大气波导对高频段组网的干扰机理研究

Atmospheric ducts are horizontal layers that occur under certain weather conditions in the lower atmosphere. Radio signals guided in atmospheric ducts tend to experience less attenuation and spread much farther, i.e, hundreds of kilometers, thus bring severe co-channel interference to wireless communication system with TDD mode. High frequency band is the key candidate technology for future 5G or beyond 5G, however it has the drawbacks of much larger propagation attenuation, shorter transmission distance or smaller coverage and more likely to be trapped by atmospheric duct. The propagation model and interference mechanism of high frequency band in the atmospheric duct is not clear so far, which results much impact on the ultra-dense networking of high frequency band in the future systems. This proposal aims to study the propogation loss model and interference mechanism of high frequency band in atmospheric ducts. Furthermore, we study the efficient and robust dense networking implementations for future 5G/B5G wireless communication systems.

大气波导是一种在特定天气情况下在低空大气层中产生的水平层，在大气波导层中传播的无线信号会经历更少的衰减而传播的更远，一般来说可以达到数百公里，给TDD方式组网的移动通信系统带来严重的同频干扰。高频段通信作为未来5G/B5G（Beyond 5G）的关键候选技术，存在自然空间传播损耗大、传输距离短、更容易被大气波导层陷获等问题。当前高频波段在大气波导中的传播模型和干扰机理尚不明确，严重影响了未来5G/B5G高频段密集组网的应用。本项目拟针对高频段异构部署的超密集网络，通过理论研究建立描述高频段电磁波在大气波导中的传播模型，探索高频段大气波导干扰机理及其对高频段通信基站与终端间波束扫描和波束配对技术的影响，进而指导高频段密集组网部署和网络优化，从机制和算法两个方面有针对性地设计大气波导干扰规避的组网方案，以期有效抑制远距离同频干扰，优化系统性能，最终获得更可靠的通信。

本项目从理论研究、技术创新、仿真验证与应用的三个角度展开了大气波导对高频段组网的干扰机理研究。本项目引入复数折射率和高频段传播模型新方法，将大气波导和大气吸收的物理模型集成到改进的抛物方程方法，揭示了大气波导对高频段电磁波的陷获程度、传播路径和传播损耗关系，建立了高频段电磁波在大气波导中的传播模型；以此为基础，推导出高频段大气波导干扰的入射角度、陷获频率和陷获高度的闭合表达式，利用网络测量和波束扫描，计算出精准的波束调整值消除干扰源，形成了高频段小区中大气波导干扰规避的波束调整技术；基于学科交叉，提出基于环境感知和机器学习的高频段大气波导干扰识别与抑制方案，兼顾干扰规避、快速识别和自动调整特性；形成了一套组网仿真平台，成功应用于江苏移动大气波导干扰问题。相关研究成果及应用为高频段大气波导干扰机理研究提供了新的研究思路，具有一定的理论意义与应用价值，为高频段密集组网部署和网络优化提供了必要的理论和技术基础，同时推动3GPP下一代无线通信大气波导干扰项目立项。