TD-LTE异构网络时隙配置干扰仿真研究*

羌佳琳，李锦川，谭国平，李岳衡

(河海大学 计算机与信息学院 通信与信息系统研究所，江苏 南京 210098)

目前由我国自主研发的TD-SCDMA技术[1]演进而来的一种国际化技术标准[4]——TD-LTE技术已广泛运用于我国通信领域，它使用时分双工技术，上下行使用相同频率的载波[9]，其优势体现在速率、时延[5]与频谱使用率等方面。基于IP传输的家庭基站以及飞蜂窝基站等微蜂窝基站[2]的出现，为无线通信提供了更多灵活高效的传输方式，家庭基站是一种超小型移动服务基站，它是根据移动通信技术发展以及无线宽带化需求应运而生的，主要改善了移动通信的室内覆盖问题。而如今热议的异构网络就是将原来全部由宏基站承载的移动网络负载分流到新型基站[10](家庭基站)，将一部分移动数据流从宏网络分流，从而达到减少宏网络的负载压力的目的，同时家庭基站的引入，会对宏基站带来许多新的干扰问题，对这些干扰问题需要进行进一步的研究。

为了适应突发的数据下行传输与上行传输业务越来越多[6]的互联网发展，进一步提高基站的资源利用率,又提出多种不同的上下行时隙配比的帧结构[8]，基站可以根据自身的业务特点，灵活使用这些不同上下行时隙配比[9]的帧结构，但与此同时也会给系统带来更多的干扰问题，比如同频带上邻近小区上行(下行)对基站下行(上行)干扰，即交叉时隙干扰，以及邻近小区间同频带上的上行(下行)与上行(下行)之间的干扰，即常规时隙干扰。

本文在对上述各技术理解的前提下，将它们进一步结合，重点采用系统仿真的方法，利用基于TD-LTE系统参数的TD-LTE异构网络链路仿真平台，对TD-LTE系统异构网络在常规时隙与交叉时隙时产生的干扰进行仿真，分析不同干扰场景中的干扰特点，找出其产生原因，为以后研究相关的干扰抑制方案提供了参考。

1 TD-LTE异构网络链路仿真平台介绍

1.1 小区模型

如图1所示，该仿真平台显示此小区建立了7个宏基站，每个宏基站配置3个扇区，则共有21个扇区；每个宏基站的扇区里面随机布置10个宏基站用户和20个房间相互独立的家庭基站，每个家庭基站下面布置2个家庭基站用户，每个家庭基站及其用户都布置在同一个房间，宏基站用户可布置在家庭基站房间外，也可布置在家庭基站房间内。

图1 链路仿真小区模型示意图

1.2 系统参数

链路仿真信号损耗参数表如表1所示，链路仿真系统参数表如表2所示。

表1 链路仿真信号损耗参数表

表2 链路仿真系统参数表

1.3 系统仿真流程

链路仿真主流程图如图2所示，该TD-LTE异构网络链路仿真平台首先按照单基站三扇区的格式固定宏基站和扇区的位置，然后根据每个宏基站的位置，在每个宏基站的每个扇区布置一定数量的家庭基站和宏基站用户，接着在每个布置家庭基站的房间内随机布置2个用户，最后根据信干噪比计算公式：

图2 链路仿真主流程图

分别计算所有可能出现的干扰场景中的每个宏基站用户、家庭基站用户的上下行传输信干噪比，整个过程循环1 000次结束。因为宏基站的位置是固定的，所以不参与循环。

2 异构网络灵活时隙配置干扰仿真

下面所研究的异构网络专指由宏基站和家庭基站共同组成的网路，TD-LTE异构网络采用灵活时隙配置技术，宏基站和家庭基站都会受到来自对方的干扰。在常规时隙和交叉时隙，家庭基站用户的上下行传输虽然都会受到宏基站的干扰，但家庭基站分布于室内，外部干扰由于穿墙损耗变弱，且家庭基站用户的上下行传输信干噪比基本分布在较高的数值上，所以家庭基站可正常运行，本文就不详述。下面主要对在常规时隙和交叉时隙时，家庭基站对宏基站的两种干扰场景[8]进行仿真与分析。

2.1 异构网络宏基站常规时隙干扰

此场景中存在的干扰：(1)在系统的下行传输时隙，家庭基站对宏基站的下行干扰；(2)在系统的上行传输时隙，家庭基站的用户对宏基站用户的上行干扰；(3)同时宏基站还受到其他宏基站的干扰。

在单个宏基站的单个扇区内随机布置5、10、15、20 个家庭基站，运用上述仿真平台对在常规时隙，宏基站在受到不同数量家庭基站干扰下宏基站用户上下行传输信干噪比分布情况进行仿真分析。

宏基站用户上下行传输干扰统计图如图3所示，从中可以看出，在宏基站用户的上行(下行)传输信干噪比概率一定的情况下，宏基站单扇区布置的家庭基站的数量越多，宏基站用户的信干噪比越小，即宏基站用户的上(下)行传输受到的干扰越强；在不同的家庭基站下，宏基站下行传输信干噪比分布曲线较之于上行传输改变幅度较小，且在单扇区分布5个家庭基站时，宏基站的上行资源块信干噪比分布在0 dB以下的概率大约为50%，而单扇区分布20个家庭基站时，宏基站的下行资源块信干噪比分布在0 dB以下的概率大约为20%。出现此现象是因为宏基站用户的下行传输功率比上行传输功率高，从而其下行传输抗扰能力更强，也就是说，家庭基站对宏基站的上行传输干扰影响更大。

图3 宏基站用户上下行传输干扰统计图

2.2 异构网络宏基站交叉时隙干扰

此场景中存在干扰：(1)在宏基站的下行传输时隙，此时家庭基站处于上行传输时隙，则宏基站用户的下行传输会受到家庭基站用户的上行传输干扰；(2)在宏基站的上行传输时隙，家庭基站处于下行传输时隙，则宏基站用户的上行传输会受到家庭基站用户的下行传输干扰；(3)其他宏基站对该基站的常规时隙产生干扰。

在单个宏基站的单个扇区内随机布置20个家庭基站，运用上述仿真平台对在交叉时隙和常规时隙的宏基站用户的上下行传输信干噪比分布情况进行对比仿真分析,如图4所示。

图4 异构网络上下行传输用户干扰对比图

从图4可以看出，较之于宏基站与家庭基站的常规时隙，宏基站与家庭基站交叉时隙时，同等条件下，在宏基站的上行传输时隙，宏基站用户的信干噪比得到提高，在宏基站的下行传输时隙，宏基站用户的信干噪比有所下降。出现此现象是由于家庭基站用户上行传输功率(24 dBm)大于其下行传输功率(20 dBm)，较之于宏基站与家庭基站的常规时隙，在宏基站与家庭基站的交叉时隙时，宏基站用户的上行传输受到的干扰降低，宏基站用户的下行传输受到的干扰增强，且家庭基站分布较为集中，其干扰损耗基本相同。

2.3 TD-LTE异构网络时隙干扰总结

在常规时隙，宏基站扇区布置家庭基站越多，宏基站的用户的上下行传输受到的干扰越强，其中宏基站用户的下行传输抗干扰能力优于其上行传输抗干扰能力。家庭基站分布的不确定性，使得在大规模应用家庭基站之前，需要制定相应技术方案去尽量避免家庭基站对宏基站的干扰。在交叉时隙，宏基站与家庭基站之间干扰变化不大，说明灵活时隙配置适用于该场景，但是宏基站用户的下行传输受到干扰增强，因此将在下一阶段对此种干扰做进一步研究。

本文首先简要介绍了TD-LTE技术、异构网络、家庭基站以及帧结构，然后基于TD-LTE网络异构灵活时隙配置所带来的干扰 (如常规时隙干扰和交叉时隙干扰)，建立了一个TD-LTE异构网络链路仿真平台，简要介绍了其系统配置参数及仿真流程，并在不同的干扰场景下进行仿真，对仿真结果进行了分析。分析结果表明，常规时隙下，布置的家庭的数量将影响其对宏基站干扰的大小；在交叉时隙下，宏基站的下行传输受到家庭基站的上行传输的干扰较强。

由于本仿真家庭基站用户都分布于布置家庭基站的房间内，因此下一步将对于家庭基站的用户分布于其他房间或者室外的情况进行进一步仿真分析。也可以进一步研究抑制此类干扰的方案，使系统更加完善。

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