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)
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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)。