5G通信中干扰对齐关键技术的研究

5G通信中干扰对齐关键技术的研究

程永丰

中国移动通信集团重庆有限公司 401121

摘要：通信技术的发展与生活水平的提高，让人们对移动通信的要求越来越高，最新的5G技术也已经投入了商用，从而更好地满足人们对于通信方面的需求，因此，超密集网络技术的概念也应运而生，通过微基站缩小区域使用面积提升系统的利用率与容量，实现系统的高效利用。本文将对5G通信技术研究的背景和现状以及超密集网络进行概述，并对5G干扰对齐的相关技术进行研究。

关键词：5G通信；干扰对齐；关键技术

引言：在很长一段时间，2G通信网络是移动通信的主要形式，直到4G网络的普及，使得人们的工作与生活方面的需求得到了满足。随着全球通信技术的发展，人们对于移动通信技术提出了越来越高的要求，于是5G技术应运而生，通过更加先进的技术，造福于日常的工作与生活。但是，5G技术的实际应用仍然存在些许问题，其中最为关键的是抗干扰技术，对于网络的使用稳定性有重要影响。

一、5G通信技术研究概要

（一）背景

在很长一段时间，2G网络是我国移动通信技术的主流，后来随着时代的推进与技术的发展，3G和4G技术也陆续投入使用并得到了大范围的普及。从2009年开始，4G技术开始在全球范围内逐渐普及，并在国内得到了飞速发展。尽管4G技术已经达到了100MB/S，已经可以满足人们的日常使用，但伴随着智能手机的普及，人们对于网络的使用提出了更高的要求，因此5G技术的研发应运而生，以满足日益增长的通信需求。

根据相关资料，近年来我国的移动通信业务已经达到了之前的近百倍，因此不能仅仅满足于当前4G网络的应用，还要积极发展5G技术。目前，许多的科研机构已经开始着手研究5G技术，根据预期，5G的峰值应达到10GB/S，并能够满足一定密度的设备连接，因此需要更多的技术研究，具有较大的技术难度，其中抗干扰问题是关键。

（二）现状

5G技术对于数据传输速度和稳定性具有非常严苛的要求，使得网络技术的发展进入了瓶颈，因此如果要提升网络的数据吞吐量，就应该对现有的技术作出革新。由于现有的网络技术在发展商与频谱利用率具有直接关联，可以概括为每次技术革新都是在提升频谱的利用率，5G技术同理，其对于网络架构提出更高的要求，其组成方案也应体现其高效性。

说到底，无线网络技术的发展本身就是围绕着频谱利用率展开的，每当无线通信技术得到新的发展时，频谱的利用率都会得到提升，因此更加先进的5G技术具有更高的频谱利用率，在网络架构与系统组建上采取更加高效的方案，例如采用超密集网络。但是，现阶段的5G技术需要对信号干扰的问题进行解决，其对于网络使用的稳定性具有重要影响。

（三）超密集网络

现阶段的超密集网络技术在发展上具有广泛前景，并具有技术方面的优势，但因为基站距离的减小，使其运行的稳定性受到影响。超密集网络所面对的问题是小区之间的相互干扰，因此这类问题的解决对于技术能否投放使用具有直接的决定性作用。因此，在拟定解决对策前，需要对干扰特点进行分析。从而有效减少因干扰而对通信造成的影响。

所谓小区之间的互相干扰，就是通过超密集网络覆盖的小区经常会被其他小区用户的数据传输所干扰，从总体上看，其中心地区的用户与外延地区的用户最容易受到干扰，多天线技术传输效率一旦降低，则会使得全部数据的吞吐量降低，因此对于吸纳阶段的超密集网络技术，解决内部各小区之间互相干扰的问题是重中之重。

例如，在应对干扰问题时，干扰对齐技术是一种较为有效的手段，但仅仅能够起到缓解作用，无法根除干扰问题，且在同一小区内的用户群体受到的干扰多种多样，如果从源头进行改善的话对于能源和资源会产生大量的消耗，因此现阶段只能采取合适的方法克服问题，以最少的资源消耗尽最大限度降低干扰所造成的影响。

二、5G干扰对齐技术的研究

干扰问题在无线通信网络系统中，能够对性能产生重要影响，对于干扰管理能够从设计调度方面进行干扰规避以及将干扰作为可利用资源的一部分加以利用。因此，干扰对齐技术应运而生。

早在20世纪末，干扰对齐技术就已经出现了，但直到2006年干扰对齐技术才正式投入使用。目前，干扰对齐技术有传统意义上的干扰对齐技术、广义上的告饶对齐技术以及智能化干扰对齐技术等。

（一）传统干扰对齐技术

将信号空间进行合理规划并做出分离，是干扰对齐技术的基本思路，借助适当的方法与规则将信号空间划分为目标信号和干扰信号的子空间，通信系统数据传输容量与有效信号子空间维度具有直接关系，因此干扰对齐的主要目的是将干扰信号子空间的维度进行压缩，最大程度上提升目标自信和的空间维度，从而提升通信系统数据传输的容量与速度。

但从时域、频域进行干扰对齐，对于信号空间资源拥有较高的要求，具有较大的实现难度，在空域层面进行干扰对齐的难度较小，因此空域层面的干扰对齐技术更为常见。根据相关的计算，不同发射端的干扰信号方向在用户端重合，即干扰信号空间维度被压缩为单个维度，此外每个用户端配备了两个天线，具有二维信号空间，使得每个用户都能从另一个维度实现无干扰通信。

通常，传统的干扰对齐技术需要两个步骤——第一步是合理设计发射端的预编码矩阵，让干扰信号在用户端的低维干扰空间对齐；第二步是设计和干扰空间正交的接收矩阵，让干扰无限趋近于零。

（二）广义干扰对齐技术

移动通信系统的影响因素主要有路径损耗和阴影效应，因此当信号传输至用户端的时候无线信号会在功率上出现不同程度的削弱，而不同信号发射的干扰信号也因不同传输途径使其到达用户端的功率存在不安逸。因此，用户端中的干扰信号中存在部分对系统干扰较小的信号，这些信号即使存在于信号空间也不会对有用信号存在较大影响，因此这些干扰信号可被视为噪声，而其他的干扰信号可构成较低维度的等效干扰子空间，以有效降低干扰子空间的维度，这是广义干扰对齐技术的基本原理。

广义干扰对其技术选择对齐对于通信系统具有较大影响的干扰信号，使得可消除的质控科构建中仍存在大量的干扰信号，对于通信系统具有较低的配置要求，同时拥有更加广泛的适用范围，实现效果也较为理想，这是传统干扰对齐技术所无法达到的，能够更有效地将天线资源加以利用，从而扩大其应用范围[1]。

（三）智能干扰对齐技术

如今是一个强调智能化的时代，5G技术的干扰对齐技术也向着智能化的方向发展，使得5G无线网络中的各种干扰信号能够得到更加有效的管控，从而满足人们对于高质量网络通信方面的需求。智能化地干扰对齐技术，能够通过联合处理、干扰迁移和网络编码等技术手段，加强抗干扰能力。但这些技术的使用，需要配合相应的策略进行使用，才能够将相关技术的效果充分发挥，从而更好地提升5G通信的质量。

1.建立干扰管控系统

为了保障5G通信的质量，实现万物互联，可使用5G无线网络技术加强情景建设的多样性，从而让用户更好地开展各项业务。5G无线网络具有智能性和动态性等特点，通过构建和5G无线网络特征相符的干扰管控系统，不但能够对干扰信号进行有效管控，同时还为5G无线通信的质量提供保障。

为此，相关人员必须构建良好的干扰环境，并借助干扰技术将网络通信的能力进行不断优化，并根据干扰信号的管理要求，通过科学有效的管控模式，将干扰信号进行集中协同处理，从而完成构建干扰模型，将5G无线网络的干扰进行更为有效地管控。

2.构建干扰管理体系

5G无线网络的发展愿景是万物互联，因此借助5G技术能够提供更加多元化的应用场景，使得人们的需求不断得到丰富，从农业到医疗再到交通等多个领域的业务都能够看到其实际应用。为了能够发挥5G网络的应用优势，需要加强对智能干扰管理体系的构建，从而使得网络环境得到有效优化，提升抗干扰能力的智能化程度与网络通信的性能。

在5G网络环境中，干扰环境是其重要构成，对于干扰管理方法的设计效果具有直接影响。通过对干扰信号的处理，从而完善干扰模型，不同的层次对应着不同的管理策略，还要讲干扰管理机制进行调整以及对干扰环境进行优化，实现扩大网络容量，更好的提升管理工作的水平。

3.增加干扰移动技术

为了使得5G通信的稳定性和可靠性得到更有力的保障，相关人员还要在网络中添加与应用干扰移动技术，并根据异构网络建设的要求，通过干扰移动技术自动化管控微蜂窝基站，从而自动切换不同网络，降低网络通信延迟的同时也能够提升网络通信的效率。

但是，由于5G网络通信的微蜂窝基站分布缺乏一定的规律性，使得同一区域内的基站发生重合现象，还会造成基站传输信号的衰减，最终使得5G网络出现盲区，因此需要通过干扰移动技术解决5G无线网络通信中的盲区问题，从而提升网络通信的效果[2]。

例如，多模用户终端对于Wi-Fi的接收热点的记忆作用，能够通过网络传回，同时相关人员也能够通过Wi-Fi和蜂窝网络进行干扰管理的智能化工作。微蜂窝网络的大量建设可能会使得左端区出现严重的层内或层间干扰，让网络容量受到限制，而因在右端区的用户数量较少，使其受到的干扰较小。

为了解决这一问题，不能晋级提升信号的传输功率，否则会使得干扰进一步加强，无法将干扰技术的作用充分发挥，使得用户体制内缺乏干扰，而高功率的信号发射也会对造成较大的能耗，因此为改善干扰较强地区在网络质量上的问题，需要对干扰管理措施进行创新。

4.干扰的对齐与规避

5G网络的主要信道集中于高频道区域内，所在小区不同使得异构网络内的微蜂窝基站在信号传输能力上也存在一定差异，尤其是传输线路上更能够看出差异。因此，为解决这一问题，相关人员需要在无线网络中采取干扰对齐策略，使得不同小区内的5G无线信号的干扰处理更为有效，结合干扰管控模式，实施管控为蜂窝基站的干扰信号，确保网络信号传输的可靠性与安全性。

此外，在进行干扰对齐的过程中还应与干扰规避的方式相结合，不断提升5G无线网络通信的稳定性为从而为网络各个层级干扰信号的管控提供良好条件，使得网络通信的质量得到有效提升。干扰对齐和干扰规避在5G无线网络的干扰技术的管理中是经常使用的方法，二者之间的结合能够让不同层级之间的干扰得到有效消除，保障网络质量。

5.子信道与功率管控

前文提到异构网络中，微蜂窝的布置缺乏一定的规律性，使其在布置的地点和数量很难进行预估，这一特性使得各种传统中心类资源的配套体系无法发挥出最大的效率，也无法满足当前的需求，因此为了将体系内部容量进一步扩充，需要利用受干扰的多个子信道进行数据传输。

这样的做法，使得每一个蜂窝基站在子信道选择的过程中需要考虑其他基站参数的传输情况，同时基站对于自信和的选择还会对其他基站的后续选择造成影响，从而使得蜂窝基站之间的选择形成相互影响的关系[3]。

（四）符号检测干扰对齐

1.系统模型概述

符号检测干扰对齐的系统模型基于MIMO多用户干扰信道进行建立的，其接收信号相当于有用信号、干扰信号与噪声的综合。在其中，涉及到接收机上所接收的信号及其维度，以及从一个发射机到另一个接收机的信号矩阵。如果考虑到滤波器的话，还会涉及到滤波器矩阵。

在接收机上，滤波器的作用就是为了消除干扰，通过相关的公式可以得出在理想状态下将干扰进行消除的条件，也就是在接收机端将有用信号进行有效还原的同时消除干扰信号，使得信号的质量得到保障，并实现高质量的通信。

2.技术算法简述

在符号建设干扰对齐的算法中，主要有LS算法和MIN-WLI算法两种。LS算法是先将随机的单式矩阵进行初始化，再计算最佳滤波器矩阵和随机单式矩阵，并重返计算最佳滤波器矩阵的步骤，以此进行重复。由于传统的算法在信号检测上存在弊端，因此就有了SDA-LS算法，使其更加准确。

而MIN-WLI算法则是先将初始化随机单式矩阵进行初始化，再计算矩阵Q及其平均值，但考虑到干扰成本，也有SDA-MIN-WLI算法，有时也会有SDA-LS与MIN-WLI算法相结合的方式，提升算法的准确度[4]。

结论：随着智能手机的发展，我国对于移动网络的需求也在不断扩大，因此5G技术的运用逐渐成为了主流。但是，5G技术对于数据传输的速度和稳定性的要求更为严苛，使得网络技术在整体上陷入了瓶颈，尤其是在抗干扰能力方面对于网络系统的稳定性具有重要影响。目前，5G信号的抗干扰从原先的传统技术发展到了更为智能化的技术，更加有效的确保5G信号传输稳定性。

参考文献：

[1]王堃,张彦博.5G通信中干扰对齐关键技术分析[J].信息通信,2019(9):13-14.

[2]党岩.面向5G无线网络的智能干扰管理技术应用分析[J].通信电源技术,2021,38(3):117-119.

[3]姜河.面向5G无线网络的智能干扰管理技术研究[J].数字通信世界,2020(2):141.

[4]贾国庆,黄李冰,刘健,等.基于符号检测的LS与MIN-WLI结合的干扰对齐算法研究[J].信息通信,2019(9):17-20.