蜂窩物聯(lián)網(wǎng)抗干擾技術(shù)分析與研究

吳澤龍

【摘要】? ? 在近年來的社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)協(xié)同發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也獲得了十分迅速的發(fā)展。目前，該技術(shù)已經(jīng)在社會的各行各業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，并實現(xiàn)了自身技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。尤其是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，更是在覆蓋性方面發(fā)揮出了顯著優(yōu)勢。但是在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用過程中，抗干擾問題始終是一項典型的、有待解決的問題。因此，為提升蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾能力，盡最大限度避免干擾問題對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效果的不利影響，本文對其抗干擾技術(shù)進行了分析。希望通過本次的分析，可以對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)抗干擾問題的解決及其應(yīng)用質(zhì)量的提升有所幫助。

【關(guān)鍵詞】? ? 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)? ? 抗干擾問題? ? 抗干擾技術(shù)

引言：

隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的工作都實現(xiàn)了便利性的進一步提升。在這一大環(huán)境下，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)有著非常廣闊的應(yīng)用空間與發(fā)展前景，在目前已成為一項關(guān)鍵的智慧產(chǎn)業(yè)技術(shù)。相比較傳統(tǒng)形式的物聯(lián)網(wǎng)而言，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以將其信號的覆蓋區(qū)域按照若干個小規(guī)模區(qū)域來進行劃分，并對這些小的區(qū)域進行相關(guān)頻譜設(shè)定，這樣就實現(xiàn)了覆蓋規(guī)模的顯著擴大。但是這種網(wǎng)絡(luò)覆蓋形式也為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用帶來了更多的干擾問題。

因此，要想有效提升蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用效果，使其技術(shù)優(yōu)勢在當(dāng)今社會的各個領(lǐng)域中得以充分發(fā)揮，技術(shù)人員就應(yīng)該加強對其抗干擾技術(shù)的研究，讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾問題得以有效解決。

一、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的干擾原理分析

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)是將空口協(xié)議和專用頻段作為基礎(chǔ)，讓物聯(lián)網(wǎng)連接方面的功率、成本、范圍以及速率方面需求得以良好滿足的一種通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中，主要的應(yīng)用場所是B5頻段以及B8頻段，而蜂窩物聯(lián)網(wǎng)主要的干擾因素來自于系統(tǒng)內(nèi)部，其主要的干擾原因是重復(fù)進行頻率使用。一般情況下，在對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)進行組網(wǎng)的過程中，同一頻率會被應(yīng)用到不同基站，隨著基站中同一頻率越來越多的復(fù)用，其復(fù)用距離將會越來越小，這樣就使其系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生同頻干擾問題。同時，由于自然環(huán)境中存在著很多的輻射、噪音以及電磁變化等的因素，這些外部因素也會對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生一定程度的干擾。

另外，如果蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的授權(quán)頻段并未恰當(dāng)使用，導(dǎo)致低頻段通信出現(xiàn)諧波泄露情況，也會對其造成一定程度的干擾。在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生了干擾之后，其通信傳輸?shù)馁|(zhì)量將會受到很大程度的不利影響，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)信號傳輸中斷現(xiàn)象，對通信系統(tǒng)運行的速率、穩(wěn)定性及其安全性都造成不利影響[1]。

在此過程中，因為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對于掉線故障并不具備足夠的敏感度，所以在掉線頻率增加的情況下，其通信系統(tǒng)中的負(fù)荷也將會變得越來越重，這對于故障的修復(fù)也將帶來一定程度的不利影響。

二、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)抗干擾技術(shù)應(yīng)用分析

2.1系統(tǒng)設(shè)計中的抗干擾技術(shù)應(yīng)用

在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計中，通過抗干擾技術(shù)的合理應(yīng)用，可有效解決蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的干擾問題，提升其通信傳輸質(zhì)量。比如，在NB-IOT中，將OFDMA技術(shù)作為其下行多址技術(shù)，對于無線幀長、15kHz子載波間隔、時隙、子幀以及每時隙中的OFMD符號數(shù)等進行設(shè)置的過程中，通過和LTE相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計法進行設(shè)計，其總載波帶寬可以達到180kHz，與一個LTE PRB所具有的帶寬相當(dāng)，這樣就可以為其與LTE之間的兼容效果提供有效保障，同時也可以讓帶內(nèi)部署更具可行性。

NB-IOT上行是將SC-FDMA作為基礎(chǔ)，可以為單頻傳輸以及多頻傳輸提供支持，其單頻傳輸主要包括3.75kHz形式的單頻傳輸以及15kHz形式的單頻傳輸;多頻傳輸是N*155kHz形式的多頻傳輸，同時也是和LTE子載波相同的方式進行子載波設(shè)計。

在NB-IOT中，主要的部署方式有三種，其一是獨立部署，該部署在GSM這一頻段的場景之下十分適用，借助于GMS中200kHz形式的通信帶寬，可以對NB-IOT中的180kHz形式帶寬提供良好的容納效果，同時也可以在其兩邊分別進行10kHz形式的保護間隔預(yù)留。其二是保護帶部署，該部署在LTE邊緣保護頻帶中十分適用，將180kHz形式的空閑保護帶寬用作NB-IOT中的載波頻段[2]。其三是帶內(nèi)部署，該部署可以對LTE載波中間同步通信以及廣播通信之外的所有信號資源塊進行占用。

在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計中，通過對NB-IOT進行子載波設(shè)計，可以使其子載波和其他LTE形式的子載波之間保持正交性，以此來實現(xiàn)抗干擾能力的顯著提升。同時，在該系統(tǒng)的設(shè)計中，也將相應(yīng)的重傳機制加入到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的物理層內(nèi)，讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以在同站部署情況下提供出更優(yōu)于LTE的覆蓋性能以及抗干擾性能。

2.2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的抗干擾技術(shù)應(yīng)用

在對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中，主要應(yīng)該將覆蓋和干擾受限這兩個指標(biāo)作為基礎(chǔ)。首先，在基站小區(qū)服務(wù)范圍的周圍有同樣的通信干擾源存在，根據(jù)蜂窩網(wǎng)的具體組網(wǎng)方式，為了使其在相應(yīng)區(qū)域中達到無縫覆蓋效果，一般可通過六邊形、正方形以及三角形的形式來進行覆蓋模型確定。從理論來講，六邊形覆蓋可以讓基站數(shù)量達到最少，且能夠讓平均信噪比指標(biāo)達到最優(yōu)。如果服務(wù)小區(qū)和周圍很多小區(qū)所應(yīng)用的信道相同，而且是彼此的干擾源，超出小區(qū)范圍以外的信號強度疊加值就是其他小區(qū)對這個服務(wù)小區(qū)的信號干擾強度值，六邊形的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型中，干擾源會將小區(qū)基站作為圓心，將復(fù)用距離的N倍作為半徑來對其產(chǎn)生干擾，根據(jù)實際的等效干擾來判斷，這個干擾源數(shù)量相當(dāng)于6N。

在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中，為了讓整個服務(wù)區(qū)域中的信道總?cè)萘康靡杂行ПＵ?，?yīng)該將信道或者是同頻小區(qū)之間的間距進一步加大，也就是通過復(fù)用距離的增加來實現(xiàn)干擾的降低。具體規(guī)劃中，應(yīng)該在邊緣小區(qū)中的信號強度得以保障的基礎(chǔ)上對天線俯仰角等的這些參數(shù)進行合理調(diào)整，盡量將控制小區(qū)內(nèi)的信號覆蓋范圍控制在其邊界范圍之內(nèi)，并對其越區(qū)覆蓋強度加以有效限制，使其控制在可以接受的范圍，通過這樣的方式，才可以有效實現(xiàn)信噪比的提升[3]。

邊緣小區(qū)內(nèi)的信噪比提升是實際網(wǎng)咯布局中的主要優(yōu)化方式，只有將干擾以及覆蓋之間的矛盾處理好，才可以讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)整個覆蓋范圍內(nèi)信號傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)性能的全面優(yōu)化。

2.3網(wǎng)絡(luò)抗干擾技術(shù)的應(yīng)用

1、干擾消除技術(shù)的應(yīng)用

在近年來的無線網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方面的技術(shù)研究中，干擾消除技術(shù)已經(jīng)成為了一項重點研究的技術(shù)，特別是在MIMO這一系統(tǒng)中，采用多天線的形式來進行空間分集，以此來消除發(fā)送端以及接收端的干擾。在MIMO形式的多用戶場景中，借助于干擾對齊技術(shù)，可以讓整個系統(tǒng)實現(xiàn)信道容量的提升，其主要原理是采用預(yù)編碼形式讓發(fā)送方的干擾在特點形式的信號空間中對齊，進而將其他信號空間所產(chǎn)生的干擾全部消除，讓多鏈路可以通過相同的資源來傳輸信號。因為部署密集的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)干擾用戶有很多，且這些用戶之間的耦合關(guān)系也十分復(fù)雜，很多條件又會對干擾對齊起到制約作用，資源控制也有著比較大的重復(fù)性，所以對終端也就有著更高的要求，因此在當(dāng)今的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中，這樣的低成本、低功率應(yīng)用場景仍需進一步研究。

另一個干擾消除技術(shù)是多點協(xié)同傳輸技術(shù)（COMP），該技術(shù)主要在基站的下行鏈路中應(yīng)用，具體應(yīng)用中，蜂窩基站首先需要通過分布式多天線中的收發(fā)機構(gòu)對邊緣小區(qū)內(nèi)的用戶所受干擾進行聯(lián)合預(yù)編碼，并借助于信道估計以及信道檢測來進行有關(guān)信道矩陣的求解，然后在基站中進行相應(yīng)的終端技術(shù)接收濾波器以及預(yù)制編碼器的配制，通過這樣的方式，可有效降低甚至消除小區(qū)之間的干擾情況。但是在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，求解過程十分復(fù)雜，而且相關(guān)器件參數(shù)的估計也很難得出最優(yōu)解，這也是該技術(shù)應(yīng)用過程中一個有待解決的問題。

2、智能天線技術(shù)的應(yīng)用

智能天線技術(shù)的主要原理就是借助于天線矩陣調(diào)節(jié)來實現(xiàn)信號發(fā)送強度的提升。具體應(yīng)用中，通過無線信號傳輸在空間相干擾性所產(chǎn)生的既定波束，讓無線信號被導(dǎo)入一個既定的方向。借助于智能天線技術(shù)，可以讓無線信號的波束到達期望的基站或者是用戶，使其不再以干擾源的形式存在，通過這樣的方式，就可以實現(xiàn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)信號干擾的顯著降低。

且因為物聯(lián)網(wǎng)在具體應(yīng)用中對于設(shè)備并沒有很高的移動性需求，所以在用戶鏈接密集分布且不夠均勻的場景中，該技術(shù)可以對空口資源實現(xiàn)有效利用。但是因為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用過程中對于上行數(shù)據(jù)以及下行數(shù)據(jù)的需求并不平衡，其主要的傳輸是上行傳輸，所以通常需要一個低成本的終端，所以這樣的情況也讓智能天線技術(shù)受到了一定程度的應(yīng)用限制[4]。

3、跳頻通信技術(shù)的應(yīng)用

跳頻通信技術(shù)是保密通信這一領(lǐng)域最早應(yīng)用的一種技術(shù)，該技術(shù)的主要應(yīng)用原理是借助于信號頻率的快速改變來限制窺探著的信號捕捉。將該技術(shù)應(yīng)用到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾領(lǐng)域中，可以讓惡意干擾得到有效屏蔽，所以相比較普通通信中的抗干擾技術(shù)而言，該技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)信噪比的有效提升。

因為LTE系統(tǒng)通過頻率選擇的形式進行下行系統(tǒng)調(diào)度，所以該技術(shù)的應(yīng)用只需要對上行系統(tǒng)進行控制。比如，在PUSCH信道中，跳頻通信技術(shù)的應(yīng)用就使其頻率達到了分集增益效果，進而實現(xiàn)了系統(tǒng)抗干擾能力的顯著提升。因此，在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中，跳頻通信技術(shù)的應(yīng)用可以讓系統(tǒng)的惡意干擾抵御能力和魯棒性實現(xiàn)進一步的提升，以此來實現(xiàn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)干擾的有效抑制。

三、結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)今的信息化時代中，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，并在各個行業(yè)中發(fā)揮出了十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。但是由于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)形式比較特殊，所以在具體應(yīng)用中難免會遇到干擾問題，且造成其干擾問題的因素也有很多。

因此，在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展中，技術(shù)人員一定要明確其干擾產(chǎn)生的原理，并通過合理的技術(shù)措施來解決其干擾問題，提升蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾能力。

參? 考? 文? 獻

[1]貢冰洲.關(guān)于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾技術(shù)研究[J].信息技術(shù)與信息化，2020（8）：142-144.

[2]張鵬.蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)機，2020（6）：22-23.

[3]陳星.蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾技術(shù)分析[J].中國新通信，2020（14）：75.

[4]李燁，劉大暢，賀嘉敏.蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的抗干擾技術(shù)研究[J].中國新通信，2019（8）：22-23.