5G網(wǎng)絡(luò)遠端干擾防范研究

周奕昕 趙 煜 谷俊江 祝海亮

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

當前，5G用戶呈快速增長趨勢，干擾對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知的影響越來越明顯。對干擾源的定位和排查，周期長，且耗費大量人力物力，給運營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來很大挑戰(zhàn)。

遠端干擾是TDD固有的網(wǎng)絡(luò)干擾現(xiàn)象，5G采用TDD時分方式，對時間同步要求高，電磁波信號在傳播過程中，會產(chǎn)生時延，容易形成網(wǎng)內(nèi)干擾。此外，遠端干擾的產(chǎn)生與地形地貌也有一定的關(guān)系，地勢平坦地區(qū)更容易形成遠端干擾。

本文介紹了遠端干擾產(chǎn)生的原因，闡述了遠端干擾產(chǎn)生距離與特殊子幀時隙配比GP之間的關(guān)系，以及錯頻組網(wǎng)方案，5G站點高度與下傾角的相關(guān)性，給出了遠端干擾時域、頻域、空域防范方案，并進行方案可行性和效果驗證。

1 遠端干擾

1.1 遠端干擾形成

5G為TDD制式，自建網(wǎng)以來一直受到遠端干擾的影響。5G由于頻段高，上行容易受限，加上遠端干擾的影響，進一步加大了上行受限的概率，降低了網(wǎng)絡(luò)覆蓋，影響了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知。

遠端干擾是TDD制式固有的網(wǎng)內(nèi)干擾現(xiàn)象，是數(shù)十公里外的基站下行信號經(jīng)過超遠距離傳播后，信號傳播時延超過GP長度，落入近端基站上行接收窗內(nèi)形成的干擾，表現(xiàn)為GAP最后一個符號功率明顯抬升?？茖W(xué)研究表明，電磁波若要形成遠端傳播，必須滿足4個基本條件：（1）站點覆蓋區(qū)域高度處存在遠端干擾信號；（2）電磁波的波長必須小于最大陷獲波長（頻率高于最低陷獲頻率）；（3）電磁波發(fā)射源必須位于遠端干擾層內(nèi)；（4）電磁波的發(fā)射仰角必須小于某一臨界仰角。中國聯(lián)通現(xiàn)有厘米波波段滿足無線傳播形成的頻率條件，在平原區(qū)域、沿海、沿江、沿湖等區(qū)域基本滿足遠端干擾傳播形成的地理條件，5G網(wǎng)絡(luò)在平原區(qū)域出現(xiàn)遠端干擾傳播的概率遠大于丘陵和山區(qū)區(qū)域。

1.2 遠端干擾原理

5G網(wǎng)絡(luò)作為TDD網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)為上下行時分復(fù)用，需要遵循嚴格的時間同步，如果下行信號落在上行時隙，會導(dǎo)致嚴重的上行干擾，影響5G網(wǎng)絡(luò)正常使用。

NR的幀結(jié)構(gòu)與子載波帶寬相關(guān)，如表1所示，共支持15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz五種子載波帶寬配置，NR上下行幀長均為10 ms，分為10個長度為1ms的子幀，每個時隙固定包含14個OFDM符號，每個子幀所包含的OFDM符號數(shù)由決定。

表1 NR普通CP下幀結(jié)構(gòu)

NR在特殊時隙中設(shè)置GP符號用于進行非對齊時間保護，按現(xiàn)網(wǎng)5G基站常用配置進行計算，載波間隔30kHz的情況下，上下行配比7：3，特殊時隙配比10：2：2，GP占用2個符號。此時單時隙長度為0.5ms，單符號長度為1/28ms，按電磁波無損傳播速度3×108m/s進行計算，GP可以提供的保護距離約為3×108×（1/28）×0.001×0.001×2≈21.4km。

圖1為遠端干擾與特殊子幀配比示意圖，即遠端站點信號傳播距離超過21.4km，遠端傳播站點信號下行時隙將落在本地站點上行時隙，形成遠端干擾，同時根據(jù)傳播距離不同，干擾影響位置有一定程度的差異。

圖1 遠端干擾示意

1.3 江蘇遠端干擾情況

遠端干擾具有地域特性，在沿海、沿江、湖泊和平原高站覆蓋區(qū)域，由于地勢開闊，無線傳播信號通過水面、水霧、高空等空曠區(qū)域的折射、發(fā)射等容易形成遠端干擾。

江蘇地區(qū)干擾主要集中在邊界區(qū)域，特別是沿海、沿湖地市較為突出，其中揚州、徐州、淮安、鹽城、連云港、泰州為干擾嚴重區(qū)域，蘇南區(qū)域無錫、蘇州、南通為干擾嚴重區(qū)域。

2 遠端干擾抑制

結(jié)合干擾強度和TDD干擾特征，遠端干擾抑制從時域、頻域、空域優(yōu)化幾個維度進行。

2.1 時域方案

遠端干擾從原理上說是因為GP長度不夠?qū)е碌某h干擾，為了規(guī)避TDD網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)內(nèi)干擾問題，從時域角度可以通過修改子幀配比和特殊時隙配比增加GP長度，以實現(xiàn)近距離干擾消除。

5G規(guī)范的特殊時隙配比中包括遠端干擾特殊時隙配比，但要求NR子幀配比中必須包括連續(xù)2個或2個以上特殊時隙。

如表2所示，從理論計算，不同的特殊時隙配比，抗遠端干擾的距離不同。選擇的特殊時隙配比越大，抗干擾能力越強，但是同時也會帶來下行容量的損失。

表2 NR特殊時隙配比與抗干擾距離&容量關(guān)系

特殊時隙配比 抗遠端干擾的距離 理論容量損失6：6：2 64 km 下降8.89%

特殊時隙配比越小，抗干擾能力越弱，下行感知速率也越低。當上行底噪達到-90dBm，下行速率損失在30%左右。因此，時域上可通過子幀配比修改來抑制遠端干擾。在協(xié)議范圍允許和廠家現(xiàn)有配置允許的情況下，基于現(xiàn)網(wǎng)30kHz帶寬及7：3子幀配比，可以將特殊時隙配比由10：2：2修改為6：6：2，在不影響UL符號的同時增加GP長度，保護距離由原有的21.4km增加200%達到64.2km，基本可以消除60km內(nèi)遠端干擾。

2.2 頻域方案

從理論上講，遠端干擾屬于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部同頻干擾，在不需要進行大帶寬業(yè)務(wù)的區(qū)域，可以考慮通過頻域優(yōu)化的執(zhí)行干擾抑制。通過主要干擾源小區(qū)的識別，針對少量站點進行縮頻處理。

通過實施遠端干擾管理特性來識別遠端干擾小區(qū)，并針對遠端干擾源小區(qū)進行下行slot發(fā)射的控制來降低對干擾源小區(qū)的影響。當干擾增加時增加GP符號，當干擾減少時減少GP符號。

如存在地市間穩(wěn)定的、大面積的遠端干擾，可以進行錯頻/異頻組網(wǎng)，施擾方和受擾方多地協(xié)作實施，降低干擾影響的程度。

2.3 空域方案

除在建設(shè)期間關(guān)注超高站外，在干擾發(fā)生期間也可以從空域進行干擾抑制，基于5G設(shè)備相關(guān)特性，可通過后臺調(diào)整收縮廣播波束的垂直波瓣角、增加天線電子下傾等方式，抑制上波瓣超遠傳播。

通過針對干擾源小區(qū)的分析發(fā)現(xiàn)，90%以上的干擾源小區(qū)都集中在站高30米及以上、下傾角8度及以下的小區(qū)。在保證覆蓋連續(xù)的情況下，站高和總下傾角的關(guān)系如圖2所示，站高越高，下傾角越大，在站間距500米的區(qū)域，站高30米的站點，下傾角至少8度以上。

圖2 站高與下傾的關(guān)系

圖2 為基站高度與對應(yīng)下傾角示意圖，通過下傾角的調(diào)整可以有效減少強干擾源，尤其是對高站的影響最大，但是該方法同時會對覆蓋有所犧牲，不建議優(yōu)先進行操作。

3 遠端干擾防范效果

如圖3所示，江蘇聯(lián)通實施遠端干擾防范措施，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知提升明顯：5G網(wǎng)絡(luò)上行平均SRS干擾值降低8dB，相當上行有效覆蓋增強3倍以上；用戶感知速率提升8.7%，網(wǎng)絡(luò)掉線率下降40%，高掉線小區(qū)減少43%，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差小區(qū)比例下降30%，實現(xiàn)全網(wǎng)級性能提升。

圖3 遠端干擾防范效果

4 結(jié)束語

遠端干擾作為TDD固有特性，建網(wǎng)初期表現(xiàn)不明顯，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，遠端干擾開始凸顯。江蘇聯(lián)通結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實踐，針對遠端干擾，從時域、頻域、空域三個方面分別給出了防范解決方案，有效降低了遠端干擾帶來的影響，為后續(xù)開展4/5G互操作門限下探、打造5G精品網(wǎng)絡(luò)打下堅實基礎(chǔ)。