超密集Small?Cell网络下TD?LTE同频干扰电源抑制方法研究
陈海燕+袁超伟
摘 要： 传统动态ICIC方法通过频率协调避免同一资源被调度，实现同频干扰的抑制，但是该方法在负载过高的环境下，不能完成有效抑制。针对描述的情况，融合同频干扰抑制以及数字同频干扰抑制，提出TD?LTE同时同频双工同频干扰电源抑制方法。其硬件包括数字模块、同频模块以及同频干扰重建模块，对各模块的组成结构进行设计。给出了该方法的软件流程过程。实验检测结果表明，所提方法具有较高的同频干扰抑制性能，可增加小区边缘用户的吞吐量，增强频带利用率。
关键词： 超密集Small Cell网络； TD?LTE同频干扰； 电源； 抑制
中图分类号： TN711?34； TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）18?0181?03
Method for TD?LTE same frequency interference power supply suppression
under super?dense Small Cell network
CHEN Haiyan1， YUAN Chaowei2
（1. Beijing Polytechnic， Beijing 100176， China； 2. Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100176， China）
Abstract： Traditional dynamic ICIC method can avoid the scheduling of same resource and restrain the same frequency interference， but can′t realize effective suppression under overload condition. Therefore， a power supply suppression method of TD?LTE same frequency duplex and same frequency interference is presented， in which the suppressions of shared?frequency interference and digital shared?frequency interference are fused. The hardware of the system includes the digital module， same frequency module and same frequency interference reconstruction module. The composition structure of each module was designed. The software process of the method is given. Experimental testing results indicate that the method has high same frequency interference suppression performance， can increase the throughput of cell edge user， and enhance the bandwidth utilization.
Keywords： super?dense Small Cell network； TD?LTE same frequency interference； power； inhibition
TD?LTE具有TDD双工方式，在支持上下行非对称数据业务中具有广泛的应用价值[1]。为了节省频谱资源，增强频谱利用率，同频组网是TD?LTE常用的网络规划方案。超密集Small Cell网络中的同频干扰问题是TD?LTE组网分析中的重点，多个网络内部的同频干扰会降低用户通话质量，干扰网络数据的顺利传递[2]。传统动态ICIC方法通过频率协调避免同一资源被调度，实现同频干扰的抑制，但是该方法在负载过高的环境下，不能对同频干扰进行有效抑制。
1 硬件设计
超密集Small Cell网络下的TD?LTE同频干扰电源发射信号，干扰了Small Cell网络中远端发射期望信号，采用TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统将发射信号对自身接收的同频同频干扰进行抑制[3]，其采用同频与数字联合的同频干扰抑制方法，可得到2倍的频谱利用率，增强超密集Small Cell网络容量。
1.1 硬件总体架构
超密集Small Cell网络下TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统的硬件架构如图1所示，其通过同频模块和同频干扰重建模块相独立的结构，将TD?LTE系统变换成同时同频全双工系统，两种模块的频率波动区间为[1.5 GHz，5 GHz]，包含了大多数无线通信规范，能够用于TD?LTE的同时同频全双工干扰电源抑制系统中[4]。数字模块通过ADC/DAC子卡同信号操作载板相独立的策略，检测各ADC/DAC部件对同频干扰抑制的作用情况。信号操作模块中集成了FPGA以及PPC等信号操作部件，完成物理层算法，并且对协议层进行管理。数字模块通过PCI背板设置和管理同频模块以及同频干扰重建模块的参数。
1.2 同频干扰重建模块设计
同频干扰重建模块的组成结构图如图2所示。其通过PCI总线的管理性能，对从同频模块耦合到发射信号的幅度以及相位进行修正，采用放大器输出修正后的信号。融合同频重建的输出和同频模块的接收信号，实现同频干扰抑制。
1.3 同频模块设计
超密集Small Cell网络中的TD?LTE同时同频全双工的同频通道较多，这些通道利用USDR（Universal Software Defined Radio）软件无线电同频模块传递信号。同频模块和同频干扰重建模块连接过程中，在其自身的发射通道后端融入10 dB耦合器，实现发射信号的耦合[5]；在其接收通道的前端融入10 dB耦合器，采集同频干扰抑制信号。
同频模块的组成结构如图3所示，包括发射通道以及接收通道，对超密集Small Cell网络中TD?LTE的中频和射频进行滤波处理、完成混频处理以及对射频进行放大处理。数字模块采用PCI总线对同频模块进行管理，对CPLD解析信息的过程进行管理，完成收费链路增益以及自身振动频率的实时管理。
1.4 数字模块设计
数字模块使用USDR软件无线电平台的数字板，其结构如图4所示。
数字模块包括FMC子卡模块、FPGA 模块、PowerPC模块、CLK时钟模块以及管理模块。FMC子卡模块对数字模块中的数字信号实施模/数变换以及数/模变换[6]，FPGA模块对超密集Small Cell网络下TD?LTE物理层逻辑以及数字同频干扰进行约束，PowerPC模块运算同频干扰抑制参数，并对其他模块进行控制。
2 软件流程设计
TD?LTE同频干扰电源抑制方法的软件总体流程如图5所示，将TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统分别设置成主端和从端，分别和超密集Small Cell网络下TD?LTE的基站端和终端相对应。系统运行后，系统主端以及从端，对于超密集Small Cell网络下TD?LTE同频干扰电源分别实施同频干扰抑制[7?8]。如果同频干扰抑制出现收敛趋势，则从端对主端的信号进行采集，基于主端的节奏对自身发射信号的时间进行修正，确保从端信号到达主端的时刻同主端同频干扰信号到达时刻，低于LTE的OFDM 循环前缀时间。OFDM对超密集Small Cell网络远端期望信号和TD?LTE同频干扰抑制的残留信号进行解调处理[9]，并将处理后的信号变换至频域，实施频域数字同频干扰抑制。
3 实验测试结果分析
3.1 实验（一）
在不同同频干扰功率状态下，检测本文方法的同频干扰抑制性能。实验融合同频干扰以及数字同频干扰，检测不同同频干扰功率下，本文方法的同频以及数字干扰抑制性能。实验采用的同频干扰抑制性能检测参数如表1所示[10]。测试本文方法的同频与数字联合同频干扰抑制能力，测试结果如图6所示。从图6中能够看出，本文方法采用同频与数字联合的同频干扰抑制性能随着接收信噪比的增加而增加，数字同频干扰修正了同频干扰抑制性能的缺陷。同频干扰抑制性能强的情况下，进入数字域的同频干扰信号拥有较小的信噪比，数字同频干扰抑制性能降低；反之，同频干扰抑制性能较弱情况下，数字域的同频干扰信号拥有较大的信噪比，数字同频干扰抑制性能增强。同频与数字联合的同频干扰抑制能力曲线同理想同频干扰抑制曲线走向一致，在同一信噪比下相差6～7 dB，具有较高的同频干扰抑制性能。
3.2 实验（二）
通过Matlab仿真对本文方法进行性能仿真，仿真参数如表2所示。将实验超密集Small Cell网络中的小区内[23]区域当成核心区域，外部的[13]区域当成边缘区域。不同的小区/扇区具有一致的总用户数。设置小区扇区负载比例是扇区总用户数/扇区总资源数。实验采集Small Cell网络中心的目标小区中的数据。
实验检测了本文方法、传统动态ICIC方法以及资源块随机分配方法下实验小区边缘平均吞吐量以及扇区负载比例关系，结果如图7所示。从图7中可以看出，本文方法明显增加了小区边缘用户的吞吐量，提高了频带利用率，降低了小区间干扰，具有较高的可行性。
4 结 论
本文设计了TD?LTE同时同频双工同频干扰电源抑制方法，解决了超密集Small Cell网络中，存在海量用户同时使用相同资源时产生的同频干扰问题，提高了网络的抗干扰性，增强了频带利用率。
参考文献
[1] 李伟，李辉宇，李冰琪.面向未来超密集Small Cell网络的系统级仿真实现[J].电视技术，2015，39（22）：38?43.
[2] 于淑青，郑迺铮.异构网中Small Cell休眠机制研究[J].中国新通信，2016，18（5）：39?42.
[3] JIANG Huilin， TONG En， LI Zhihang， et al. A power adjustment based eICIC algorithm for hyper?dense HetNets considering the alteration of user association [J]. Science China： Information Sciences， 2015， 58（8）： 1?15.
[4] 王硕，康劲松，钟再敏，等.电动汽车用永磁同步电机转矩脉动抑制方法综述[J].电源学报，2016，14（5）：24?32.
[5] OSER M G， NIEDERST M J， SEQUIST L V， et al. Transformation from non?small?cell lung cancer to small?cell lung cancer： molecular drivers and cells of origin [J]. Lancet oncology， 2015， 16（4）： 165?172.
[6] 周小林，王紫鹏，赵鑫.去耦合滤波器同频干扰抑制接收机研究[J].上海师范大学学报（自然科学版），2015，44（5）：523?527.
[7] 陈希信，王峰，龙伟军.基于独立成分分析的外辐射源雷达同频干扰抑制[J].中国电子科学研究院学报，2015，10（1）：75?77.
[8] THRESS K S， PAWELETZ C P， FELIP E， et al. Acquired EGFR C797S mutation mediates resistance to AZD9291 in non?small cell lung cancer harboring EGFR T790M [J]. Nature medicine， 2015， 21（6）： 560?562.
[9] 张育红，姜军君，王迎军.TD?LTE远端同频干扰解决方案研究[J].移动通信，2016，40（4）：68?72.
[10] 罗异，刘和平，程章格.VIENNA整流器网侧电流过零点波形畸变抑制方法[J].南方电网技术，2016，10（2）：18?23.
摘 要： 传统动态ICIC方法通过频率协调避免同一资源被调度，实现同频干扰的抑制，但是该方法在负载过高的环境下，不能完成有效抑制。针对描述的情况，融合同频干扰抑制以及数字同频干扰抑制，提出TD?LTE同时同频双工同频干扰电源抑制方法。其硬件包括数字模块、同频模块以及同频干扰重建模块，对各模块的组成结构进行设计。给出了该方法的软件流程过程。实验检测结果表明，所提方法具有较高的同频干扰抑制性能，可增加小区边缘用户的吞吐量，增强频带利用率。
关键词： 超密集Small Cell网络； TD?LTE同频干扰； 电源； 抑制
中图分类号： TN711?34； TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）18?0181?03
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under super?dense Small Cell network
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Abstract： Traditional dynamic ICIC method can avoid the scheduling of same resource and restrain the same frequency interference， but can′t realize effective suppression under overload condition. Therefore， a power supply suppression method of TD?LTE same frequency duplex and same frequency interference is presented， in which the suppressions of shared?frequency interference and digital shared?frequency interference are fused. The hardware of the system includes the digital module， same frequency module and same frequency interference reconstruction module. The composition structure of each module was designed. The software process of the method is given. Experimental testing results indicate that the method has high same frequency interference suppression performance， can increase the throughput of cell edge user， and enhance the bandwidth utilization.
Keywords： super?dense Small Cell network； TD?LTE same frequency interference； power； inhibition
TD?LTE具有TDD双工方式，在支持上下行非对称数据业务中具有广泛的应用价值[1]。为了节省频谱资源，增强频谱利用率，同频组网是TD?LTE常用的网络规划方案。超密集Small Cell网络中的同频干扰问题是TD?LTE组网分析中的重点，多个网络内部的同频干扰会降低用户通话质量，干扰网络数据的顺利传递[2]。传统动态ICIC方法通过频率协调避免同一资源被调度，实现同频干扰的抑制，但是该方法在负载过高的环境下，不能对同频干扰进行有效抑制。
1 硬件设计
超密集Small Cell网络下的TD?LTE同频干扰电源发射信号，干扰了Small Cell网络中远端发射期望信号，采用TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统将发射信号对自身接收的同频同频干扰进行抑制[3]，其采用同频与数字联合的同频干扰抑制方法，可得到2倍的频谱利用率，增强超密集Small Cell网络容量。
1.1 硬件总体架构
超密集Small Cell网络下TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统的硬件架构如图1所示，其通过同频模块和同频干扰重建模块相独立的结构，将TD?LTE系统变换成同时同频全双工系统，两种模块的频率波动区间为[1.5 GHz，5 GHz]，包含了大多数无线通信规范，能够用于TD?LTE的同时同频全双工干扰电源抑制系统中[4]。数字模块通过ADC/DAC子卡同信号操作载板相独立的策略，检测各ADC/DAC部件对同频干扰抑制的作用情况。信号操作模块中集成了FPGA以及PPC等信号操作部件，完成物理层算法，并且对协议层进行管理。数字模块通过PCI背板设置和管理同频模块以及同频干扰重建模块的参数。
1.2 同频干扰重建模块设计
同频干扰重建模块的组成结构图如图2所示。其通过PCI总线的管理性能，对从同频模块耦合到发射信号的幅度以及相位进行修正，采用放大器输出修正后的信号。融合同频重建的输出和同频模块的接收信号，实现同频干扰抑制。
1.3 同频模块设计
超密集Small Cell网络中的TD?LTE同时同频全双工的同频通道较多，这些通道利用USDR（Universal Software Defined Radio）软件无线电同频模块传递信号。同频模块和同频干扰重建模块连接过程中，在其自身的发射通道后端融入10 dB耦合器，实现发射信号的耦合[5]；在其接收通道的前端融入10 dB耦合器，采集同频干扰抑制信号。
同频模块的组成结构如图3所示，包括发射通道以及接收通道，对超密集Small Cell网络中TD?LTE的中频和射频进行滤波处理、完成混频处理以及对射频进行放大处理。数字模块采用PCI总线对同频模块进行管理，对CPLD解析信息的过程进行管理，完成收费链路增益以及自身振动频率的实时管理。
1.4 数字模块设计
数字模块使用USDR软件无线电平台的数字板，其结构如图4所示。
数字模块包括FMC子卡模块、FPGA 模块、PowerPC模块、CLK时钟模块以及管理模块。FMC子卡模块对数字模块中的数字信号实施模/数变换以及数/模变换[6]，FPGA模块对超密集Small Cell网络下TD?LTE物理层逻辑以及数字同频干扰进行约束，PowerPC模块运算同频干扰抑制参数，并对其他模块进行控制。
2 软件流程设计
TD?LTE同频干扰电源抑制方法的软件总体流程如图5所示，将TD?LTE同时同频全双工干扰电源抑制系统分别设置成主端和从端，分别和超密集Small Cell网络下TD?LTE的基站端和终端相对应。系统运行后，系统主端以及从端，对于超密集Small Cell网络下TD?LTE同频干扰电源分别实施同频干扰抑制[7?8]。如果同频干扰抑制出现收敛趋势，则从端对主端的信号进行采集，基于主端的节奏对自身发射信号的时间进行修正，确保从端信号到达主端的时刻同主端同频干扰信号到达时刻，低于LTE的OFDM 循环前缀时间。OFDM对超密集Small Cell网络远端期望信号和TD?LTE同频干扰抑制的残留信号进行解调处理[9]，并将处理后的信号变换至频域，实施频域数字同频干扰抑制。
3 实验测试结果分析
3.1 实验（一）
在不同同频干扰功率状态下，检测本文方法的同频干扰抑制性能。实验融合同频干扰以及数字同频干扰，检测不同同频干扰功率下，本文方法的同频以及数字干扰抑制性能。实验采用的同频干扰抑制性能检测参数如表1所示[10]。测试本文方法的同频与数字联合同频干扰抑制能力，测试结果如图6所示。从图6中能够看出，本文方法采用同频与数字联合的同频干扰抑制性能随着接收信噪比的增加而增加，数字同频干扰修正了同频干扰抑制性能的缺陷。同频干扰抑制性能强的情况下，进入数字域的同频干扰信号拥有较小的信噪比，数字同频干扰抑制性能降低；反之，同频干扰抑制性能较弱情况下，数字域的同频干扰信号拥有较大的信噪比，数字同频干扰抑制性能增强。同频与数字联合的同频干扰抑制能力曲线同理想同频干扰抑制曲线走向一致，在同一信噪比下相差6～7 dB，具有较高的同频干扰抑制性能。
3.2 实验（二）
通过Matlab仿真对本文方法进行性能仿真，仿真参数如表2所示。将实验超密集Small Cell网络中的小区内[23]区域当成核心区域，外部的[13]区域当成边缘区域。不同的小区/扇区具有一致的总用户数。设置小区扇区负载比例是扇区总用户数/扇区总资源数。实验采集Small Cell网络中心的目标小区中的数据。
实验检测了本文方法、传统动态ICIC方法以及资源块随机分配方法下实验小区边缘平均吞吐量以及扇区负载比例关系，结果如图7所示。从图7中可以看出，本文方法明显增加了小区边缘用户的吞吐量，提高了频带利用率，降低了小区间干扰，具有较高的可行性。
4 结 论
本文设计了TD?LTE同时同频双工同频干扰电源抑制方法，解决了超密集Small Cell网络中，存在海量用户同时使用相同资源时产生的同频干扰问题，提高了网络的抗干扰性，增强了频带利用率。
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[4] 王硕，康劲松，钟再敏，等.电动汽车用永磁同步电机转矩脉动抑制方法综述[J].电源学报，2016，14（5）：24?32.
[5] OSER M G， NIEDERST M J， SEQUIST L V， et al. Transformation from non?small?cell lung cancer to small?cell lung cancer： molecular drivers and cells of origin [J]. Lancet oncology， 2015， 16（4）： 165?172.
[6] 周小林，王紫鹏，赵鑫.去耦合滤波器同频干扰抑制接收机研究[J].上海师范大学学报（自然科学版），2015，44（5）：523?527.
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[8] THRESS K S， PAWELETZ C P， FELIP E， et al. Acquired EGFR C797S mutation mediates resistance to AZD9291 in non?small cell lung cancer harboring EGFR T790M [J]. Nature medicine， 2015， 21（6）： 560?562.
[9] 张育红，姜军君，王迎军.TD?LTE远端同频干扰解决方案研究[J].移动通信，2016，40（4）：68?72.
[10] 罗异，刘和平，程章格.VIENNA整流器网侧电流过零点波形畸变抑制方法[J].南方电网技术，2016，10（2）：18?23.
