系统间干扰范文

系统间干扰范文（精选9篇）

系统间干扰 第1篇

LTE已经确定OFDMA和MIMO技术为其核心技术, 它采用同频组网技术并使用OFDMA的接入方式, 有效地避免了小区内用户之间的干扰[1], 却无法抑制来自相邻小区的干扰。近几年人们研究发现, 来自相邻小区的同频干扰严重削弱了MI-MO技术高频谱的优势[2], 使小区边缘用户性能下降, 限制了系统的整体性能, 所以近年来对小区间干扰问题的研究已经成为了一个热点。之前研究较为成熟的小区间干扰弱化方案可以分为三类:小区间干扰随机化、小区间干扰消除, 以及小区间干扰协调等[3,4], 其中干扰随机化技术是通过将干扰随机化成“白噪声”来抑制小区间干扰的危害, 然而干扰随机化并不能降低干扰的能量, 不能真正减少系统中的干扰;小区间干扰消除技术来源于多用户检测, 可以将干扰小区的信号解调, 然后将来自干扰小区的干扰复制消除, 但其算法较为复杂, 对设备的要求也太高;基于频率复用的干扰协调技术实现简单, 应用范围宽广, 但小区边缘的频率资源受限较为严重, 难以支持大量用户以及很高的数据速率。

近年来多点协作技术的提出为小区间干扰弱化问题打开了新的思路, 到目前多点协作技术已经被LTE-A确定为其关键技术之一[5], 该技术通过多基站之间的数据和信道信息共享, 提高用户的信息传输速率, 实现小区边缘用户性能的有效提升[6]。多点协作技术大致分为两种, 一种是多点联合处理, 该方案要求协作基站之间实现用户数据的完全共享, 大量的数据信息共享对于反馈和时延都是一个巨大的挑战;另一种称为多点协调调度, 该方案无需进行用户数据信息的共享, 只需共享用户信道信息或部分用户信道信息。其中部分用户信道信息共享情况下的基于预编码矩阵索引反馈的多点协作方案就是目前研究较热和认可度较高的一种多点协调调度方案[7,8]。在MIMO通信系统中, 发射端能否获取信道状态信息CSI (Channel State Information) 进行预编码决定着MIMO技术的优势是否能够发挥, 而在现实系统中, 发射端很难知道CSI, 只能通过用户的反馈信息来获取CSI。从信息论角度来看, 用户通过反馈全部的CSI理论上可以达到系统容量最大化[9], 但是反馈全部CSI的方法较为困难, 同时巨大的反馈量通过资源有限的反馈信道传输也是不现实的;文献[10]提出了基于矢量量化技术的有限反馈, 在一定程度上可以减少反馈量;文献[11]更是提出一种仅仅反馈索引值信息的方法, 大大减少了系统的负荷, 提升了反馈的效率, 节省了资源成本。本文就将针对小区间干扰, 研究在多基站协作的基础上运用有限反馈预编码技术来弱化小区间的干扰, 提出一种注重协作小区公平性的小区间干扰弱化方案。

1 系统模型

考虑三基站协作的情况, 如图1所示。假设各协作基站共享部分信道状态信息, 每个用户不仅知道自身与服务基站的信道信息, 而且还知道自身与干扰基站的信道信息。每个基站配置Nt个发射天线, 每个用户配备Nr个接收天线, Hi, j表示基站j到用户i的信道矩阵, Fj表示Nt×Nr维预编码矩阵, 每个小区配备一个终端用户, 由于用户UE受到相邻基站BS2和BS3发射信号的干扰, 故用户UE接收到的信号为:

其中, Hi, jFj为天线发送端经过预编码矩阵处理后的等效信道矩阵, xi为基站i的发射信号, 那么式中第一项为来自本小区的有效信号, 第二项为来自干扰小区的干扰信号, 第三项为均值为0, 方差为σ2n的高斯白噪声向量, 并且N的协方差矩阵满足

如上系统模型, 由于无线信道的多变性, 为了保证通信系统的传输性能, 发送端必须通过接收端的反馈信息来调整发送策略, 不同的系统和场景下反馈的信息内容和数量也不同。MIMO系统中, 反馈量随着用户个数和天线数的增加会急剧增加, 在实际中由于反馈的开销很大以及带宽的限制, 反馈信道每次只能反馈有限比特的数据, 因此我们考虑利用有限反馈获得的部分信道信息实现预编码, 基于码本的有限反馈预编码正是我们解决上述问题的方法, 其主要思想是对信道矩阵进行相应的矩阵量化处理, 具体流程如下:

1) 先根据信道的统计特性设计一组可用的预编码矩阵构成一个码本T=[T1, T2, …, Tn], 该码本是发射端和接收端共用的。

2) 选取码本中的一个元素用于发送端的预编码, 这个元素的选择标准主要是依据接收端根据估计的信道矩阵和一定的性能准则, 接收端将被选取元素Ti的索引b反馈给发送端。

3) 发射端根据反馈来的b在码本中找到相对应的向量或向量组, 并在发射端进行预处理。

对于有限反馈预编码系统, 码本的设计和选取就显得尤为重要, 它决定着系统的整体性能。基于Grassmannian空间装箱的码本设计是一种经典的码本设计方法, 它通过求得任意两个子空间之间的最小距离最大化来构造码本矩阵[12]。定义Grassmannian空间为G (Mt, M) , Ti, Tj∈G (Mt, M) , 则Grassmannian码本构建可定义为:

其中, d (Ti, Tj) 为任意两个子空间的距离。

Fubini-Study的距离定义为:

我们就通过最大化mini≤i≤j≤NdFS (Ti, Tj) 来设计码本, 再根据文献[13], 按照系统容量最大化的角度, 确定最优预编码矩阵的选取准则为:

2 基于预编码矩阵索引反馈的多点协作

上述基于码本索引的预编码技术仅仅是在单个小区内部实现的, 发射端对发射信号的预处理也仅限自身, 未能对干扰小区码字的选用进行限制, 这就达不到弱化小区间干扰的效果。而多点协作情况下的基于码本索引的预编码技术则有所不同, 用户不仅需要根据自身与服务基站之间的信道情况选取自己所需的码字, 而且需要根据与干扰基站之间的信道情况对其他小区中码字的选用进行限制, 从而达到干扰抑制的效果。我们可以发现, 基于码本索引反馈的多点协作方案中用户不但需要知道自身与服务基站之间的信道信息, 还需要知道与干扰基站之间的信道情况。

文献[14, 15]提出了两种基于预编码矩阵索引反馈的多点协作方案。一种是基于最优伴随预编码矩阵索引的反馈方案, 另一种是基于最差伴随预编码矩阵索引的反馈方案。

1) 最优伴随预编码矩阵索引反馈方案。该方案流程如下:首先, 用户需要根据与服务基站之间的信道信息在本小区码本的可用码字中选择适合自身的码字, 并将该码字的索引 (PMI) , 反馈给自己的服务基站;同时, 用户还需要根据自身与干扰基站之间的信道信息, 考察每个干扰小区内对自身造成干扰最小的码字, 并将该码字的索引反馈给服务基站, 该码字的索引就是最优伴随PMI, 因为该码字对于该用户造成的干扰是最小的。之后服务基站通过共享信道将最优伴随PMI反馈给干扰基站, 则干扰基站可以选用该最优伴随PMI, 将本小区的用户调度在相同的时频资源块上。由于服务基站与干扰基站通过协作使干扰基站在选择码字时选用了对服务基站干扰最小的码字, 与没有采用PMI协调相比, 该方案达到了小区间干扰弱化的作用, 提高了用户的性能。

2) 最差伴随预编码矩阵索引反馈方案。该方案流程如下:首先, 用户仍需获知自身与服务基站以及干扰基站之间的信道信息。然后同样, 用户需要在自身小区内的码本中选择适合自己的码字, 并将PMI反馈给服务基站, 与此同时, 用户还需要根据自身与干扰基站之间的信道信息确定每个干扰小区中对自身造成干扰最大的码字索引, 也就是最差伴随PMI, 将其反馈给服务基站, 服务基站再通过共享信道将最差伴随PMI通知相应的干扰小区, 干扰小区在获知自身最差的PMI后, 在进行小区内用户调度时, 将避免使用该最差伴随PMI。由于干扰基站在码字选取时去掉了对服务基站干扰最大的码字, 与没有采用PMI协调相比, 该方案一定程度上也起到了小区间干扰弱化的作用。

3 基于轮询调度的PMI反馈

上述的一次PMI的协调过程中, 反馈PMI的用户所属的小区我们称之为主小区 (Master) , 在一次协调调度中占主导地位, 而其他小区则是作为从属小区 (Slave) 考虑, 被动地接收选用PMI, 这样虽然主小区的用户性能提高, 但是会严重影响到从属小区的用户性能, 如果一个或者几个小区长期占有调度权, 那么势必会造成小区间的公平性问题。所以, 我们考虑一种小区之间调度权转移的方法, 来确保小区之间的公平性, 具体示意如图2所示。

假设多点协作系统中有M个小区, 一个小区调度时隙为t, 将M个小区调度时隙合并得T=Mt。在时隙T内, M个小区轮流占有调度权。在时隙0→t内, 小区1作为主小区, 小区1的用户除了反馈自身所需的PMI外, 还要反馈其他M-1个干扰小区的最优 (最差) PMI。在时隙t→2t内, 小区2作为主小区, 以此类推, 直到此次轮询结束。在这样的一次轮询过程中, 每个小区都曾作为主小区, 这样我们就保证了整个系统内小区的相对公平, 不会出现某个小区因为一直被作为从属小区而严重影响到该小区内用户的性能。

设定系统模型中三个小区共用一个码本F。如果小区用户在没有小区间干扰的情况下, 同时发射端不知道信道状态信息, 无法在各个天线上进行优化功率分配, 那么把功率平均分配给每个发射天线, 小区信道容量为:

其中Es为发射信号功率, Nt为主小区发射天线个数, Nr为用户的接收天线个数, σn2为噪声方差, H为能量归一化的MIMO信道矩阵。在我们系统模型中, 小区内的用户在接收信号时受到两个干扰小区的干扰, 那么势必会影响到小区的信道容量。根据系统模型, 小区内用户的接收信号为:

将干扰信号当作噪声处理, 在接收端采用最小均方差检测算法[16], 其检测矩阵为:

其中, Rin表示干扰信号与噪声之和, 故得到存在小区间干扰经PMI反馈的MIMO单用户系统的信道容量为:

由式 (9) 容易看出选择合适的预编码矩阵Fi和Fj对小区的整体性能影响很大, 这就需要通过小区之间PMI反馈协调来选取合适的Fi和Fj, 达到系统性能的提升, 同时还要注意小区间调度权的转移, 以确保在系统整体性能提升的情况下不失小区间的公平性。

我们将最差伴随预编码矩阵索引反馈方案与轮询调度方法结合起来。根据系统模型, 在时隙0→t内, 小区1作为主小区, 小区内用户首先通过接收端确定自身与服务基站之间的信道情况H11, 按照系统容量最大化的角度, 将H11与码本集合中的预编码矩阵依次遍历相乘取最大的‖H11F1‖, 那么F1就为最适合用户的预编码矩阵, 接收端将F1的索引b1, 也就是PMI反馈给发射端。同时, 用户还要根据与其他干扰基站的信道信息, 将n个干扰基站的干扰信道矩阵分别与预编码码本集合遍历相乘, 那么可以得到n个较大的‖H11Fb‖, 即可以确定出对用户造成最大干扰的n个预编码矩阵, 并将这n个预编码矩阵的索引b2, b3, …, bn+1反馈给主基站, 主基站通过共享信道将这n个索引共享给干扰基站, 干扰基站在调用本小区内的用户时, 将分别从剔除b2, b2, …, bn+1的码本中选择码字, 可以得到n个Fj, j≠1, 这样就达到了干扰抑制的效果。在下个时隙t→2t, 小区2作为主小区来协调调度小区间的码字选择, 依次直到轮询结束。

还可以将最优伴随预编码矩阵索引反馈方案与轮训调度方法结合起来。与上述方案一样, 在时隙0→t内, 小区1内的用户首先在码本中选择出最适合自身的F1, 并接收端将码字索引b反馈给发射端。同时, 用户根据与干扰基站的信道信息, 将n个干扰基站的干扰信道矩阵分别与预编码码本集合遍历相乘, 取出n个最小的‖HiiFb‖, 即可以确定对用户造成最小干扰的n个预编码矩阵, 并将这n个预编码矩阵的索引反馈给主基站, 主基站通过共享信道将这n个索引共享给干扰基站, 干扰基站在用户调度时, 就分别在码本中选用这n个预编码矩阵。同样, 在时隙0→t后, 协作集合内的小区进行轮询调度, 直到一个轮询回合结束。

4 仿真结果与分析

对上述的几种反馈方案进行链路级的仿真, 考虑三个小区的协作集合, 表1给出了仿真参数。

图3为最差伴随预编码矩阵索引反馈方案、最优伴随预编码矩阵索引反馈方案与未采用PMI反馈协调方案取不同信噪比时每个用户的平均频谱利用率, 从图中我们可以看到, 最差伴随PMI反馈几乎不能带来性能的提升, 而最优伴随PMI反馈则可以带来较好的性能提升, 但是这种性能提升是以牺牲其他协作小区的码字选择权为代价的。

图4和图5为分别注重小区间公平后基于轮询调度的最优伴随PMI反馈方案和最差伴随PMI反馈方案下主小区和从属小区内用户的平均频谱利用率。从图中我们看到, 采用最差伴随PMI反馈方案后主小区和从属小区的性能几乎没有提升, 这是因为最差伴随PMI反馈本来就不能给小区带来显著的性能提升, 但是它对从属小区的性能损伤也少, 所以引入轮询调度的意义不大。但是, 采用最优伴随PMI反馈方案后, 通过一个轮询调度周期, 主从小区调度权的转移, 可以有效地平衡主从小区之间的性能差异, 从而保证了小区之间的公平性。

5 结语

本文主要研究了多点协作系统中基于PMI反馈的小区间干扰弱化方案, 采用了基于码本的PMI反馈协调方法。通过仿真结果验证了最差伴随PMI反馈方案对小区用户性能的提升有限, 但是对协作集合内的其他干扰小区损害较小;最优伴随PMI反馈方案对小区用户性能提升明显, 但是对协作集合内的其他干扰小区损害较大;引入轮询调度方法的PMI反馈方案通过协作集合内主从之间调度权的转移, 在保证小区间公平性的同时也带来了系统整体性能的提升, 有效地弱化了小区间的干扰。

摘要：针对LTE通信系统中小区间干扰, 给出多点协作情况下基于预编码矩阵索引反馈 (PMI) 的小区间干扰弱化方案。干扰弱化方案采用基于码本的预编码技术, 接收机选用最小均方差 (MMSE) 设计, 干扰小区间采用轮询调度算法。仿真结果表明, 引入PMI反馈协调方案后, 多点协作系统中每个用户的平均频谱利用率明显提高, 小区间干扰得到有效的抑制。

TD—LTE系统干扰分析 第2篇

【摘 要】文章对TD—LTE的系统内外干扰的机理进行了系统分析，并结合标准中的设备性能最低要求计算出典型情况下系统间隔离度要求，以及隔离度的实现方法。

【关键词】TD—LTE 干扰 隔离度

1 概述

随着TD—LTE标准的冻结、设备的成熟以及移动互联网业务飞速发展，TD—LTE已经成为业界的关注焦点。而TD—LTE系统内外干扰问题是网络部署时必须要考虑的关键问题之一。

TD—LTE系统面临的干扰包括噪声Pn、系统内干扰Iintra—system和系统间干扰Iinter—system，下面将分别对这三种干扰进行分析。

2 噪声

噪声可以按照来源分为接收机内部噪声和外部噪声。接收机内部噪声包括导体的热噪声和放大器的噪声放大;外部噪声是指来自接收机以外的非移动通信发射机的电磁波信号，可以分为自然噪声和人为噪声。

一般在进行分析时主要考虑接收机内部噪声，可通过以下式子计算得到：

Pn=KTB+NF (1)

其中：

K：波尔兹曼常数(Boltzmann constant)，1。380662×10—23JK—1;

T：开尔文绝对温度，一般计算中取常温290K;

B：接收机有效带宽;

NF：接收机的噪声系数，标准中一般取基站的噪声系数分别为7dB。

由于LTE系统带宽在1。4MHz～20MHz可变，并且采用OFDMA/SC—FDMA的多址方式，用户实际只占用系统带宽中的一部分。因此，信道的热噪声水平也会随着占用带宽的变化而变化。

3 系统内干扰

系统内干扰是本移动通信系统内各无线网元收发单元之间的干扰。

3。1 同频干扰

TD—LTE系统同小区下的不同用户下行采用OFDMA、上行采用SC—FDMA的多址方式，不同用户占用不同的、相互正交的子载波，因此不存在3G系统中的同小区不同用户的多址干扰问题。LTE系统中的同频干扰主要是同频的其他小区的干扰，这也是LTE系统中干扰协调、抑制技术要解决的问题。

3。2 LTE TDD系统上下行链路间干扰

LTE TDD系统采用时分双工的方式，上下行信道工作在相同的频点，通过上下行转换点设置上下行信道可占用的时隙。上行与下行之间由于时间转换点不一致、基站之间不同步或无线信号传播时延等，可能出现“重叠”(同时存在上行链路和下行链路)的时间点，引起eNode B小区间或终端用户间的干扰。

(1)相邻小区间或同小区不同频率间的上下行转换点不一致

如果相邻小区第二转换点设置不同，在上下行配置不同的时隙，会出现一个小区eNodeB发射时，另一个小区eNode B正在接收的情况，因而将出现比较严重的上下行链路间干扰，如图1所示：

为了避免该类干扰，规划中应注意：

1)结合各区域的上下行业务量需求特点，尽量在成片的区域内采用同一时隙分配方案;

2)在采用不同时隙分配方案的区域交界处，相邻两个采用不同时隙分配方案的小区中，应有一个闭塞发生重叠的时隙，或者两个相邻小区通过检测重叠时隙上的干扰强度，决定是否将用户继续分配在该重叠时隙上。

(2)相邻小区间失同步

在相邻的小区之间同步基准不一致时，即使小区间采用相同的转换点设置方案，由于起始时刻不同，也会有“重叠”时间点出现，如图2所示：

LTE的eNode B之间一般采用外接参考时钟源(如GPS或伽利略卫星系统)实现同步。当外接参考时钟源故障，以及同步过程误差过大时，都有可能出现Node B之间失同步。根据3GPP TS36。133要求，采用相同频率、且有重叠覆盖区域的相邻Node B之间，帧起点的时间误差应小于或等于3μs(覆盖距离小于3km);如果满足该要求，则相邻小区间的上下行干扰时间很短，对网络的性能影响不大。

在规划LTE TDD系统的基站间同步时，应满足该要求。

(3)无线传播时延大于转换点保护时隙

在无线信号传播过程中，随着传播距离的增加会形成传播时延。此外，在采用移动通信直放站延伸小区覆盖距离时，也会引入直放站设备的时延。传播距离产生的时延为：

Δτ=d/c (2)

其中，d是传播距离，c是光速。

在一个小区内如果传播时延过大，也会引起终端的上行链路对附近其他终端的下行链路接收形成干扰。为了在eNode B接收端实现各终端的上行信号同步，终端必须提前一定的时间发送上行的UpPTS和子帧2。如图3所示，以eNode B发射端的时间作为基准，该时间提前量应该等于终端到eNode B的无线传输时延τ，也就等于Node B发射的下行信号到达终端的无线传输时延。如果以终端接收到的下行信号时间作为基准，该时间提前量就是两倍的无线传输时延(2τ)。

相对于接收到的下行信号基准，由于终端需要以2τ的时间提前量发送上行UpPTS和子帧2，如果2τ大于DwPTS和UpPTS之间的保护间隔GP，就会引起该终端的上行UpPTS信道干扰附近其他终端接收来自Node B的DwPTS信道。因此，按照以下公式可确定不产生上下行干扰的最大传输距离(即最大覆盖距离)：

(3)

其中，tgap是保护时间间隔。

根据标准中的特殊子帧配置，可计算得出不同特殊子帧配置格式下TD—LTE基站的最大覆盖距离，如表1所示：

如果存在移动通信直放站等转发设备，由于直放站设备内部的滤波器件固有时延和光纤介质中的信号传播时延，会导致上述时延保护间隔对应的最大覆盖距离进一步缩小。

考虑到该干扰信号经过远距离的传播损耗后，信号功率已经比较微弱，工程中一般较少考虑该干扰的影响。

(4)邻频干扰

由于设备滤波特性的非理想性，干扰也存在于使用相邻频率的各方之间。

假设不同频率上的终端数量和位置分布相同，从3GPP标准中对接收机的ACS和ACLR指标要求来看(一般在30dB以上)，相对于同频干扰，邻频干扰对接收机的影响小30dB以上，即邻频干扰比同频干扰弱1000倍以上，可以忽略。

系统间干扰 第3篇

目前我国移动通信是多系统共存,二代有GSM900、GSM1800等系统,三代有CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA等系统。各种移动通信基站布点密度已非常高,在实际的网络建设中,受站址资源、资金等众多条件的限制,不可避免的出现不同系统之间的基站共用同一个站址的问题。在多个无线系统共存的情况下,可能产生系统间的射频干扰,影响通信质量,严重时将导致系统无法工作。因此,必须考虑多系统间的干扰隔离和共存问题。

1 干扰的产生和种类

干扰从产生的机理上讲分为杂散干扰、阻塞干扰和交调干扰。

1.1 杂散干扰

由于干扰系统所采用的滤波器对带外信号抑制效果不足够好,发射机的带外杂散信号会被其他系统所接收,如果接收到的信号足够强,将会引入系统间的射频杂散干扰。如图1所示。

1.2 阻塞干扰

接收微弱的有用信号时,受到带外的强信号引起的接收机饱和失真造成的干扰,称为阻塞干扰。

1.3 交调干扰

交调干扰是指频率为F1和F2的两个信号经过非线性器件或传播媒介后出现的频率为F1和F2的和或差的新信号。有时,这些交调干扰可能很强。如果它们落在被干扰系统的频带内,就会导致干扰,使信噪比下降。F1和F2两个信号产生的二阶、三阶和四阶交调产物可以定义如下:

二阶交调产物:F1±F2;

三阶交调产物:F1±2F2、2F1±F2等;

四阶交调产物:2F1±2F2或3F1±F2等。

很多研究表明,三阶交调干扰是最强的交调干扰。两个强度相同的载波生成的三阶交调干扰可以表述为:

其中,

IMP3表示接收机输入端的三阶交调干扰的功率电平(单位d Bm);

e Rx_rcv表示被干扰基站接收机输入端的干扰载波电平(单位d Bm);

TOI表示接收机输入端定义的三阶截止点(单位d Bm)。

2 共站系统分析

图2为两个共址射频站的互干扰原理框图,与两个共址站互干扰计算相关的重要射频器件有干扰站的发射放大器、发射滤波器和被干扰站的接收滤波器、接收机。

2.1 隔离准则

1)受干扰基站所收到的干扰基站杂散发射波要比受干扰基站接收机的噪声基底低10 d B(准则1)。

噪声基底=10lg(KTB)+噪声系数(也就等于接收机灵敏度减去信号的载干比)

K为波尔兹曼常数1.38E-20(m W/K*Hz),T常取290K。

2)受干扰基站所收到的干扰基站所有载波的总功率经过射频滤波以后要比接收机的1d B非线性点低10 d B(准则2)。

3)受干扰基站所收到的三阶交调产物(IMP3)要比接收机的噪声基底低10 d B(准则3)。

4)受干扰基站所收到的干扰基站所有载波的总功率经过射频,中频,和基带滤波以后要比接收机的噪声基底低10d B(准则4)。

隔离度选择时以最坏的情况为考虑标准。

根据相关资料,准则2受控于准则4。干扰隔离分析将只考虑准则1、3和4。

2.2 隔离度计算

2.2.1 杂散发射干扰应用准则1

A系统干扰B系统的最小天线隔离度为:

其中:

Pz:干扰系统带外杂散功率

BWAF:被干扰系统接收机带宽对测试带宽的增益

BWAF=10log(BWinterfered/BWinterfence)

LA:A系统基站天馈损耗

LB:B系统基站天馈损耗

SB:B系统(被干扰系统)的接收机允许最大杂散干扰

2.2.2 接收机阻塞应用准则4

A系统干扰B系统的最小天线隔离度为:

CTotal_A:干扰基站载波发射功率

LRX Filiter_RF_IF_BB:被干扰基站接收滤波器在干扰基站发射带宽内的总衰减(经射频,中频,和基带滤波)

CAff Rx:被干扰系统接收机允许最大阻塞设干扰

LA:A系统基站天馈损耗

LB:B系统基站天馈损耗

2.2.3 交调干扰应用准则3

A系统干扰B系统的最小天线隔离度为:

CTx_A:干扰基站载波发射功率

LRX,Filter_RF:受干扰基站前端接收滤波器(RF)对干扰基站发射带内的干扰信号的衰减(只经过射频滤波)

IMP3:表示被干扰接收机输入端的三阶交调干扰的功率电平(单位d Bm)

TOI:表示被干扰接收机输入端定义的三阶截止点(单位d Bm)

LA:A系统基站天馈损耗

LB:B系统基站天馈损耗

3 系统间干扰的解决方法

解决系统间干扰的方法有加滤波器、天线的空间隔离、使用隔离板等。

3.1 加滤波器

抑制杂散干扰

3.2 天线空间隔离

3.2.1 水平隔离

天线水平隔离是通过干扰系统的发射天线与被干扰系统的接收天线水平放置实现的,如图5所示。

其中:

LH:水平隔离度

dH:水平隔离距离

λ:干扰信号波长

G_tx:干扰系统发射天线在被干扰系统接收天线方向上的增益

G_rx:被干扰系统接收天线在干扰系统发射天线方向上的增益

当两天线都采用窄波束定向天线且主波瓣方向完全一致时,G_tx和G_rx可近似为0,当用全向天线或两天线主波瓣方向存在一定夹角时则根据具体情况带入相应的G_tx、G_rx增益来计算。

3.2.2 垂直隔离

天险的垂直隔离是靠干扰系统的发射天线与被干扰系统的接收天线垂直安装实现的,垂直隔离距离为低位天线顶端到高位天线底端的距离。具体如图6所示。

其中:

Lv:垂直隔离度

dv:垂直隔离距离

λ:干扰信号波长

4 WCDMA与GSM1800的干扰隔离分析

4.1 系统参数

4.2 分析原则

考虑到手机分布的随机性,且手机功率较小,所以不考虑手机与基站之间的干扰,手机与手机之间的干扰可以通过测试进行验证。

由于WCDMA发射频段与GSM1800接收频段间隔较大,重点考虑GSM1800基站对WCDMA基站的干扰。

4.3 隔离度计算

4.3.1 杂散干扰

根据ETSI规范,GSM900/1800系统的带外杂散最大不能超过-30d Bm(测试带宽为3MHz)。与3G共存时,带外杂散最大不能超过–96 d Bm/100k Hz。由(式2)计算所需的隔离度如表2所示。

4.3.2 接收机阻塞

UMTS与GSM1800基站共址时,UMTS接收机(包括RF、中频和基带滤波器)应该在GSM1800基站发射带提供至少114 d B的衰减,由(式3)计算所需的隔离度如表3所示。

4.3.3 三阶交调

由相关资料,接收机输入端定义的三阶截止点(TOI)为–22.8 d Bm。UMTS与GSM1800基站共址时,UMTS接收机(包括RF、中频和基带滤波器)应该在GSM1800基站发射带提供至少114 d B的衰减按照UMTS1900基站窄带阻塞标准,UMTS中频和基带滤波应在与UMTS中心频率偏移2.7MHz的地方提供至少50d B衰减。因此,UMTS前端滤波器(RF)能够给予GSM1800基站发射带至多64 d B的衰减。假设UMTS接收机前端(RF接收滤波器)对GSM1800载波的衰减就是64d B,由(式4)计算所需的隔离度,如表4所示。

5 结论

比较杂散波干扰、接收机阻塞和三阶交调的隔离要求,取最坏的情况,得到以下结论:

如果依GSM旧标准,杂散干扰需要隔离度最大,隔离度要求为79.9 d B;

如果依GSM与3G共存时的标准,阻塞干扰需要隔离度最大,隔离度要求为37.8 d B。

上述隔离分析结果是基于一般系统参数和假设UMTS接收机前端(RF接收滤波器)对GSM1800载波的衰减64d B的情况下得到的。如果有具体的设备参数或UMTS接收机RF接收滤波器参数,那么就要重新计算隔离要求。

由(式5)、(式6)分别计算出天线水平和垂直隔距离

浅析PLC控制系统抗干扰问题 第4篇

PLC(可编程控制器)作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置,因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便,而在工业领域得到广泛应用，在PLC控制系统中,虽然其I/O端口输入、输出信号与总线信号之间均有隔离,但由于PLC的应用场合越来越广,受到的干扰也就越来越多。这些都可能造成PLC控制系统可靠性降低,不能正常工作。因此,分析影响PLC控制系统可靠性的因素,研究其解决措施,对于提高PLC控制系统可靠性具有重要的作用,对于PLC的进一步推广应用也具有普遍意义。

2、 PLC控制系统干扰的主要来源

2.1来自电源的干扰

因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,更换隔离性能好的PLC电源,才能解决问题。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流。尤其是电网内部的变化,如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。

2.2来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场(EMI),主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。其影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰;二是对PLC通信网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。

2.3来自接地系统混乱的干扰

PLC控制系统正确的接地,是为了抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。这样会引起各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A,B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常情况时,地线电流将更大。

屏蔽层、接地线和大地也有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会出现感应电流,通过屏蔽层和芯线之间的藕合干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起信号测控失真和误动作。

2.4 来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息外,总会有外部干扰信号侵入。

此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常,大大降低测量精度,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。

2.5 来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

3、 PLC控制系统设计时应考虑的抗干扰措施

3.1 硬件抗干扰措施

(1)电源干扰防御措施

PLC控制系统的电源,一般都是220V,而电网中大的感性负载、可控硅装置等设备的投切过程,很容易造成电压畸变或毛刺,畸变的电源通过交流电源传给PLC控制系统,形成强大的干扰。因此,在系统设计时通常要采用以下措施来抑制干扰:

1)使用隔离变压器抑制从电源进线窜入的高频干扰信号,对低频共模干扰信号也有一定的抑制作用，

其初、次级之间的隔离屏蔽层,用锡箔或漆包线绕1～3层接地。一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地,以抑制共模干扰。

2)使用集成电压调整器进行调整,以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响,并对CPU核心部件所需要的 5V电源采用多级滤波处理。尽量使电源线平行走线,使电源线对地呈低阻抗,以减少电源噪声干扰。

3)在毫秒或微秒级的脉冲干扰信号中,高次谐波成分较高。因此,可以采用低通滤波器抑制高频干扰。

4)电网中,由于触点开关的启停,形成宽频带的瞬变干扰,其能量是随机的。当干扰能量大时,仅凭低通滤波器来抑制高次谐波的干扰往往达不到预期效果,用频谱均衡法抑制干扰,效果明显,但成本较高,不常用。

在实际控制系统的设计过程中,可根据现场干扰的特点和具体的PLC机型抗干扰能力等因素综合考虑选择抑制干扰的措施。其中隔离变压器是最常用的,因为PLC、I/O模块电源通常采用DC 24V,市电只需经隔离变压器降压再经整流桥整流滤波供给即可。

(2)负载干扰的抑制

在控制系统中一般情况下都有许多具有储能的负载。当控制触点切换时将产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电动势,克服此类干扰的主要措施有:

1)在直流感负载场合,可在负载的两端并接续流二极管,二极管要靠近负载,其反向耐压值应是负载电压的4倍。

2)在交流感应负载的场合,可以在负载的两端并接CR浪涌吸收器,CR越靠近负载越好。

(3)系统输入干扰的抑制措施

1)屏蔽

为限制内部的辐射电磁波越出某一区域和防止外来的辐射进入某一区域,对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件,采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理,以防止外界干扰信号的影响。应尽量选择框架结构的控制柜,同时要保证机柜的密封性能良好。

2)滤波

对供电系统输入线路采用多种形式的滤波处理,以消除和抑制高频干扰信号,同时也削弱了两个模块间的相互影响。

3)隔离

在微处理器与I/O电路之间,采用光电隔离措施,有效地把它们隔离开来,以防外部的干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线进入PLC系统,从而影响其正常工作。

(4)系统接地方式

PLC控制柜盘与大地之间存在着电位差,良好的接地可以减少电位差引起的干扰电流。混入电源和输入/输出信号线的干扰,可通过接地线引入大地,从而减少干扰的影响。此外,良好的接地还可以有效地防止误动作,图3为控制系统接地的方式。为控制器和其他设备分别接地方式,这种接地方式最好。如果做不到每个设备专用接地,也可以使用图3b所示的共用接地方式,但不允许使用图3c所示的共通接地方式,特别应避免与电机、变压器等动力设备共通接地。

3.2 软件抗干扰措施

为了提高输入信号的信噪比,常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统,采用程序限幅法,即连续采样5次,若某一次采样数值远大于其他几次采样的幅值,则舍之。对于流量、压力、液面、位移等参数,往往在一定范围内频繁波动,则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为:流量n1=12,压力n2=4时最合适。

(1)设置警戒时钟。如果程序循环扫描执行时间超过了规定的时间,预示程序进入死循环,立即报警。

(2)信号保护和恢复。当偶尔性故障发生时,不破坏PLC内部的信号,一旦故障现象消失,就可以恢复正常,继续原来的工作。

(3)故障诊断。系统软件定期地检测外界环境,如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等,以便及时反映和处理。

(4)加强对程序的检查和校验。一旦程序有错,可立即报警,并停止执行程序。

(5)对程序及动态数据进行储存。当停电时利用存储卡或后备电池,保持有关信息和状态数据不丢失。

4.结束语

LTE小区间干扰协调算法研究 第5篇

LTE同频组网情况下, 由于采用OFDM技术, LTE系统小区内干扰可以忽略, 而小区间干扰较严重, 需要采用小区间干扰协调技术来有效降低此种干扰。本文主要针对四种典型的小区间干扰协调算法进行研究, 分析和总结这些算法的异同及优缺点。

2 小区间干扰协调算法

根据相邻小区间资源分配方法的不同, 小区间干扰协调算法可分为静态、半静态和全动态三类。其中静态协调即指为各相邻小区分配的资源完全按事先预定的方案执行;半静态协调即指为各相邻小区分配的资源可根据不同情况有部分变动;而全动态协调根本没有预先分配方案。由于全动态协调信令开销太大, 一般只限于学术研究, 因此本文不予以讨论。实际系统中通常只考虑静态协调和半静态协调。

2.1 静态干扰协调算法

比较典型的静态干扰协调算法是爱立信公司提出的软频率复用算法[1], 这种算法的特点是小区中心区域的频率复用因子为1, 小区边缘区域的复用因子大于1, 小区中心用户可使用整个频段, 小区边缘用户只可使用可用频段的一部分, 且相邻小区边缘用户使用的频段应该相互正交。小区边缘用户以全功率发送, 小区中心用户以降功率发送。

2.2 半静态干扰协调算法

2.2.1 算法1

为了解决小区内部与边缘用户负载变化时.静态协调算法不够优化的问题, 西门子公司提出了一个半静态协调算法[2]。该算法整个工作频段被分为N个子波段, 其中X子波段服务于小区边缘用户, 其余的N-3X个子波段服务于小区中心用户。服务于小区边缘的X子波段与相邻小区之间是正交的, 而服务于小区中心用户的N-3X子波段可以用于所有小区。小区边缘用户使用的频率会根据小区负载的变化而变化, 也就是说, 如果有多于一个子波段被用于小区边缘用户, 则服务于小区中心用户的子波段就要相应地减少3个。通常会根据终端的位置信息来分配终端具体使用哪个子载波组。

2.2.2 算法2

算法1考虑到了小区内部与边缘的负载变化问题.但对小区间的负载变化未予以考虑。德州仪器公司提出了一种小区间频率软复用的半静态协调算法[3]。该算法小区内部还是可减功率使用全部频段, 但小区边缘不再是固定的1/3了, 而是根据邻近小区间边缘负载的不同进行调整。当某个小区边缘用户较少时, 其可用频率将少于1/3, 而同时其邻近的小区边缘负载较重时, 则邻近小区的边缘可用频率将超过1/3。如所有小区边缘用户负载都较重时, 则各个小区边缘可用频率都为1/3。

3 干扰协调算法比较

对于上述的干扰协调算法, 它们具有一些共同点, 即:都可应用于全向和定向站型, 都有小区簇的概念, 即同频复用距离 (一个小区簇包括N个小区, N取3、4、7、12、13、19六种值) , 都区分小区中心和边缘, 相邻小区边缘所用的频段都只是可用频段的一部分, 而且都互相正交, 小区边缘都以全功率发送, 小区边缘频率复用因子都大于1, 都在一定程度上降低相邻小区边缘用户之间的干扰, 提高小区边缘用户吞吐量。由[4]中对各种干扰协调算法的仿真结果, 可得出这些算法各自的优缺点。

其中软频率复用算法属于静态协调, 算法1和算法2属于半静态协调。静态协调优点是算法简单, 信令开销小, 实现过程比较容易, 缺点是不够灵活, 将给系统性能带来损失。半静态协调则能根据负载的变化, 在预分配方案上进行调整, 使系统优化, 但对比静态协调其算法更复杂, 信令开销较大。

软频率复用算法是各种小区间干扰协调算法中的最典型的算法, 其余算法都是在这种算法思想的基础上提出的。该算法的基本思想是:小区中心UE可使用整个频段, 小区边缘UE只可使用可用频段的一部分, 且相邻小区边缘使用的频段相互正交, 小区边缘UE以全功率发送, 小区中心UE以降功率发送, 小区中心频率复用因子为1, 小区边缘频率复用因子大于1 (取决于小区簇的大小) 。这种算法比较简单, 将整个可用频段分成相等的N份 (N为小区簇中的小区数) , 相邻小区边缘使用不同的相互正交的频段, 且同一个小区的边缘UE使用的频段相同。

半静态协调算法中, 算法1的基本思想是:小区边缘根据负载情况使用X个子载波段, 小区中心可用子载波段减少N*X个 (其中N为小区簇中的小区数) 。与软频率复用算法和静态部分频率复用算法比较, 此算法中只有一部分频率用于小区的中心区域, 且全功率使用, 而软频率复用算法和静态部分频率复用算法小区中心可以使用整个频率, 且降功率使用。另外, 此算法中服务于小区边缘的频率复用系数可以根据当前小区负载情况进行调整。但是此算法的缺点是频率利用率不高, 特别是小区中心用户可用的频率显著减少。

半静态协调算法中的算法2是对算法1的改进, 算法1只考虑到了小区内部与边缘的负载变化问题, 但对小区间的负载变化未予以考虑。算法2则考虑了小区间的负载变化。该算法小区内部还是可减功率使用全部频段.但小区边缘不再是固定的l/N了 (N为小区簇中小区个数) , 而是根据邻近小区间边缘负载的不同进行调整。此算法需要小区间通信, 信令开销较大, 且只规定了小区间频率可以借, 但借多少, 借哪些并未考虑。

4 结论

LTE同频组网情况下, 主要存在小区间干扰, 且小区边缘用户之间的干扰比较严重, 需要采用一定的小区间干扰协调技术, 来协调邻小区间所用资源, 达到抑制小区间干扰的目的。本文分析了四种典型的静态、半静态小区间干扰协调算法, 并总结了这些算法的异同及优缺点, 为LTE小区间干扰协调算法在LTE网络规划仿真软件的应用提供了一定的参考。

参考文献

[1]Ericsson.Inter-cell Interference Handling for E-UTRA[R].R1-050764, 2005.

[2]Siemens.Interference mitigation-Considerations and Results on Frequency Reuse[R].R1-050738, 2005.

[3]Texas Instruments.Inter-Cell Interference Mitigation for EUTRA[R].R1-051059, 2005.

长期演进小区间干扰控制技术研究 第6篇

关键词：长期演进,干扰控制,干扰消除

LTE (长期演进) 小区内干扰几乎可以忽略不计, 而干扰的主要来源是小区间的干扰。为了解决这个问题, 3GPP (第三代合作伙伴计划) 提出了几种干扰控制技术, 主要有小区间干扰随机化、小区间干扰消除和小区间干扰协调技术。

1 小区间干扰随机化

小区间干扰随机化就是把干扰信号随机化成“噪声”进而干扰控制的一类技术。常用的方法有增加干扰码和小区跳频法[1]。增加干扰码较复杂, 且效果一般, 所以很少用到增加干扰码的方法。小区跳频法是利用调度器的系统调度, 使用户调度的资源在各子频带上以一定的随机码跳变, 进而达到随机化干扰信号的目的。3GPP已认同小区跳频法, 但其应用到实际网络中实际效果如何还处于研究中[2]。总之, 干扰随机法就是给相邻小区的信号增加不同的干扰码序列, 或者是用不同的跳频模式随机化干扰信号。显然, 干扰随机化并不能真正地降低干扰信号的能量, 只是将干扰信号随机化为“白噪声”, 从而在接收端可以利用信号处理的方法抑制小区间的干扰。这种方法虽简单, 但不能真正地消除小区间的干扰, 而且当多小区之间干扰时, 误差比较大。

2 小区间干扰消除

干扰消除技术是指把来自相邻小区的干扰信号进行解调或是解码, 然后用接收端的信号处理功能把干扰信号消除。干扰消除技术主要有两种:基于多天线接收终端的空间干扰消除技术和加扰技术[3]。基于多天线接收终端的空间干扰消除是用信号发射端和接收端之间的信道差异来区分有用信号和干扰信号。加扰技术是用来区分有用信号和干扰信号, 做法是在信道编码后, 对信号进行加扰。而接收端对信号进行解调并减去干扰信号, 进而消除干扰。

干扰消除技术, 也只能消除一些较强的干扰。在多小区系统中, 小区间的干扰由很多小的干扰叠加而成。另外, 干扰消除技术严格要求同步, 并且有复杂度非常高的计算。总之, 干扰消除技术对LTE系统要求非常高, 在实际应用中受条件限制很大, 已经不再在3GPP会议上进行讨论[4]。

3 小区间干扰协调技术

小区间干扰协调技术是在全网范围内对可用频谱资源进行规划。使用频率复用技术, 尽可能地使相邻干扰小区间相同频点的使用距离更远, 利用路径产生的损耗来减弱干扰信号的强度, 进而提高信号的信干噪比, 提高调制编码等级, 达到提高吞吐量的效果。这种技术实现起来灵活简单, 效果理想, 所以成了小区间干扰控制的主流技术。典型的干扰协调技术有以下两种[5]。

3.1 部分频率复用 (FFR) 技术

LTE受到干扰最严重的是小区边缘用户。使用部分频率复用的出发点正是由此, 其思想就是区别对待小区的边缘用户和中心用户。中心用户距离基站近, 信道条件较好, 所以把中心用户分配在频率复用因子1上, 而边缘用户是相互干扰的主要对象, 分配在频率复用因子3上。图1为部分频率复用原理图[6]。将小区分为中心区域和边缘区域, 实际可根据参考信号接收功率、用户比等进行划分。相对应地, 把频谱资源分为中心可用频段和边缘可用频段。其中边缘可用频段又分为3段完全正交的频段, 分配给3个相邻的小区。以保证3个相邻小区边缘使用的频段正交, 避免相互干扰。在小区中心, 小区之间的干扰程度较低, 小区中心区域复用中心频段f1, 但须以低功率发射。

3.2 软频率复用 (SFR) 技术

部分频率复用能大幅减小相邻小区间的干扰, 但是也限制了小区中心的可用频段, 造成频谱利用率不高。而软频率复用技术不但继承了部分频率复用的优点, 还对部分频率复用技术的缺点进行了改进。如图2所示, 同样地把小区分为中心区域和边缘区域[7], 把可用频段分为3段, 相邻3个小区分别复用一段, 即小区边缘能够用的频谱资源为全频段的1/3。而小区中心用户, 允许可用全部频谱资源f, 但必须以较低功率发射。这样, 保证边缘用户使用正交的频率资源, 进而提高边缘用户的信噪比, 改善小区边缘用户的通信质量。

对于软频率复用技术, 小区边缘用户使用的资源为全频段的1/3。可用资源也不能适用小区边缘负载的变化。如果小区边缘用户数较多就极大的限制了小区边缘用户的吞吐量等性能。因此, 通常把软频率复用技术作为其他方案的基础。

4 动态TDD (时分双工) 的干扰控制

针对TD-LTE特有的交叉时隙干扰问题, 3GPP提出了4种可能的干扰控制技术建议[8]。

4.1 小区成簇干扰减轻法

小区成簇干扰减轻 (CCIM) 方法, 根据相邻小区之间耦合度、干扰水平等参数形成簇群。如图3, 一个簇包含一个或多个小区。同一个簇的所有小区协同工作, 即所有小区的子帧配置类型都相同。所以可以消除簇内基站对基站的干扰以及用户对用户的干扰。文献[9]介绍了小区成簇减轻干扰的方法。结果表明时隙配比变化越快, 系统的吞吐量越高。但是, 如果簇较大、对簇内小区采用相同的时隙配置, 将会使小区吞吐量下降。并且簇边缘还是会发生交叉时隙干扰。

4.2 协作调度干扰减轻法

协作调度干扰减轻 (SDIM) 法指各小区根据上下行负载、干扰水平等, 使用资源分配、链路自适应、传输功率、子帧的传输方向调整等调度策略来减轻小区间的干扰。调度策略可根据自身检测的干扰水平以及通过X2接口交换的信息进行动态调整。

4.3 基于el CIC/Fel CIC的干扰减轻法

虽然el CIC/Fel CIC (增强的小区间干扰协调) 方法不是为交叉时隙干扰协调而设计的。但我们可以借鉴一下el CIC/Fel CIC的干扰协调技术。比如, 根据严格的链路测量、双向信道状态信息 (CSI) 干扰报告, 在干扰的上下行中使用几乎空白帧 (ABS) 来保护受干扰的用户。

几乎空白子帧技术定义:宏基站设置了一些子帧作为几乎空白子帧, 通过在这些几乎空白子帧上调度它们, 以此来减小宏基站对低功率的微微小区的干扰。但是, 为了向后兼容R8/R9用户, 小区特定参考信号 (CRS) 、主同步信号 (PSS) 、辅同步信号 (SSS) 、寻呼信道、物理广播信道 (PBCH) 需要在几乎空白子帧上传输, 但是功率比正常子帧小, 这样可以减少相邻小区在相同载波上的数据和控制信道的干扰。常规的几乎空白子帧的结构如图4所示。

ABS原理和实现机制已经在标准研究者间达成共识, 但是ABS子帧位置及数量的配置则需要根据网络的干扰状况来决定。

4.4 干扰抑制消减法

干扰抑制消减 (ISIM) 方法包括最小均方—干扰抑制合并技术等。

5 总结

在以上4种方法中, 协作调度干扰减轻方法是交叉时隙干扰研究中比较主流的技术方法。也有在TD-SCDMA (时分同步码分多址) 场景中提出在不同时隙配比的相邻小区之间设置一个交叉时隙干扰区域的方案[10]。在交叉时隙干扰区域中, 用户不允许使用交叉时隙资源。该方案虽然可以有效降低相邻小区之间的交叉时隙干扰, 但是在交叉时隙干扰区域中, 小区用户在交叉时隙无法传输数据, 所以如果交叉时隙干扰区域较大的话就会造成较大的容量损失。也有根据相邻小区的负载状况对交叉时隙资源进行初始化分割配置方案[11]。比如相邻小区负载接近时, 每个小区各使用一半交叉时隙资源。也可根据其他原则对交叉时隙资源进行初始化, 分割成任意比例。另外, 如果当相邻小区距离较远时, 也可以复用交叉时隙资源。这种方法不但充分利用了交叉时隙资源, 还减轻了相邻小区间交叉时隙严重干扰的问题。但是这种方法只考虑了相邻的两个小区之间的情况, 如果是全网多小区的话, 则该方法很难适用。

参考文献

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[2]庆涛.LTE系统小区间抗干扰研究[D].杭州:浙江大学, 2012.

[3]3GPP R1-051396.Comparison of bit repetition and symbol repetition for inter-cell interference mitigation[R].Seoul Korea:3GPP, 2005.

[4]张大鹏.LTE系统中无线资源管理技术的研究[D].北京:北京邮电大学, 2010.

[5]3GPP TS 36.331.Evolved universal terrestrial radio access (EUTRA) ;Radio resource contro (lRRC) Protocol Specification[S].

[6]3GPP TR 25.892.Feasibility study for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) For UTRAN Enhancement[S].

[7]3GPP R1-050841.Further analysis of soft frequency reuse scheme[R].London UK:3GPP, 2005.

[8]3GPP TR 36.828.Further enhancements to LTE time division duplex (TDD) for downlink-uplink (DL-UL) interference management and traffic adaptation[S].

[9]SHEN Z, KHORYAEV A, ERIKSSON E, et al.Dynamic uplink-downlink configuration and interference management in TD-LTE[J].Communications Magazine IEEE, 2012, 50 (11) :51-59.

[10]张宇.TD-SCDMA可变切换点分析及解决方案[J].通信世界, 2005 (20) :33-33.

系统间干扰 第7篇

关键词：数值模拟,井间干扰,敏感性分析,控制因素

0 引言

煤层井单井排采相比井组排采的产能要低下[1,2]。井群排采时, 各井压降漏斗相互叠加而得以延伸, 使得各井之间的流量和降深相互干扰, 形成煤层气井井间干扰[3]。桑树勋等指出地质构造、应力场和储层压力均影响控制着产气量变化[4]。邹明俊等运用COMET3对沁水盆地南部煤层气产能进行了模拟和敏感性分析, 得出产气的控制因素, 此外, 提出了气源和驱动力是控制产气的重要因素[5]。但对煤层气井井间干扰的控制因素鲜有研究, 至今未达到共识。

沁水盆地煤层气总资源量为3.97×1012m3, 占全国总量的10.8%, 发育有太原组15号煤层和山西组3号煤层, 其中3号煤层煤层气资源量约为3.62×1011m3。煤层埋深适度, 构造简单, 从煤层气形成条件来看, 是中国煤层气勘探开发最有利的地区之一。本文选取沁水盆地南部潘庄区块中X1井为研究对象, 通过COMET3数值模拟软件建立煤层气井模型, 通过对参数的敏感性分析, 揭示井间干扰的主控因素。

1 井间干扰数值模拟

1.1 地质模型建立

收集潘庄区块煤层气开发地质资料, 根据X1井实际排采数据, 运用COMET3对其进行拟合, 本次拟合参数包括储层渗透率、含气量、储层压力、兰氏体积、孔隙度、解吸时间等, 同时还要匹配排采阶段时间及各阶段的产水量。

根据储层模拟需要, 建立1个820 m×820 m的正方形区域, 建立四口垂直井组成正方形井网, 虽然该地质模型比较简单, 但可满足本文定性分析井间干扰控因的需求, 下文的模拟都是建立在该模型上。COMET3数值模拟软件的原理是基于非平衡拟稳态吸附扩散模型, 进行三重孔隙度及三维气水两相的煤储层模拟。该软件可较大程度上反演和修正煤储层测试数据, 以提高煤储层特性分析和产能预测的客观性。

1.2 历史拟合

利用COMET3软件, 对潘庄区块X1井127 d的实际生产数据进行了历史拟合计算。通过多方面参数调整, 模拟计算结果与实际生产数据接近, 拟合了产能曲线总体趋势, 只是对产气峰值反映不明显, 考虑峰值两端拟合情况, 认为参数拟合值可接受, 可用来做产能预测。

经过历史拟合得到的储层参数 (见表1) , 能更真实客观地反映煤储层的自然特征和煤层气生产能力, 据此可对煤层气储层和煤层气井产能进行更准确、合理的评价。由表2看出, 初始值与拟合值之间存在着不同程度的差异。如储层渗透率减少了75%, 储层压力增加了3.6%, 含气量增加了21%, 解吸时间缩短了35%, 割理孔隙度减少了16%, 兰氏体积增加了8%, 兰氏压力几乎不变。

1.3 敏感性分析

以X1井为模板, 建立一个四口井的井网, 运用COMET3通过调整各种参数, 模拟不同条件下储层压力传播情况及井网产能, 通过敏感性分析寻找井间干扰的控制因素。调整参数有井间距、渗透率、孔隙度、兰氏体积、兰氏压力等, 具体模拟方案如表2所示。

2 渗透率对井间干扰的影响

通过COMET3软件对井组3 300 d排采情况进行模拟, 设置不同的渗透率, 在排采初期, 各井压降漏斗形态大致相同, 且已发生不同程度的干扰。渗透率越低, 井筒中心压降越低, 渗透率为1 md时, 井筒中心压力为2.75 MPa左右, 渗透率为5 md时, 其压力为2.95 MPa, 相差0.2 MPa。而在远离井筒的地方, 渗透率越高, 其压降越低。排采进行到3 300 d后, 井组压降幅度大增, 且均已发生明显干扰现象。不同渗透率下, 井筒中心压力相差不大, 但渗透率越大, 其整体压降幅度越大, 井组控制有效解吸范围越大, 干扰越强烈。排采早期, 渗透率大, 则储层压力在横向上传播得越远, 而在纵向上压降幅度不是很大;渗透率小时, 储层压力主要在垂向上传递, 因而井底压力下降快。而在排采后期渗透率越大时, 压降漏斗扩展得更充分, 干扰也更强烈, 与井间干扰呈很明显的正相关性。

3 结语

a) 可得知井间距、储层渗透率、孔隙度、构造部位及排采速率影响着井间干扰形成时间及干扰强度, 其中井间距、渗透率是井间干扰主控因素, 而吸附常数对井间干扰影响不大;

b) 井间距与井间干扰呈负相关关系, 井距越小, 井间干扰越早发生且井间干扰越强;渗透率与井间干扰呈正相关, 渗透率大井间干扰强;孔隙度与井间干扰呈负相关关系, 孔隙度越小, 井间干扰形成的时间就越早, 且井间干扰越强。除上述因素外, 煤层气井所处构造部位及排采速率对井间干扰都有影响。

参考文献

[1]杨新乐, 张永利, 肖晓春.井间干扰对煤层气渗流规律影响的数值模拟[J].煤田地质与勘探, 2009, 37 (4) :26-29.

[2]刘会虎.沁南地区煤层气排采井间干扰的地球化学约束机理[D].徐州:中国矿业大学, 2011:3-6.

[3]孟召平, 田永东, 李国富.煤层气开发地质学理论与方法[M].北京:科学出版社, 2010:196-197.

[4]Sang Shuxun, Liu Huihu, Li Yangmin, et al.Geological controls over coal-bed methane well production in southern Qinshui basin[J].Procedia Earth and Planetary Science, 2009, 1 (1) :917-922.

系统间干扰 第8篇

本文提出一种新的联合HII和OI的ICIC方案。本方案首先根据目标小区接收到的HII和OI,判断目标小区中心需要调整PRB分配的用户和需要调整发射功率的用户,并确定可复用的PRB;根据不同的边缘负载情况分配频域资源;调整需调整发射功率的中心用户发射功率;仿真验证了所提方案的有效性。

1 系统模型

在LTE上行多用户FDMA系统中,无线资源分配的最小单位为PRB,PRB在频域上由12个连续的子载波组成,在时域上为一个TTI。SINR是衡量小区间干扰方案有效性的重要标准。第k个小区的用户m在PRB n上的SINR计算公式为:

其中Pmn为用户m在PRB n上的发射功率,βmk为用户m到k小区基站的信道增益情况(包括路径损耗、阴影衰落、快衰落等),N0为热噪声,A(n)为使用PRB n的所有用户的集合,i表示相邻小区使用PRB n的干扰用户,Pin表示干扰用户在PRB n上的发射功率,βik表示干扰用户i到目标小区k的信道增益情况。

假设系统存在L个小区,共有N个PRB,M个用户,每个激活的用户最多只分配1个PRB,B为1个PRB的带宽(180 k Hz),采用用户吞吐量,Io T为衡量ICIC方案有效性的标准。其中用户m在PRB n上的吞吐量为:

用户m在PRB n上的Io Tmn计算公式为:

2 联合HII和OI的小区间干扰协调方案

本文提出的联合HII和OI的小区间干扰协调方案主要考虑了对HII和OI处理的协调性。新方案包含的主要内容有以下两个方面:

(1)确定需调整PRB分配的用户和需调整发射功率的用户

根据目标小区接收到的HII、OI以及目标小区中心用户使用PRB的情况,目标小区的用户所使用的带宽可分为10种PRB集合:

①小区中心用户使用,HII为1且OI为11的PRB;

②小区中心用户使用,HII为1且OI为10或00的PRB;

③小区中心用户使用,HII为0且OI为11的PRB;

④小区中心用户使用,HII为0且OI为10或00的PRB;

⑤小区用户未使用,HII为1且OI为11的PRB;

⑥小区用户未使用,HII为1且OI为10或00的PRB;

⑦小区用户未使用,HII为0且OI为11的PRB;

⑧小区用户未使用,HII为0且OI为10或00的PRB;

⑨小区边缘用户使用,HII为0且OI为11的PRB;

⑩小区边缘用户使用,HII为0且OI为10或00的PRB。

其中使用①部分PRB的用户,将会在下一步的调度TTI内受到相邻小区较大干扰,且相邻小区也受到较大干扰,因此为需调整PRB分配情况的用户。使用③部分PRB的用户,不会受到相邻小区较大的干扰,但是会对相邻小区产生较大的干扰,因此为需要调整发射功率的用户。

(2)确定可复用PRB集合并分配用户

从划分的10部分小区带宽可以看出,可复用PRB集合为:⑧和⑦,并优先占用⑧部分的PRB。⑧部分的PRB受到相邻小区的干扰较小,且对相邻小区的干扰也较小,因此其复用优先级最高。⑦部分的PRB受到相邻小区的干扰较小,相邻小区受到的较大干扰也不是来源于目标小区。小区边缘轻负载时,边缘用户PRB分配情况不变,优先将使用①部分PRB的用户分配到可复用PRB集合⑧和⑨上,并优先分配到⑧上。若可复用PRB集合中的PRB仍未被占用完毕,则将使用②部分PRB的用户分配到剩余的可复用PRB上,提高目标小区中心用户性能。当小区边缘负载较高时,将小区边缘过载的用户和使用①部分PRB的用户分配到可复用PRB集合上。

联合HII和OI的小区间干扰协调方案流程图如图1所示。

3 仿真结果及分析

为验证本文提出方案的有效性,搭建7小区LTE上行系统级仿真平台。不同的方案只用于目标小区,相邻小区采用SFR方案。在同一用户数目下,假设不考虑用户移动性。以SFR、ASFR和本文提出的方案(简称NewICIC)作为仿真对象,小区边缘轻负载时选取小区用户数20为例,高负载时选取小区用户数32为例。仿真得到两种小区负载情况下3种方案的用户吞吐量和Io T。

目标小区边缘轻负载时,从图2可以看出,SFR和ASFR频域资源分配方式相同,因此两种方案曲线重合。New-ICIC将目标小区中心受到邻区较大干扰的用户分配到无线信道条件较好的PRB上,明显提高了中心用户吞吐量,而边缘用户资源分配情况不变,因此得到的目标小区平均用户吞吐量明显优于其他两个方案。图3中,由于ASFR和New-ICIC只用于目标小区并且相邻小区的资源分配方式不变,因此Io T的不同都是由目标小区资源分配方式的不同造成的。因此从图3中可以看出,轻负载时目标小区使用SFR和ASFR方案时频域资源分配方式相同,因此对相邻小区产生的干扰是相同的,而使用New-ICIC时,由于频率资源调整时是将用户优先分配到集合H中的PRB上,能够有效降低目标小区对相邻6小区的干扰。

油藏特高含水期层间干扰问题的讨论 第9篇

1 层间干扰系数

层间干扰现象的定量表征是通过干扰系数η评价的, 如 (1) 式, 其物理意义是多层合采时层间干扰导致采油井整体产液能力、产油能力相对分层开采实的降低程度。

式中, η——干扰系数 (无因次) ;Ji——各小层单独生产时的采油指数 (m3/MPa·d) ;J——合采时总的采油指数 (m3/MPa·d) 。

干扰系数的大小与众多物理量有关, 为了增加考虑的因素使用了考虑打开不完善程度的计算公式采油指数[3], 如 (2) 式。

其中, q——产液量 (m3/d) ;∆p——生产压差 (MPa) ;h——油层厚度 (m) ;α——垂向渗透率系数 (地层垂向渗透率与水平渗透率比值, 无量纲) ;b——油层打开程度 (射孔打开的厚度比总厚度, 无因次) ;S——机械表皮系数。油井的产液能力不仅与油藏的岩石、流体性质有关, 还有注采距离 (re/rw) 及完井条件 (S) 有关。

各种差异中最主要区别集中在渗透率k上, 即高渗透与相对低渗透层的差异。需要注意的一点, 这些参数基本都是随时间变化的, 但变化的频率和幅度不同。

2 多压力系统并联

多层合采本质上是一个多压力系统并联问题, 任何一个小层生产状况的变化都会影响到其它层, 然而相互之间的影响程度是不同的[4,5]。如图1, 注采井间压力系统示意图, 水从注水井流入到采油井流出, 需要经历沿程摩阻压降、注水配水器调节压降、水井射孔井眼的压降, 地层内的流动阻力、采油井射孔压降。假设油藏深度上没有太大差距, 可以认为地层和井壁接触点的压力是近似相等的。根据水电相似的原理, 该系统可简化为图2所示的电路图。

其中, U表示注采井之间的压差;R表示每个生产小层总的流动阻力 (采液指数J的倒数) 包括三部分:注水井射孔及近井带阻力Ri, 油藏内部流动阻力Rr, 生产井射孔及近井带阻力Rp;流量用i表示, 下标n代表各个小层。根据欧姆定律, 压差和流量应该满足以下关系式:

求解可得各小层流量i及分流量系数C, 以1号小层为例, 分流量的大小与各层之间流动阻力的比值差异有关, 某层的阻力越小分流量系数越大。不同流动阻力比例下的分流量表, ∆C是分流量系数最大最小值之差。当流动阻力完全相同的情况 (1:1:1) 下各层的产量一致, 流量被均衡分配, 微弱的阻力差异 (1:1.2:1.3) 也会产生6.1%的流量差, 而实际地层中的情况远远大于这个值, 当阻力差异大于3倍时 (1:3:5) , 一半以上的流量被不均衡分配。这种情况与矿场经验比较符合, 层间干扰系数的实测值都比较大。资料显示, 干扰系数的大小一般在0.5~0.8之间, 也就是说80%注入水主要进入物性较好的层, 物性较差层的处于严重供液不足状态, 随着时间推移这个比例还会增大, 特别是进入特高含水期, 物性较好层已经在主流线形成水相连续相, 这80%以上的注水完全变为无效注水。然而, 这种初始时刻的优势还会被时间放大, 因为随着时间推移含油饱和度降低, 水相阻力会变得更小, 分流量的比例增大差异更加明显, 干扰程度随时间更加剧烈, 所以层系组合优化应该注意合采的层尽量少, 不能因为物性相似而盲目组合在一起。合注合采没有齐头并进, 总会有一个第一, 其余层都会被抑制。

3 措施方向

在没有人工干预的情况下, 这种第一的优势是始终保持的。目前所采用的方法基本围绕调节渗流阻力的大小来开展的, 酸化、变密度射孔能够降低Ri或者Rp, 堵水调剖通过提高物性较好小层的Rr。虽然这些方法能够取得一些效果, 但能否持久性依然有问题。因为流动阻力中最大的一项来自地层的阻力Rr, 也就是先天性的物性差异, 主要矛盾不解决在其它位置很难寻求到有效突破, Ri和Rr的改变只能在初始状态或者较短时域内占据优势, 物性好的小层总能够发挥自己先天优势寻找到合适的突破点, 直至将其它层的优势削减殆尽。

进入特高含水期, 历史注采主流线位置已经形成了连续的水相, 堵水调剖方法的问题在于, 或者堵剂的时效太短, 或者越进入深部地层体系越分散, 注入水可以避开这些位置寻找新的途径。鉴于封堵方法只能短时奏效, 抑制层间干扰未来的技术的基本原则应为“疏为主, 堵为辅”。如何疏导, 应该在改善物性较差层的Rr为主。未来随着工艺成熟经济成本降低, 类似径向钻孔能够扩大接触面积的技术应用在水井, 有目的的改造物性较差层的流动阻力。

4 结论

层间干扰不可避免, 物性优劣是决定干扰程度的主要因素, 高渗透性层干扰低渗透性层不可避免。因为时间效应的问题注入水最终总能向好层流动, 不管是在起点调节, 还是中间环节调节。多层合采关注点不应该是哪层多打开, 哪层少打开, 而是哪层先打开, 哪层后打开的问题。未来工艺技术应放在水井, 考虑使用径向钻孔, 增大接触面积, 通过缩短距离渗流阻力的平衡。

摘要：本文旨在从油藏工程角度对层间干扰研究中的基础问题进行讨论, 利用流动阻力原理对其主控因素、特征时域、变化规律进行了研究, 对目前采用的抑制干扰方法作用原理进行了分析, 提出层间干扰更加长久有效的解决方法的研究思路应以改善被抑制层流动能力为主, 并考虑各种实际生产限制条件, 才能获得更具有普遍性且能被矿场利用的认知成果。

关键词：层间干扰,多层合采,流动阻力,层系组合,配产配注

参考文献

[1]刘洪杰.常规油藏多层合采层间干扰系数确定新方法[J].石油地质与工程, 2013, 27 (5) :80~82.

[2]于会利, 汪卫国, 荣娜, 等.胜坨油田不同含水期层间干扰规律[J].油气地质与采收率, 2006, 13 (7) :71~73.

[3]李传亮.油藏工程原理[M].北京:石油工业出版社, 2005.

[4]唐仁选, 谈士海, 郎春艳.多油层合采的油井产液继含水特征分析[J].中国海上油气 (地质) , 2003, 17 (2) :118~122.