TD―LTE网络同频干扰解决方案

TD-LTE技术是目前4G网络实现的核心技术。通过建立以基站为0点的空分模型，讨论了此模型下干扰源的产生机理，并分析了纯粹基于空间、时间、频率复用技术上同频干扰的解决方案。笔者认为，通过合理的资源优化，在终端数没有超过系统设计容量的情况下，绝大部分同频干扰都是可以避免的。

TD-LTE 同频干扰 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网络的实质是分组交换技术在移动通讯中完全取代线路交换技术。由于分组交换技术的支持，TD-LTE网络支持更多终端的接入，因此TD-LTE技术可以提供更低成本的服务。但是，TD-LTE的网络资源不是无限的。当TD-LTE网络终端数量达到临界时，其同频干扰现象就会增加。本a文将重点讨论基于高维度时空分配和定位技术的防干扰方案。

2 空间模型的建立

基于3天线技术的TD-LTE一般采用六边形作为空间划分单元，而本文为了研究广泛性的TD-LTE干扰避免方式，采用无极柱面坐标的方式进行研究。以基站为圆心点，以正北作为ω=0，沿顺时针方向布置轴坐标，以圆心为0点，向外逐渐布置值坐标。假设存在O1和O2两个基站可以将信号覆盖到A点，那么存在|O1A|和|O2A|两个向量值。若δ=|O1A|-|O2A|，则即使O1和O2两个基站之间实现了完整的时序同步，仍然存在δ/c的时序干扰差。而为了实现不同基站之间的无缝拼合，在基站的近圆形覆盖面积下，必定有δ>0，也就是说，这种因为时间差导致的时分干扰是必定存在的。传统的2G通讯技术，不论是基于GSM的技术还是基于CDMA的技术，都必须在两个时序块之间添加空白时序块来避开这种干扰，此种空白时序块的添加严重影响到了系统的利用率。但是，在TD-LTE技术中几乎不需要这种空白时序块的辅助作用。

同频干扰原理图如图1所示：

图1 同频干扰原理图

3 抗干扰思路

3.1 定位算法判断A点位置

通过握手协议，假设A点可以联系到至少3个基站，其中可用基站不少于2个，设3个基站的极坐标圆心为O1、O2、O3，那么存在：

（1）

根据公式（1），因为|AO1|、|AO2|、|AO3|是可以直接测量的，通过拟合计算，能够较精确地得到ω1、ω2、ω3。此时，O1、O2、O3可以根据各自的通讯主瓣控制方法，确保各自的通讯主瓣不会发生交叉。

3.2 抑制算法最大程度减少单载波的交叉使用

发射端波束赋形是一种利用发射端的多根天线降低用户间干扰的方法。其实质是通过控制信号主瓣的朝向，避开可能扰的用户。或者是说，处于相互干扰区的两个距离较近客户，可能在TD-LTE网络中被分配到两个基站作为通讯基站，通讯基站会利用各自主瓣的强指向性，彼此之间的同频载波可以实现互不干扰。通过多根天线之间的多天线技术，也就是不同天线之间的相互抑制原理，可以实现比原纯蜂窝状结构的GSM和CDMA网络更加优秀的空间复用表现。

假设基站接受到的信号为：

（2）

也就是说，基站可从以上信息中提取权值实现对于干扰信号的抑制：

（3）

因此，如果系统采用了N个天线，那么可以抑制最多（N-1）个干扰源。

3.3 及时跳频改善网络状态

由于TD-LTE往往提供了多个频段可以利用，所以如果发现确实无法避免同频干扰时，会通过跳频约定机制实现通讯的跳频。虽然无法改变通讯的空间位置和时间，但是可以控制较多的频率分布，使得距离较近的通讯终端能被划分到不同的频率下。或者是说，同频干扰在某种意义上可以作为跳频的触发事件。

4 评价方式研究

在柱面坐标系O1下，本文定义了两个扩展维度：一是时间T；二是频率P。那么，对于特定时间块T上使用频率P的载波，可能出现相同载波发生交叉的频率与系统内可能出现基站O的数量N是分不开的。假设共有N个交叉数据的基站，各个基站拥有相同的频率可选片P，则有：

（4）

假设该区域内的移动终端数量为ζ个，且系统可以划分的时间片数量为B个，那么肯定存在一种情况：

ζ=B・count（P） （5）

公式（5）是目前TD-LTE模式下通过时空划分可以实现的抗干扰的干扰源划分临界，超过此临界值的同频干扰已经无法避免。因此，对于基站的容量计算上，如果超过了此值，就需要适当实现基站的扩容。而TD-LTE基站的扩容较为简单，并不需要单纯的增加基站数量，而是可以通过增加基站的天线数即可实现较大程度的基站扩容。

5 其他防干扰方式

由于篇幅所限，本文仅讨论一种利用柱面模型下空间复用技术优化进行的防干扰方式，这种方式是多天线技术的扩展。但是，TD-LTE防干扰是一个系统化的体系，目前比较常用的是EPRE模式、ICIC模式、eNB模式等多种不同的模式。

EPRE模式采用功率划分的方法，使得共线用户如果无法进行信号主瓣的分离，那么可以通过控制基站在此主瓣覆盖范围的发送功率，使得近端用户可以接收到完整信号，而远端用户不会因为此载波的功率而造成影响通讯的干扰。空间上较为接近的两个相互干扰用户可以使用此种方式分离。此种方式下可能会适当降低两个冲突用户的通讯质量，但是能最大限度地满足这两个用户的连接可靠性。

ICIC模式是全静态资源分配方法，这种方法适用于居民区中的通讯状态。由于居民区存在不同的通讯单元，人们一般都会在家中实现无线网络的连接，这种状态下会为每个通讯单元分配独立的通讯信号主瓣资源、通讯频率资源、通讯时序资源、通讯功率资源等，这些资源为通讯蔽障带来了充足的条件。此种方式还可以在时序划分上进行更进一步的细分，使得低流量需求的连接中断时间内实现降频通讯，以提供更多的时间片资源给更多的连接用户。

eNB技术又叫多天线技术，也是之前论述的通过增加天线数可以平衡更多的干扰源的问题。通过不同的天线布置方式，可实现更加复杂的覆盖区域轮廓线，以实现最大限度地减少两个基站之间的交叉覆盖区域，即最大程度地减少了两者的冲突区域。而通过两个基站之间的通讯功率动态处理，可将此较小范围的通讯冲突区域移动处理，以防止某特定区域的信号一直因为冲突较差的现实问题。在eNB技术上发展起来的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）技术可以实现空分的复用，即在同一个时空范围内，使用相同的载波进行多个通讯的并用。

6 结束语

综上所述，通过本文研究的基于空间、时间、频率的多方位复用技术，TD-LTE可以在高速移动通讯中实现更高效率的复用，能够有效避免为了同载波冲突而在两个相邻基站的通讯同步中插入空白时间块的方法。通过TD-LTE的MIMO技术，可以使用非圆形的通讯信号区域，这种方式能够最大限度地减少同频干扰现象的发生。而增加系统的容量是解决干扰的有效方式，在系统配置不变的前提下，通过充分发挥TD-LTE系统的时空利用率，可以基本满足未达到系统临界值的干扰问题。

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