5G 700 MHz部署的干擾分析與優(yōu)化研究

孫 健，王 亮，鄭 進，施左橋

（1.浙江云端保網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.中國移動溫州市分公司，浙江 溫州 325000；3.中國鐵塔溫州市分公司，浙江 溫州 325000）

0 引 言

2020年5月，中國移動與中國廣電宣布簽署5G共建共享合作框架協(xié)議。此次合作雙方通過700 MHz和2.6 GHz混合組網(wǎng)，實現(xiàn)在容量和覆蓋上的優(yōu)勢互補，可快速、低成本地部署連續(xù)覆蓋的優(yōu)質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足雙方未來開展的物聯(lián)網(wǎng)、直播、視頻會議等業(yè)務(wù)需求。

為了加快建設(shè)步伐，節(jié)省投資和天面資源，700 MHz的天面解決方案主要有以下3種：（1）天面資源豐富時，采用新增四端口700 MHz天線；（2）現(xiàn)網(wǎng)天線不支持700 MHz的，更換700 MHz的多頻天線；（3）現(xiàn)網(wǎng)的天線支持700 MHz的，采用合路器接射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU），利舊現(xiàn)有天線[1]。

在最新的中國移動2021年度業(yè)績發(fā)布會上，中國移動董事長楊杰表示，目前700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進展順利，通過與廣電共建共享，2021年共建設(shè)700 MHz基站20萬個，2022年計劃再建設(shè)28萬個，實現(xiàn)700 MHz網(wǎng)絡(luò)全國覆蓋。

中國廣電自2020年開始快速推進700 MHz清頻工作，然而清頻工作涉及廣電多個地面數(shù)字電視頻道和地面模擬電視頻道的處置，工作量大，同樣耗資巨大，整體進度較慢。因此，中國移動與中國廣電普遍采用“邊建設(shè)、邊移頻、邊運營”的總體思路建設(shè)700 MHz網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)階段，隨著700 MHz網(wǎng)絡(luò)的快速部署和應(yīng)用，用戶流量快速增長。但由于廣電700 MHz清頻工作尚未完成，在部分區(qū)域會形成對覆蓋和速率的干擾，影響用戶體驗和感知。為有效解決現(xiàn)階段700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)的干擾問題，需要對現(xiàn)網(wǎng)進行檢測分析，并制定規(guī)避干擾的優(yōu)化方案。

1 700MHz優(yōu)劣勢

2020年4月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于調(diào)整700 MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，通知指出將原用于廣播業(yè)務(wù)的700 MHz頻段頻率規(guī)劃調(diào)整后用于移動通信系統(tǒng)，并將703～743/758～798 MHz（2×40 MHz）頻段規(guī)劃用于頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）工作方式的移動通信系統(tǒng)。

700MHz頻段用于5G組網(wǎng)建設(shè)的優(yōu)缺點都很突出，其中優(yōu)點主要是700 MHz頻率低，覆蓋面積廣，可用于郊區(qū)的廣度覆蓋，另外繞射能力強，穿墻覆蓋能力強，可以用于城市的室內(nèi)深度覆蓋。缺點是帶寬小、容量小，無法作為5G容量主力[2]。因此，700 MHz適用于郊區(qū)的廣度覆蓋場景和城市內(nèi)的室內(nèi)深度覆蓋場景，需要與其他的頻段合理組合，以達到更優(yōu)的效果。

從覆蓋角度看，700 MHz主要和移動2.6 GHz頻段組合進行使用。2.6 GHz具有大帶寬和高速率的優(yōu)勢，是移動5G覆蓋的主要頻段，采用載波聚合、補充上行等特性配置能實現(xiàn)兩個頻段在覆蓋、容量和速率上的互補，改善用戶的使用體驗和感知。從容量角度看，700 MHz與2.6 GHz雙層組網(wǎng)可大幅提升5G網(wǎng)絡(luò)的上行邊緣速率，利于滿足視頻會議、直播、視頻監(jiān)控等對上行帶寬要求更高的5G業(yè)務(wù)需求[3]。

2 700MHz干擾測量分析

根據(jù)移動公司的指導(dǎo)意見，在地市層面700 MHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用多頻協(xié)同組網(wǎng)的模式，其中網(wǎng)絡(luò)上下行均使用全帶寬30 MHz。同步信號（Synchronization Signal Block，SSB）配置以地市/區(qū)縣為單位區(qū)域統(tǒng)一，中心頻點配置在干擾最小的地面數(shù)字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）頻道的中間位置。目前，廣電700 MHz清頻尚未完成，大多數(shù)地市存在干擾和強干擾，少部分地市8個DTMB頻道無干擾。干擾對700 MHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋、速率、容量以及用戶感知會造成影響，且干擾越強影響越大。為優(yōu)化700 MHz網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和速率，保障用戶的使用體驗，需要對700 MHz網(wǎng)絡(luò)進行實地的干擾測量，同時根據(jù)干擾的輕重程度選擇基站側(cè)干擾避讓和干擾隔離方案。

2.1 干擾測量

干擾測量由各地市組織，主要采用掃頻測試分析接收的信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）數(shù)據(jù)頻域底噪波形特征，可明確干擾頻段。每個廣電頻道的平均干擾采用對應(yīng)廣電頻道中部分頻段求算數(shù)平均來計算（每個DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬），然后根據(jù)計算結(jié)果判斷是否有干擾，如果某個廣電頻道下行平均干擾值大于-105 dBm（掃頻儀RBW設(shè)置為200 kHz）或大于-108 dBm（掃頻儀RBW設(shè)置為100 kHz），則將標示此廣電頻道的對應(yīng)比特位設(shè)置為1（認為存在干擾），反之設(shè)置為0，最終得到干擾圖譜。

下行干擾圖譜用4個0、1比特依次代表廣電頻道DS44、DS45、DS46、DS47， 如“1000” 代表DS44存在干擾。上行干擾圖譜用4個0、1比特依次代表廣電頻道DS37、DS38、DS39、DS40，如“1000”代表DS37存在干擾。

基站側(cè)有PRB級別的小區(qū)上行干擾測量值，反映了天面處干擾強度。實測發(fā)現(xiàn)，天面干擾普遍高于道路掃頻測試干擾，差值為5～30 dBm，所以上行干擾應(yīng)以基站側(cè)干擾測量值為準。用0～159個PRB上行干擾測量值計算廣電頻道平均干擾，過程與用掃頻結(jié)果計算一樣，每個DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬。

另外需注意的是，北向文件中小區(qū)上行每PRB干擾測量值單位是毫瓦分貝，當計算線性平均時應(yīng)先還原成毫瓦再計算平均，然后再換算成毫瓦分貝。

2.2 干擾對網(wǎng)絡(luò)性能指標和客戶感知的影響

2.2.1 干擾對性能指標的影響

測試結(jié)果顯示，當上行30 MHz全帶寬平均噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）大于-105 dBm時，基準參考時鐘（Primary Reference Clock，PRC）無線接通率＜98%，無線掉線率＞2%，指標明顯下降（如圖1所示）。

圖1 干擾對掉線的影響

單個DTMB頻段干擾大于-80 dBm時，上行全帶寬頻段內(nèi)地整體干擾會提升到-105 dBm以上。因此，干擾大于-80 dBm的DTMB頻段需要采用深度濾波抑制干擾，避免引起整體頻段的NI抬升。

2.2.2 干擾對覆蓋的影響

700MHz網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍由上行邊緣速率確定。測試結(jié)果顯示，在不同干擾水平下，小區(qū)平均干擾每提升5 dB，上行5 Mb/s速率邊緣點的同步信號SSRSRP（Synchronization Signal Reference Signal Received Power，SS-RSRP）收縮約3.5 dB，覆蓋范圍收縮21%（如圖2所示）。

圖2 干擾對覆蓋的影響

理論上，當假設(shè)邊緣場景手機滿功率發(fā)射（23 dBm）、上行信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）需求固定時，則下行覆蓋參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）與上行干擾成線性關(guān)系，即干擾抬升值對應(yīng)為覆蓋收縮值[4]。

2.2.3 干擾對速率和容量的影響

從理論角度分析，部分頻段存在干擾將導(dǎo)致整體帶寬頻譜效率下降。一是部分干擾段資源塊（Resource Block，RB）SINR差導(dǎo)致30 MHz帶寬SINR下降，影響全帶寬速率。二是上行阻塞干擾導(dǎo)致接收機飽和。當基站開通30 MHz帶寬時，個別DTMB頻段強干擾導(dǎo)致基站上行接收機達到飽和，無干擾DTMB頻段底噪被抬升10 dBm以上，上行解調(diào)性能下降，上傳速率惡化。

由實測數(shù)據(jù)可知，上行速率惡化50%～92%，下行速率惡化9%～23%。在好點的場景下，干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約22 Mb/s，下行速率下降7 Mb/s。當上行干擾達到-65 dBm時，上行體驗速率整體下降比例為92%，當下行干擾達到-81 dBm時，下行體驗速率整體下降比例為9%。在差點的場景下，上行干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約1.7 Mb/s，下行速率下降10 Mb/s。當上行干擾達到-70 dBm左右時，上行體驗速率下降比例為50%，上行干擾大于-65 dBm時，終端無法接入。當下行干擾達到-85 dBm時，下行體驗速率整體下降比例為23%[5]。

3 700MHz干擾優(yōu)化方案

經(jīng)理論分析和實測數(shù)據(jù)驗證，當上行干擾大于-65 dBm時會造成基站設(shè)備接收機阻塞不能正常工作；當上行干擾介于-65～-80 dBm時需在基站物理層進行干擾隔離；當上行干擾介于-80～-105 dBm時可利用3GPP協(xié)議定義的5G NR特性進行干擾避讓。

3.1 廣播/控制信道干擾避讓

廣電廣播對廣播信道的干擾會導(dǎo)致UE無法搜索700 MHz小區(qū)以及尋呼不到等問題。廣電廣播對控制信道的干擾導(dǎo)致初始接入失敗、調(diào)度信息重傳導(dǎo)致速率降低等問題?？刂菩诺栏蓴_避讓通過掃頻結(jié)果確定干擾圖譜，基于干擾圖譜制定廣播/控制信道部署方案，并通過工具配置完成。

3.2 業(yè)務(wù)信道干擾避讓

業(yè)務(wù)信道的頻選方案分為上行頻選方案和下行頻選方案（如圖3所示）。其中上行頻選方案基站通過SRS質(zhì)量判斷是否要調(diào)用干擾RB頻段，近點用戶基于干擾強度自適應(yīng)判斷調(diào)度全帶寬或無干擾RB頻段，中遠點用戶只調(diào)度無干擾RB頻段。下行頻選方案基站基于終端下行信道質(zhì)量指示（Channel Quality Indication，CQI）反饋，計算調(diào)度30 MHz帶寬資源和只調(diào)度無干擾RB帶寬資源體驗速率的差異，選取用戶體驗速率最高的方式進行調(diào)度。

圖3 頻選調(diào)度規(guī)避干擾示例

3.3 干擾隔離

通過干擾隔離方案，在接收機物理層完成干擾分離，剔除存在強干擾的頻率資源。

上行干擾隔離方案將上行帶寬頻域上獨立解調(diào)，或上行接收機在對射頻信號完成模擬/數(shù)字（Analog/Digital，A/D）轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，采用深度濾波方式對干擾頻段做濾波處理，避免部分頻段強干擾阻塞整個帶寬，降低干擾對干擾外其他頻段的影響。

該功能針對上行收到-80 dBm以上的廣播干擾時開啟，開啟后整帶寬的NI有明顯降低（如圖4所示）。

圖4 干擾隔離開啟后示例

通過采用切片濾波器，主設(shè)備廠家可以實現(xiàn)單個干擾頻段的濾波處理，包括兩端開始的干擾隔離，或非連續(xù)的多個頻道干擾信號的濾波處理。

4 結(jié) 論

通過以上優(yōu)化方案的實施，能有效規(guī)避和減少因未完成清退而造成700 MHz網(wǎng)絡(luò)的干擾和性能下降。目前，700 MHz網(wǎng)絡(luò)的部署在大多數(shù)區(qū)域還是采用“邊部署，邊清退，邊優(yōu)化”的方案。本文的干擾規(guī)避方案在近期還具有比較重要的應(yīng)用價值，也在現(xiàn)網(wǎng)進行了普遍的應(yīng)用和實踐，其效果也得到了驗證。

隨著700 MHz頻段與2.6 GHz頻段混合組網(wǎng)的進一步部署，特別是在農(nóng)村和縣郊區(qū)域、城市的室內(nèi)深度覆蓋場景還需要盡快完成廣電頻譜的清退，規(guī)避因干擾引起的網(wǎng)絡(luò)性能的下降，影響用戶感知。