周慧娟

TD-LTE技術(shù)是目前4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)。通過建立以基站為0點(diǎn)的空分模型，討論了此模型下干擾源的產(chǎn)生機(jī)理，并分析了純粹基于空間、時(shí)間、頻率復(fù)用技術(shù)上同頻干擾的解決方案。筆者認(rèn)為，通過合理的資源優(yōu)化，在終端數(shù)沒有超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量的情況下，絕大部分同頻干擾都是可以避免的。

TD-LTE 同頻干擾 MIMO

A Solution of Co-channel Interference in TD-LTE Networks

ZHOU Hui-juan

TD-LTE is the core technology to realize 4G network. A space division model is established which takes the base station as the zero dot and the generation mechanism of the interference source is discussed using this model. In addition， the solution of co-channel interference is analyzed purely based on space， time and frequency reuse technology. It is believed that most of co-channel interference can be avoided through the reasonable resource optimization in the case that the number of the terminals does not surpass the designed capacity of the system.

TD-LTE co-channel interference MIMO

1 引言

4G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)是分組交換技術(shù)在移動通訊中完全取代線路交換技術(shù)。由于分組交換技術(shù)的支持，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)支持更多終端的接入，因此TD-LTE技術(shù)可以提供更低成本的服務(wù)。但是，TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)資源不是無限的。當(dāng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)量達(dá)到臨界時(shí)，其同頻干擾現(xiàn)象就會增加。本a文將重點(diǎn)討論基于高維度時(shí)空分配和定位技術(shù)的防干擾方案。

2 空間模型的建立

基于3天線技術(shù)的TD-LTE一般采用六邊形作為空間劃分單元，而本文為了研究廣泛性的TD-LTE干擾避免方式，采用無極柱面坐標(biāo)的方式進(jìn)行研究。以基站為圓心點(diǎn)，以正北作為ω=0，沿順時(shí)針方向布置軸坐標(biāo)，以圓心為0點(diǎn)，向外逐漸布置值坐標(biāo)。假設(shè)存在O1和O2兩個(gè)基站可以將信號覆蓋到A點(diǎn)，那么存在|O1A|和|O2A|兩個(gè)向量值。若δ=|O1A|-|O2A|，則即使O1和O2兩個(gè)基站之間實(shí)現(xiàn)了完整的時(shí)序同步，仍然存在δ/c的時(shí)序干擾差。而為了實(shí)現(xiàn)不同基站之間的無縫拼合，在基站的近圓形覆蓋面積下，必定有δ>0，也就是說，這種因?yàn)闀r(shí)間差導(dǎo)致的時(shí)分干擾是必定存在的。傳統(tǒng)的2G通訊技術(shù)，不論是基于GSM的技術(shù)還是基于CDMA的技術(shù)，都必須在兩個(gè)時(shí)序塊之間添加空白時(shí)序塊來避開這種干擾，此種空白時(shí)序塊的添加嚴(yán)重影響到了系統(tǒng)的利用率。但是，在TD-LTE技術(shù)中幾乎不需要這種空白時(shí)序塊的輔助作用。

同頻干擾原理圖如圖1所示：

圖1 同頻干擾原理圖

3 抗干擾思路

3.1 定位算法判斷A點(diǎn)位置

通過握手協(xié)議，假設(shè)A點(diǎn)可以聯(lián)系到至少3個(gè)基站，其中可用基站不少于2個(gè)，設(shè)3個(gè)基站的極坐標(biāo)圓心為O1、O2、O3，那么存在：

（1）

根據(jù)公式（1），因?yàn)閨AO1|、|AO2|、|AO3|是可以直接測量的，通過擬合計(jì)算，能夠較精確地得到ω1、ω2、ω3。此時(shí)，O1、O2、O3可以根據(jù)各自的通訊主瓣控制方法，確保各自的通訊主瓣不會發(fā)生交叉。

3.2 抑制算法最大程度減少單載波的交叉使用

發(fā)射端波束賦形是一種利用發(fā)射端的多根天線降低用戶間干擾的方法。其實(shí)質(zhì)是通過控制信號主瓣的朝向，避開可能被干擾的用戶?；蛘呤钦f，處于相互干擾區(qū)的兩個(gè)距離較近客戶，可能在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中被分配到兩個(gè)基站作為通訊基站，通訊基站會利用各自主瓣的強(qiáng)指向性，彼此之間的同頻載波可以實(shí)現(xiàn)互不干擾。通過多根天線之間的多天線技術(shù)，也就是不同天線之間的相互抑制原理，可以實(shí)現(xiàn)比原純蜂窩狀結(jié)構(gòu)的GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò)更加優(yōu)秀的空間復(fù)用表現(xiàn)。

假設(shè)基站接受到的信號為：

（2）

也就是說，基站可從以上信息中提取權(quán)值實(shí)現(xiàn)對于干擾信號的抑制：

（3）

因此，如果系統(tǒng)采用了N個(gè)天線，那么可以抑制最多（N-1）個(gè)干擾源。

3.3 及時(shí)跳頻改善網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

由于TD-LTE往往提供了多個(gè)頻段可以利用，所以如果發(fā)現(xiàn)確實(shí)無法避免同頻干擾時(shí)，會通過跳頻約定機(jī)制實(shí)現(xiàn)通訊的跳頻。雖然無法改變通訊的空間位置和時(shí)間，但是可以控制較多的頻率分布，使得距離較近的通訊終端能被劃分到不同的頻率下?；蛘呤钦f，同頻干擾在某種意義上可以作為跳頻的觸發(fā)事件。

4 評價(jià)方式研究

在柱面坐標(biāo)系O1下，本文定義了兩個(gè)擴(kuò)展維度：一是時(shí)間T；二是頻率P。那么，對于特定時(shí)間塊T上使用頻率P的載波，可能出現(xiàn)相同載波發(fā)生交叉的頻率與系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)基站O的數(shù)量N是分不開的。假設(shè)共有N個(gè)交叉數(shù)據(jù)的基站，各個(gè)基站擁有相同的頻率可選片P，則有：

（4）

假設(shè)該區(qū)域內(nèi)的移動終端數(shù)量為ζ個(gè)，且系統(tǒng)可以劃分的時(shí)間片數(shù)量為B個(gè)，那么肯定存在一種情況：

ζ=B·count（P） （5）

公式（5）是目前TD-LTE模式下通過時(shí)空劃分可以實(shí)現(xiàn)的抗干擾的干擾源劃分臨界，超過此臨界值的同頻干擾已經(jīng)無法避免。因此，對于基站的容量計(jì)算上，如果超過了此值，就需要適當(dāng)實(shí)現(xiàn)基站的擴(kuò)容。而TD-LTE基站的擴(kuò)容較為簡單，并不需要單純的增加基站數(shù)量，而是可以通過增加基站的天線數(shù)即可實(shí)現(xiàn)較大程度的基站擴(kuò)容。

5 其他防干擾方式

由于篇幅所限，本文僅討論一種利用柱面模型下空間復(fù)用技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行的防干擾方式，這種方式是多天線技術(shù)的擴(kuò)展。但是，TD-LTE防干擾是一個(gè)系統(tǒng)化的體系，目前比較常用的是EPRE模式、ICIC模式、eNB模式等多種不同的模式。

EPRE模式采用功率劃分的方法，使得共線用戶如果無法進(jìn)行信號主瓣的分離，那么可以通過控制基站在此主瓣覆蓋范圍的發(fā)送功率，使得近端用戶可以接收到完整信號，而遠(yuǎn)端用戶不會因?yàn)榇溯d波的功率而造成影響通訊的干擾?？臻g上較為接近的兩個(gè)相互干擾用戶可以使用此種方式分離。此種方式下可能會適當(dāng)降低兩個(gè)沖突用戶的通訊質(zhì)量，但是能最大限度地滿足這兩個(gè)用戶的連接可靠性。

ICIC模式是全靜態(tài)資源分配方法，這種方法適用于居民區(qū)中的通訊狀態(tài)。由于居民區(qū)存在不同的通訊單元，人們一般都會在家中實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的連接，這種狀態(tài)下會為每個(gè)通訊單元分配獨(dú)立的通訊信號主瓣資源、通訊頻率資源、通訊時(shí)序資源、通訊功率資源等，這些資源為通訊蔽障帶來了充足的條件。此種方式還可以在時(shí)序劃分上進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分，使得低流量需求的連接中斷時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)降頻通訊，以提供更多的時(shí)間片資源給更多的連接用戶。

eNB技術(shù)又叫多天線技術(shù)，也是之前論述的通過增加天線數(shù)可以平衡更多的干擾源的問題。通過不同的天線布置方式，可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的覆蓋區(qū)域輪廓線，以實(shí)現(xiàn)最大限度地減少兩個(gè)基站之間的交叉覆蓋區(qū)域，即最大程度地減少了兩者的沖突區(qū)域。而通過兩個(gè)基站之間的通訊功率動態(tài)處理，可將此較小范圍的通訊沖突區(qū)域移動處理，以防止某特定區(qū)域的信號一直因?yàn)闆_突較差的現(xiàn)實(shí)問題。在eNB技術(shù)上發(fā)展起來的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空分的復(fù)用，即在同一個(gè)時(shí)空范圍內(nèi)，使用相同的載波進(jìn)行多個(gè)通訊的并用。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過本文研究的基于空間、時(shí)間、頻率的多方位復(fù)用技術(shù)，TD-LTE可以在高速移動通訊中實(shí)現(xiàn)更高效率的復(fù)用，能夠有效避免為了同載波沖突而在兩個(gè)相鄰基站的通訊同步中插入空白時(shí)間塊的方法。通過TD-LTE的MIMO技術(shù)，可以使用非圓形的通訊信號區(qū)域，這種方式能夠最大限度地減少同頻干擾現(xiàn)象的發(fā)生。而增加系統(tǒng)的容量是解決干擾的有效方式，在系統(tǒng)配置不變的前提下，通過充分發(fā)揮TD-LTE系統(tǒng)的時(shí)空利用率，可以基本滿足未達(dá)到系統(tǒng)臨界值的干擾問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程哂. TD-LTE系統(tǒng)同頻干擾和組網(wǎng)方案的研究與應(yīng)用[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.

[2] 趙瓊. LTE系統(tǒng)內(nèi)同頻干擾抑制技術(shù)研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.

[3] 李波. 基于LTE-A技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同頻信道干擾管理研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.

[4] 田亞平. TD-LTE系統(tǒng)動態(tài)資源分配方法研究[D]. 廣州： 廣東工業(yè)大學(xué)， 2013.

[5] 呂晨光. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.

ζ=B·count（P） （5）

公式（5）是目前TD-LTE模式下通過時(shí)空劃分可以實(shí)現(xiàn)的抗干擾的干擾源劃分臨界，超過此臨界值的同頻干擾已經(jīng)無法避免。因此，對于基站的容量計(jì)算上，如果超過了此值，就需要適當(dāng)實(shí)現(xiàn)基站的擴(kuò)容。而TD-LTE基站的擴(kuò)容較為簡單，并不需要單純的增加基站數(shù)量，而是可以通過增加基站的天線數(shù)即可實(shí)現(xiàn)較大程度的基站擴(kuò)容。

5 其他防干擾方式

由于篇幅所限，本文僅討論一種利用柱面模型下空間復(fù)用技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行的防干擾方式，這種方式是多天線技術(shù)的擴(kuò)展。但是，TD-LTE防干擾是一個(gè)系統(tǒng)化的體系，目前比較常用的是EPRE模式、ICIC模式、eNB模式等多種不同的模式。

EPRE模式采用功率劃分的方法，使得共線用戶如果無法進(jìn)行信號主瓣的分離，那么可以通過控制基站在此主瓣覆蓋范圍的發(fā)送功率，使得近端用戶可以接收到完整信號，而遠(yuǎn)端用戶不會因?yàn)榇溯d波的功率而造成影響通訊的干擾?？臻g上較為接近的兩個(gè)相互干擾用戶可以使用此種方式分離。此種方式下可能會適當(dāng)降低兩個(gè)沖突用戶的通訊質(zhì)量，但是能最大限度地滿足這兩個(gè)用戶的連接可靠性。

ICIC模式是全靜態(tài)資源分配方法，這種方法適用于居民區(qū)中的通訊狀態(tài)。由于居民區(qū)存在不同的通訊單元，人們一般都會在家中實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的連接，這種狀態(tài)下會為每個(gè)通訊單元分配獨(dú)立的通訊信號主瓣資源、通訊頻率資源、通訊時(shí)序資源、通訊功率資源等，這些資源為通訊蔽障帶來了充足的條件。此種方式還可以在時(shí)序劃分上進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分，使得低流量需求的連接中斷時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)降頻通訊，以提供更多的時(shí)間片資源給更多的連接用戶。

eNB技術(shù)又叫多天線技術(shù)，也是之前論述的通過增加天線數(shù)可以平衡更多的干擾源的問題。通過不同的天線布置方式，可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的覆蓋區(qū)域輪廓線，以實(shí)現(xiàn)最大限度地減少兩個(gè)基站之間的交叉覆蓋區(qū)域，即最大程度地減少了兩者的沖突區(qū)域。而通過兩個(gè)基站之間的通訊功率動態(tài)處理，可將此較小范圍的通訊沖突區(qū)域移動處理，以防止某特定區(qū)域的信號一直因?yàn)闆_突較差的現(xiàn)實(shí)問題。在eNB技術(shù)上發(fā)展起來的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空分的復(fù)用，即在同一個(gè)時(shí)空范圍內(nèi)，使用相同的載波進(jìn)行多個(gè)通訊的并用。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過本文研究的基于空間、時(shí)間、頻率的多方位復(fù)用技術(shù)，TD-LTE可以在高速移動通訊中實(shí)現(xiàn)更高效率的復(fù)用，能夠有效避免為了同載波沖突而在兩個(gè)相鄰基站的通訊同步中插入空白時(shí)間塊的方法。通過TD-LTE的MIMO技術(shù)，可以使用非圓形的通訊信號區(qū)域，這種方式能夠最大限度地減少同頻干擾現(xiàn)象的發(fā)生。而增加系統(tǒng)的容量是解決干擾的有效方式，在系統(tǒng)配置不變的前提下，通過充分發(fā)揮TD-LTE系統(tǒng)的時(shí)空利用率，可以基本滿足未達(dá)到系統(tǒng)臨界值的干擾問題。

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[5] 呂晨光. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.

ζ=B·count（P） （5）

公式（5）是目前TD-LTE模式下通過時(shí)空劃分可以實(shí)現(xiàn)的抗干擾的干擾源劃分臨界，超過此臨界值的同頻干擾已經(jīng)無法避免。因此，對于基站的容量計(jì)算上，如果超過了此值，就需要適當(dāng)實(shí)現(xiàn)基站的擴(kuò)容。而TD-LTE基站的擴(kuò)容較為簡單，并不需要單純的增加基站數(shù)量，而是可以通過增加基站的天線數(shù)即可實(shí)現(xiàn)較大程度的基站擴(kuò)容。

5 其他防干擾方式

由于篇幅所限，本文僅討論一種利用柱面模型下空間復(fù)用技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行的防干擾方式，這種方式是多天線技術(shù)的擴(kuò)展。但是，TD-LTE防干擾是一個(gè)系統(tǒng)化的體系，目前比較常用的是EPRE模式、ICIC模式、eNB模式等多種不同的模式。

EPRE模式采用功率劃分的方法，使得共線用戶如果無法進(jìn)行信號主瓣的分離，那么可以通過控制基站在此主瓣覆蓋范圍的發(fā)送功率，使得近端用戶可以接收到完整信號，而遠(yuǎn)端用戶不會因?yàn)榇溯d波的功率而造成影響通訊的干擾?？臻g上較為接近的兩個(gè)相互干擾用戶可以使用此種方式分離。此種方式下可能會適當(dāng)降低兩個(gè)沖突用戶的通訊質(zhì)量，但是能最大限度地滿足這兩個(gè)用戶的連接可靠性。

ICIC模式是全靜態(tài)資源分配方法，這種方法適用于居民區(qū)中的通訊狀態(tài)。由于居民區(qū)存在不同的通訊單元，人們一般都會在家中實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的連接，這種狀態(tài)下會為每個(gè)通訊單元分配獨(dú)立的通訊信號主瓣資源、通訊頻率資源、通訊時(shí)序資源、通訊功率資源等，這些資源為通訊蔽障帶來了充足的條件。此種方式還可以在時(shí)序劃分上進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分，使得低流量需求的連接中斷時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)降頻通訊，以提供更多的時(shí)間片資源給更多的連接用戶。

eNB技術(shù)又叫多天線技術(shù)，也是之前論述的通過增加天線數(shù)可以平衡更多的干擾源的問題。通過不同的天線布置方式，可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的覆蓋區(qū)域輪廓線，以實(shí)現(xiàn)最大限度地減少兩個(gè)基站之間的交叉覆蓋區(qū)域，即最大程度地減少了兩者的沖突區(qū)域。而通過兩個(gè)基站之間的通訊功率動態(tài)處理，可將此較小范圍的通訊沖突區(qū)域移動處理，以防止某特定區(qū)域的信號一直因?yàn)闆_突較差的現(xiàn)實(shí)問題。在eNB技術(shù)上發(fā)展起來的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空分的復(fù)用，即在同一個(gè)時(shí)空范圍內(nèi)，使用相同的載波進(jìn)行多個(gè)通訊的并用。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過本文研究的基于空間、時(shí)間、頻率的多方位復(fù)用技術(shù)，TD-LTE可以在高速移動通訊中實(shí)現(xiàn)更高效率的復(fù)用，能夠有效避免為了同載波沖突而在兩個(gè)相鄰基站的通訊同步中插入空白時(shí)間塊的方法。通過TD-LTE的MIMO技術(shù)，可以使用非圓形的通訊信號區(qū)域，這種方式能夠最大限度地減少同頻干擾現(xiàn)象的發(fā)生。而增加系統(tǒng)的容量是解決干擾的有效方式，在系統(tǒng)配置不變的前提下，通過充分發(fā)揮TD-LTE系統(tǒng)的時(shí)空利用率，可以基本滿足未達(dá)到系統(tǒng)臨界值的干擾問題。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 田亞平. TD-LTE系統(tǒng)動態(tài)資源分配方法研究[D]. 廣州： 廣東工業(yè)大學(xué)， 2013.

[5] 呂晨光. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2012.