站的單個(gè)扇區(qū)內(nèi)隨機(jī)布置20個(gè)家庭基站，運(yùn)用上述仿真平臺(tái)對在交叉時(shí)隙和常規(guī)時(shí)隙的宏基站用戶的上下行傳輸信干噪比分布情況進(jìn)行對比仿真分析,如圖4所示。

圖4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上下行傳輸用戶干擾對比圖

從圖4可以看出，較之于宏基站與家庭基站的常規(guī)時(shí)隙，宏基站與家庭基站交叉時(shí)隙時(shí)，同等條件下，在宏基站的上行傳輸時(shí)隙，宏基站用戶的信干噪比得到提高，在宏基站的下行傳輸時(shí)隙，宏基站用戶的信干噪比有所下降。出現(xiàn)此現(xiàn)象是由于家庭基站用戶上行傳輸功率(24 dBm)大于其下行傳輸功率(20 dBm)，較之于宏基站與家庭基站的常規(guī)時(shí)隙，在宏基站與家庭基站的交叉時(shí)隙時(shí)，宏基站用戶的上行傳輸受到的干擾降低，宏基站用戶的下行傳輸受到的干擾增強(qiáng)，且家庭基站分布較為集中，其干擾損耗基本相同。

2.3 TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙干擾總結(jié)

在常規(guī)時(shí)隙，宏基站扇區(qū)布置家庭基站越多，宏基站的用戶的上下行傳輸受到的干擾越強(qiáng)，其中宏基站用戶的下行傳輸抗干擾能力優(yōu)于其上行傳輸抗干擾能力。家庭基站分布的不確定性，使得在大規(guī)模應(yīng)用家庭基站之前，需要制定相應(yīng)技術(shù)方案去盡量避免家庭基站對宏基站的干擾。在交叉時(shí)隙，宏基站與家庭基站之間干擾變化不大，說明靈活時(shí)隙配置適用于該場景，但是宏基站用戶的下行傳輸受到干擾增強(qiáng)，因此將在下一階段對此種干擾做進(jìn)一步研究。

本文首先簡要介紹了TD-LTE技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、家庭基站以及幀結(jié)構(gòu)，然后基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)靈活時(shí)隙配置所帶來的干擾 (如常規(guī)時(shí)隙干擾和交叉時(shí)隙干擾)，建立了一個(gè)TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路仿真平臺(tái)，簡要介紹了其系統(tǒng)配置參數(shù)及仿真流程，并在不同的干擾場景下進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，常規(guī)時(shí)隙下，布置的家庭的數(shù)量將影響其對宏基站干擾的大?。辉诮徊鏁r(shí)隙下，宏基站的下行傳輸受到家庭基站的上行傳輸?shù)母蓴_較強(qiáng)。

由于本仿真家庭基站用戶都分布于布置家庭基站的房間內(nèi)，因此下一步將對于家庭基站的用戶分布于其他房間或者室外的情況進(jìn)行進(jìn)一步仿真分析。也可以進(jìn)一步研究抑制此類干擾的方案，使系統(tǒng)更加完善。

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