基于上行PUSCH 滑窗尋優(yōu)算法提升抗干擾能力的方案

李鐵鋼

（廣東海格怡創(chuàng)科技有限公司，廣東 廣州 510627）

0 引言

干擾問題是無線網(wǎng)絡(luò)通信中無法避免的難題之一，當(dāng)前5G 頻譜資源有限，移動(dòng)運(yùn)營商在2.6GHz 頻段、子載波30kHz、100MHz 帶寬配置下，僅有273 個(gè)RB 用于5G 網(wǎng)絡(luò)，無更多頻譜資源可用，隨著5G 站點(diǎn)建設(shè)及用戶的增多，網(wǎng)內(nèi)同頻干擾情況也逐漸明顯，網(wǎng)外干擾情況更加復(fù)雜。

1 5G 干擾類型

5G 網(wǎng)絡(luò)的干擾類型主要分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

內(nèi)部干擾主要是來自于5G 終端的干擾，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況下有些區(qū)域的D1、D2 仍然是4G 網(wǎng)絡(luò)的主力容量頻點(diǎn)，受限于網(wǎng)絡(luò)容量，未到達(dá)退頻條件，這樣就會(huì)存在5G 網(wǎng)絡(luò)100M 帶寬和4G 的D1、D2 同時(shí)存在的場(chǎng)景，在這種情況下同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的上傳業(yè)務(wù)時(shí)，5G 基站會(huì)接收到4G 終端的上傳信號(hào)，對(duì)5G 的信號(hào)產(chǎn)生內(nèi)部干擾，會(huì)導(dǎo)致基站的解調(diào)能力下降，嚴(yán)重影響用戶感知體驗(yàn)[1]。

外部的干擾主要是來其自他無線通信系統(tǒng)的信號(hào)干擾，根據(jù)干擾特征區(qū)分，外部的干擾分為雜散干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾和帶內(nèi)干擾。解決外部干擾問題往往需要配合基站端的各種抗干擾技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合各種干擾抑制、干擾協(xié)調(diào)與干擾消除的策略，以降低干擾造成的影響。

2 頻選調(diào)度算法

上行干擾一般具有頻率選擇性與隨機(jī)性，干擾可能在某些資源塊RB 上出現(xiàn)干擾強(qiáng)度大或者概率較大，或者在某些RB 上出現(xiàn)干擾強(qiáng)度小或者概率較小，尤其在5G 大帶寬的網(wǎng)絡(luò)中，干擾出現(xiàn)情況更為常見，因此我們要求5G 網(wǎng)絡(luò)在干擾環(huán)境中能有選擇性使用未被干擾的RB 進(jìn)行通信，從而降低干擾的影響，提高抗干擾的能力[2]。

眾所周知，5G 上行調(diào)度是用來給用戶體驗(yàn)（user experience, UE）分配PUSCH 資源的，上行調(diào)度由UE觸發(fā)與維持，上行調(diào)度總共包括兩個(gè)調(diào)度器，基站側(cè)有一個(gè)調(diào)度器，主要負(fù)責(zé)調(diào)度每個(gè)UE 的邏輯信道，UE 側(cè)有一個(gè)調(diào)度器負(fù)責(zé)調(diào)度邏輯信道組內(nèi)的邏輯信道。由于上行調(diào)度的調(diào)制與編碼策略（modulationand coding scheme, MCS）選擇和RB 計(jì)算協(xié)議中沒有明確的定義，因此各廠家實(shí)現(xiàn)的算法會(huì)有差異[3]。

上行頻選調(diào)度算法具體是指基站調(diào)度器根據(jù)UE上報(bào)的上行頻帶信道質(zhì)量，為每個(gè)UE 選擇最合適的頻帶資源?；緜?cè)調(diào)度器依據(jù)UE 所需要的RB 個(gè)數(shù)，為每個(gè)UE 設(shè)定一個(gè)滑動(dòng)的窗口，當(dāng)上行頻選調(diào)度開關(guān)打開時(shí)，從低頻段到高頻段依次滑動(dòng)窗口，基站側(cè)基于用戶在窗口內(nèi)的上行頻譜效率和信道質(zhì)量SINR 來估算滑動(dòng)窗口預(yù)期增益，選擇窗口內(nèi)預(yù)期增益最大的資源組合，避免高干擾區(qū)間，作為分配給用戶的資源，從而降低干擾的影響。

3 頻選調(diào)度算法的不足

深入研究發(fā)現(xiàn)通過上行頻選調(diào)度算法可以規(guī)避高干擾的PRB 區(qū)間，選擇干擾情況較小的頻域位置分配RB，提升小包用戶的調(diào)度的MCS，一定程度緩解了干擾情況，但它存在一些不足，頻選調(diào)度算法并未分配到SINR 最佳的RB 區(qū)段，尚有一定的優(yōu)化空間，具體過程如下。

通過分析感知質(zhì)差站點(diǎn)連續(xù)四天的時(shí)延變化，發(fā)現(xiàn)TCP 建鏈無線側(cè)時(shí)延與問題小區(qū)用戶數(shù)呈正相關(guān)，在忙時(shí)出現(xiàn)TCP 建鏈無線側(cè)高時(shí)延情況，核查小區(qū)同一時(shí)間階段用戶面相關(guān)的關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)（key performance indication, KPI），該小區(qū)表現(xiàn)較差的主要為上行相關(guān)的指標(biāo)，UE 進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，需進(jìn)行TCP 建鏈，TCP 建鏈流程如圖1 所示。TCP 無線側(cè)時(shí)延=TCP 建鏈確認(rèn)時(shí)延+TCP 建鏈成功到首事務(wù)請(qǐng)求時(shí)延[4]。

圖1 TCP 建鏈流程

核查干擾情況，發(fā)現(xiàn)問題小區(qū)的干擾為三段式內(nèi)部干擾，與該小區(qū)上行PUSCH 資源分配方案為上行三段式資源協(xié)同機(jī)制相關(guān)；PUSCH 連續(xù)調(diào)度過程中會(huì)進(jìn)一步按照上行SINR 頻選選擇子帶實(shí)時(shí)視頻服務(wù)器（simple realtime server, SRS）SINR 大于SRSSINR 平均值的子帶RB 起始位置，作為上行RB 資源分配起始位置，采集該小區(qū)RBslot 級(jí)上行干擾，發(fā)現(xiàn)該小區(qū)默認(rèn)上行RB 起始位置存在模三干擾，如圖2、圖3 所示。

圖2 RB slot 級(jí)上行干擾類型（一）

圖3 RB slot 級(jí)上行干擾類型（二）

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該小區(qū)已部署了針對(duì)小包業(yè)務(wù)的基于SINR 頻選功能，但通過采集問題小區(qū)的上行調(diào)度日志，定位大時(shí)延用戶的調(diào)度案例時(shí)，進(jìn)一步分析日志發(fā)現(xiàn)，該問題用戶實(shí)際分配的PRB 位置并未達(dá)到SINR 的最優(yōu)位置。目前PUSCH 上行基于SINR 的頻選流程，將273 個(gè)RB 以每4RB 為一個(gè)子帶，共68 子帶進(jìn)行SINR 測(cè)量跟蹤；當(dāng)子帶的SRSSINR 小于各子帶的SRSSINR 的平均值時(shí)，該子帶不可用，當(dāng)UE 觸發(fā)頻選條件后，將選擇可用子帶進(jìn)行上行資源分配。

通過上述問題分析，當(dāng)前的SINR 頻選流程只規(guī)避了高干擾的PRB 區(qū)間，但是并未分配到SINR 最佳的PRB 區(qū)段。針對(duì)頻選調(diào)度算法不足，我們對(duì)上行頻選流程進(jìn)一步優(yōu)化，通過采用PUSCH 調(diào)度滑窗機(jī)制，在上行可用PRB 區(qū)段內(nèi)進(jìn)行二次PRB 資源篩選，利用滑窗機(jī)制選出上行PUSCH 可用PRB 區(qū)間內(nèi)的最佳上行PRB 資源段，作為UE 實(shí)際上行PRB 分配的區(qū)間，提升信道質(zhì)量和抗干擾能力，從而縮短建鏈時(shí)延，提升小包業(yè)務(wù)性能[5]。

4 基于滑窗尋優(yōu)算法

針對(duì)上述缺陷問題，我們對(duì)上行頻選流程進(jìn)一步優(yōu)化提出基于PUSCH 滑窗尋優(yōu)算法，在上行可用PRB區(qū)段內(nèi)進(jìn)行二次PRB 資源篩選，利用滑窗尋優(yōu)機(jī)制選出上行PUSCH 可用PRB 區(qū)間內(nèi)的最佳上行PRB 資源段。實(shí)現(xiàn)優(yōu)中選優(yōu)，作為UE 實(shí)際上行PRB 分配的區(qū)間，如圖4 所示。

圖4 滑窗尋優(yōu)算法

優(yōu)化新的PUSCH 滑窗尋優(yōu)抗干擾方案后，將PRB大于SRSSINR 平均值的子帶作為PRB 分配可用子帶，在該區(qū)域進(jìn)一步按照PUSCH 滑窗進(jìn)行局部尋優(yōu)，最終找到的可用PRB 區(qū)間如圖5 所示，可以看到對(duì)于一個(gè)小包業(yè)務(wù)，可用PRB 資源段有三處，但是實(shí)際SINR 更高的明顯是3 號(hào)窗的位置最佳，引入PUSCH 滑窗尋優(yōu)算法流程后，最終用戶實(shí)際可以分配到2 號(hào)或3 號(hào)窗位置，SINR 相對(duì)更高，上行PUSCH 信道條件更好，時(shí)延能夠更短[6]。

上行PUSCH 滑窗尋優(yōu)算法需配合基于SINR 頻選功能使用，建議對(duì)已開啟基于SINR 頻選功能的站點(diǎn)進(jìn)行部署。打開SINR 頻選功能雖然會(huì)對(duì)站點(diǎn)信令負(fù)荷造成一定影響，但在干擾影響的區(qū)域所帶來的增益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于造成的影響。

5 效果驗(yàn)證

微信TCP 建鏈無線側(cè)時(shí)延質(zhì)差小區(qū)時(shí)延由414ms下降為145ms，下降幅度明顯，并且上行混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（hybrid automatic repeat-re quest, HARQ）重傳比例、多址接入信道（multiple access channel, MAC）層上行殘留誤塊率等指標(biāo)在小區(qū)忙時(shí)也有所下降。

進(jìn)行網(wǎng)格驗(yàn)證，優(yōu)化上行PUSCH 滑窗尋優(yōu)流程后，基礎(chǔ)KPI 指標(biāo)、MAC 層上行殘留誤塊率、上行HARQ 重傳比率、上行正交相移鍵控（quadrature phase shift keying, QPSK）編碼比例、上行誤塊率（block error rate, BLER）、含尾包的上行速率均有一定改善，如表1所示。

表1 基于滑窗尋優(yōu)網(wǎng)格優(yōu)化效果

對(duì)比開啟滑窗頻選前后兩天，TCP 建鏈無線側(cè)時(shí)延指標(biāo)均總體減少13.12ms，TCP 建鏈無線側(cè)時(shí)延指標(biāo)整體有所下降，并且在晚忙時(shí)改善最為明顯。

根據(jù)網(wǎng)格的部署效果來看，該方案對(duì)現(xiàn)網(wǎng)指標(biāo)增益均為正增益，推廣值全網(wǎng)實(shí)施，全網(wǎng)部署后指標(biāo)變化與網(wǎng)格驗(yàn)證趨勢(shì)相符，如表2 所示。

表2 基于滑窗尋優(yōu)全網(wǎng)優(yōu)化效果

6 應(yīng)用總結(jié)

通過上行頻選功能以及相關(guān)參數(shù)的部署，使終端用戶在不同網(wǎng)絡(luò)覆蓋的干擾情況下進(jìn)行大小包業(yè)務(wù)時(shí)進(jìn)入頻選，對(duì)覆蓋質(zhì)差下的小包業(yè)務(wù)用戶帶來了一定的增益，但是SINR 頻選流程只規(guī)避了高干擾的PRB區(qū)間，但是并未分配到SINR 最佳的PRB 區(qū)段，所以用戶感知表現(xiàn)不穩(wěn)定。

因此對(duì)該算法進(jìn)行改進(jìn)，在頻選功能基礎(chǔ)上引入基于滑窗機(jī)制算法，在PUSCH 上行的可用PRB 區(qū)段內(nèi)進(jìn)行二次PRB 資源篩選，利用滑窗機(jī)制算法，選出上行PUSCH 可用PRB 區(qū)間內(nèi)的最佳上行PRB 資源段，作為UE 實(shí)際上行PRB 分配的區(qū)間，提升信道質(zhì)量和抗干擾能力，從而縮短TCP 建鏈無線側(cè)時(shí)延，達(dá)到提升小包業(yè)務(wù)性能的效果，提升用戶感知，算法改進(jìn)后效果明顯。