异构网场景干扰分析及基于GNU Radio和USRP的实现

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随着近几年通信技术的发展,移动数据业务呈爆发性增长,然而频谱和站址的资源是短缺的,无法满足迅速增长的需求。在这样的背景下,新一代移动通信技术5G必须满足这种需求,异构网(Heterogeneous Network, HetNets)技术应运而生。采用异构网可以实现在一个区域范围内有多个类型的小区重叠覆盖,实现不同层网络间的同频部署,可以在当今频点资源如此紧张的环境下,改善深度覆盖、增加网络容量、提升用户感知的作用。由于异构网在传统的小区下,增加了多种例如家庭基站(Femtocell),微微基站(Picocell),中继(Relay)等低功率节点,低功率节点与宏基站之间为提高频谱效率共享频谱资源,这种方式会产生同频信道干扰(Co-Channel Interference,CCI),因此异构网下行链路中的干扰分析十分重要。本文首先介绍了异构网的网络结构特点,罗列了各个低功率节点的发射功率,部署标准,分析了异构中存在的同层干扰和跨层干扰。然后对OFDM系统的基本原理和系统流程进行了分析,重点讨论了OFDM的同步算法。下行链路同时存在的同层和跨层干扰会对用户造成通信质量,吞吐率下降的影响。本文建立了一种宏基站位置服从3GPP定义的六边形固定部署,家庭基站位置服从泊松分布的双层异构网场景的干扰分析模型,推倒了宏基站用户和家庭基站用户的中断概率闭式表达,通过系统级仿真以用户吞吐率,中断概率为分析指标,研究了家庭基站功率,家庭基站节点密度,用户在小区中的位置对干扰特性的影响。同时,软件无线电在硬件平台通过软件技术实现通信系统的功能模块,完成系统升级,给技术研究开发提供了更快的实现方式。本文结合系统级仿真结果,基于GNU Radio和USRP平台实现了异构网场景下的信号接收发送系统,重点分析了各个功能模块。研究了软件无线电平台GNU Radio工作原理和USRP平台的内部结构,首先在GNU Radio和USRP平台上实现了基于OFDM的发射机和接收机,对信号接收发送进行了测试和结果分析。然后根据异构网下行链路系统级仿真结果,在收发系统中加入了下行链路来自低功率节点的干扰模块。干扰模块可根据异构网拓补特性,如低功率节点个数,低功率节点发射功率,信道特性产生不同干扰源。最后针对四种异构网场景,进行了下行链路信号接收发送测试,通过对比分析系统级仿真中的SIR和USRP收发系统的SIR,验证了基于异构网场景收发系统的正确性。
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