倍增超密集无线网络容量的干扰管理方法

Through fully exploiting the spatial reuse of available spectral resources, network densification is capable of significantly increasing the capacity of wireless networks. However, due to the limitation of spatial resources, network over-deployment would result in overwhelming conflict and interference as well. Worsestill, near-field propagation feature in ultra-dense networks (UDN) further deteriorates interference. All the above factors reduce the benefits of network densification in enhancing network capacity. In this light, this project aims to shed light on the fundamental limitation of network densification and breakthrough the bottleneck via designing tailored interference management techniques. Specifically, this project first models the interference in UDN, considering near-field propagation features. Then, the impact of interference on network capacity and network capacity scaling law is investigated. On this basis, this project further explores the new characteristics of interference in UDN and implements joint design of interference cancellation, interference coordination and interference avoidance, which are designed for sparse networks. The target is to rejuvenate traditional interference management techniques, thereby mitigating interference and enhancing network capacity in UDN. The achievements of this project will provide theoretical and technical supports for the application of network densification in future mobile communications networks.

超密集组网技术通过提高网络频谱资源的空间复用程度来提升无线网络容量。然而，由于无线网络空间资源有限，网络的过密部署将导致严重的资源使用冲突和干扰，同时，超密集环境下信号的近场传播特性又会恶化网络干扰，以上因素均为网络容量的进一步提升带来瓶颈。本项目旨在揭示超密集组网技术在提升网络容量方面的极限，并利用新型干扰管理方法逼近该极限。具体而言，本项目在建模信号近场传播特性的前提下，刻画超密集无线网络干扰，研究干扰和网络容量的作用机理，探索网络容量随网络密集程度变化的渐近趋势。在此基础上，本项目进一步挖掘超密集无线网络干扰的新特性，联合干扰协同、消除、规避等多种手段设计适用于超密集无线网络的干扰管理方法，在有效抑制、引导超密集无线网络中的干扰的同时，倍增网络容量。本项目的研究为超密集组网技术在下一代移动通信系统中的应用提供理论依据和技术支撑。

在国家自然科学基金青年基金的资助下，本项目针对密集无线网络中近距离信号传播特性/无线干扰特性难表征、网络容量难以持续高增长的难题，构建了无线信号近距离传播测试平台，提出了多斜率有界路径损耗模型，解决了传统路径损耗模型在近距离场景下信号放大至无穷问题，揭示了复杂干扰对网络容量的制约机理，发现了有用信号和干扰信号的“等阶性”变化规律是制约网络容量持续增长的关键要素，进一步地提出了基于网络干扰图谱的高效干扰管控方法，实现了网络容量随连接密度持续增长、倍增了无线网络容量。项目成果已应用于中国移动实际中国移动商用运营的密集无线通信系统，被中国移动评价为：“所提出的理论和方法可使网络的整体服务数目增加近7.7倍，吞吐量增加9.2倍，成熟度高，综合性能满足大规模商用的需求”。.在执行期内，本项目在国际和国内通信领域重要期刊会议上发表论文27篇，其中IEEE汇刊论文13篇，第一/通信作者论文11篇，中科院I区论文7篇，中国期刊卓越行计划论文2篇，EI会议论文13篇，英文专著章节2章，申请/授权发明专利9项。获得陕西省科学技术一等奖一项（2/6）、陕西高等学校科学技术一等奖一项（2/6）。依托本项目的研究成果，项目负责人入选中国科协第五届青年人才托举计划（2019-2021）、陕西高校科协青年人才托举工程（2020-2021），以课题负责人立项科技部重点研发计划一项，作为项目负责人立项中国博士后特别资助项目一项、中国博士后面上资助项目一项（一等）、陕西省博士后特等资助项目一项。