一種超密集組網的干擾抵消技術研究與仿真

許學卿　郭麗華　徐振戈

【摘要】? ? 超密集組網技術解決了通信網絡容量提升的問題，卻引發了其網絡架構內部各基站之間由于站間距過小導致的站間干擾，干擾嚴重影響通信質量，針對此問題，本文提出利用相鄰第三小區部分功率向用戶發射干擾抵消增益的方法，以此抵消用戶接收到的干擾信號，提高通信質量，提升用戶感知，并利用仿真軟件對本文提出的方法進行建模仿真，對技術使用前后進行了比較分析驗證，由仿真結果可以看出使用干擾抵消技術后，同級別信噪比條件下，系統誤比特率均有一定的提升。

【關鍵詞】? ? 超密集組網? ? 干擾抵消增益? ? 瑞利衰落信道? ? 256QAM

一、概述

伴隨著萬物互聯、AR/VR、自動駕駛、智能醫療、智慧城市等各種高端理念的推行，移動互聯網、物聯網及各類智能終端數量急劇增長。加之5G標準提出百萬級接入/平方公里，用戶體驗速率需達Gbps，時延縮減至1ms等高要求，這些都促使通信網絡向著更高流量、更多終端連接邁進，導致未來網絡數據流量將會以千倍的速度增長，僅靠現有的技術已無法滿足網絡容量的需求，尤其是高熱點區域。如何有效快速的解決網絡容量成為5G網絡的研究熱點之一。

根據香農公式

網絡容量與帶寬B和信噪比相關。由此可見，在一定信噪比條件下，要提高網絡的容量，需要擴大通信網絡帶寬。實際工作中，頻譜資源并不是無限的，各運營商分得的帶寬是一定的。

為此，學術界提出將覆蓋區域內流量按照物理單元進行切分，通過大量部署高頻段高帶寬的微基站，縮小單位基站覆蓋面積，切分區域內流量的方式，以達到滿足業務覆蓋系統，提高系統容量的目的，繼而形成了超密集組網。

二、超密集組網中的干擾問題

超密集組網技術解決了熱點區域容量問題，卻引發以下三大問題：第一，由于站間距減小導致的頻繁移動性管理問題;第二，由于各類基站過密導致的站間干擾問題;第三，由于流量劇增導致巨大的回傳壓力問題。本文著重研究站間干擾問題。

在超密集組網中，由于對網絡中各類終端采用了分區管理方式，基站覆蓋范圍進一步縮小，低功率傳輸節點的密度進一步增大。該網絡部署方式下，低功率傳輸節點與各類終端的距離減小，發射功率大大降低，且非常接近，上下行鏈路的差別也越來越小。隨著網絡密集化程度的不斷提高，站間干擾和移動性管理問題變得越來越嚴重，導致用戶切換次數和切換失敗率顯著增加，影響用戶的體驗。本文以網絡中的一個通信過程為例，模擬超密集組網的站間干擾問題。如圖1所示。

假設cell_1和cell_2覆蓋區域內均存在一個激活用戶，以cell_2與用戶UE2_1的通信過程為例，按照傳統的信號傳輸系統模型，用戶UE2_1的接收信號r1，2中包含cell_2發送的信源信號、cell_1發送的干擾信號和通信信道中的噪聲信號三部分，表示如下：

ri， j表示第j個小區的第i個用戶的接收信號， Hk，i， j表示第j個小區到第i個小區中第k個用戶的信道系數，wn，m，i，j表示由第j個小區發送至第i個小區的信號給第m個小區第n個用戶所使用的權值，noisy表示噪聲，Si為第i個小區發送的信源信號，pi為第i個小區的功率。

三、干擾抵消技術

常用的干擾消除技術包括空白子幀、受限RLM/RRM（無線資源管理）測量、雙向CSI測量、eICIC、FeICIC、CoMP等。

干擾程度較輕微且分區較大時，可以使用Release-11提出的協同波束賦形/協同調度（CS/CB）等技術降低干擾。但該技術是利用多個小區為目標用戶共同發送信號，占用資源過多，不利于熱點高負載場景。

對于熱點場景，組網分區細致，區域內用戶數量有限，此時往往難以調度到合適的用戶在小區之間通過協作波束賦形。因此，用戶的位置關系決定了兩個用戶之間很難通過協同波束賦形/協同調度（CS/CB）進行干擾協作。

為此本文提出如下的干擾抵消技術，該技術利用服務小區獲取干擾小區部分或全部資源上傳輸的信息，服務小區按照預定的權值、發送功率發送根據這些信息形成的干擾抵消信號，從而達到干擾消除的目的。

如圖2所示，假設要實現cell_2對用戶UE_2-1的通信過程，那么cell_1給其區域內用戶UE_1-2發送的信號，將會對cell_2區域中的用戶UE_2-1造成嚴重干擾，此時cell_2為受害小區，UE_2-1為受害用戶;cell_1發送的信號即視為干擾信號，為降低UE_2-1受到的干擾，我們使第三方小區按照一定的功率發送干擾抵消信號w1，2，1，3S1，若在用戶設備UE2-1側，接受信號能滿足以下條件，

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

即可視為cell_2對用戶UE_2-1的通信不受cell_1發送信號的干擾影響。

四、仿真結果與分析

基于以上理論分析，本文對該干擾抵消技術進行仿真。由于超密集組網多數情況下分布于密集城區，因此本次仿真選擇適用于密集城區場景的瑞利衰落信道。

本文仿真條件如下：

調制方式：256QAM

天線配置：4T4R

信源幀數：10000

信道類型：瑞利衰落信道

干擾信號：高斯白噪聲+cell_1發射干擾信號

干擾抵消：cell_3發射干擾抵消信號

接收機算法：MMSE算法

仿真結果如圖3：

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

參? 考? 文? 獻

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許學卿，高級工程師，現就職于河南省信息咨詢設計研究有限公司，主要從事無線通信的網絡規劃與設計工作。

郭麗華，中級工程師，現就職于河南省信息咨詢設計研究有限公司，主要從事無線通信的網絡規劃與設計，無線仿真，數據交換專業工作。

徐振戈，中級工程師，現就職于河南省信息咨詢設計研究有限公司，主要從事無線通信的網絡規劃與設計。