TD-LTE異構網絡時隙配置干擾仿真研究*

羌佳琳，李錦川，譚國平，李岳衡

(河海大學 計算機與信息學院 通信與信息系統研究所，江蘇 南京 210098)

目前由我國自主研發的TD-SCDMA技術[1]演進而來的一種國際化技術標準[4]——TD-LTE技術已廣泛運用于我國通信領域，它使用時分雙工技術，上下行使用相同頻率的載波[9]，其優勢體現在速率、時延[5]與頻譜使用率等方面。基于IP傳輸的家庭基站以及飛蜂窩基站等微蜂窩基站[2]的出現，為無線通信提供了更多靈活高效的傳輸方式，家庭基站是一種超小型移動服務基站，它是根據移動通信技術發展以及無線寬帶化需求應運而生的，主要改善了移動通信的室內覆蓋問題。而如今熱議的異構網絡就是將原來全部由宏基站承載的移動網絡負載分流到新型基站[10](家庭基站)，將一部分移動數據流從宏網絡分流，從而達到減少宏網絡的負載壓力的目的，同時家庭基站的引入，會對宏基站帶來許多新的干擾問題，對這些干擾問題需要進行進一步的研究。

為了適應突發的數據下行傳輸與上行傳輸業務越來越多[6]的互聯網發展，進一步提高基站的資源利用率,又提出多種不同的上下行時隙配比的幀結構[8]，基站可以根據自身的業務特點，靈活使用這些不同上下行時隙配比[9]的幀結構，但與此同時也會給系統帶來更多的干擾問題，比如同頻帶上鄰近小區上行(下行)對基站下行(上行)干擾，即交叉時隙干擾，以及鄰近小區間同頻帶上的上行(下行)與上行(下行)之間的干擾，即常規時隙干擾。

本文在對上述各技術理解的前提下，將它們進一步結合，重點采用系統仿真的方法，利用基于TD-LTE系統參數的TD-LTE異構網絡鏈路仿真平臺，對TD-LTE系統異構網絡在常規時隙與交叉時隙時產生的干擾進行仿真，分析不同干擾場景中的干擾特點，找出其產生原因，為以后研究相關的干擾抑制方案提供了參考。

1 TD-LTE異構網絡鏈路仿真平臺介紹

1.1 小區模型

如圖1所示，該仿真平臺顯示此小區建立了7個宏基站，每個宏基站配置3個扇區，則共有21個扇區；每個宏基站的扇區里面隨機布置10個宏基站用戶和20個房間相互獨立的家庭基站，每個家庭基站下面布置2個家庭基站用戶，每個家庭基站及其用戶都布置在同一個房間，宏基站用戶可布置在家庭基站房間外，也可布置在家庭基站房間內。

圖1 鏈路仿真小區模型示意圖

1.2 系統參數

鏈路仿真信號損耗參數表如表1所示，鏈路仿真系統參數表如表2所示。

表1 鏈路仿真信號損耗參數表

表2 鏈路仿真系統參數表

1.3 系統仿真流程

鏈路仿真主流程圖如圖2所示，該TD-LTE異構網絡鏈路仿真平臺首先按照單基站三扇區的格式固定宏基站和扇區的位置，然后根據每個宏基站的位置，在每個宏基站的每個扇區布置一定數量的家庭基站和宏基站用戶，接著在每個布置家庭基站的房間內隨機布置2個用戶，最后根據信干噪比計算公式：

圖2 鏈路仿真主流程圖

分別計算所有可能出現的干擾場景中的每個宏基站用戶、家庭基站用戶的上下行傳輸信干噪比，整個過程循環1 000次結束。因為宏基站的位置是固定的，所以不參與循環。

2 異構網絡靈活時隙配置干擾仿真

下面所研究的異構網絡專指由宏基站和家庭基站共同組成的網路，TD-LTE異構網絡采用靈活時隙配置技術，宏基站和家庭基站都會受到來自對方的干擾。在常規時隙和交叉時隙，家庭基站用戶的上下行傳輸雖然都會受到宏基站的干擾，但家庭基站分布于室內，外部干擾由于穿墻損耗變弱，且家庭基站用戶的上下行傳輸信干噪比基本分布在較高的數值上，所以家庭基站可正常運行，本文就不詳述。下面主要對在常規時隙和交叉時隙時，家庭基站對宏基站的兩種干擾場景[8]進行仿真與分析。

2.1 異構網絡宏基站常規時隙干擾

此場景中存在的干擾：(1)在系統的下行傳輸時隙，家庭基站對宏基站的下行干擾；(2)在系統的上行傳輸時隙，家庭基站的用戶對宏基站用戶的上行干擾；(3)同時宏基站還受到其他宏基站的干擾。

在單個宏基站的單個扇區內隨機布置5、10、15、20 個家庭基站，運用上述仿真平臺對在常規時隙，宏基站在受到不同數量家庭基站干擾下宏基站用戶上下行傳輸信干噪比分布情況進行仿真分析。

宏基站用戶上下行傳輸干擾統計圖如圖3所示，從中可以看出，在宏基站用戶的上行(下行)傳輸信干噪比概率一定的情況下，宏基站單扇區布置的家庭基站的數量越多，宏基站用戶的信干噪比越小，即宏基站用戶的上(下)行傳輸受到的干擾越強；在不同的家庭基站下，宏基站下行傳輸信干噪比分布曲線較之于上行傳輸改變幅度較小，且在單扇區分布5個家庭基站時，宏基站的上行資源塊信干噪比分布在0 dB以下的概率大約為50%，而單扇區分布20個家庭基站時，宏基站的下行資源塊信干噪比分布在0 dB以下的概率大約為20%。出現此現象是因為宏基站用戶的下行傳輸功率比上行傳輸功率高，從而其下行傳輸抗擾能力更強，也就是說，家庭基站對宏基站的上行傳輸干擾影響更大。

圖3 宏基站用戶上下行傳輸干擾統計圖

2.2 異構網絡宏基站交叉時隙干擾

此場景中存在干擾：(1)在宏基站的下行傳輸時隙，此時家庭基站處于上行傳輸時隙，則宏基站用戶的下行傳輸會受到家庭基站用戶的上行傳輸干擾；(2)在宏基站的上行傳輸時隙，家庭基站處于下行傳輸時隙，則宏基站用戶的上行傳輸會受到家庭基站用戶的下行傳輸干擾；(3)其他宏基站對該基站的常規時隙產生干擾。

在單個宏基站的單個扇區內隨機布置20個家庭基站，運用上述仿真平臺對在交叉時隙和常規時隙的宏基站用戶的上下行傳輸信干噪比分布情況進行對比仿真分析,如圖4所示。

圖4 異構網絡上下行傳輸用戶干擾對比圖

從圖4可以看出，較之于宏基站與家庭基站的常規時隙，宏基站與家庭基站交叉時隙時，同等條件下，在宏基站的上行傳輸時隙，宏基站用戶的信干噪比得到提高，在宏基站的下行傳輸時隙，宏基站用戶的信干噪比有所下降。出現此現象是由于家庭基站用戶上行傳輸功率(24 dBm)大于其下行傳輸功率(20 dBm)，較之于宏基站與家庭基站的常規時隙，在宏基站與家庭基站的交叉時隙時，宏基站用戶的上行傳輸受到的干擾降低，宏基站用戶的下行傳輸受到的干擾增強，且家庭基站分布較為集中，其干擾損耗基本相同。

2.3 TD-LTE異構網絡時隙干擾總結

在常規時隙，宏基站扇區布置家庭基站越多，宏基站的用戶的上下行傳輸受到的干擾越強，其中宏基站用戶的下行傳輸抗干擾能力優于其上行傳輸抗干擾能力。家庭基站分布的不確定性，使得在大規模應用家庭基站之前，需要制定相應技術方案去盡量避免家庭基站對宏基站的干擾。在交叉時隙，宏基站與家庭基站之間干擾變化不大，說明靈活時隙配置適用于該場景，但是宏基站用戶的下行傳輸受到干擾增強，因此將在下一階段對此種干擾做進一步研究。

本文首先簡要介紹了TD-LTE技術、異構網絡、家庭基站以及幀結構，然后基于TD-LTE網絡異構靈活時隙配置所帶來的干擾 (如常規時隙干擾和交叉時隙干擾)，建立了一個TD-LTE異構網絡鏈路仿真平臺，簡要介紹了其系統配置參數及仿真流程，并在不同的干擾場景下進行仿真，對仿真結果進行了分析。分析結果表明，常規時隙下，布置的家庭的數量將影響其對宏基站干擾的大小；在交叉時隙下，宏基站的下行傳輸受到家庭基站的上行傳輸的干擾較強。

由于本仿真家庭基站用戶都分布于布置家庭基站的房間內，因此下一步將對于家庭基站的用戶分布于其他房間或者室外的情況進行進一步仿真分析。也可以進一步研究抑制此類干擾的方案，使系統更加完善。

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