5G 超密集组网干扰管理研究

陶润乐

【摘要】    随着工信部5G商用牌照的发放，中国5G商用网络建设在中华大地上如火如荼地进行。5G网络规模的不断扩大，覆盖范围的不断拓宽，新建设的5G网络基站站点数比现有的4G网络多的多，也更加密集，5G关键技术之一的超密集组网就是该需求下的产物，超密集网络和传统蜂窝网络最大的不同就是基站或可接入点的密度，可接入点的类型多样性，因此所带来一系列的干扰，从而降低了网络传输的质量。对此，本文基于超密集组网网络，提出无线网络干扰管理的几种思路，为5G无线网络的干扰管理提供参考。

【关键词】    5G    超密集组网    干扰管理

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”的领头羊，是人工智能、物联网、云计算、区块链、大数据、视频社交等新技术新产业的信息联接平台，正在驱动新一轮科技革命和产业变革，成为数字经济发展的基石。5G时代，1000万-2000万个基站都是有可能的，相比4G时代500多万个基站，在数量上要多得多，并且5G 移动通信系统为了满足3GPP定义的三大应用场景：eMBB（Enhance Mobile Broadband）增强移动宽带，uRLLC（The Ultra Reliable Low Latency Communication）超可靠、低时延通信，mMTC（massive Machine Type of Communication）海量机器类通信（大规模物联网）带来的一系列问题，网络的超密集部署技术被广泛用作为5G的关键技术。超高密度组网网络技术通过在热点中高密度地安排无线网络基础结构，从而将系统容量提高到100倍，从而提高了频率多样性。在集中式网络部署的趋势下，系统中的小型基站与一小部分用户之间的距离越来越近，小区边缘的用户受到相邻小区的干扰，降低了系统吞吐量。另外，超密集网络中的干扰也比常规蜂窝网络中的干扰更为复杂，并且小区间干扰问题是限制超高密度网络的性能的因素。因此，超高密度网络中的干扰管理问题是亟待解决的重要问题。

一、超密集组网干扰管理思路

1.1采用高频同频干扰管理技术

频谱资源就像土地，大城市土地紧缺，沙漠戈壁土地资源丰富，但城市土地的商业价值明显更大。由于5G的技术特点，与4G相比，需要的更是大片连续的土地，而4G是分散的地块。 对于无线电磁波，低频段就是“城市土地”，覆盖效果好，相关产业链成熟成本低，但频带资源紧张，干扰多;高频段是“远郊土地”，穿透性能差，覆盖距离短，好处是频谱资源丰富，干扰少。

众所周知，三大运营商都分配到了3.5GHz周边的频段，实践表明，高频在干扰管理中占据重要的角色，高频段无线资源具有衰减快，适合超密集网络的部署，适用于高速率，大业务流量，小范围内的热点部署的特点，高频率还可以在不好的室内环境下获得更高的频谱利用率，可以减轻层和层相互之间的信号互相干扰。所以尽量在站点密集区域采用高频频率进行组网是减少超密集组网的重要策略。

同频干扰管理解决方案;

干扰协调：对网络系统中的时间和频率资源协调分配，降低干扰;

干扰消除：当信号到达接收端时，通过解调或者解码信息将干扰直接消除;

干扰抑制：采用不同的干扰抑制技术，如干扰噪声化、波束赋形以及预编码等方式来抑制己知的干扰信号。

1.2采用基于小区分簇的空间干扰协调技术

基于小区分簇的空间干扰协调技术是一种基于干扰的动态聚类技术，它在考虑信道分配的情况下执行小区干扰分析。原则是，这些接入点服务合作可以作为强大的干扰接入点一次性提供给用户，通过特定价格的转换来干扰信息，从而干扰信息。相邻的区域，因此可以通过强烈干扰分配恒定的动态输出来减少它。

当用户的接入点繁忙或相邻的接入点受到干扰时，用户可以与在同一簇内的其他传输节点之间相互通信，这种技术保障了用户可以动态地选择移动的最佳接入点，达到通信点传输状态定时更新的明确目的和要求，从而减小通信干扰。

在超高密度网络中，用户被密集和不规则地布置，因此以用户为中心的聚类方法是合适的。 该群集方法是选择联合基站的群集，在该群集中可以多次选择每个用户，并且每个基站都是重复的。在这种情况下，群集边缘没有用户概念，从而增强了协作并减少了干扰。

1.3建立基于超图理论微小区分簇的资源分配算法模型

传统的干扰管理技术是采用基于频带划分的策略，即就是小区边缘用户和小区中心用户各自使用自己的频带，互不干扰。而在超密集单层网络中，所有用户正交共享全频带资源，以用户为中心调度，形成一个无缝全覆盖的高速率网络，但是由于微基站和用户的超密集部属，导致多路干扰累积，影响不可忽视。

再者，由于小区尺寸的缩小，原先根据信道条件匹配用户的算法在超密集网络场景下不再适用，原因是在5G超密集网络场景下，一个信道可被多个用户占用，一个用户可同时被分配多个信道资源，这将导致网络资源分配算法的资源复杂度急剧上升。利用超图理论可以更准确地描述微用户间复杂频谱引起的累积干扰。此外，在调度过程中，微基站可以了解所有信道的用户信道状态信息控制资源池。

采用超图理论进行资源分配的的方法可以使微用户共享频带，结合频率和功率的资源分配策略，使在满足小区用户最小速率需求的前提下最大化每个信道吞吐量的最大化（即一条信道可被分配给多名用户），使系统的平均用户SINR显著提升，降低干扰，提高5G通信系统的频谱利用率和信道利用率。

二、结语

随着5G行业应用场景越来越丰富，商用普及率提升，解决5G无线网络中的干扰问题逐渐成为提升行业信息化、数字化改革进程的重要性因素，也成为提升5G用户使用感知的重要保障。

运用如上提出的一套干扰管控技术理论上能够在一定程度上降低通信系统的干扰，提高5G无线网络的通信效率，但是还是需要结合实际网络规划设计，精准测算和现场勘察沿线网络建设方案、网络覆盖扇面角度、天线挂高、基站间距，并通过射频优化等实际物理手段规避网络通信干扰，尽可能协调可用资源，探索实施局部调度的方法，提高5G无线网络的容量;同时不仅要考虑与优化从基站侧对下行用户通信质量，也要从用户终端侧均衡和改善上行的通信质量，两者互补提高5G无线网络的干扰管控效果。

可以预见，只要把5G超密集组网中的干扰优化好，提高5G系统利用率，可靠可用性，5G会把还没有真正发展起来的智能家居、智能交通、智能城市管理、远程医疗、智能健康管理、污染管理、灾害监测很快推向新的境界，使他们变得更加便捷。

届时，5G将由生活服务向生产管理渗透：柔性化智能工厂需要5G，智慧物流体系需要 5G，智慧农业需要 5G.人们常说4G改变生活，5G改变社会，未来5-10 年，随着 5G 网络的大规模部署，人类的信息化将进入一个全新的时代，这个时代的通信将不再是简单的通信，而是把通信和智能感应、大数据、智能学习整合起来的一个新体系。在新的体系下，新的业务模式、商业模式和服务模式将会创造出巨大的新机会，这也是未来拉动经济的重要力量。

引言：

信息化时代的到来，5g移动网络建设的速度也越来快。移动机房、新农村信息化的建设工程逐渐深入到各个住宅地区，甚至是偏远地区，为人们的安全用网和信息传递提供了坚实可靠的保障。而针对各种各样的无人值守的机房，除了要解决信息传递等困难问题之外，还需要保障网络建设不会出现取电困难和停电的问题，一方面确保本地断电的时候，网络通信能够随时畅通连接，另一方面也可以为各类新型产品的升级奠定坚实可靠的基础。

一、光电复合缆的基本概述

1.1光电复合缆的基本组成部分

随着信息技术的逐渐发展，光电复合缆的结构复杂，包括远供电源局端设备、远端電源远端设备、复合光缆、机房内局端连接以及室外远端连接等。其中远端电源局端设备主要位于机房的电源柜周边或者是电源机柜内部。而远供电源远端设备则是由户外型外壳构成的，本身具有相对坚硬的特点，能够位于主机箱内供信息的连接。复合光缆最重要的价值是信号的传递，一般情况下会被放置在主机站室内或者是远供电源局端之间。机房内局端连接主要是为了分离复合光缆内部光纤接线盒和通信电缆，被放置在机房的固定位置。而远端连接最重要的功能是使复合光缆进入到室外机箱内，然后保证光纤和接线盒能够有效分离，使远供电源设备和通信电缆能够直接相连，以此来促进设备的有序运行，保障信息高效稳定的传输。

1.2基本特征分析

为了能够进一步促进远程供电效能的科学发挥，光电复合缆本身结构中增加了大量的绝缘导体，这样就能够使其具备优良性能。在电能传输以及光传输的过程中不会受外界环境因素的干扰，两者之间也不会相互影响，最重要的是能够有效地解决信号传输过程中所面临的各种各样的难题。具体来讲，光电复合电缆本身具有的优势包括体积较小、使用便捷的同时，重量还相对较轻。而且各类工程施工成本相对较低，网络运营需要耗费的成本低，可以满足各地区大多数用户的实际需求。而且光电复合电缆工程施工的可操作性较强，在抗压以及弯曲方面具有较强的优势。除此之外，光电复合电缆还可以满足各种各样的传输方式，对设备性能的要求不高，只要型号符合且功能完备即可，使用面积相对广泛。而且在光电复合缆接入宽带之后，其应用范围能够增加一倍以上，甚至可以重复利用，避免二次布线所耗费的人力成本，在很大程度上缓解了不同地域网络建设中存在的设备连接困难的问题，为各地区的基础设施建设提供了坚实的保障。

二、光电复合缆在接入网中的应用

2.1接入网的基本构成

通常情况下，接入网由两部分组成，其中室外部分包括从地区变压器房联通用户住宅的接入点区域，而室内部分则主要是从住宅接入点直接连通到用户家庭内的电器插座上。而且，根据相关数据显示，电视网、电力网的接入网类型十分接近，其内部结构基本是完全相同的。因此电力线路不需要进行重新的布排，只需要在原有电视网络的基础上稍加修改就能够连通局域网内的线路，使互联网和电视网成功对接，以满足用户的网络使用需求。

除此之外，在使用光电复合缆之后，由于用户所处位置原本的线路拓朴结构完全相同，只是在此基础上为其安装了一个光网络单位，因此只需要在用户所属小区内的变压房安装一套光分配网络或者是光线路终端设备，甚至直接连通一根普通的导线就能够代替原有错综复杂的线路，使每户家庭都能够连接网络。在具体的实践中，OLT的输入接口与PSTN、CATV相互连接。因为这些网络一般情况下都是通过OLT实现信号一体化的。输出接口和ODM输入接口，能够相互对接，并将网络平均分成各种各样的线路，使其能够畅通的传输。而且在HIP处还可以采用1XN连接模块，使信号实现分路。在此过程中，光信号会伴随着光电复合缆电压的各种变化使信号传输到用户端当中，用户只需要基于OLT设备将光信号全部接收之后转化为电信号，就能够确保电话、计算机以及其他网络设备的正常使用[1]。

2.2接入技术

通常情况下，接入技术会选择以太网作为无源光网络，其不仅具有成本低廉、操作便捷的优势，还能够结合以太网自身的优点，使无源光网络和以太网进行优势整合，实现资源的共同利用。而整个系统的数据大多采用IEEE 802.3以太网协议，能够传输的数据帧长短大小不一，可以满足不同因特网协议业务方面的应用需求，甚至还能够与更多ip协议的发展方向相互吻合。

而系统的下行方向所选择的是广播模式，路由器PST业务信号，可以通过一些网络传输到OLT当中，然后再经过ODN将这类信号依照不同的类别分配到每一个ONU当中。整个系统在经过光电转换的基础之上可以按照ONU数据包内地址信息是所接收到的信号传输到具体的位置，以满足多样化用户的差异性需求。

而系统上行的方向则选择的是复合模式，该模式在时延补偿以及测距之后，OLT系统会按照相关的标准将不同型号的数据信息进行针对性的分配，使其供应到相对应的ONU当中。ONU系统则减少数据包冲突的问题，使数据信号的传输更加安全、稳定、便捷。

三、光电复合缆施工及注意事项

3.1敷设、连接与成端

首先，光电复合缆在施工的过程中应该进行有效的敷设，其施工可以与线程的通信电缆以及通信光缆等进行相互的连接，例如在墙壁、管孔、通道、竖井等位置敷设。需要注意的是，在与通信电缆或者就是通信电缆沿墙壁敷设的过程中。可以利用铜钢绞线来进行架挂。例如只需要提高电缆挂钩的规格以就能够实现必要的连接。而输电线缆在墙壁、管孔、通道、竖井等位置敷设的过程中，必须按照相应的施工技术规范要求进行合理且规范的应用。

其次，光纤复合缆在连接的过程当中需要采取持续连接的方式，并应用到标准型光缆接头盒当中。必要的情况下，需要将光纤束管和铜芯导线整齐且规范地固定到接头盒内，而且铜芯导线应该先进行连接，使得两根导线的接头位置可以平行错开，防止线路错综复杂为后续维修带来不便。需要注意的是，技术人员必须要根据导线结构和环境的不同，采用压接、绕接、焊接等不同的工艺方式，例如单体导线应该采用自绕接或焊接;多股导线则应该采用压接的方式。在上述操作完成之后，技术人员还应该用导电膏使其密封，然后用绝缘胶带和热缩管封闭胶带缠绕包扎的接头，在完成电源导线连接之后，进行固定封闭。

最后，在进行光电复合缆成端的过程中需要注意室外成端和局内成端的不同，其中室内成端是指光电复合缆进局之后应该按照线路工程设计的要求，在远供电源局端设备的电源机柜内进行有效的固定，而且还应该按照电源导线以及光缆的设计要求，将光纤束管以及电源导线分别放置于远供电源设备、熔纤盘终端和系统布局当中。复合光缆在进局之后，外护套会被直接剥离，其光源数管和电源导线必须要采用燃塑管进行保护，防止意外火灾的发生，以满足机房电力电缆布线的安全防护要求。而室外成端则要求复合光缆能够在原单设备成端处进行接线和安装，使连接电源和终端光纤可以有效的连接。必要情况下复合光缆的入口接箱要做好人工封堵的工作，以确保信号的安全传输[2]。

3.2施工注意事项

隨着信息技术的逐渐发展，光电复合缆作为近几年来应用最为广泛的一种缆行，在施工过程中一旦发现电弧、电火花、线路漏电、线路超负荷、接触不良以及线路短路等问题，势必会影响数据信号的有序传播，为用户带来不便。基于此，为了防止以上问题的发生，在实际施工的过程中，应该注意以下几个问题。

在施工之前，技术人员必须要对光缆进行单盘的检测，例如检查导线和加强钢丝之间的绝缘导线是否通畅，外表质量是否过关，导线之间的连接是否通畅等。而在布放时，技术人员则应该利用嵌绳和系统中心加强件进行有效的连接，并利用护套或网套进行相应的固定。如果管道光缆和牵引绳所使用的是一个专用的牵引头，则应该确保符合光缆的转向力能够及时被释放。需要注意的是，技术人员不能直接拉光缆外护套牵引，这样会造成极大的安全事故。而针对2km以上的光缆布放，技术人员不能够一次性从头到尾完成，而应该将光缆盘放置的布放地段的中间，向两端投放。在实际施工的过程中，光缆弯曲半径不能小于规定值，以防止光缆严重弯曲甚至出现死扣的情况。而且技术人员不能将光缆放置在热源的附近，以防止其烫坏烫伤。复合光缆接头需要与铜导线或钢丝导线分开。技术人员在进行导线连接的过程中也应该检查其线路装置的完好性，防止由于线路错综复杂使得导线的连接出现问题。而在管道光缆布放的时候，如果遇到管道在拐角处空隙高低不一致，则应该设置专门的人员进行看护，使布放工作更加谨慎。而针对架空光缆的部分，技术人员最好在挂一到两个临时牵引导轮，切记不能用挂钩来代替。而在进行对光缆两端的接地保护时，需要确保导线在接入设备之后，其防雷功能能够最有效地发挥出来。

四、光电复合缆的应用前景

4.1 5G时代小基站覆盖的应用需求

近年来，5G业务类型的日益增加，整个通信行业的边界也得到了飞速的拓展。业界预测，未来将会有更多的移动通信业务发生在室内。而5G应用的现代物流管理技术、工业制造自动化技术以及远程医疗技术，也应该或多或少在建筑物室内场景中进行，因此需要更高要求的宽带来进行承接，其传输以及穿透损耗也会越来越大，对于光电复合缆甚至光电混合缆的建设要求也越来越高。

具体来讲，首先光电混合缆的应用能够集中解决个别小基站分布式供电的问题，通过在楼层内部设置集中的供电点，不需要在为单个小基站设备提供针对性的电源供应，有效解决了差异性网络建设取电难的问题。其次，光电混合缆的速率能够满足5G室内覆盖的升级需求，技术人员仅需要配置不同速率的光模块，就能够使得电缆的布线系统进行自动化升级，以便于满足不同用户的差异化需求。最后，整个系统的施工也相对便捷。小基站设备以及其他的主流设备之间都设置了相对应的光纤接口，在施工的时候甚至能够现场制作连接器，以便于组装相应的光纤活动连接系统，促进信号的有序传输。

4.2直流远供方案的需求

近几年来，随着宽带中国以及5G建设等策略的实施落地，通信光缆以及各类设备也逐渐向室内用户延伸。其中用户接入点、通信机房、远端基站的建设成为各种大型设备供电的首要问题。尤其是针对偏远地区，由于信号覆蓋面相对狭窄，使得宽带的建设和线路的敷设也具有较大的困难，而光电混合缆的直流远供方案能够有效地解决网络中电源设备的运维和集中建设等问题，甚至能够同时间实现光信号和电能的有序传播，运维效率高的同时，建设成本也较低[3]。

4.3智慧灯杆建设的需求

智慧灯杆主要是将各种各样的多样化功能集中到智慧城市公共基础建设的过程当中，其中包括信息屏功能、广播功能、WiFi功能、大气质量监控功能、污染物监控功能、公安监控功能、交通监控功能以及功能性照明功能等。这些功能的汇集能够为智慧城市的建设提供多样化的基础设施基础，需求量相对较大。截止到2018年底，我国智慧灯杆建设的规模已经达到了6500根，虽然整体市场规模还相对较小，但是在5G浪潮的推动之下，截至2020年，智慧灯杆的建设已经突破了万根以上，为智慧城市的发展提供了源源不竭的信息化动力。需要注意的是，智慧灯杆在建设的过程中，由于灯杆内部需要大量设备集成，因此通信设备需要在一到两根线缆之间进行信号或供电的传输。但由于灯杆空间相对狭小，因此线缆的敷设则应该更具有束集性，以满足智慧灯杆建设的实际需求。而随着智慧灯杆建设需求的增加，为智慧灯杆供电或信号传输所提供光缆网线、电力线等合理需求的相关行业，也成了新的经济增长点，对于整个市场经济的发展和建设来讲都具有重要的影响价值。

五、结束语

伴随着信息时代的到来，网络建设的发展日益迅猛。再加上各类基站产品的种类需求越来越多样化，在不久的明天，分布式基站的建设势必会为未来通信基站产品的发展提供重要的数据基础。基于此，将光电复合缆有效地应用到接入网当中，一方面能够确保接入网系统的安全有效运行，另一方面也可以促进信号数据的稳定传输，进而为整个行业的可持续化发展奠定坚实可靠的基础。

参  考  文  献

[1]李莉莉， 石华东. 光电复合低压电缆在拉远直流远供电源系统中的应用[J]. 科学技术创新， 2020， 000（001）：39-40.

[2]夏旭. GPON技术在接入网中的应用探析[J]. 信息周刊， 2020， 000（009）：P.1-1.

[3]万帅. 光通信技术在宽带通信用户接入网中的应用分析[J]. 科技传播， 2019， 011（004）：125-126.