超密集組網(wǎng)中的干擾管理技術(shù)研究

張 勍，盛 煜，馮 毅（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 引言

1 超密集組網(wǎng)場景中的同頻干擾特點(diǎn)

密集組網(wǎng)場景下的微基站間同頻干擾，與宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景下宏微間同頻干擾［4-6］和宏基站間的同頻干擾［7-8］特點(diǎn)均有明顯差異。

宏微異構(gòu)同頻組網(wǎng)場景中，微基站或與宏基站的覆蓋范圍交疊，或被宏基站的覆蓋范圍所包含，如圖1所示。就微基站服務(wù)的用戶而言，其主要干擾源即為該宏基站，處于宏微基站覆蓋交疊區(qū)域的微站用戶都受到該宏基站的影響。就宏基站服務(wù)的用戶而言，僅處于宏微覆蓋交疊區(qū)域周圍的宏站用戶受到微基站的干擾。此外，排除部分潮汐效應(yīng)明顯的場景，宏基站對(duì)微基站的干擾程度相對(duì)穩(wěn)定可預(yù)估。

圖1 宏微異構(gòu)同頻組網(wǎng)場景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

宏基站間的同頻干擾場景中，宏基站覆蓋邊緣的用戶受到其他宏基站的干擾，干擾源可能為臨近的1個(gè)或多個(gè)宏基站。而與宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景類似的是，宏基站間的干擾程度也相對(duì)穩(wěn)定。更為重要的是，通常通過調(diào)整天線方向角和下傾角等傳統(tǒng)網(wǎng)優(yōu)手段即可有效改善宏基站間的同頻干擾。

密集組網(wǎng)下微基站間同頻干擾場景中，根據(jù)3GPP對(duì)室外密集部署場景——50 m半徑局部圓形區(qū)域部署10個(gè)微基站下調(diào)度情況的研究結(jié)果，如圖2所示，當(dāng)高負(fù)荷場景時(shí)，每個(gè)傳輸時(shí)間間隔內(nèi)也只有大約一半的小區(qū)在調(diào)度用戶。同時(shí)，只有約30%用戶的主干擾源信號(hào)強(qiáng)度高于其他干擾源信號(hào)強(qiáng)度3 dB以上，即大部分用戶不存在唯一的主干擾源，而是同時(shí)受到多個(gè)相鄰微基站的干擾。此外，由于微基站的發(fā)射功率隨著是否調(diào)度用戶而發(fā)生改變，因此用戶的主干擾源也可能是時(shí)變的。因此，密集組網(wǎng)場景下的干擾管理，需要充分的動(dòng)態(tài)化，只有隨著時(shí)變的主干擾源，甚至是時(shí)變的干擾源組和干擾信號(hào)強(qiáng)度而進(jìn)行靈活、及時(shí)的策略調(diào)整，才能充分獲得干擾抑制增益。

圖2 密集組網(wǎng)場景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

密集組網(wǎng)場景中的干擾管理，主要分為基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)和基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)2類。

2.1 基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，類似于eICIC［9-12］和 FeICIC［13-16］技術(shù)，其核心思想是識(shí)別作為用戶主干擾源的微基站，并申請對(duì)該微基站的部分子幀配置為幾乎空白子幀（ABS），從而在這些子幀上不發(fā)射或降低功率發(fā)射業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)而服務(wù)該用戶的微基站在這些ABS幀的位置上調(diào)度該用戶。

密集組網(wǎng)場景與宏微同頻組網(wǎng)場景相比，干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用上又有所不同。在宏微同頻組網(wǎng)場景中，ABS幀數(shù)量和位置的選擇通常由宏基站在收集微基站的信息后計(jì)算得到，且在計(jì)算模型中，干擾方向單一，一般僅考慮宏基站對(duì)微基站用戶的干擾。在密集組網(wǎng)場景中，作為某個(gè)用戶的主干擾源的微基站，其本身很可能也正在為一些用戶提供服務(wù)，而由其提供服務(wù)的這些用戶，又可能分別受到其他不同的相鄰微基站的干擾，干擾圖譜演變?yōu)槎鄠€(gè)微基站間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，需要綜合多個(gè)微基站的情況協(xié)同考慮ABS幀數(shù)量和位置的配置，如仍按照傳統(tǒng)方式計(jì)算變得十分困難。

繡襦香風(fēng)陣陣來，粉紅衣裳荷花裁，巧笑盈盈，牽著大鵬小鯤，站在抱日臺(tái)暖黃朝陽中等候著濕淋淋如水老鼠般依次由落星湖中鉆出來的四個(gè)人的，不是花圣宇晴，卻是誰？可站在她身邊，長身危立，紫襦黑衣，面如白玉，黑須漆漆，一手拈須，四十開外，沉靜如水的中年男子，他是誰？他高大的身形為什么這么眼熟，這位大叔，好像在哪里見過……

為了解決密集組網(wǎng)場景中復(fù)雜的網(wǎng)狀干擾協(xié)調(diào)問題，可采用以下2種不同的方案。

a）集中式架構(gòu)方案，設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)元，該網(wǎng)元與一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有微基站都存在連接，所有微基站都將自身的干擾協(xié)調(diào)需求和測量數(shù)據(jù)發(fā)送給該網(wǎng)元，而由該網(wǎng)元完成資源協(xié)同調(diào)度的計(jì)算工作，再將配置方案下發(fā)給相應(yīng)的微基站，該方案可以實(shí)現(xiàn)充分的動(dòng)態(tài)調(diào)整，但由于需要增加網(wǎng)元而可能引起網(wǎng)絡(luò)部署成本的提升。

b）分布式架構(gòu)方案，為區(qū)域內(nèi)的微基站分別預(yù)設(shè)多個(gè)ABS幀配置模板，根據(jù)干擾情況的變化或用戶業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)等方式選擇使用不同的模板，該方案計(jì)算簡單，但僅能實(shí)現(xiàn)有限程度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.2 基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，主要針對(duì)微基站可以聚合多個(gè)載波為用戶服務(wù)的場景，其核心思想是，基于保障為系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都提供指定速率以上的體驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)用戶速率低于該目標(biāo)，則通過在多個(gè)微基站間協(xié)調(diào)使用不同的子載波為用戶服務(wù)。

與基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)需要在眾多子幀中選配ABS子幀不同，由于系統(tǒng)可使用的頻率資源有限，基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)只需要在幾個(gè)載波中選擇開啟或關(guān)閉部分子載波，復(fù)雜度有所降低，但依然需要借助集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)2種方案解決微基站之間動(dòng)態(tài)變化的互相干擾問題。類似的，集中式架構(gòu)更有機(jī)會(huì)獲得全局的最優(yōu)解，而分布式架構(gòu)可能不會(huì)對(duì)所有潛在方案進(jìn)行一一分析，但可以更快速、以更低的復(fù)雜度獲得一個(gè)有限解。

3 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是以主干擾源基站在部分子幀上靜默為代價(jià)，即系統(tǒng)需要損失部分容量能力，因此該技術(shù)的應(yīng)用還需要考慮如何設(shè)置合適的啟動(dòng)門限以獲得最大收益。主要應(yīng)考慮2個(gè)方面因素，一方面是信干比情況，只有當(dāng)用戶的信干比足夠低時(shí)，容量能力的損失才能換取足夠的用戶體驗(yàn)提升；另一方面是主干擾源的干擾程度，只有當(dāng)主干擾源的信號(hào)強(qiáng)度足夠突出，即主干擾源的干擾信號(hào)強(qiáng)度超過其他干擾信號(hào)強(qiáng)度足夠多，對(duì)主干擾源基站的子幀做部分靜默處理才可能解決用戶的干擾問題。以分布式架構(gòu)為例，基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的執(zhí)行流程如圖3所示。

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程為：

圖3 分布式架構(gòu)基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程

a）UE1由微基站A提供服務(wù)，微基站A根據(jù)UE1的測量報(bào)告判斷基站B是UE1的主干擾源，并滿足功能開啟的條件。

b）微基站A向微基站B發(fā)起ABS子幀增加請求。

c）微基站B根據(jù)微基站A的請求配置ABS子幀，并將使用的模板發(fā)送給微基站A。

d）微基站A在微基站B新增的ABS子幀位置調(diào)度UE1。

e）當(dāng)UE1結(jié)束業(yè)務(wù)后，微基站A向微基站B發(fā)起ABS子幀取消請求，微基站B恢復(fù)原來的資源調(diào)度配置。

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)與基于時(shí)域的小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)不同的是，當(dāng)觸發(fā)功能開啟的UE終止業(yè)務(wù)或離開為其服務(wù)的微基站后，并不直接觸發(fā)所有微基站配置的恢復(fù)，而是需要判斷微基站配置的恢復(fù)是否會(huì)改善目前各微基站服務(wù)的用戶體驗(yàn)，以及配置的恢復(fù)是否可能導(dǎo)致系統(tǒng)中部分用戶的干擾增加而使業(yè)務(wù)體驗(yàn)下降，只有當(dāng)微基站配置的恢復(fù)能夠?yàn)橄到y(tǒng)性能帶來正增益時(shí)，才會(huì)恢復(fù)全部或部分的微基站配置。以分布式架構(gòu)為例，基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的執(zhí)行流程如圖4所。

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程為：

圖4 分布式架構(gòu)基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程

a）UE1由微基站A提供服務(wù)，微基站A檢測發(fā)現(xiàn)UE1無法到達(dá)系統(tǒng)應(yīng)為其提供的最低保障速率，微基站A通過UE1反饋的網(wǎng)絡(luò)信息確定目前UE1的主干擾源為微基站B，同時(shí)微基站A經(jīng)過計(jì)算確定若微基站B關(guān)閉1個(gè)載波即可使UE1達(dá)到最低保障速率，因此微基站A向微基站B申請關(guān)閉1個(gè)載波。

b）微基站B經(jīng)過計(jì)算關(guān)閉一個(gè)載波不會(huì)使微基站B服務(wù)的UE2無法達(dá)到最低保障速率，確定接收請求關(guān)閉載波CCn。

c）微基站A盡量使用CCn調(diào)度UE1。

上述流程中，由于微基站B關(guān)閉載波CCn后，也會(huì)減少UE2的可用資源，從而降低UE2的體驗(yàn)，因此微基站B在同意微基站A的請求前需要計(jì)算關(guān)閉1個(gè)載波是否會(huì)使UE2無法達(dá)到最低保障速率，如果將使UE2的體驗(yàn)無法滿足，則微基站B將拒絕微基站A的請求。此外，上述干擾協(xié)調(diào)流程，還可能存在另外一種情況，即微基站A只使用了部分可用載波，仍有部分載波空閑未使用，此時(shí)當(dāng)微基站A檢測發(fā)現(xiàn)滿足功能啟用條件時(shí)，微基站A需要計(jì)算是選擇繼續(xù)開啟空閑可用載波增大整體可調(diào)度的資源，還是申請其他微基站關(guān)閉一個(gè)載波降低對(duì)用戶的干擾，同樣的，選擇前者還需要考慮是否會(huì)增大對(duì)其他微基站服務(wù)用戶的干擾。

4 結(jié)束語

本文從超密集組網(wǎng)場景中小區(qū)間同頻干擾成為影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵問題出發(fā)，討論了超密集組網(wǎng)場景與一般的宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景和宏站組網(wǎng)場景同頻干擾特點(diǎn)的異同，提出了基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)和基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)2種適用于超密集組網(wǎng)場景的同頻干擾解決技術(shù)，并分別對(duì)比分析了2種技術(shù)在集中式和分布式架構(gòu)中的技術(shù)方案，之后分別給出了2種技術(shù)的應(yīng)用方案和典型的站間干擾協(xié)調(diào)流程。