中國移動4G網(wǎng)絡系統(tǒng)干擾分析及解決方案

溫正陽，梁高光

（中國移動通信集團設計院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

1 前言

隨著無線通信的快速發(fā)展，人們對大量多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務的速率要求不斷提高，應運而生的第四代移動通信技術LTE（Long Term Evolution）已作為主流技術之一被通信領域所認可。

LTE系統(tǒng)定義了頻分雙工（Frequency Division Duplexing,FDD）和時分雙工（Time Division Duplexing,TDD）兩種方式，并且以正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）和多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）兩種關鍵技術為基礎。

目前，我國的無線4G網(wǎng)絡正在如火如荼的建設之中，由于TDD方式是我國自主知識產(chǎn)權研發(fā)的，且為了更好的實現(xiàn)由3G網(wǎng)絡的平滑演進，中國移動采用的是TD-LTE制式。

雖然TD-LTE的技術已經(jīng)成熟，也具備了商用的能力，但是，干擾在任何通信系統(tǒng)中都是需要著重注意的問題。由于TD-LTE本身所采用的技術、組網(wǎng)方式以及占用頻段等方面，使之存在各種各樣的干擾。本文就是針對這些干擾進行歸納和分析，并總結相應的解決方案。

2 系統(tǒng)內(nèi)干擾

2.1 OFDM自身干擾

LTE系統(tǒng)下行采用的是正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）方式，它是將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，并將不同的子載波資源分配給不同的用戶實現(xiàn)多址，由于子載波相互正交，所以小區(qū)內(nèi)用戶之間沒有干擾。但是，OFDM技術本身受到頻率偏差和時域偏差的影響，使之存在子載波間干擾（Inter-Carrier Interference，ICI）和符號間干擾（Inter-Symbol Interference，ISI）。如圖1中的黑色圈所示，接收端同時收到前一個符號的延遲信號（淺灰虛線）和下一個符號的正常信號（深灰實線），影響了正常接收。時域上看受到了ISI，頻域上看受到了ICI。

圖1 ICI與ISI干擾示意圖

為了消除OFDM自身的干擾，將在符號間加循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）做為保護間隔，就是使保護間隔的信號與該符號尾部相同，同時，CP還會使一個符號周期內(nèi)因多徑產(chǎn)生的波形為完整的正弦波，因此可保證不同子載波之間的正交性，從而完全避免ISI和ICI。在TD-LTE系統(tǒng)中，每個子載波寬度為15 kHz且交疊存在，子載波間干擾對系統(tǒng)影響較大，因此需采用CP消除其自身干擾。

2.2 同頻干擾

TD-LTE系統(tǒng)的組網(wǎng)方式一般分為同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)。采用同頻組網(wǎng)能在最大程度上發(fā)揮TD-LTE系統(tǒng)頻譜利用率高的優(yōu)勢，節(jié)省運營商頻率資源支出費用。而且，在網(wǎng)絡設計、建設、擴容時頻率規(guī)劃也非常簡單。但相對于異頻組網(wǎng)來說，同頻組網(wǎng)的干擾還是比較大的。因此，這里針對同頻組網(wǎng)方式下存在的干擾進行分析，主要包括鄰小區(qū)同頻干擾和遠距離同頻干擾。

2.2.1 鄰小區(qū)同頻干擾

同頻組網(wǎng)情況下，鄰小區(qū)同頻干擾同時包含下行信號與上行信號的干擾。如圖2所示，鄰小區(qū)干擾主要是指邊緣用戶的干擾，一般情況下受干擾用戶數(shù)少；同時，一個20 MHz帶寬的TD-LTE系統(tǒng)，可分成1 200個子載波，每子載波15 kHz，假設每小區(qū)用30%的子載波進行隨機分配，相鄰小區(qū)同頻率的概率較低，這就為同頻組網(wǎng)的實現(xiàn)提供了可能。

另外，TD-LTE可以采用多種同頻干擾抑制技術來降低或消除干擾[1]。比如可用小區(qū)擾碼將干擾打散成噪聲，從而使終端可以依賴處理增益對干擾進行抑制；可用小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術（Inter-Cell Interference Coordination,ICIC）對各小區(qū)中無線資源的使用進行限制以避免干擾；還可以對干擾小區(qū)的干擾信號進行某種程度的解調(diào)解碼，然后利用接收機的處理增益從接收信號中消除干擾信號分量等等。

圖2 鄰小區(qū)干擾示意圖

2.2.2 遠距離同頻干擾

由于TD-LTE采用的TDD時分雙工模式，不同基站間需保持嚴格的時間同步，包括數(shù)據(jù)幀頭與上下行轉(zhuǎn)換。然而，隨著傳輸距離的增加，遠端發(fā)射源的信號經(jīng)過傳播延遲到達近端同頻的目標基站后，可能會進入目標基站的其他傳輸時隙，即超出TDD系統(tǒng)的上、下行保護間隔，進而影響近端目標系統(tǒng)的正常工作，即所謂的遠距離同頻干擾[2]。它主要是與信號的傳輸環(huán)境和基站高度等因素有關。

對于終端信號來說，終端天線位置低，發(fā)射功率小，終端發(fā)射的信號無法實現(xiàn)遠距離傳輸，不會產(chǎn)生此類干擾。但是，基站天線位置較高，發(fā)射功率大，在某種條件下，較易產(chǎn)生遠距離傳輸，從而到達近端，干擾其他時隙；受到干擾的近端下行時隙功率較高，且接收端為終端，一般位置低，不會影響業(yè)務；而上行時隙信號到達基站天線時功率較低，與遠端干擾同時被基站接收，即遠端基站的下行信號干擾了近端同頻目標基站的上行接收，如圖3所示。

對于遠距離同頻干擾的解決方案可讓干擾源基站與被干擾基站分別進行特殊時隙的自動配置來規(guī)避干擾，比如增加GP長度即可增大保護距離；還可以采取工程上的措施，比如降低天線掛高、增大下傾角等方式消除遠距離同頻干擾。

圖3 遠距離干擾示意圖

綜上所述的干擾可以歸納為水平組網(wǎng)方式帶來的同頻干擾，而這種方式已在LTE系統(tǒng)中得到較好的解決。但隨著建站方式的多樣性，還會出現(xiàn)垂直同頻組網(wǎng)的應用場景，比如宏小區(qū)與微小區(qū)的垂直干擾、宏小區(qū)與家庭基站層的垂直干擾等，這是需要未來進一步解決的問題。

3 系統(tǒng)間干擾

系統(tǒng)間干擾顧名思義就是不同的頻率系統(tǒng)之間的共存干擾。這種干擾一般分為以下幾類：雜散干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾[3]。

雜散干擾是指一個系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散發(fā)射落入到另一個系統(tǒng)接收頻段內(nèi)造成的干擾，其發(fā)射電平可以降低而不致影響相應信息的傳遞。干擾基站在被干擾基站接收頻段內(nèi)產(chǎn)生雜散輻射，并且干擾基站的發(fā)送濾波器沒有提供足夠的帶外衰減，會引起接收機底噪抬升而導致接收機靈敏度的降低。

互調(diào)干擾是指由于兩個及以上的不同頻率的載波發(fā)射信號，通過非線性電路導致多個載頻合成產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物，若這些互調(diào)產(chǎn)物落到相鄰或相同頻段的系統(tǒng)上將使接收機信噪比下降從而產(chǎn)生互調(diào)干擾。

阻塞干擾是指當較大功率的干擾信號落入接收機端時，可能導致接收機過載，使它的接收靈敏度下降，嚴重時甚至不能接收有用信號的干擾情況，因此，這也是通信系統(tǒng)中最忌諱的干擾形式。

目前，中國移動通信按照應用場景的不同共分為三個頻段。室外宏站部分采用F頻段（1 880～1 900 MHz）和D頻段（2 570～2 620 MHz），室內(nèi)部分采用E頻段（2 320～2 350 MHz）。同時在電信業(yè)還存在著多種通信系統(tǒng)的制式標準，也都采用與之不同的頻率段，如圖4所示，在這些系統(tǒng)共址共存的情況下均會產(chǎn)生以上所述的幾類干擾。

圖4 不同系統(tǒng)的頻段劃分

根據(jù)圖4-a可看出，F(xiàn)頻段可能面臨最復雜的電磁干擾，因此，下面首先針對F頻段對各類系統(tǒng)間干擾進行分析。

（1）在F頻段同時有中國移動的兩個系統(tǒng)TDSCDMA、TD-LTE，這樣將會導致同頻異系統(tǒng)的干擾。但由于兩個系統(tǒng)均采用TDD雙工模式，可以通過調(diào)整兩個系統(tǒng)的上下行時隙使其同步即可規(guī)避基站間的干擾，但這將有一定的速率損失，因此建議逐步對F頻段的TD-SCDMA系統(tǒng)進行清頻，使其占用2 010～2 025 MHz頻段。

（2）目前移動和聯(lián)通的DCS1800下行頻率為1 805～1 850 MHz，但濾波器多為1 805～1 880 MHz共75 MHz，與TD-LTE系統(tǒng)的F頻段鄰頻，它們共存共址時，會對此頻段基站的上行鏈路造成雜散和阻塞干擾。如果讓TD-LTE盡量工作于F頻段的高頻段點，可一定程度減小DCS1800的雜散干擾；還可以利用工程手段，如調(diào)整天面增大空間隔離、加裝雜散抑制濾波器以及提高設備性能系數(shù)來規(guī)避干擾。

（3）3G FDD補充頻段的下行頻率為1 850～1 880 MHz緊鄰TD-LTE系統(tǒng)的F頻段，若與其共存共址需特別注意對TD基站上行鏈路的阻塞干擾，這是人們最不愿看到的。目前我國還沒明確規(guī)定此頻段的劃分，但建議將此頻段定為過渡帶。

（4）另外，處于1 900～1 920 MHz頻段的小靈通（Personal Handy-phone System，PHS）系統(tǒng)，其實際的帶外雜散非常高，也會對工作于鄰頻1 880～ 1 900 MHz的TD-SCDMA系統(tǒng)造成嚴重的雜散和阻塞干擾。

(5)對于 GSM900系統(tǒng)也會對F頻段產(chǎn)生互調(diào)或諧波干擾，同樣可以通過調(diào)整天面增大天線隔離度及更換互調(diào)指標較差的GSM900天線等方式避免干擾。

相對來說D頻段鄰近的頻率比較干凈，幾乎沒有系統(tǒng)間的干擾。但是個別地區(qū)可能會有MMDS（2 535～2 599 MHz）、射電天文（2 655～2 690 MHz）等系統(tǒng)，會帶來干擾，需采取相應措施規(guī)避。

對于E頻段由于其使用場景為室內(nèi)覆蓋，恰好和無線局域網(wǎng)絡（Wireless Local Area Networks，WLAN）有相同的應用環(huán)境，而且兩者之間的頻段也是彼此相鄰，就必然會存在干擾。由于TD-LTE系統(tǒng)基站和終端的抗干擾指標較好，WLAN對LTE的干擾相對較小，因此干擾主要體現(xiàn)在LTE系統(tǒng)對WLAN系統(tǒng)的干擾。尤其是LTE終端對WLAN終端之間的干擾，因為此類用戶的行為模式在較長時間內(nèi)位置相對固定，室內(nèi)環(huán)境相對靠近的機率較大而且主要是數(shù)據(jù)用戶，導致它們之間的干擾很難規(guī)避。這種情況可通過增加終端間距、提高終端設備的性能指標等措施來盡量降低干擾。

4 總結

干擾作為影響通信網(wǎng)絡質(zhì)量的關鍵因素之一，一直以來都是業(yè)內(nèi)人士的研究熱點。本文對中國移動剛開始商用的TD-LTE網(wǎng)絡存在的各種干擾進行了全面分析，并簡單介紹了相應的解決方案。雖然綜上所述的干擾已被盡量的降低或者完全規(guī)避，但隨著網(wǎng)絡復雜度的提升、建站環(huán)境多樣化等多方面因素的影響，都有增大干擾的可能性，因此還需在實際網(wǎng)絡的建設中，不斷發(fā)現(xiàn)問題不斷解決問題，進一步提升網(wǎng)絡質(zhì)量，打造精品網(wǎng)絡。

[1]蔡偉明，王瑋，施云濤.TD-LTE同頻干擾抑制技術研究與應用[J].電信工程技術與標準化，2012(7):57-60.

[2]曲嘉杰，李新，鄧偉，劉光毅.TD-LTE遠距離同頻干擾問題研究[J].電信科學，2010(10):152-158.

[3]陳其銘，張炎炎，潘毅，孫煉.TD-LTE系統(tǒng)間干擾問題的分析與研究[J].電信工程技術與標準化，2012(7):61-65.