5G 室內(nèi)外干擾優(yōu)化速率提升研究

周勵(lì)人，樊忠文

（中國電信股份有限公司金華分公司，浙江 金華 315000）

0 引言

5G 室內(nèi)外覆蓋同長期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）4G 時(shí)代有較大差異，LTE 室內(nèi)外可采用異頻組網(wǎng)，而5G 室內(nèi)外采用3.5 GHz 同頻組網(wǎng)。由于5G引入了同頻異模干擾與同頻同模干擾，勢(shì)必導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能和用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的下降；因此，同頻干擾成為5G 系統(tǒng)面臨的主要性能問題。如何解決室內(nèi)外同頻的干擾問題，并通過解決干擾提高數(shù)據(jù)傳輸速率以提高用戶感知，成為5G 網(wǎng)絡(luò)需要解決的難題[1]。

1 室內(nèi)外干擾原理分析

5G 室內(nèi)外均屬于3.5 GHz 同頻組網(wǎng)，室外的3.5 GHz 站點(diǎn)對(duì)室內(nèi)3.5 GHz 形成同頻干擾。雖然5G相對(duì)LTE 移除了公共參考信號(hào)（Common Reference Signal，CRS），但是依然會(huì)持續(xù)發(fā)送導(dǎo)頻。根據(jù)信道分類室內(nèi)外干擾可分為4 種類型，分別為同步信號(hào)和物理廣播信道塊（Synchronization Signal and Physical Boardcast Channel block，SSB）干擾、系統(tǒng)消息塊1（System Information Block 1，SIB1）干擾、信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（Channel State Information Reference Signal，CSI-RS）干擾、跟蹤參考信號(hào)（Tracking Reference Signal，TRS）干擾[2-6]。

下行與上行時(shí)隙比為7:3 時(shí)，室外小區(qū)信道SSB、CSI-RS、TRS、SIB1 時(shí)隙分布情況如圖1 所示。若室內(nèi)的導(dǎo)頻配置與室外小區(qū)不同，會(huì)使室內(nèi)小區(qū)物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）信道干擾增加，直接體現(xiàn)在下行信號(hào)干擾噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）變差且相應(yīng)時(shí)隙誤碼率增加，從而導(dǎo)致下行吞吐率損失，系統(tǒng)容量降低，用戶感知變差[7]。

圖1 時(shí)隙比為7:3 的信道結(jié)構(gòu)

1.1 SSB 干擾原理

5G 室內(nèi)外存在SSB 波束個(gè)數(shù)的差異是導(dǎo)致SSB干擾的主要原因。室外有源天線處理單元（Active Antenna Unit，AAU）小區(qū)時(shí)隙比配置為4:1 時(shí)，默認(rèn)配置7 個(gè)SSB 波束；室內(nèi)4 發(fā)4 收（4 Transmit 4 Receive，4T4R）產(chǎn)品默認(rèn)配置4 個(gè)SSB 波束[8]。SSB 信道以周期20 ms 持續(xù)發(fā)送，如果室內(nèi)與室外SSB 未對(duì)齊，SSB 發(fā)送個(gè)數(shù)多的室外AAU 小區(qū)的SSB 波束侵入室內(nèi)信號(hào)，則室內(nèi)信號(hào)相應(yīng)時(shí)隙（slot 2 和slot 3）受到室外SSB 波束干擾，對(duì)應(yīng)slot 2和slot 3 出現(xiàn)誤碼，從而出現(xiàn)性能下降，如圖2所示。

圖2 SSB 波束干擾

SSB 僅涉及20 個(gè)資源塊（Resource Block，RB），被干擾的室內(nèi)站型，slot 2 和slot 3 誤碼會(huì)明顯高于其他slot。降低SSB 干擾的核心思想是對(duì)齊室內(nèi)外的SSB，即SSB 頻點(diǎn)、SSB 周期、SSB 個(gè)數(shù)都完全對(duì)齊，從而消除干擾，提升鄰區(qū)空載場(chǎng)景下的性能，但同時(shí)SSB 波束個(gè)數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)小區(qū)SSB 開銷增加約1.7%[9-10]。室內(nèi)SSB 從默認(rèn)4 波束修改為7 波束，按20 ms 周期計(jì)算，多了兩個(gè)slot 發(fā)送SSB，每個(gè)SSB slot 占用48 個(gè)RB，20 ms 一共28 個(gè)下行slot，所以就是2×48/28 ≈3.4 RB，約1.7%。室內(nèi)支持的SSB 配置如圖3 所示，默認(rèn)采用Type 1 單天線輪發(fā)4 波束（Beams），與室外對(duì)齊則采用Type 3 設(shè)置4 天線并發(fā)7 Beams。

圖3 室內(nèi)支持的波束配置

1.2 SIB1 干擾原理

SIB1 傳輸周期與SSB 相關(guān)聯(lián)，對(duì)于SSB 和CORESET 的復(fù)用模式1，SIB1 的重復(fù)傳輸周期為20 ms，對(duì)于SSB 和控制資源集（Control-resource Set，CORESET）的復(fù)用模式2 和復(fù)用模式3，SIB1的重復(fù)傳輸周期與SSB 的周期一致。

室內(nèi)采用僅非獨(dú)立組網(wǎng)（Non-standalone-only，NSA-Only）和獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）不同組網(wǎng)模式時(shí)SIB1 設(shè)置原則不同，NSA only 組網(wǎng)時(shí)，終端可以從4G 側(cè)獲取到系統(tǒng)消息，因此NSA only時(shí)可以關(guān)閉SIB1，從而相比SA 獲得5%的資源優(yōu)勢(shì)；SA 組網(wǎng)時(shí)，終端必須從NR 側(cè)獲取系統(tǒng)消息，因此SA 組網(wǎng)及SA&NSA 雙模組網(wǎng)時(shí)，必須發(fā)送SIB1[11]。因此，根據(jù)室內(nèi)組網(wǎng)類型SIB1 干擾可分為兩個(gè)場(chǎng)景，如圖4 所示，當(dāng)前電信5G 網(wǎng)絡(luò)以場(chǎng)景2 為主。場(chǎng)景1 室外相鄰小區(qū)發(fā)送SIB1，室內(nèi)小區(qū)（NSA-Only 場(chǎng)景）不發(fā)送SIB1，導(dǎo)致室內(nèi)小區(qū)受到室外干擾。場(chǎng)景2 室外相鄰小區(qū)SIB1 周期20 ms，室內(nèi)小區(qū)（SA 場(chǎng)景）SIB1 周期160 ms，導(dǎo)致室內(nèi)小區(qū)受到室外的干擾[12]。

圖4 室內(nèi)NSA-Only 和SA 組網(wǎng)時(shí)隙干擾

室外SSB 默認(rèn)為7 波束，SIB1 以20 ms 的周期在slot 10～slot 17 發(fā)送。場(chǎng)景1 的情況下，被干擾的室內(nèi)站型不發(fā)送SIB1，室內(nèi)slot 10～slot 17 均會(huì)受到干擾，誤碼會(huì)明顯高于其他slot。場(chǎng)景2 情況下，室內(nèi)SSB 默認(rèn)為4 波束，SIB1 以160 ms 周期重復(fù)傳輸，SIB1 在slot 10～slot 13 發(fā)送，被干擾室內(nèi)小區(qū)slot 15～slot 17 干擾明顯高于其他slot。

當(dāng)前主要解決方案為：室內(nèi)外如果都是NSA only 組網(wǎng)，室內(nèi)外統(tǒng)一打開SIB1 并周期對(duì)齊或者關(guān)閉SIB1；當(dāng)室外是SA 或者NSA&SA 組網(wǎng)，室內(nèi)是NSA only 組網(wǎng)時(shí)，室內(nèi)打開SIB1 并周期對(duì)齊，避免干擾；如果室外是SA 或者NSA&SA 組網(wǎng)，室內(nèi)是SA 組網(wǎng)，室內(nèi)SIB1 周期向室外周期對(duì)齊，避免干擾。

1.3 CSI-RS 干擾原理

室內(nèi)外存在CSI-RS 周期和波束個(gè)數(shù)的差異，室外AAU 小區(qū)默認(rèn)配置4 個(gè)小區(qū)級(jí)CSI-RS 波束，室分4T4R 產(chǎn)品默認(rèn)配置1 個(gè)小區(qū)級(jí)CSI-RS 波束（且室內(nèi)小區(qū)不支持配置為4 個(gè)CSI-RS 波束）[13]。室外小區(qū)CSI-RS 默認(rèn)發(fā)送周期為40 slot，室內(nèi)小區(qū)CSI-RS 周期默認(rèn)配置80 slot，導(dǎo)致能收到室外AAU 小區(qū)CSIRS 波束的室內(nèi)小區(qū)PDSCH 會(huì)受到干擾（CSI-RS NZP是全帶寬發(fā)送的），slot和符號(hào)級(jí)干擾位置如圖5所示。

圖5 CSI 干擾

被干擾的室內(nèi)站型，slot 0 和slot 10 誤碼會(huì)明顯高于其他slot，如表1 所示，某局點(diǎn)slot 0 和slot 10 因受到干擾誤碼明顯過高，其他slot 誤碼率收斂到0%，嚴(yán)重影響下行調(diào)制和編碼方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）。

表1 slot 誤碼統(tǒng)計(jì)

解決方案核心思想是對(duì)齊室內(nèi)外的CSI-RS 波束個(gè)數(shù)，并避免對(duì)應(yīng)slot 符號(hào)13 上出現(xiàn)干擾，提升鄰區(qū)空載場(chǎng)景下的性能。通過關(guān)閉CSI-RS 速率匹配（Rate Match）讓符號(hào)12 和符號(hào)13 完全不映射數(shù)據(jù)，從而躲開符號(hào)13 上的干擾，但是符號(hào)12會(huì)導(dǎo)致開銷增加。按照80 slot 計(jì)算，PDSCH 符號(hào)為8×（6×12+1×8）=640，CSI-RS 符號(hào)1 個(gè)；按照10 slot 周期和關(guān)閉Rate Match 功能計(jì)算，CSI-RS符號(hào)2×8=16 個(gè)，整體開銷增加(16-1)/640=2.34%。減少干擾的同時(shí)室內(nèi)CSI-RS 周期拉短及室內(nèi)小區(qū)部分資源單元（Resource Element，RE）不調(diào)度，會(huì)導(dǎo)致PDSCH 資源減少。

1.4 TRS 干擾原理

TRS 是一種多周期的CSI-RS 信號(hào)，位于連續(xù)兩個(gè)slot 的NZP-CSI-RS。在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)時(shí)間上兩個(gè)TRS 最小間隔是4 個(gè)正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）符號(hào)，頻域上間隔4 個(gè)子載波[14]。默認(rèn)場(chǎng)景室內(nèi)外都是在slot 5 和slot 6 的符號(hào)4 和符號(hào)8 上發(fā)送TRS 信號(hào)，如果室內(nèi)外的TRS 周期不一致，會(huì)導(dǎo)致鄰小區(qū)TRS干擾本小區(qū)的情況[15]。圖6 為TRS 干擾原理。

圖6 TRS 干擾

室外TRS Rate Match 開啟情況下，在AAU 小區(qū)有可能發(fā)送TRS 的位置，對(duì)PDSCH 進(jìn)行了調(diào)度，導(dǎo)致對(duì)室內(nèi)小區(qū)TRS 產(chǎn)生干擾。被干擾的室內(nèi)站型，slot 5 和slot 6 的誤碼會(huì)明顯高于其他slot。

干擾主要解決方案有兩個(gè)。方案一：室內(nèi)外TRS 周期拉齊，避免干擾。方案二：AAU 小區(qū)做打孔處理，減少對(duì)室分干擾。如圖7 所示，黑色為物理小區(qū)標(biāo)識(shí)（Physical Cell Identifier，PCI）模6 為0 的TRS 發(fā)送位置，打孔處理后灰色區(qū)域雖然不發(fā)TRS，但是也不調(diào)度PDSCH，避免干擾。

圖7 TRS 打孔

2 室內(nèi)外干擾應(yīng)用實(shí)例

2.1 SSB 干擾處理速率提升對(duì)比

對(duì)室分受干擾小區(qū)打開場(chǎng)景化波束加密算法開關(guān)，保證室內(nèi)與AAU 小區(qū)波束對(duì)齊，同時(shí)室內(nèi)小區(qū)天線極化模式由“默認(rèn)場(chǎng)景”改為“單極化”。

針對(duì)室內(nèi)A 小區(qū)波束對(duì)齊及場(chǎng)景修改后，室內(nèi)小區(qū)下行分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層吞吐率（Down Link throughput of Packet Data Convergence Protocol，DL_PDCP_Throughput）由調(diào)整前740.64 Mb/s 提升至900.94 Mb/s，速率提升21.64%，同時(shí)室內(nèi)小區(qū)SSB的參考信號(hào)接收功率（Reference Signal Received Power of SSB，SS-RSRP）信號(hào)增強(qiáng)3 dB，速率增益及覆蓋均得到增益，如圖8 所示。

圖8 室內(nèi)SSB 波束對(duì)齊下行PDCP 速率及RSRP 對(duì)比

SSB 干擾大小與宏微電平差大小強(qiáng)相關(guān)，推薦RSRP_indoor -RSRP_macro＜20 dB 時(shí)，或者宏站覆蓋到室內(nèi)信號(hào)電平＞-100 dBm 時(shí)，配置波束對(duì)齊。

2.2 SIB1 干擾處理速率提升對(duì)比

當(dāng)前電信5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)小區(qū)均采用SA 組網(wǎng)，將室內(nèi)小區(qū)SIB1 周期由160 ms 調(diào)整至20 ms，與室外小區(qū)周期一致，PDCP 速率峰值由515.02 Mb/s提升至730.34 Mb/s，速率增益41.81%，如圖9 所示。

圖9 室內(nèi)SIB1 周期調(diào)整前后PDCP 速率對(duì)比

2.3 CSI-RS 干擾處理速率提升對(duì)比

NR 室內(nèi)小區(qū)在CSI-RS Rate Match 功能打開、CSI 周期為80 slot、CSI-RS 資源數(shù)為1 時(shí)，CSI 所在slot 0 和slot 10 的誤塊率超過90%，slot 干擾過高。

如圖10 所示，NR 室內(nèi)小區(qū)關(guān)閉CSI-RS Rate Match 功能、CSI 周期為10 slot，與室外slot 對(duì)齊后，0 時(shí)隙誤塊率降低至12.81%，10 slot 誤塊率降低至2.54%。

圖10 室內(nèi)CSI-RS 干擾情況誤碼率對(duì)比

如圖11 所示，對(duì)比CSI-RS 干擾優(yōu)化前后PDCP下載速率，干擾方案實(shí)施前速率為418.61 Mb/s，經(jīng)過優(yōu)化后速率達(dá)到656.86 Mb/s，速率增益56.91%，方案實(shí)施前室內(nèi)Lampsite 小區(qū)RSRP 與AAU 小區(qū)RSRP 相差3 dB，優(yōu)化后RSRP 差值5 dB 左右，同頻RSRP 信號(hào)強(qiáng)度接近是影響CSI-RS 干擾的主要因素。

圖11 CSI-RS 干擾優(yōu)化前后速率及RSRP 提升對(duì)比

2.4 TRS 干擾處理速率提升對(duì)比

如圖12 所示，TRS Rate Match 關(guān)閉，室內(nèi)TRS周期40 ms 未拉齊及未做打孔處理時(shí)，下行PDCP速率為630.68 Mb/s。TRS 周期調(diào)整至20 ms 與AAU小區(qū)一致，AAU 小區(qū)同時(shí)作TRS 打孔處理，測(cè)試速率可達(dá)到736.27 Mb/s，速率增益16.74%。

圖12 室內(nèi)TRS 干擾優(yōu)化前后PDCP 速率對(duì)比

3 結(jié)語

本文基于對(duì)室內(nèi)外干擾與速率提升的研究，通過對(duì)室內(nèi)外SSB 波束對(duì)齊、SIB1 周期對(duì)齊、CSIRS對(duì)齊及TRS周期對(duì)齊打孔等方案進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，有效降低室外宏站對(duì)室分覆蓋和業(yè)務(wù)的干擾，室內(nèi)下行速率顯著提升。大規(guī)模的5G 室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)干擾性提出了更高要求，本文同頻干擾原理及實(shí)例方案可為5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)外干擾優(yōu)化和用戶速率體驗(yàn)提升提供參考。