无线通信系统频率干扰原理简介
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无线通信系统频率干扰原理简介
随着计算机和通信技术的迅猛发展，全球信息网络正在快速向以ip为基础的下一代网络(ngn)演进。未来全球个人多媒体通信的宽带化、移动化的技术趋势，加之灵活性、便利性的市场要求，使得无缝覆盖、无线连接的目标正在日益变为现实。当前，各种无线技术呈现出百花齐放、百技争鸣的局面，这在加速无线应用普及的同时，也因无线技术所固有的而面临不可忽视的问题。本文引用地址：
1、原理分析
无线干扰的产生是多种多样的，原有的专用无线电系统占用现有频率资源、不同运营商网络配置不当、发信机自身设置问题、小区重叠、环境、电磁兼容(emc)等，都是网络射频干扰产生的原因。工作于不同频率的系统间的共存干扰，本质上都是由于发射机和接收机的非完美性造成的。通常，有源设备在发射有用信号的同时，由于器件本身的原因和滤波器带外抑制的限制，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其他无线系统的工作频带内，就会对其形成干扰。
对于无线系统而言，发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，它包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散辐射。接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信 号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞;同时接收机也存在非线性带来的非完美性，带外信号(发射机有用信号)会引起接收机的带外阻塞。
有源设备产生的带外杂散、谐波、互调等无用信号的强度除了与设备本身的质量有关以外，还与两个因素有关：自身的输出功率越大，无用信号的输出越大;偏离工作带宽的程度，离工作带宽越远，无用信号越小。系统对外来干扰的承受能力也与两个因素有关：本身信号的强度，信号越强受干扰的机会越少;干扰信号的大小，干扰信号电平越小，信号受干扰程度越低。此外，发射机和接收机间的干扰还取决于两个系统工作频段的间隔和收发信机空间隔离等因素。
无线和移动通信系统的干扰主要有同频干扰、邻频干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰。
2、系统情形
从我国的实际情况看，主要的技术将有：属于第二代蜂窝移动通信技术的gsm和窄带cdma、定位为固定电话补充的phs(小灵通)和 scdma (大灵通)、同属第三代蜂窝移动通信体系的tdd系统td-scdma和fdd系统wcdma/dma2000、应用于宽带无线接入的 wlan/wimax、立足于短距离通信的uwb以及将应用于无线识别的frid等。这些技术的应用领域虽然有所重合，但其特定的市场需求，将在较长时期内共存，因而必须考虑其干扰情形。
2.1　现有无线通信频谱方案
我国现有的无线与移动通信频谱具体分配情况如图1所示，此外，wlan使用无需许可的ism频段，uwb使用3.5/5.8g频段，而wimax和rfid尚未最终确定频段，其中wimax有可能分配在2.5g、3.5g或5.8g频段。
2.2　无线干扰基本情形
由图1可以看出，gsm1800、phs、scdma、td-scdma、cdma2000、wcdma等无线系统的频段直接相邻或重合，难以避免之间的相互干扰，而uwb的超宽带的特点也会造成干扰，如图2所示。
图1　我国无线通信技术现有频谱分配
图2　无线干扰示意图
2.3　移动通信系统干扰
移动通信系统中的各种干扰一般可以分为小区内的干扰、小区间的干扰、不同通信制式之间的干扰、不同运营商之间的干扰、系统设备造成的干扰等。
小区内的干扰主要有多径干扰、远近效应和多址干扰等。这些干扰的产生是由无线信道的时变性和电磁波传播过程中的时延与衰落等特点决定的，当相邻小区采用同一频率时产生的干扰，对于tdd系统来说尤为严重。tdd系统与fdd系统之间的干扰，主要是tdd信道(包括上行信道和下行信道)与fdd上行信道之间的干扰。除了上面的干扰之外，不同运营商之间的干扰、系统设备造成的干扰等也是需要加以考虑的问题。
3、干扰解决方案
无线通信系统中的干扰虽然普遍存在，但根据干扰的产生根源和干扰情况的分析，结合计算机仿真和大范围的现场试验，也找到了一些降低和消除干扰的有效办法。这些方法主要分为两大类：基本技术类和工程建设类。
3.1　基本技术类方法
从具体技术角度分析，小区内干扰可以采用设计正交性好的多址码、上下行链路同步、纠错编码、功率控制、分集接收/发送、联合检测、智能天线、空时处理等信号处理技术加以改善或解决。而小区间的干扰以及tdd与fdd系统间的干扰，可以从物理层技术方面考虑，也可以从高层的无线资源管理技术着手。从物理层来看，同步技术和智能天线技术是很好的措施，从无线资源管理角度分析，动态信道分配是十分有效的方案。此外，还需要考虑不同运营商统一协调网络规划等。
3.2　工程建设类方法
工程建设方案是在移动网络规划和建设的过程中，从工程的角度采用一些优化办法改善无线干扰。这些方法主要有：增加频率保护带、提高滤波精度、增加站址间距、优化天线安装、限制设备参数等。
增加频率保护带解决方案是通过频率规划，使得干扰系统的发射频段和被干扰系统的接收频段在频域上得到一定的隔离。随着隔离的增大，干扰系统发射机信号落入被干扰接收机接受带宽内的分量减小，同时接收机接受滤波器对干扰系统发射信号的衰落加大，由此系统间干扰减小。
适当地频率保护带可以有效缓解干扰问题。同时，在考虑使用附加滤波器来限制干扰信号时，由于理想线性的滤波器难以实现，因此也需要留有一定的保护带为滤波器提供过渡带。但另一方面，由于频率资源的稀缺，以及发射、接收滤波器频率响应特性的不同，使用保护带时也应综合考虑其他干扰解决方案，尽量减少保护带宽的大小。
提高滤波精度解决方案是在原有设备的无线收发系统基础上，通过使用高精度滤波器或附加滤波器来进一步提高发射机或接收机的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度。提高 滤波精度是有效解决干扰的途径之一，但也意味着成本的增加。
增加站址间距方法可以有效降低干扰，但此方法受到站址资源匮乏和多运营商共存情况等的限制，具体工程实施难度较大。
优化天线安装包括天线倾角、方位角、垂直和水平隔离等，通过采取一些优化措施，提高天线间的耦合损失，降低干扰。
限制设备参数是规定足够的设备指标来保证收发频率相邻的共存问题，主要有严格限制发射功率等。
分析不同的无线干扰情形，有针对性的采取相关解决措施，进而在技术演进、设备研发、网络规划、系统建设、运营和优化中，减弱乃至消除干扰是一个重要的研究领域。在3g建设前夜，尤其需要我国的科研和工程技术人员为打造精品网络、构造和谐通信作出更多的努力。
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我来说两句……
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不是邻区的相同频点会产生干扰吗？求解答
提问者: &提问时间: &
楼上的解答必须要顶~~反正你如果不扫频，就结合最新工参，通过Mapinfo的网络拓扑插件比如GSM application ，直接找问题小区周围的同频BCCH或同频TCH，这样可能不全面，也不能找网外干扰，但是从干活的角度来看，一般都是网内同频，一般也都能找的到，按规划改了就是了。工作会轻松快捷一点，但如果怀疑确实有网外的干扰，那就老实排查吧~~
另外补充一下，楼主可能初学，问的意思我明白了，虽然某小区不是邻区，手机不会去测非邻的（G网），但因为同频，手机的接收解调设备是需要时时解本小区的，就是把频率调成跟本小区一致，像收音机一样，那如果有一个相同频率的信号又足够强，那个信号就会和本小区的信号叠加在一起被手机接收进来，以至无法解调咯，希望这个解释相对通俗，能让楼主满意。
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回答时间: &&&
顶楼上 ，回答的很专业~~
• 40738是哪个频点
• 绝对频点号40738是哪个频段的？
• 什么手机能用到LTE40936频点小区？求解。
• GSM小区频点配置为68、37、81、75、79、91，会对网络本身产生互调干扰吗？
• 小区最多多少个频点
• 联通的，3g频点和3g领区
这两个差别在于什么？
• 联通的。
4G频点分别是什么了，还有3G的频点，哪位大神告诉我
• 关于RRC重配置消息中异频频点下发有什么策略吗
其他答案&(41)
&&&&专家指数：113&&&&
回答时间: &&
&只要距离相当肯定会产生干扰啊
&&&&专家指数：36&&&&
回答时间: &&
当然会，有时影响很大且不容易发现，用测试软件做DT/CQT测试没办法直接看出来，最简单的办法是用测试软件扫频，或者直接用测试手机例如SAGEM扫频，把能够扫出来的所有BCCH/BSIC记录下来，很可能就会发现有两个BCCH频点相同的小区电平都很强。这种办法对同频同BSIC也检查不到，只能在地图上结合小区配置信息表去逐一核查。目前最流行的、技术上也比较先进的方法是收MR测量，不管是哪个厂家的设备，收MR测量时都要添加很多虚拟邻区或者对BA表补充添加很多BCCH频点，目的就是保证测量的全面性，如果不添加频点或不添加虚拟邻区，那么手机就只会测量已有邻区的BCCH频点，不会全面测量。
&&&&专家指数：116&&&&
回答时间: &&
会啊，如果两小区同频不是对打方向或者信号强度相差太大，那么干扰较小.
&&&&专家指数：400&&&&
回答时间: &&
分两个层面分析：
1、相同频点的两个小区地理距离足够远，即满足复用度，不会产生频点干扰，或两个相同频点小区电平差值很大，也不会产生频点干扰；
2、如果两个相同频点的小区存在对打，或一个小区存在越区覆盖，虽然没有邻区关系，实际上是存在频点干扰的，只是测试软件的邻区窗口没看到，测试软件邻区窗口看到的是后台网管配置的邻区。这种情况得用扫频仪去排查，扫频仪是检测某一区域空闲态下的电平值强于多少的小区（模板可以设置），不受限是否存在邻区关系。
&&&&专家指数：262&&&&
回答时间: &&
同频是产生网内干扰的主要原因之一;
因此在日常工作中特别需要注意。
&&&&专家指数：19800&&&&
回答时间: &&
同一个地方收到存在相同频点的不同小区的信号只有在电平相差很大，才有可能不产生干扰。
&&&&专家指数：50&&&&
回答时间: &&
不是邻区的相同频点一般不会产生干扰。
&&&&专家指数：13524&&&&
回答时间: &&
这个问题其实首先还是要看2个频点各自所属的基站之间的距离和2个基站各自的覆盖范围，考虑到频率资源的有限性，通常都会采用频点复用的模式，但是频点复用是有比较严格的条件的，BSIC也不会设置成一样，除非是粗心或者完全的初学者拿网络当游戏练手，所以，不是邻区的相同频点基本上是不会产生干扰的
&&&&专家指数：33&&&&
回答时间: &&
对打信号有重叠区域或A小区信号较强覆盖到B小区的覆盖范围都可能造成频点干扰
&&&&专家指数：10&&&&
回答时间: &&
如果距离较近.会有干扰的.
涉及到BA表的概念了.
一个是Idle,一个是Active,
只要频点相同,会导致MS解码错误,也就是干扰了.
&&&&专家指数：306&&&&
回答时间: &&
我觉得肯定会的啊。。这个无线传播，不管你加不加邻区，信号都在那里。干扰就在那里了啊！。不会因为你不加邻区 信号就不在了对吧。
&&&&专家指数：3&&&&
回答时间: &&
这是可能的。多看看频率干扰的资料。
&&&&专家指数：25&&&&
回答时间: &&
肯定会的，GSM都是FDMA系统，同频干扰很严重的
&&&&专家指数：114&&&&
回答时间: &&
不管是不是邻区，如果频点相同，且辐射方向有交集就会有干扰。
&&&&专家指数：3&&&&
回答时间: &&
会，同邻频干扰跟有没有邻区没关系！只要重叠的覆盖区域，两个小区信号电平达到干扰的保护比了就会有干扰！
&&&&专家指数：4&&&&
回答时间: &&
同频就会有干扰！
&&&&专家指数：144&&&&
回答时间: &&
不是邻区，也一样会，只要这个地方能收到两个同频信号，不管你有没有定义邻区关系，都会差生质差。
&&&&专家指数：86&&&&
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这个自然是会的，只要在覆盖有交集的地方就会存在干扰。
&&&&专家指数：108&&&&
回答时间: &&
会不会产生干扰 要看C/I的大小。同频干扰c/i小于9dB就会有干扰
&&&&专家指数：-9&&&&
回答时间: &&
只要信号有交叉覆盖，同频就存在干扰，只不过是能不能被发现的区别。
&&&&专家指数：14&&&&
回答时间: &&
GSM的话 就会产生干扰，严重的导致掉话，当然也会出现邻区关系里面测量到BCCH 但解码不出来的情况 因为毕竟不是一个小区；3G的话 不会产生干扰 但会出现测量导致切换失败或接入失败等问题，所以不管是GSM还是3G都有频点复用的规定
&&&&专家指数：121&&&&
回答时间: &&
&&&&专家指数：-4&&&&
回答时间: &&
干扰与是否存在邻区关系无关,因为系统扫描的时候,不会分是不是邻区的,只是通话状态下,接收电平中,有用信号电平与干扰电平(即:C/I,或3G中的Ec/Io)的值有关,甚至,移动的E频段与电信的CDMA存在干扰,甚至,别的无线信号也会对通话话质同样存在干扰,只有一个强与弱的问题.
&&&&专家指数：110&&&&
回答时间: &&
在一定的距离内同频就会产生干扰，离得越近干扰越严重。
&&&&专家指数：701&&&&
回答时间: &&
会产生干扰的啊
&&&&专家指数：122&&&&
回答时间: &&
同频干扰的产生和2个小区是不是邻区没有关系的。
&&&&专家指数：161&&&&
回答时间: &&
肯定会有干扰，下行会有干扰，如果覆盖对打的话，干扰会很大，测试一般不容易发现，扫频可以。
&&&&专家指数：6&&&&
回答时间: &&
问个小白的问题，干扰之后导致出现哪些故障现象啊
&&&&专家指数：47&&&&
回答时间: &&
会，邻区关系只是人为添加的，而射频干扰是客观存在的
&&&&专家指数：115&&&&
回答时间: &&
这个和是否添加邻区了没有关系。
&&&&专家指数：212&&&&
回答时间: &&
&&&&专家指数：115&&&&
回答时间: &&
看你问的问题有歧义，不是邻区是因为距离远，所以没加还是漏加了。具体点来说同频如果在一个区域c/i要大于9db时候可以认为没有干扰，也就是有用信号和干扰信号的电平比值要大于9db
&&&&专家指数：105&&&&
回答时间: &&
1、相同频点的两个小区地理距离足够远，即满足复用度，不会产生频点干扰，或两个相同频点小区电平差值很大，也不会产生频点干扰
2、如果两个相同频点的小区存在对打，或一个小区存在越区覆盖，虽然没有邻区关系，实际上是存在频点干扰的，只是测试软件的邻区窗口没看到，测试软件邻区窗口看到的是后台网管配置的邻区。这种情况得用扫频仪去排查，扫频仪是检测某一区域空闲态下的电平值强于多少的小区（模板可以设置），不受限是否存在邻区关系。
已经很详细了！！
&&&&专家指数：131&&&&
回答时间: &&
复用度不好的话一定会。
&&&&专家指数：2373&&&&
回答时间: &&
一般不会，在计划规划阶段就应该解决相关问题的，如果真的在测试中发现了不同邻区有同频干扰那就是由于基站与基站之间的地物特征发生了重大改变。
&&&&专家指数：-1&&&&
回答时间: &&
实际中要看这两个同频基站之间的距离和基站各自的覆盖范围，来判断是否存在干扰和干扰的大小。如果两个基站之间距离足够大是没有干扰的，符合频点复用原则；如果两个基站覆盖部分有重叠，那么肯定存在干扰，干扰随着重叠的部分增大而增大。
&&&&专家指数：150&&&&
回答时间: &&
& 肯定会干扰.干扰最主要的有三种&:同频干扰,互调干扰,邻道干扰.你说的"邻区的干扰"就是邻道干扰,就是在一个小区里有& 相同的频段产生了干扰.&
&&&&& 互调干扰就是不同频率的频带调制以后产生了一个(几个)相同的频带,产生干扰.看下面的图,可以产生400mm,600mm,800,700........
&& 邻道干扰就是相近频率的频带的辐射干扰.
&&&&专家指数：-64&&&&
回答时间: &&
当然会了&&& 这个和邻区么关系
&&&&专家指数：114&&&&
回答时间: &&
在一定条件下会产生同频干扰。
&&&&专家指数：79&&&&
回答时间: &&
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3秒自动关闭窗口大数据无线通信面临的几点挑战与对策
2015年电子技术应用第3期
魁，徐友云，张冬梅
　　摘 &要： 随着社交网络、物联网的蓬勃发展，跨行业、地域以及领域的物理实体的海量信息交互，带来了数字信息总量的几何级数增长，大数据时代已经到来。数据总量的爆发式增长，在深刻影响着社会和人们生活方式的同时，也给传输和处理这些数据带来了诸多新的挑战。针对这些挑战，研究了大规模无线终端环境下，高能效的大数据无线传输、M2M系统的动态、基于部分反馈的有限集合网络编码自动重传请求等方法，为改善大数据无线通信网络性能提供了思路。　　关键词： ；;；；资源分配；网络编码0 引言　　随着移动互联网、云计算、物联网等的快速发展及视频监控、智能终端、应用商店等的快速普及，移动数据量出现爆炸式增长。数据也在潜移默化地影响着人们的生活，2013年移动用户月均流量：全球529 MB，年增50%；中国139.4 MB，年增42%；预计2020年，全球5.3 GB，中国4.9 GB。淘宝每天交易超过数千万笔，其单日数据产生量超过50 TB。百度每天要处理60亿次搜索请求（谷歌为30亿次），新增800 TB，处理100 PB数据，每天产生1 PB的日志，目前存储网页数达到1万亿，数据总量达到EB级别。2014年6月腾讯QQ月活跃用户8.29亿，微信活跃用户4.38亿，日新增200~300 TB数据量，每月增加10%。截止到2014年6月，中国网民达6.33亿，庞大的网民每时每刻产生大量的数据。在此背景下，大数据时代（Big Data Era）将会面临新的挑战。　　一般来说，大数据指的是无法在可容忍的时间内采用传统的IT技术和软硬件工具对其进行感知、获取、处理和服务的数据集合，其特点可以总结为4个V，即Volume（数据量大）、Variety（类型繁多）、Velocity（产生速度极快）和Veracity（数据真实）。学术界、工业界甚至于政府机构都已经开始密切关注大数据问题。《Nature》和《Science》分别在2008年和2011年推出了关于大数据的专刊[1-2]，2012年，计算社区联盟发表了报告“Big data computing：Creating revolutionary breakthroughs in commerce，science，and society”[3]，旨在阐述数据驱动的背景下，解决大数据问题所需要的技术以及面临的一些挑战。奥巴马政府已把“大数据”上升到国家战略层面，2012年3月美国投资2亿美元启动“大数据研究和发展计划”，借以增强收集海量数据、分析萃取信息的能力[4]。欧盟方面，过去几年已对科学数据基础设施投资1亿多欧元，并将数据信息化基础设施作为Horizon 2020计划的优先领域之一。2012年1月截止的预算为5 000万欧元的FP7 Call 8专门征集针对大数据的研究项目，仍以基础设施为先导[5]。　　物联网[6]作为大数据业务的重要组成部分，其技术实现问题关系到大数据问题能否顺利解决。物联网的关键在于实现世界上所有的人和物在任何时间、任何地点，都能方便地实现人到人（Human-to-Human，H2H）、人到物（Human-to-Machine，H2M）、物到物（Machine-to-Machine，M2M）之间的信息交互。因而物联网实际上要解决的是海量无线终端的通信问题。　　在移动蜂窝网络是当前主流无线通信网络的环境下，随着物联网、移动互联网等业务的快速发展，移动蜂窝网络由于其具有的移动性支持和广域覆盖等特性，已成为支撑物联网、移动互联网业务有效传输的重要途径。然而传统移动通信网络是针对人与人通信业务设计的，而在物联网通信中，无论是通信数据总量还是无线通信终端设备规模都将空前巨大[7]。以M2M通信为例，据估计未来十年内增加的M2M通信设备将达到240亿～500亿[8，9]，其中将有20亿将直接与基站联系。显然，大数据无线传输将会对原有蜂窝网络架构、协议、接入控制、资源分配、反馈机制等[10]带来新的挑战。1 大数据无线通信面临的挑战　　1.1 能量有效问题　　现代移动蜂窝网络设计，包括第四代移动通信系统，如：LTE（Long Term Evolution）[11]，其服务对象主要是H2H通信，因此其设计的主要关切是如何提供高的频谱利用率和高服务质量等。与传统蜂窝网络注重提高服务质量和高效利用带宽不同，物联网的许多应用环境中难以做到人工干预[12-14]，仅仅依靠电池供应能量且电池部署数目庞大，而商品化的电池并不能满足节点持续工作数月甚至数年的需求，这将使得节点极易因能量耗尽而无法工作，尤其体现在小区边缘设备首先能量耗尽，从而造成网络拓扑的变化和网络性能的恶化，最终导致网络分裂和瘫痪。因此，无线终端设备更在意如何以尽可能少的能量上传更多的数据，能量有效问题已成为大数据无线通信系统设计中不可忽略的一个因素[15-17]。　　在无线设备的能量消耗中，传输信息所需要的能耗远高于计算所带来的能耗，如文献[18]中的收发信机发送1 bit数据耗能1 μJ，接收1 bit数据耗能0.5 μJ，而处理1条指令耗能8 nJ。随着目前应用需求的不断丰富，对无线传感器网络的能耗要求将更高。如何在网络运行过程中节约能量、最大化网络生命周期，是当前面临的首要挑战。　　1.2 大规模接入控制与资源分配　　与H2H通信相比，M2M通信具有很多特点：(1)M2M用户设备要远远多于H2H通信；(2)与H2H通信中用户通常具有低速甚至高速移动性不同的是，M2M用户通常具有较低的移动性；(3)大多数M2M上行通信链路都采用小数据包传输（例如，家庭安全和智能计量服务）。M2M通信的这些特性会给传统的蜂窝无线通信系统的接入控制和资源分配带来诸多问题。例如，大量的M2M设备同时发送信息不仅会导致同一小区内随机接入数据包的拥塞问题，还会干扰相邻小区的设备。现有的研究表明[19，20]，如果不对大规模接入（Massive Access Control，MAC）和无线资源进行有效管理与控制，大量M2M设备的上行数据量会造成无线资源的严重短缺。因此，为了支持M2M通信，传统的无线通信系统需要一个有效的大规模接入控制和无线资源分配方案。　　在M2M/H2H共存的蜂窝网络通信场景中，一方面，时间、频率资源的共享会带来严重的同频干扰，从而大大降低系统性能；另一方面，M2M设备和H2H设备具有不同的服务质量（Quality of Service，QoS）需求。因此，在M2M/H2H共存的蜂窝网络中，如何在确保各种时延敏感业务（如H2H多媒体通信）QoS的前提下进行有效的接入控制和无线资源分配[21]是一个亟需解决的关键问题。传统的资源分配算法主要用来保证H2H通信的吞吐量最大化、时延最小化[22-24]，而M2M通信的群组通信、时延可控、延时容忍、低移动性、小数据传输以及低数据速率等特点也给接入控制和无线资源分配提出了新的要求。因此，在设计无线资源分配方案时，需要考虑这两种类型用户共存场景下如何进行有效的资源分配[25]。目前，如何针对大规模的无线设备设计合理的大规模接入控制与资源分配方式，提高网络负载能力，是大数据无线通信面临的重要挑战之一。　　1.3 “反馈风暴”问题　　在M2M网络中，数据广播通信由于其较高的频谱利用率，通常被应用于固件更新、配置设定等场景中。由于无线链路的随机衰落特性，基站在发送数据包后很难保证全部接收端都能够正确接收。自动重传请求（Automatic Repeat reQuest，ARQ）技术作为一种简单有效的差错控制方式被广泛用于广播通信中，以保证数据广播的可靠性，其基本思想为接收端通过反馈信道请求重发出错的数据包，发送端根据接收到的反馈信息重传数据包，直到达到特定条件则终止重传。目前，主要的HARQ方案包括PSARQ和NARQ。　　1.3.1 PSARQ[26]　　PSARQ方案要求接收端对接收出错的数据包进行逐包反馈NACK，并且发送端在收到接收端反馈的NACK后，仅对出错的数据包进行重传。在多接收端场景中，不同接收端都对各自没有成功接收的数据包进行反馈，基站在接收到所有接收端的NACK后，在下一个重传阶段内重传没有被全部接收端解码的数据包。经过反复的“接收端反馈—基站重传”过程，接收端接收出错的数据包越来越少，基站通过接收的NACK统计数据包的覆盖率。　　1.3.2 NARQ[27]　　NARQ方案是在PSARQ的基础上采用网络编码技术改进得到的。在NARQ方案中，每个接收端对所有数据包进行解码并对数据包反馈NACK。基站根据接收到的反馈，获得每个接收端的每个数据包的丢失情况，并用一个数据包传输错误标志矩阵来表示。根据该矩阵，基站设计相应的异或网络编码策略，使得一个网络编码数据包能够尽可能地包含多个原始数据包，并能被大部分接收端解码。　　NARQ方案相比于传统的PSARQ方案，可以有效地减小重传数据包的个数，但是直接将其应用于物联网广播通信中，会带来两个问题：一是反馈信息仍然数量较多；二是设计目标为实现100%的用户成功接收，基站重传编码策略会受到每一个接收端接收情况的影响，因而系统性能随着接收端数量的变化而产生较大变化。　　面对海量的无线终端，无论是PSARQ还是NARQ方案，其逐包反馈机制会导致“反馈风暴”，从而大大增加系统开销。因此，如何在提高无线数据广播频谱效率的同时降低反馈开销，是大数据无线通信面临的挑战之一。2 解决思路　　2.1 高能效的大数据无线传输　　2.1.1 休眠模式　　M2M终端设备一般具有4种运行状态，即发送、接收、空闲、休眠。设备正在发送数据或接收数据时，处于通信状态，设备不进行数据收发时就处于空闲状态，但此时也需要消耗能量。设备在休眠时的能耗远小于其他3种状态下的能耗，所以延长设备的休眠时间，使其在没有数据需要发送或转发时进入休眠状态可以取得显著的节能效果。　　M2M设备的密度往往比较大，使得一些区域可能被多个设备所覆盖，并且许多应用仅仅需要周期性地进行数据传输，这些特点为利用休眠调度机制节能提供了现实可能性。通过尽可能地关闭这些冗余设备，并使它们轮流工作以平衡网络中的能耗，已成为延长网络寿命的通用做法。但设备休眠时无法对信道进行侦听，状态切换时需要一定的恢复时间与启动能量，所以还需要结合其他应用需求在各个设计指标之间进行合理权衡，如时间延迟、覆盖率[28]等。　　2.1.2 功率控制　　在M2M设备消耗的所有能量中，通信模块的能耗占了绝大部分，如文献[29]指出，M2M设备的总能耗中通信部分占比达91%，所以在保证网络连接可靠性的前提下减少发射功率能大大减少能量浪费。能量有效的功率控制还能够减少节点间的干扰，实现对资源的最优化利用[30]。但是不同的发射功率会产生不同的拓扑结构，进而对路由协议、数据融合等其他协议造成影响，从而增加系统的复杂度以及硬件的处理能力。目前的研究一般将功率控制与其他节能技术进行联合优化，如与路由协议的结合。鉴于M2M网络的功率控制属于NP-难问题[31]，所以一般是采用近似解法或者智能算法。　　2.1.3 路由协议　　按照M2M设备状态的不同，可以将能量有效路由协议分为两类：节省通信状态下能量消耗的路由协议和节省空闲状态下能量消耗的路由协议[32]。　　节省通信状态下能量消耗的路由选择方案研究主要包括两个方面：一方面，寻找源节点到目的节点总体消耗能量最少的路由。具体方法是控制M2M设备的发送功率，使其达到保证正常传输数据分组的最小功率，通过降低路径的总传输功率来节省M2M设备的电池能量，从而达到降低网络总体消耗能量的目的，如果每个M2M设备的发送功率相同，寻找总发送功率最小的路由就成为寻找最小跳数路由。这一类路由协议有MTPR、PARO和COMPOW等。另一方面，尽量使网络中的设备均衡地消耗能量，要求寻找路由时尽量选择剩余能量高的M2M设备参与中继转发，同时避免使用剩余电池能量不足的M2M设备加入路由，避免低电M2M设备因耗尽电池能量退出网络而造成网络分割现象。这一类路由协议有LEAR、EDDSR、MBCR等。　　根据M2M网络逻辑结构的不同，还可以将网络路由协议分为平面路由和层次路由两种。由于平面路由缺乏对网络资源的有效管理，反应速度跟不上网络的动态变化，所以目前有关路由的研究以层次路由为主。在层次路由中，网络一般被分为若干个簇(Clustering)，每个簇分别由一个簇首(也称为簇头)对其他M2M设备(称为簇成员)进行管理，负责收集它们的数据并进行融合，然后将结果发送给其他簇首[33]。通过这种方式可以减少数据发送的次数以降低网络的能耗，同时也具有良好的扩展性，很好地满足M2M网络的大规模性。如何选择簇首以及在簇首与基站间进行通信是层次路由研究的重点内容[34]，其中簇首的选择可能考虑的因素包括节点的剩余能量、节点的地理位置、节点的历史当选信息、所在簇的规模大小等因素，而簇首与基站间通常采取多跳通信的方式，具体的转发策略则不尽相同，如最短距离转发、最小代价转发、多路径等[35]。　　2.2 M2M系统的动态资源分配方法　　在M2M系统中，传统蜂窝网络给每个用户分配固定时频资源的分配方式，将无法满足大规模用户需求。大数据无线通信对原有蜂窝网络的接入控制和资源分配方式[10]提出了新的挑战。　　2.2.1 M2M系统的资源分配方法　　文献[36]在现有蜂窝网络的接入控制与资源分配方案的基础上通过建立专用承载的方式进行改进，提出了随机接入请求方案以适应小数据量通信。文献[37]利用“Moveright”[38]算法对TDMA策略进行资源分配优化，发现在业务数据量较小的条件下，平均资源分配的平均能耗值近似于最优化方案的平均能耗。文献[39]提出了一种随机接入CDMA策略和协调连续干扰消除策略，仿真结果验证了在基站负载较小的情况下使用CDMA接入的可行性。　　随着多天线技术和连续干扰消除技术等高级信号处理技术的发展，基站处采用多包接收技术日趋成熟，即基站可以对多个设备同时发送的数据包进行正确译码。文献[40]针对基站处采用连续干扰消除技术的上行接入问题，提出了一种基于瞬时信道信息条件的资源分配方法。文献[41]在分析基于导频的正交资源分配与基于用户配对的非正交资源分配方案的折中关系的基础上，提出了一种适用于大规模设备接入的基于用户配对的资源分配方案。文献[42]提出了一种基于周期分簇的能够满足不同QoS需求的M2M系统大规模接入控制方法，有效提高了M2M系统的能量效率和端到端时延，但该方法对无线资源进行正交性划分，因此每个子信道仅能够分配给一个设备。文献[43]针对多小区系统中M2M设备的大规模接入与资源分配问题，提出了一种基于多分组的随机接入与资源分配方法，在有效降低资源消耗总量的同时确保了系统较低的中断概率。　　2.2.2 M2M/H2H共存系统的资源分配方法　　H2H系统主要关注高频谱效率和高服务质量。M2M的群组通信、时延可控、延时容忍、低移动性、小数据传输等特点对系统的服务质量提出了新的要求。如何在M2M/H2H共存的系统中实现资源的有效分配是保证系统性能的关键所在。　　针对时延受限条件下M2M/H2H共存的LTE系统的资源分配问题，文献[25]提出了一种能量有效的无线资源分配方法，在确保了不同类型设备QoS性能的同时，有效降低了总的发送能量消耗。文献[11]研究了M2M/H2H共存的LTE系统中的无线资源分配问题，给出了不同应用需求下的无线资源分配策略，提高了系统的可达速率性能。文献[21]提出了一种统计QoS保障条件下能量有效的无线资源分配方法，有效提高了M2M/H2H共存的LTE系统的能量效率和QoS满意度。　　2.2.3 基于设备休眠的动态资源分配方法　　针对蜂窝网络中大量无线终端设备多址接入时资源分配问题。根据M2M通信随机业务量大的特点，可以利用贪婪思想，结合智能丢包[44]的方法，以换取更多靠近基站的终端设备接入，从而实现负载增益的最大化。仿真结果表明，FDMA资源分配方式能够带来更多设备接入，而TDMA分配方式增益效果更明显。在容许休眠的情况下，可以采用基站集中式的动态资源分配策略。在每次上传数据时都让剩余能量较少的几个设备进入休眠模式，避免了一个设备耗尽能量时其他设备剩余大量能量造成能量利用率低下的问题。通过仿真发现在FDMA和TDMA资源分配方式中，分别使用平均功率最小和最小-最大法可以延长网络寿命。为了降低基站因为集中式资源分配中的复杂优化运算带来的复杂度，终端设备引入分布式机会上传策略，各设备根据概率随机通信，能够有效提高TDMA方式中的网络寿命。　　2.3 基于部分反馈的有限集合网络编码自动重传请求　　针对大规模接收端数据广播时面临的“反馈风暴”问题，本文提出了一种有限集合网络编码自动重传请求（Finite set Network coding Automatic Repeat reQuest，FNARQ）方案。通过设计逐轮反馈机制，在保证减小每个数据包平均传输次数的前提下，有效降低海量无线终端数据广播系统的反馈负载，并利用有限集合网络编码进一步降低数据包平均传输次数。　　与需要根据反馈信息动态确定编码方式，并且满足每一个接收端需求的NARQ方案不同，FNARQ考虑的是大多数接收端的需求，它需要在发送端和接收端处预置有限个数的网络编码方案，每次重传根据所有接收端的反馈信息从有限编码方案集合中选择一种最有利用于大多数接收端解码的方案对原始数据包进行编码。FNARQ方案的过程描述如下：　　（1）基站广播数据包。　　（2）用户对接收到的数据包进行译码，通过数据包尾部的CRC校验判断是否正确译码。若接收到的是原始数据包，则直接解码即可；若接收到的是网络编码数据包，则通过在包头处的信息获知采用的是何种预置网络编码方案，利用已经解码的原始数据包对网络编码数据包进行解码。　　（3）完成一轮解码后，若正确译码全部原始数据包，则进入静默状态；反之则根据原始数据包的解码情况计算全部预置网络编码方案能够带来的解码增益，通过反馈信道回传能带来最大解码增益的网络编码方案序号。　　（4）基站根据接收到的反馈信息数量确定覆盖率，若超过一定比例（大于用户数量的CR）则广播结束信息，广播结束；反之则根据反馈信息确定采用的网络编码方案，发送网络编码数据包。　　（5）重复步骤（2）～（4），直到广播结束。　　与传统的PSARQ和NARQ方案相比较，有限集合自动反馈重传方案，一方面极大地降低了反馈信息数量，同时，另一方面也提高了广播通信的效率。3 结束语　　在移动蜂窝网络是当前主流无线通信网络的环境下，随着物联网、移动互联网等业务的快速发展，移动蜂窝网络由于其具有的移动性支持和广域覆盖等特性，已成为支撑物联网、移动互联网业务有效传输的重要途径。本文分析了传统蜂窝网络承载大数据通信时面临的能量有效、大规模接入控制和资源分配以及“反馈风暴”等挑战，研究了大规模无线终端环境下，高能效的大数据无线传输、M2M系统的动态资源分配、基于部分反馈的有限集合网络编码自动重传请求等方法，为改善大数据无线通信网络性能提供了思路。　　参考文献　　[1] Nature.BigData[DB/OL].[].http：///news/specials/bigdata/index.html.　　[2] 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