超密集組網(wǎng)中的干擾管理技術(shù)研究

張 勍，盛 煜，馮 毅（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 引言

1 超密集組網(wǎng)場景中的同頻干擾特點(diǎn)

密集組網(wǎng)場景下的微基站間同頻干擾，與宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景下宏微間同頻干擾［4-6］和宏基站間的同頻干擾［7-8］特點(diǎn)均有明顯差異。

宏微異構(gòu)同頻組網(wǎng)場景中，微基站或與宏基站的覆蓋范圍交疊，或被宏基站的覆蓋范圍所包含，如圖1所示。就微基站服務(wù)的用戶而言，其主要干擾源即為該宏基站，處于宏微基站覆蓋交疊區(qū)域的微站用戶都受到該宏基站的影響。就宏基站服務(wù)的用戶而言，僅處于宏微覆蓋交疊區(qū)域周圍的宏站用戶受到微基站的干擾。此外，排除部分潮汐效應(yīng)明顯的場景，宏基站對微基站的干擾程度相對穩(wěn)定可預(yù)估。

圖1 宏微異構(gòu)同頻組網(wǎng)場景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

宏基站間的同頻干擾場景中，宏基站覆蓋邊緣的用戶受到其他宏基站的干擾，干擾源可能為臨近的1個(gè)或多個(gè)宏基站。而與宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景類似的是，宏基站間的干擾程度也相對穩(wěn)定。更為重要的是，通常通過調(diào)整天線方向角和下傾角等傳統(tǒng)網(wǎng)優(yōu)手段即可有效改善宏基站間的同頻干擾。

密集組網(wǎng)下微基站間同頻干擾場景中，根據(jù)3GPP對室外密集部署場景——50 m半徑局部圓形區(qū)域部署10個(gè)微基站下調(diào)度情況的研究結(jié)果，如圖2所示，當(dāng)高負(fù)荷場景時(shí)，每個(gè)傳輸時(shí)間間隔內(nèi)也只有大約一半的小區(qū)在調(diào)度用戶。同時(shí)，只有約30%用戶的主干擾源信號強(qiáng)度高于其他干擾源信號強(qiáng)度3 dB以上，即大部分用戶不存在唯一的主干擾源，而是同時(shí)受到多個(gè)相鄰微基站的干擾。此外，由于微基站的發(fā)射功率隨著是否調(diào)度用戶而發(fā)生改變，因此用戶的主干擾源也可能是時(shí)變的。因此，密集組網(wǎng)場景下的干擾管理，需要充分的動態(tài)化，只有隨著時(shí)變的主干擾源，甚至是時(shí)變的干擾源組和干擾信號強(qiáng)度而進(jìn)行靈活、及時(shí)的策略調(diào)整，才能充分獲得干擾抑制增益。

圖2 密集組網(wǎng)場景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

密集組網(wǎng)場景中的干擾管理，主要分為基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)和基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)2類。

2.1 基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，類似于eICIC［9-12］和 FeICIC［13-16］技術(shù)，其核心思想是識別作為用戶主干擾源的微基站，并申請對該微基站的部分子幀配置為幾乎空白子幀（ABS），從而在這些子幀上不發(fā)射或降低功率發(fā)射業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)而服務(wù)該用戶的微基站在這些ABS幀的位置上調(diào)度該用戶。

密集組網(wǎng)場景與宏微同頻組網(wǎng)場景相比，干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用上又有所不同。在宏微同頻組網(wǎng)場景中，ABS幀數(shù)量和位置的選擇通常由宏基站在收集微基站的信息后計(jì)算得到，且在計(jì)算模型中，干擾方向單一，一般僅考慮宏基站對微基站用戶的干擾。在密集組網(wǎng)場景中，作為某個(gè)用戶的主干擾源的微基站，其本身很可能也正在為一些用戶提供服務(wù)，而由其提供服務(wù)的這些用戶，又可能分別受到其他不同的相鄰微基站的干擾，干擾圖譜演變?yōu)槎鄠€(gè)微基站間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，需要綜合多個(gè)微基站的情況協(xié)同考慮ABS幀數(shù)量和位置的配置，如仍按照傳統(tǒng)方式計(jì)算變得十分困難。

繡襦香風(fēng)陣陣來，粉紅衣裳荷花裁，巧笑盈盈，牽著大鵬小鯤，站在抱日臺暖黃朝陽中等候著濕淋淋如水老鼠般依次由落星湖中鉆出來的四個(gè)人的，不是花圣宇晴，卻是誰？可站在她身邊，長身危立，紫襦黑衣，面如白玉，黑須漆漆，一手拈須，四十開外，沉靜如水的中年男子，他是誰？他高大的身形為什么這么眼熟，這位大叔，好像在哪里見過……

為了解決密集組網(wǎng)場景中復(fù)雜的網(wǎng)狀干擾協(xié)調(diào)問題，可采用以下2種不同的方案。

a）集中式架構(gòu)方案，設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)元，該網(wǎng)元與一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有微基站都存在連接，所有微基站都將自身的干擾協(xié)調(diào)需求和測量數(shù)據(jù)發(fā)送給該網(wǎng)元，而由該網(wǎng)元完成資源協(xié)同調(diào)度的計(jì)算工作，再將配置方案下發(fā)給相應(yīng)的微基站，該方案可以實(shí)現(xiàn)充分的動態(tài)調(diào)整，但由于需要增加網(wǎng)元而可能引起網(wǎng)絡(luò)部署成本的提升。

b）分布式架構(gòu)方案，為區(qū)域內(nèi)的微基站分別預(yù)設(shè)多個(gè)ABS幀配置模板，根據(jù)干擾情況的變化或用戶業(yè)務(wù)的優(yōu)先級等方式選擇使用不同的模板，該方案計(jì)算簡單，但僅能實(shí)現(xiàn)有限程度的動態(tài)調(diào)整。

2.2 基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，主要針對微基站可以聚合多個(gè)載波為用戶服務(wù)的場景，其核心思想是，基于保障為系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都提供指定速率以上的體驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)用戶速率低于該目標(biāo)，則通過在多個(gè)微基站間協(xié)調(diào)使用不同的子載波為用戶服務(wù)。

與基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)需要在眾多子幀中選配ABS子幀不同，由于系統(tǒng)可使用的頻率資源有限，基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)只需要在幾個(gè)載波中選擇開啟或關(guān)閉部分子載波，復(fù)雜度有所降低，但依然需要借助集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)2種方案解決微基站之間動態(tài)變化的互相干擾問題。類似的，集中式架構(gòu)更有機(jī)會獲得全局的最優(yōu)解，而分布式架構(gòu)可能不會對所有潛在方案進(jìn)行一一分析，但可以更快速、以更低的復(fù)雜度獲得一個(gè)有限解。

3 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是以主干擾源基站在部分子幀上靜默為代價(jià)，即系統(tǒng)需要損失部分容量能力，因此該技術(shù)的應(yīng)用還需要考慮如何設(shè)置合適的啟動門限以獲得最大收益。主要應(yīng)考慮2個(gè)方面因素，一方面是信干比情況，只有當(dāng)用戶的信干比足夠低時(shí)，容量能力的損失才能換取足夠的用戶體驗(yàn)提升；另一方面是主干擾源的干擾程度，只有當(dāng)主干擾源的信號強(qiáng)度足夠突出，即主干擾源的干擾信號強(qiáng)度超過其他干擾信號強(qiáng)度足夠多，對主干擾源基站的子幀做部分靜默處理才可能解決用戶的干擾問題。以分布式架構(gòu)為例，基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的執(zhí)行流程如圖3所示。

基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程為：

圖3 分布式架構(gòu)基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程

a）UE1由微基站A提供服務(wù)，微基站A根據(jù)UE1的測量報(bào)告判斷基站B是UE1的主干擾源，并滿足功能開啟的條件。

b）微基站A向微基站B發(fā)起ABS子幀增加請求。

c）微基站B根據(jù)微基站A的請求配置ABS子幀，并將使用的模板發(fā)送給微基站A。

d）微基站A在微基站B新增的ABS子幀位置調(diào)度UE1。

e）當(dāng)UE1結(jié)束業(yè)務(wù)后，微基站A向微基站B發(fā)起ABS子幀取消請求，微基站B恢復(fù)原來的資源調(diào)度配置。

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)與基于時(shí)域的小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)不同的是，當(dāng)觸發(fā)功能開啟的UE終止業(yè)務(wù)或離開為其服務(wù)的微基站后，并不直接觸發(fā)所有微基站配置的恢復(fù)，而是需要判斷微基站配置的恢復(fù)是否會改善目前各微基站服務(wù)的用戶體驗(yàn)，以及配置的恢復(fù)是否可能導(dǎo)致系統(tǒng)中部分用戶的干擾增加而使業(yè)務(wù)體驗(yàn)下降，只有當(dāng)微基站配置的恢復(fù)能夠?yàn)橄到y(tǒng)性能帶來正增益時(shí)，才會恢復(fù)全部或部分的微基站配置。以分布式架構(gòu)為例，基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的執(zhí)行流程如圖4所。

基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程為：

圖4 分布式架構(gòu)基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)流程

a）UE1由微基站A提供服務(wù)，微基站A檢測發(fā)現(xiàn)UE1無法到達(dá)系統(tǒng)應(yīng)為其提供的最低保障速率，微基站A通過UE1反饋的網(wǎng)絡(luò)信息確定目前UE1的主干擾源為微基站B，同時(shí)微基站A經(jīng)過計(jì)算確定若微基站B關(guān)閉1個(gè)載波即可使UE1達(dá)到最低保障速率，因此微基站A向微基站B申請關(guān)閉1個(gè)載波。

b）微基站B經(jīng)過計(jì)算關(guān)閉一個(gè)載波不會使微基站B服務(wù)的UE2無法達(dá)到最低保障速率，確定接收請求關(guān)閉載波CCn。

c）微基站A盡量使用CCn調(diào)度UE1。

上述流程中，由于微基站B關(guān)閉載波CCn后，也會減少UE2的可用資源，從而降低UE2的體驗(yàn)，因此微基站B在同意微基站A的請求前需要計(jì)算關(guān)閉1個(gè)載波是否會使UE2無法達(dá)到最低保障速率，如果將使UE2的體驗(yàn)無法滿足，則微基站B將拒絕微基站A的請求。此外，上述干擾協(xié)調(diào)流程，還可能存在另外一種情況，即微基站A只使用了部分可用載波，仍有部分載波空閑未使用，此時(shí)當(dāng)微基站A檢測發(fā)現(xiàn)滿足功能啟用條件時(shí)，微基站A需要計(jì)算是選擇繼續(xù)開啟空閑可用載波增大整體可調(diào)度的資源，還是申請其他微基站關(guān)閉一個(gè)載波降低對用戶的干擾，同樣的，選擇前者還需要考慮是否會增大對其他微基站服務(wù)用戶的干擾。

4 結(jié)束語

本文從超密集組網(wǎng)場景中小區(qū)間同頻干擾成為影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵問題出發(fā)，討論了超密集組網(wǎng)場景與一般的宏微異構(gòu)組網(wǎng)場景和宏站組網(wǎng)場景同頻干擾特點(diǎn)的異同，提出了基于時(shí)域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)和基于頻域的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)2種適用于超密集組網(wǎng)場景的同頻干擾解決技術(shù)，并分別對比分析了2種技術(shù)在集中式和分布式架構(gòu)中的技術(shù)方案，之后分別給出了2種技術(shù)的應(yīng)用方案和典型的站間干擾協(xié)調(diào)流程。