5G 超密集組網干擾管理研究

陶潤樂

【摘要】? ? 隨著工信部5G商用牌照的發放，中國5G商用網絡建設在中華大地上如火如荼地進行。5G網絡規模的不斷擴大，覆蓋范圍的不斷拓寬，新建設的5G網絡基站站點數比現有的4G網絡多的多，也更加密集，5G關鍵技術之一的超密集組網就是該需求下的產物，超密集網絡和傳統蜂窩網絡最大的不同就是基站或可接入點的密度，可接入點的類型多樣性，因此所帶來一系列的干擾，從而降低了網絡傳輸的質量。對此，本文基于超密集組網網絡，提出無線網絡干擾管理的幾種思路，為5G無線網絡的干擾管理提供參考。

【關鍵詞】? ? 5G? ? 超密集組網? ? 干擾管理

Research on interference management of 5G ultra dense network

Tao runle1，Tao runrong 2

（1.Nanjing University of Posts and telecommunications， Nanjing 210042， Jiangsu）

（2.Yangzhou University Yangzhou， Jiangsu Province 225000）

Abstract： with the issuance of 5G business license of MIIT， the construction of 5G business network in China is in full swing. With the continuous expansion of 5G network scale and coverage， the number of newly built 5G network base stations is more and more dense than the existing 4G network. Ultra dense networking， one of the key technologies of 5G， is the product of this demand. The biggest difference between ultra dense network and traditional cellular network is the density of base stations or access points， and the diversity of access points， so it is necessary to improve the quality of the network It brings a series of interference， which reduces the quality of network transmission. In this regard， based on the ultra dense network， this paper puts forward several ideas of wireless network interference management， which provides a reference for 5G wireless network interference management.

Key words： 5G; ultra dense networking; interference management

引言：

5G作為“新基建”的領頭羊，是人工智能、物聯網、云計算、區塊鏈、大數據、視頻社交等新技術新產業的信息聯接平臺，正在驅動新一輪科技革命和產業變革，成為數字經濟發展的基石。5G時代，1000萬-2000萬個基站都是有可能的，相比4G時代500多萬個基站，在數量上要多得多，并且5G 移動通信系統為了滿足3GPP定義的三大應用場景：eMBB（Enhance Mobile Broadband）增強移動寬帶，uRLLC（The Ultra Reliable Low Latency Communication）超可靠、低時延通信，mMTC（massive Machine Type of Communication）海量機器類通信（大規模物聯網）帶來的一系列問題，網絡的超密集部署技術被廣泛用作為5G的關鍵技術。超高密度組網網絡技術通過在熱點中高密度地安排無線網絡基礎結構，從而將系統容量提高到100倍，從而提高了頻率多樣性。在集中式網絡部署的趨勢下，系統中的小型基站與一小部分用戶之間的距離越來越近，小區邊緣的用戶受到相鄰小區的干擾，降低了系統吞吐量。另外，超密集網絡中的干擾也比常規蜂窩網絡中的干擾更為復雜，并且小區間干擾問題是限制超高密度網絡的性能的因素。因此，超高密度網絡中的干擾管理問題是亟待解決的重要問題。

一、超密集組網干擾管理思路

1.1采用高頻同頻干擾管理技術

頻譜資源就像土地，大城市土地緊缺，沙漠戈壁土地資源豐富，但城市土地的商業價值明顯更大。由于5G的技術特點，與4G相比，需要的更是大片連續的土地，而4G是分散的地塊。 對于無線電磁波，低頻段就是“城市土地”，覆蓋效果好，相關產業鏈成熟成本低，但頻帶資源緊張，干擾多;高頻段是“遠郊土地”，穿透性能差，覆蓋距離短，好處是頻譜資源豐富，干擾少。

眾所周知，三大運營商都分配到了3.5GHz周邊的頻段，實踐表明，高頻在干擾管理中占據重要的角色，高頻段無線資源具有衰減快，適合超密集網絡的部署，適用于高速率，大業務流量，小范圍內的熱點部署的特點，高頻率還可以在不好的室內環境下獲得更高的頻譜利用率，可以減輕層和層相互之間的信號互相干擾。所以盡量在站點密集區域采用高頻頻率進行組網是減少超密集組網的重要策略。

同頻干擾管理解決方案;

干擾協調：對網絡系統中的時間和頻率資源協調分配，降低干擾;

干擾消除：當信號到達接收端時，通過解調或者解碼信息將干擾直接消除;

干擾抑制：采用不同的干擾抑制技術，如干擾噪聲化、波束賦形以及預編碼等方式來抑制己知的干擾信號。

1.2采用基于小區分簇的空間干擾協調技術

基于小區分簇的空間干擾協調技術是一種基于干擾的動態聚類技術，它在考慮信道分配的情況下執行小區干擾分析。原則是，這些接入點服務合作可以作為強大的干擾接入點一次性提供給用戶，通過特定價格的轉換來干擾信息，從而干擾信息。相鄰的區域，因此可以通過強烈干擾分配恒定的動態輸出來減少它。

當用戶的接入點繁忙或相鄰的接入點受到干擾時，用戶可以與在同一簇內的其他傳輸節點之間相互通信，這種技術保障了用戶可以動態地選擇移動的最佳接入點，達到通信點傳輸狀態定時更新的明確目的和要求，從而減小通信干擾。

在超高密度網絡中，用戶被密集和不規則地布置，因此以用戶為中心的聚類方法是合適的。 該群集方法是選擇聯合基站的群集，在該群集中可以多次選擇每個用戶，并且每個基站都是重復的。在這種情況下，群集邊緣沒有用戶概念，從而增強了協作并減少了干擾。

1.3建立基于超圖理論微小區分簇的資源分配算法模型

傳統的干擾管理技術是采用基于頻帶劃分的策略，即就是小區邊緣用戶和小區中心用戶各自使用自己的頻帶，互不干擾。而在超密集單層網絡中，所有用戶正交共享全頻帶資源，以用戶為中心調度，形成一個無縫全覆蓋的高速率網絡，但是由于微基站和用戶的超密集部屬，導致多路干擾累積，影響不可忽視。

再者，由于小區尺寸的縮小，原先根據信道條件匹配用戶的算法在超密集網絡場景下不再適用，原因是在5G超密集網絡場景下，一個信道可被多個用戶占用，一個用戶可同時被分配多個信道資源，這將導致網絡資源分配算法的資源復雜度急劇上升。利用超圖理論可以更準確地描述微用戶間復雜頻譜引起的累積干擾。此外，在調度過程中，微基站可以了解所有信道的用戶信道狀態信息控制資源池。

采用超圖理論進行資源分配的的方法可以使微用戶共享頻帶，結合頻率和功率的資源分配策略，使在滿足小區用戶最小速率需求的前提下最大化每個信道吞吐量的最大化（即一條信道可被分配給多名用戶），使系統的平均用戶SINR顯著提升，降低干擾，提高5G通信系統的頻譜利用率和信道利用率。

二、結語

隨著5G行業應用場景越來越豐富，商用普及率提升，解決5G無線網絡中的干擾問題逐漸成為提升行業信息化、數字化改革進程的重要性因素，也成為提升5G用戶使用感知的重要保障。

運用如上提出的一套干擾管控技術理論上能夠在一定程度上降低通信系統的干擾，提高5G無線網絡的通信效率，但是還是需要結合實際網絡規劃設計，精準測算和現場勘察沿線網絡建設方案、網絡覆蓋扇面角度、天線掛高、基站間距，并通過射頻優化等實際物理手段規避網絡通信干擾，盡可能協調可用資源，探索實施局部調度的方法，提高5G無線網絡的容量;同時不僅要考慮與優化從基站側對下行用戶通信質量，也要從用戶終端側均衡和改善上行的通信質量，兩者互補提高5G無線網絡的干擾管控效果。

可以預見，只要把5G超密集組網中的干擾優化好，提高5G系統利用率，可靠可用性，5G會把還沒有真正發展起來的智能家居、智能交通、智能城市管理、遠程醫療、智能健康管理、污染管理、災害監測很快推向新的境界，使他們變得更加便捷。

屆時，5G將由生活服務向生產管理滲透：柔性化智能工廠需要5G，智慧物流體系需要 5G，智慧農業需要 5G.人們常說4G改變生活，5G改變社會，未來5-10 年，隨著 5G 網絡的大規模部署，人類的信息化將進入一個全新的時代，這個時代的通信將不再是簡單的通信，而是把通信和智能感應、大數據、智能學習整合起來的一個新體系。在新的體系下，新的業務模式、商業模式和服務模式將會創造出巨大的新機會，這也是未來拉動經濟的重要力量。

引言：

信息化時代的到來，5g移動網絡建設的速度也越來快。移動機房、新農村信息化的建設工程逐漸深入到各個住宅地區，甚至是偏遠地區，為人們的安全用網和信息傳遞提供了堅實可靠的保障。而針對各種各樣的無人值守的機房，除了要解決信息傳遞等困難問題之外，還需要保障網絡建設不會出現取電困難和停電的問題，一方面確保本地斷電的時候，網絡通信能夠隨時暢通連接，另一方面也可以為各類新型產品的升級奠定堅實可靠的基礎。

一、光電復合纜的基本概述

1.1光電復合纜的基本組成部分

隨著信息技術的逐漸發展，光電復合纜的結構復雜，包括遠供電源局端設備、遠端電源遠端設備、復合光纜、機房內局端連接以及室外遠端連接等。其中遠端電源局端設備主要位于機房的電源柜周邊或者是電源機柜內部。而遠供電源遠端設備則是由戶外型外殼構成的，本身具有相對堅硬的特點，能夠位于主機箱內供信息的連接。復合光纜最重要的價值是信號的傳遞，一般情況下會被放置在主機站室內或者是遠供電源局端之間。機房內局端連接主要是為了分離復合光纜內部光纖接線盒和通信電纜，被放置在機房的固定位置。而遠端連接最重要的功能是使復合光纜進入到室外機箱內，然后保證光纖和接線盒能夠有效分離，使遠供電源設備和通信電纜能夠直接相連，以此來促進設備的有序運行，保障信息高效穩定的傳輸。

1.2基本特征分析

為了能夠進一步促進遠程供電效能的科學發揮，光電復合纜本身結構中增加了大量的絕緣導體，這樣就能夠使其具備優良性能。在電能傳輸以及光傳輸的過程中不會受外界環境因素的干擾，兩者之間也不會相互影響，最重要的是能夠有效地解決信號傳輸過程中所面臨的各種各樣的難題。具體來講，光電復合電纜本身具有的優勢包括體積較小、使用便捷的同時，重量還相對較輕。而且各類工程施工成本相對較低，網絡運營需要耗費的成本低，可以滿足各地區大多數用戶的實際需求。而且光電復合電纜工程施工的可操作性較強，在抗壓以及彎曲方面具有較強的優勢。除此之外，光電復合電纜還可以滿足各種各樣的傳輸方式，對設備性能的要求不高，只要型號符合且功能完備即可，使用面積相對廣泛。而且在光電復合纜接入寬帶之后，其應用范圍能夠增加一倍以上，甚至可以重復利用，避免二次布線所耗費的人力成本，在很大程度上緩解了不同地域網絡建設中存在的設備連接困難的問題，為各地區的基礎設施建設提供了堅實的保障。

二、光電復合纜在接入網中的應用

2.1接入網的基本構成

通常情況下，接入網由兩部分組成，其中室外部分包括從地區變壓器房聯通用戶住宅的接入點區域，而室內部分則主要是從住宅接入點直接連通到用戶家庭內的電器插座上。而且，根據相關數據顯示，電視網、電力網的接入網類型十分接近，其內部結構基本是完全相同的。因此電力線路不需要進行重新的布排，只需要在原有電視網絡的基礎上稍加修改就能夠連通局域網內的線路，使互聯網和電視網成功對接，以滿足用戶的網絡使用需求。

除此之外，在使用光電復合纜之后，由于用戶所處位置原本的線路拓樸結構完全相同，只是在此基礎上為其安裝了一個光網絡單位，因此只需要在用戶所屬小區內的變壓房安裝一套光分配網絡或者是光線路終端設備，甚至直接連通一根普通的導線就能夠代替原有錯綜復雜的線路，使每戶家庭都能夠連接網絡。在具體的實踐中，OLT的輸入接口與PSTN、CATV相互連接。因為這些網絡一般情況下都是通過OLT實現信號一體化的。輸出接口和ODM輸入接口，能夠相互對接，并將網絡平均分成各種各樣的線路，使其能夠暢通的傳輸。而且在HIP處還可以采用1XN連接模塊，使信號實現分路。在此過程中，光信號會伴隨著光電復合纜電壓的各種變化使信號傳輸到用戶端當中，用戶只需要基于OLT設備將光信號全部接收之后轉化為電信號，就能夠確保電話、計算機以及其他網絡設備的正常使用[1]。

2.2接入技術

通常情況下，接入技術會選擇以太網作為無源光網絡，其不僅具有成本低廉、操作便捷的優勢，還能夠結合以太網自身的優點，使無源光網絡和以太網進行優勢整合，實現資源的共同利用。而整個系統的數據大多采用IEEE 802.3以太網協議，能夠傳輸的數據幀長短大小不一，可以滿足不同因特網協議業務方面的應用需求，甚至還能夠與更多ip協議的發展方向相互吻合。

而系統的下行方向所選擇的是廣播模式，路由器PST業務信號，可以通過一些網絡傳輸到OLT當中，然后再經過ODN將這類信號依照不同的類別分配到每一個ONU當中。整個系統在經過光電轉換的基礎之上可以按照ONU數據包內地址信息是所接收到的信號傳輸到具體的位置，以滿足多樣化用戶的差異性需求。

而系統上行的方向則選擇的是復合模式，該模式在時延補償以及測距之后，OLT系統會按照相關的標準將不同型號的數據信息進行針對性的分配，使其供應到相對應的ONU當中。ONU系統則減少數據包沖突的問題，使數據信號的傳輸更加安全、穩定、便捷。

三、光電復合纜施工及注意事項

3.1敷設、連接與成端

首先，光電復合纜在施工的過程中應該進行有效的敷設，其施工可以與線程的通信電纜以及通信光纜等進行相互的連接，例如在墻壁、管孔、通道、豎井等位置敷設。需要注意的是，在與通信電纜或者就是通信電纜沿墻壁敷設的過程中。可以利用銅鋼絞線來進行架掛。例如只需要提高電纜掛鉤的規格以就能夠實現必要的連接。而輸電線纜在墻壁、管孔、通道、豎井等位置敷設的過程中，必須按照相應的施工技術規范要求進行合理且規范的應用。

其次，光纖復合纜在連接的過程當中需要采取持續連接的方式，并應用到標準型光纜接頭盒當中。必要的情況下，需要將光纖束管和銅芯導線整齊且規范地固定到接頭盒內，而且銅芯導線應該先進行連接，使得兩根導線的接頭位置可以平行錯開，防止線路錯綜復雜為后續維修帶來不便。需要注意的是，技術人員必須要根據導線結構和環境的不同，采用壓接、繞接、焊接等不同的工藝方式，例如單體導線應該采用自繞接或焊接;多股導線則應該采用壓接的方式。在上述操作完成之后，技術人員還應該用導電膏使其密封，然后用絕緣膠帶和熱縮管封閉膠帶纏繞包扎的接頭，在完成電源導線連接之后，進行固定封閉。

最后，在進行光電復合纜成端的過程中需要注意室外成端和局內成端的不同，其中室內成端是指光電復合纜進局之后應該按照線路工程設計的要求，在遠供電源局端設備的電源機柜內進行有效的固定，而且還應該按照電源導線以及光纜的設計要求，將光纖束管以及電源導線分別放置于遠供電源設備、熔纖盤終端和系統布局當中。復合光纜在進局之后，外護套會被直接剝離，其光源數管和電源導線必須要采用燃塑管進行保護，防止意外火災的發生，以滿足機房電力電纜布線的安全防護要求。而室外成端則要求復合光纜能夠在原單設備成端處進行接線和安裝，使連接電源和終端光纖可以有效的連接。必要情況下復合光纜的入口接箱要做好人工封堵的工作，以確保信號的安全傳輸[2]。

3.2施工注意事項

隨著信息技術的逐漸發展，光電復合纜作為近幾年來應用最為廣泛的一種纜行，在施工過程中一旦發現電弧、電火花、線路漏電、線路超負荷、接觸不良以及線路短路等問題，勢必會影響數據信號的有序傳播，為用戶帶來不便。基于此，為了防止以上問題的發生，在實際施工的過程中，應該注意以下幾個問題。

在施工之前，技術人員必須要對光纜進行單盤的檢測，例如檢查導線和加強鋼絲之間的絕緣導線是否通暢，外表質量是否過關，導線之間的連接是否通暢等。而在布放時，技術人員則應該利用嵌繩和系統中心加強件進行有效的連接，并利用護套或網套進行相應的固定。如果管道光纜和牽引繩所使用的是一個專用的牽引頭，則應該確保符合光纜的轉向力能夠及時被釋放。需要注意的是，技術人員不能直接拉光纜外護套牽引，這樣會造成極大的安全事故。而針對2km以上的光纜布放，技術人員不能夠一次性從頭到尾完成，而應該將光纜盤放置的布放地段的中間，向兩端投放。在實際施工的過程中，光纜彎曲半徑不能小于規定值，以防止光纜嚴重彎曲甚至出現死扣的情況。而且技術人員不能將光纜放置在熱源的附近，以防止其燙壞燙傷。復合光纜接頭需要與銅導線或鋼絲導線分開。技術人員在進行導線連接的過程中也應該檢查其線路裝置的完好性，防止由于線路錯綜復雜使得導線的連接出現問題。而在管道光纜布放的時候，如果遇到管道在拐角處空隙高低不一致，則應該設置專門的人員進行看護，使布放工作更加謹慎。而針對架空光纜的部分，技術人員最好在掛一到兩個臨時牽引導輪，切記不能用掛鉤來代替。而在進行對光纜兩端的接地保護時，需要確保導線在接入設備之后，其防雷功能能夠最有效地發揮出來。

四、光電復合纜的應用前景

4.1 5G時代小基站覆蓋的應用需求

近年來，5G業務類型的日益增加，整個通信行業的邊界也得到了飛速的拓展。業界預測，未來將會有更多的移動通信業務發生在室內。而5G應用的現代物流管理技術、工業制造自動化技術以及遠程醫療技術，也應該或多或少在建筑物室內場景中進行，因此需要更高要求的寬帶來進行承接，其傳輸以及穿透損耗也會越來越大，對于光電復合纜甚至光電混合纜的建設要求也越來越高。

具體來講，首先光電混合纜的應用能夠集中解決個別小基站分布式供電的問題，通過在樓層內部設置集中的供電點，不需要在為單個小基站設備提供針對性的電源供應，有效解決了差異性網絡建設取電難的問題。其次，光電混合纜的速率能夠滿足5G室內覆蓋的升級需求，技術人員僅需要配置不同速率的光模塊，就能夠使得電纜的布線系統進行自動化升級，以便于滿足不同用戶的差異化需求。最后，整個系統的施工也相對便捷。小基站設備以及其他的主流設備之間都設置了相對應的光纖接口，在施工的時候甚至能夠現場制作連接器，以便于組裝相應的光纖活動連接系統，促進信號的有序傳輸。

4.2直流遠供方案的需求

近幾年來，隨著寬帶中國以及5G建設等策略的實施落地，通信光纜以及各類設備也逐漸向室內用戶延伸。其中用戶接入點、通信機房、遠端基站的建設成為各種大型設備供電的首要問題。尤其是針對偏遠地區，由于信號覆蓋面相對狹窄，使得寬帶的建設和線路的敷設也具有較大的困難，而光電混合纜的直流遠供方案能夠有效地解決網絡中電源設備的運維和集中建設等問題，甚至能夠同時間實現光信號和電能的有序傳播，運維效率高的同時，建設成本也較低[3]。

4.3智慧燈桿建設的需求

智慧燈桿主要是將各種各樣的多樣化功能集中到智慧城市公共基礎建設的過程當中，其中包括信息屏功能、廣播功能、WiFi功能、大氣質量監控功能、污染物監控功能、公安監控功能、交通監控功能以及功能性照明功能等。這些功能的匯集能夠為智慧城市的建設提供多樣化的基礎設施基礎，需求量相對較大。截止到2018年底，我國智慧燈桿建設的規模已經達到了6500根，雖然整體市場規模還相對較小，但是在5G浪潮的推動之下，截至2020年，智慧燈桿的建設已經突破了萬根以上，為智慧城市的發展提供了源源不竭的信息化動力。需要注意的是，智慧燈桿在建設的過程中，由于燈桿內部需要大量設備集成，因此通信設備需要在一到兩根線纜之間進行信號或供電的傳輸。但由于燈桿空間相對狹小，因此線纜的敷設則應該更具有束集性，以滿足智慧燈桿建設的實際需求。而隨著智慧燈桿建設需求的增加，為智慧燈桿供電或信號傳輸所提供光纜網線、電力線等合理需求的相關行業，也成了新的經濟增長點，對于整個市場經濟的發展和建設來講都具有重要的影響價值。

五、結束語

伴隨著信息時代的到來，網絡建設的發展日益迅猛。再加上各類基站產品的種類需求越來越多樣化，在不久的明天，分布式基站的建設勢必會為未來通信基站產品的發展提供重要的數據基礎。基于此，將光電復合纜有效地應用到接入網當中，一方面能夠確保接入網系統的安全有效運行，另一方面也可以促進信號數據的穩定傳輸，進而為整個行業的可持續化發展奠定堅實可靠的基礎。

參? 考? 文? 獻

[1]李莉莉， 石華東. 光電復合低壓電纜在拉遠直流遠供電源系統中的應用[J]. 科學技術創新， 2020， 000（001）：39-40.

[2]夏旭. GPON技術在接入網中的應用探析[J]. 信息周刊， 2020， 000（009）：P.1-1.

[3]萬帥. 光通信技術在寬帶通信用戶接入網中的應用分析[J]. 科技傳播， 2019， 011（004）：125-126.