下一代无线网络干扰管理技术研究

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下一代移动通信网络的主要特点包括密集部署和大规模接入,然而这些特性将引入更严重的干扰,因此有效的干扰管理技术尤为重要。本文主要研究两种场景下的干扰管理问题:面向随机接入的密集部署无线网络系统中的干扰问题;以及面向空中高速移动无人机终端的干扰问题。具体的研究成果和贡献概况如下:下一代无线WLAN网络,802.11ax,旨在提升热点区域的频谱效率以及系统吞吐量,为用户提供稳定的高速数据传输服务,其将成为5G网络的一部分。密集部署是其中一种提升区域吞吐量的有效途径,然而,由于随机接入的特性,802.11协议架构限制了更多可能并行传输的机会。本文从物理层出发,设计新型的控制帧格式,提出基于OFDM的信令传输机制。提出的传输机制中,基于RTS/CTS握手过程检测可并行传输的站点,并将控制帧信息映射到OFDM符号的单个子载波,保证原本冲突的控制帧可被正确接收,从而提供更多并行传输的机会,提升区域吞吐量。基于WARP平台实现了提出的机制,通过搭建一套3节点原型实验系统,验证在真实无线传输环境下的可行性。实验结果表明,提出的传输机制可保证在有干扰条件下,控制帧仍能被成功接收。基于NS3搭建了系统级仿真平台,仿真实验验证了提出机制的有效性。无人机空中自主飞行具有广泛的应用前景,5G网络提供的大连接、高吞吐、极低时延、高可靠等特性,可为无人机提供通信服务。相较于地面用户,空中用户所受干扰更为严重,下行通信链路质量无法保证,因此,本文研究利用毫米波Massive MIMO技术为无人机提供下行通信服务,其中,面向无人机应用的波束追踪和波束间干扰消除尤为关键。本文提出了位置信息辅助的两阶段混合波束赋形技术:第一阶段,基站依据无人机位置信息选择在当前无人机方向增益最大的波束码本;第二阶段,基站依据位置信息和第一阶段的波束选择结果得到等效数字域信道矩阵,并基于ZF准则执行数字波束赋形。提出的方法不需要获取准确的信道状态信息,适用于信道估计误差较大的空中高速移动场景。仿真测试基站与无人机在不同距离,沿圆形轨迹以20m/s速度飞行移动场景下的波束追踪性能,同时仿真测试提出的位置信息辅助两阶段混合波束赋形算法的性能。仿真结果表明,位置信息辅助的多级波束追踪可显著提升远距离波束追踪的性能,并且两阶段混合波束赋形算法在有限信道信息条件下,仍可取得较好的性能。
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