一種超密集組網(wǎng)的干擾抵消技術(shù)研究與仿真

許學(xué)卿　郭麗華　徐振戈

【摘要】? ? 超密集組網(wǎng)技術(shù)解決了通信網(wǎng)絡(luò)容量提升的問(wèn)題，卻引發(fā)了其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)部各基站之間由于站間距過(guò)小導(dǎo)致的站間干擾，干擾嚴(yán)重影響通信質(zhì)量，針對(duì)此問(wèn)題，本文提出利用相鄰第三小區(qū)部分功率向用戶發(fā)射干擾抵消增益的方法，以此抵消用戶接收到的干擾信號(hào)，提高通信質(zhì)量，提升用戶感知，并利用仿真軟件對(duì)本文提出的方法進(jìn)行建模仿真，對(duì)技術(shù)使用前后進(jìn)行了比較分析驗(yàn)證，由仿真結(jié)果可以看出使用干擾抵消技術(shù)后，同級(jí)別信噪比條件下，系統(tǒng)誤比特率均有一定的提升。

【關(guān)鍵詞】? ? 超密集組網(wǎng)? ? 干擾抵消增益? ? 瑞利衰落信道? ? 256QAM

一、概述

伴隨著萬(wàn)物互聯(lián)、AR/VR、自動(dòng)駕駛、智能醫(yī)療、智慧城市等各種高端理念的推行，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及各類智能終端數(shù)量急劇增長(zhǎng)。加之5G標(biāo)準(zhǔn)提出百萬(wàn)級(jí)接入/平方公里，用戶體驗(yàn)速率需達(dá)Gbps，時(shí)延縮減至1ms等高要求，這些都促使通信網(wǎng)絡(luò)向著更高流量、更多終端連接邁進(jìn)，導(dǎo)致未來(lái)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量將會(huì)以千倍的速度增長(zhǎng)，僅靠現(xiàn)有的技術(shù)已無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)容量的需求，尤其是高熱點(diǎn)區(qū)域。如何有效快速的解決網(wǎng)絡(luò)容量成為5G網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。

根據(jù)香農(nóng)公式

網(wǎng)絡(luò)容量與帶寬B和信噪比相關(guān)。由此可見，在一定信噪比條件下，要提高網(wǎng)絡(luò)的容量，需要擴(kuò)大通信網(wǎng)絡(luò)帶寬。實(shí)際工作中，頻譜資源并不是無(wú)限的，各運(yùn)營(yíng)商分得的帶寬是一定的。

為此，學(xué)術(shù)界提出將覆蓋區(qū)域內(nèi)流量按照物理單元進(jìn)行切分，通過(guò)大量部署高頻段高帶寬的微基站，縮小單位基站覆蓋面積，切分區(qū)域內(nèi)流量的方式，以達(dá)到滿足業(yè)務(wù)覆蓋系統(tǒng)，提高系統(tǒng)容量的目的，繼而形成了超密集組網(wǎng)。

二、超密集組網(wǎng)中的干擾問(wèn)題

超密集組網(wǎng)技術(shù)解決了熱點(diǎn)區(qū)域容量問(wèn)題，卻引發(fā)以下三大問(wèn)題：第一，由于站間距減小導(dǎo)致的頻繁移動(dòng)性管理問(wèn)題;第二，由于各類基站過(guò)密導(dǎo)致的站間干擾問(wèn)題;第三，由于流量劇增導(dǎo)致巨大的回傳壓力問(wèn)題。本文著重研究站間干擾問(wèn)題。

在超密集組網(wǎng)中，由于對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各類終端采用了分區(qū)管理方式，基站覆蓋范圍進(jìn)一步縮小，低功率傳輸節(jié)點(diǎn)的密度進(jìn)一步增大。該網(wǎng)絡(luò)部署方式下，低功率傳輸節(jié)點(diǎn)與各類終端的距離減小，發(fā)射功率大大降低，且非常接近，上下行鏈路的差別也越來(lái)越小。隨著網(wǎng)絡(luò)密集化程度的不斷提高，站間干擾和移動(dòng)性管理問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致用戶切換次數(shù)和切換失敗率顯著增加，影響用戶的體驗(yàn)。本文以網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信過(guò)程為例，模擬超密集組網(wǎng)的站間干擾問(wèn)題。如圖1所示。

假設(shè)cell_1和cell_2覆蓋區(qū)域內(nèi)均存在一個(gè)激活用戶，以cell_2與用戶UE2_1的通信過(guò)程為例，按照傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型，用戶UE2_1的接收信號(hào)r1，2中包含cell_2發(fā)送的信源信號(hào)、cell_1發(fā)送的干擾信號(hào)和通信信道中的噪聲信號(hào)三部分，表示如下：

ri， j表示第j個(gè)小區(qū)的第i個(gè)用戶的接收信號(hào)， Hk，i， j表示第j個(gè)小區(qū)到第i個(gè)小區(qū)中第k個(gè)用戶的信道系數(shù)，wn，m，i，j表示由第j個(gè)小區(qū)發(fā)送至第i個(gè)小區(qū)的信號(hào)給第m個(gè)小區(qū)第n個(gè)用戶所使用的權(quán)值，noisy表示噪聲，Si為第i個(gè)小區(qū)發(fā)送的信源信號(hào)，pi為第i個(gè)小區(qū)的功率。

三、干擾抵消技術(shù)

常用的干擾消除技術(shù)包括空白子幀、受限RLM/RRM（無(wú)線資源管理）測(cè)量、雙向CSI測(cè)量、eICIC、FeICIC、CoMP等。

干擾程度較輕微且分區(qū)較大時(shí)，可以使用Release-11提出的協(xié)同波束賦形/協(xié)同調(diào)度（CS/CB）等技術(shù)降低干擾。但該技術(shù)是利用多個(gè)小區(qū)為目標(biāo)用戶共同發(fā)送信號(hào)，占用資源過(guò)多，不利于熱點(diǎn)高負(fù)載場(chǎng)景。

對(duì)于熱點(diǎn)場(chǎng)景，組網(wǎng)分區(qū)細(xì)致，區(qū)域內(nèi)用戶數(shù)量有限，此時(shí)往往難以調(diào)度到合適的用戶在小區(qū)之間通過(guò)協(xié)作波束賦形。因此，用戶的位置關(guān)系決定了兩個(gè)用戶之間很難通過(guò)協(xié)同波束賦形/協(xié)同調(diào)度（CS/CB）進(jìn)行干擾協(xié)作。

為此本文提出如下的干擾抵消技術(shù)，該技術(shù)利用服務(wù)小區(qū)獲取干擾小區(qū)部分或全部資源上傳輸?shù)男畔?，服?wù)小區(qū)按照預(yù)定的權(quán)值、發(fā)送功率發(fā)送根據(jù)這些信息形成的干擾抵消信號(hào)，從而達(dá)到干擾消除的目的。

如圖2所示，假設(shè)要實(shí)現(xiàn)cell_2對(duì)用戶UE_2-1的通信過(guò)程，那么cell_1給其區(qū)域內(nèi)用戶UE_1-2發(fā)送的信號(hào)，將會(huì)對(duì)cell_2區(qū)域中的用戶UE_2-1造成嚴(yán)重干擾，此時(shí)cell_2為受害小區(qū)，UE_2-1為受害用戶;cell_1發(fā)送的信號(hào)即視為干擾信號(hào)，為降低UE_2-1受到的干擾，我們使第三方小區(qū)按照一定的功率發(fā)送干擾抵消信號(hào)w1，2，1，3S1，若在用戶設(shè)備UE2-1側(cè)，接受信號(hào)能滿足以下條件，

p1H1，2，1w2，1，1，1S1+p3H1，2，3w1，2，1，3S1≈0

即可視為cell_2對(duì)用戶UE_2-1的通信不受cell_1發(fā)送信號(hào)的干擾影響。

四、仿真結(jié)果與分析

基于以上理論分析，本文對(duì)該干擾抵消技術(shù)進(jìn)行仿真。由于超密集組網(wǎng)多數(shù)情況下分布于密集城區(qū)，因此本次仿真選擇適用于密集城區(qū)場(chǎng)景的瑞利衰落信道。

本文仿真條件如下：

調(diào)制方式：256QAM

天線配置：4T4R

信源幀數(shù)：10000

信道類型：瑞利衰落信道

干擾信號(hào)：高斯白噪聲+cell_1發(fā)射干擾信號(hào)

干擾抵消：cell_3發(fā)射干擾抵消信號(hào)

接收機(jī)算法：MMSE算法

仿真結(jié)果如圖3：

由仿真結(jié)果可見，使用干擾抵消技術(shù)后同級(jí)別信噪比條件下，通信系統(tǒng)誤比特率有了較為顯著的提升，在Eb/N0=20時(shí)，誤比特率由10-1級(jí)別提升至將近10-2級(jí)別。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陶小峰，徐瑨，張平.超密集無(wú)線組網(wǎng)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2019.7

[2]劉旭，費(fèi)強(qiáng)，白昱，韓劍.超密集組網(wǎng)綜述[J]. 電信技術(shù)，2019年1期

[3]周桂森. 5G超密集組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與組網(wǎng)架構(gòu)探討[J].? 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2020年10期

[4]宋軍. 5G 超密集組網(wǎng)的探討[J].? 廣西通信技術(shù)，2018年第3期

[5]關(guān)榮超.基于 5G 超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃新技術(shù)[J].? 通信設(shè)計(jì)與應(yīng)用， 2020 年 6 月

[6]李晨.基于 5G 關(guān)鍵技術(shù)的超密集組網(wǎng)規(guī)劃研究[J].? 電子元器件與信息技術(shù)， 2020 年 4 月

[7]吳 昊. 5G 無(wú)線接入網(wǎng)超密集組網(wǎng)設(shè)計(jì)方案前瞻 [J]. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化， 2018 年第16 期

[8]張勍，盛 煜，馮 毅.超密集組網(wǎng)中的干擾管理技術(shù)研究[J].? 無(wú)線通信 ，2019-07-16

許學(xué)卿，高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，主要從事無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。

郭麗華，中級(jí)工程師，現(xiàn)就職于河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，主要從事無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，無(wú)線仿真，數(shù)據(jù)交換專業(yè)工作。

徐振戈，中級(jí)工程師，現(xiàn)就職于河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，主要從事無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。