5G 站點(diǎn)LNR 共模場景超遠(yuǎn)干擾解決方案研究

［程國財(cái)］

1 引言

電磁波在大氣中傳播時(shí)，除了正常的折射外，在特殊條件下還會(huì)產(chǎn)生超折射現(xiàn)象，從而形成大氣波導(dǎo)傳播。大氣波導(dǎo)對(duì)無線電波的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是增加傳播的距離，二是增加電場強(qiáng)度。由于波導(dǎo)層使得無線電波來回不斷反射，增加了其傳播路徑中的電場強(qiáng)度，從而使其能量衰減大大減緩，因此可使無線電波在波導(dǎo)層進(jìn)行超長距離傳播[1]。

當(dāng)5G 基站同頻干擾源小區(qū)存在超遠(yuǎn)距離傳播，其傳播時(shí)延超出正常值，導(dǎo)致與被干擾基站小區(qū)的上下行時(shí)隙錯(cuò)位，干擾源基站小區(qū)的部分下行符號(hào)位落在被干擾小區(qū)的GAP 符號(hào)位上[2]，對(duì)于LNR 共模場景，通道校正固定使用GAP 符號(hào)的特定符號(hào)進(jìn)行收發(fā)校正，如果對(duì)應(yīng)的符號(hào)上存在強(qiáng)干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致通道的校正失敗。嚴(yán)重影響5G 下行速率，從而影響用戶感知。

2 問題描述

某地市移動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)不定期出現(xiàn)個(gè)別小區(qū)速率驟降，嚴(yán)重影響日常拉網(wǎng)測試指標(biāo)及用戶感知。本文以T3 快捷外放D-HRH-3 基站小區(qū)為例進(jìn)行分析說明，正常情況下該小區(qū)覆蓋路段下行速率達(dá)到1 Gbit/s，某月份省公司網(wǎng)格測試該路段速率僅500 Mbit/s 左右。通過對(duì)問題小區(qū)KPI 指標(biāo)，外場RSRP 信號(hào)測試、SINR 值等分析可知該問題小區(qū)無線信號(hào)質(zhì)量良好，但RANK 偏低，基本一直處于Rank2，零星出現(xiàn)Rank4 的異常情況如表1 所示；初步分析判斷，小區(qū)速率低的主要原因?yàn)镽ank 低導(dǎo)致，需要進(jìn)一步詳細(xì)排查Rank 低的根因。

表1 問題小區(qū)KPI 指標(biāo)

3 原因定位

3.1 告警、干擾、參數(shù)配置排查

經(jīng)過后臺(tái)網(wǎng)管排查，通過后臺(tái)提取該小區(qū)的15 分粒度干擾數(shù)據(jù)，整體上行干擾電平在-112 dBm 左右如圖1所示，上行無干擾。小區(qū)無明顯干擾，也無相關(guān)故障告警，對(duì)問題小區(qū)的參數(shù)配置進(jìn)行核查發(fā)現(xiàn)參數(shù)配置與前期速率正常時(shí)保持一致，同時(shí)對(duì)問題小區(qū)的傳輸進(jìn)行排查也無異常。

3.2 灌包排查與基站板日志分析

通過后臺(tái)對(duì)問題站點(diǎn)進(jìn)行灌包測試，測試發(fā)現(xiàn)速率正常，排除上游大數(shù)據(jù)量涌入和帶寬問題導(dǎo)致。

通過對(duì)問題站點(diǎn)相關(guān)基帶板日志分析，發(fā)現(xiàn)該問題站點(diǎn)存在接收信道校正失?。≧X failure）提示，失敗原因?yàn)镃INR 低導(dǎo)致如圖2 所示。

3.3 通道校正失敗的原因分析

圖1 問題小區(qū)上行干擾值

5G 基站的AAU 有64 個(gè)通道，由于器件差異、布局走線等因素，各通道的幅度、相位、時(shí)延是有差別的，為了使5G 小區(qū)能夠準(zhǔn)確的發(fā)射和接收信號(hào)，必須保證AAU 的各個(gè)射頻通道的收發(fā)信機(jī)之間的一致性，這需要對(duì)每個(gè)射頻通道發(fā)射和接收通道進(jìn)行幅度、相位及時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償，即通道校正。

圖2 問題小區(qū)基帶板日志系統(tǒng)截圖

對(duì)于LNR 共模場景，S 子幀配比一般為SS54，即6:4:4[3]，通道校正固定使用GAP 符號(hào)的第2 個(gè)符號(hào)（符號(hào)7）進(jìn)行下行發(fā)信道校正，第3 個(gè)符號(hào)（符號(hào)8）進(jìn)行上行接收信道校正如圖3 所示，如果對(duì)應(yīng)的符號(hào)上存在強(qiáng)干擾時(shí)，會(huì)令CINR 嚴(yán)重惡化導(dǎo)致通道的校正失敗。

圖3 S 子幀配比示意圖

若基站小區(qū)存在通道校正失敗，系統(tǒng)由于無法準(zhǔn)確評(píng)估SRS 權(quán)值，從而默認(rèn)使用DFT 開環(huán)權(quán)值進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)調(diào)度，gNB 會(huì)根據(jù)UE 上報(bào)的RI 來選擇rank[4]，由于遵從如下規(guī)則：

（1）UECSI 的RI 為1，則當(dāng)前使用RANK 為1

（2）UECSI 的RI 為2-3，則當(dāng)前使用RANK 為2

（3）UECSI 的RI 為4-8，則當(dāng)時(shí)使用RANK 為4

現(xiàn)由于受到強(qiáng)干擾，導(dǎo)致上行接收通道校正失敗，影響Rank 選階一直較低（Rank2），若基站小區(qū)使用的Rank 低，無法實(shí)現(xiàn)多流會(huì)導(dǎo)致小區(qū)業(yè)務(wù)性能下降。

3.4 反向頻譜分析

圖4 時(shí)域干擾圖譜

一般而言從基站到終端，被稱為前向。從終端到基站，被稱為反向。反向頻譜就是在基站側(cè)采集的接收到的物理層的數(shù)據(jù)，通過工具輸出時(shí)域、頻域的圖形。通過采集分析問題小區(qū)的反向頻譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6-8 符號(hào)（即GAP 位置）上存在強(qiáng)干擾，時(shí)域上呈現(xiàn)明顯的斜坡特征（干擾由高緩慢降低），發(fā)生超遠(yuǎn)干擾時(shí)，受擾基站上行符號(hào)上干擾強(qiáng)度左高右低呈“斜坡”現(xiàn)象，即越靠近GAP 的上行符號(hào)，干擾越強(qiáng)，稱為超遠(yuǎn)干擾在時(shí)域上的斜坡特征[5]。因此該干擾特征可以判定為受到超遠(yuǎn)干擾如圖4，圖5 所示。結(jié)合問題站點(diǎn)基帶板日志分析，發(fā)現(xiàn)該問題站點(diǎn)存在上行接受信道校正失敗（RX failure）提示。而符號(hào)8 正是用于上行接收信道校正使用。由此可推斷該問題小區(qū)上行通道校正失敗原因?yàn)镚AP 的符號(hào)上（符號(hào)8）存在強(qiáng)干擾所致。

3.5 超遠(yuǎn)干擾成因分析

超遠(yuǎn)干擾是在特定地理、氣象條件下發(fā)生的無線電傳播現(xiàn)象。由于對(duì)流層中存在逆溫或水汽隨高度急劇變小的層次，在該層中無線電磁波形成超折射傳播，大部分電波輻射被限制在這該層內(nèi)，這種想象類似于在波導(dǎo)中傳播如圖6 所示。無線電池波信號(hào)在大氣波導(dǎo)中傳播損耗很小，可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的傳播[6]。

當(dāng)同頻干擾源小區(qū)存在超遠(yuǎn)距離傳播，其傳播時(shí)延超出正常值時(shí)。將導(dǎo)致與被干擾小區(qū)的上下行時(shí)隙錯(cuò)位，干擾源小區(qū)的部分下行符號(hào)位落在被干擾小區(qū)的GAP 符號(hào)位上，如果時(shí)延夠大，將還可能進(jìn)一步落入到U 時(shí)隙上如圖7 所示。

圖5 頻域干擾圖譜

圖6 大氣波導(dǎo)示意圖

圖7 大氣波導(dǎo)引起干擾的原因

當(dāng)前5G 話統(tǒng)中針對(duì)GAP 上的干擾，僅支持GAP最后一個(gè)符號(hào)的采樣統(tǒng)計(jì)（符號(hào)9），若干擾源距離在30 km以內(nèi)（單個(gè)符號(hào)傳播距離=0.5 ms/14*C=0.0 005 s/14*300 000 km/s=10.714 km）[7]，即超遠(yuǎn)干擾僅出現(xiàn)在GAP前3 個(gè)符號(hào)上（符號(hào)6-8），當(dāng)前無論是廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)、網(wǎng)優(yōu)之家、或是IDS 系統(tǒng)都無法統(tǒng)計(jì)到該處干擾情況，需要通過反向頻譜進(jìn)行分析方可發(fā)現(xiàn)。

3.6 問題小區(qū)覆蓋環(huán)境分析

T3 快捷外放D-HRH-3 站點(diǎn)位置處于機(jī)場區(qū)域，站點(diǎn)高度比較較高且周邊區(qū)域空曠（及海域），滿足利于超遠(yuǎn)干擾的傳播環(huán)境如圖8 所示。

圖8 問題站點(diǎn)現(xiàn)場環(huán)境

T3 快捷外放D-HRH-3 基站小區(qū)由于站點(diǎn)位于機(jī)場區(qū)域，周邊無線環(huán)境空曠，且周邊海面寬闊，有利于信號(hào)的傳播[8]，導(dǎo)致本小區(qū)容易受到超遠(yuǎn)干擾，強(qiáng)干擾信號(hào)落入GAP 位置的符號(hào)6-8 上，當(dāng)前網(wǎng)管系統(tǒng)暫不支持符號(hào)6-8的干擾統(tǒng)計(jì)，因此網(wǎng)管系統(tǒng)上未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾問題。而符號(hào)8 是用于上行接收通道校正使用，現(xiàn)由于受到強(qiáng)干擾，導(dǎo)致上行接收通道校正失敗，影響Rank 選階一直較低（Rank2），無法實(shí)現(xiàn)多流下載最終導(dǎo)致下載速率低下。

4 解決措施

既然收通道矯正失敗是由于特定的符號(hào)被干擾導(dǎo)致，那是否可以通過改變相關(guān)符號(hào)位置避開相關(guān)干擾呢？通道校正位置自適應(yīng)特性功能正是基于這種原理進(jìn)行干擾的規(guī)避。

當(dāng)系統(tǒng)開啟通道校正位置自適應(yīng)特性以后，當(dāng)通道校正失敗時(shí)，自動(dòng)將通道校正位置移到其它位置上，規(guī)避干擾導(dǎo)致通道校正失敗如圖9 所示。優(yōu)化開關(guān)打開后，接收通道校正位置從GAP 的第3 個(gè)符號(hào)調(diào)整到第后一個(gè)符號(hào)。如果連續(xù)N 次校正失敗，接收信道校正位置后移到U Slot的第2 個(gè)符號(hào)。系統(tǒng)可明顯改善由于超遠(yuǎn)干擾導(dǎo)致的影響[9]。但如果全網(wǎng)所有小區(qū)均開啟通道校正位置自適應(yīng)特性以后會(huì)明顯增加系統(tǒng)負(fù)荷，故一般系統(tǒng)默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)。建議只對(duì)相關(guān)問題小區(qū)選擇性開啟該項(xiàng)功能[10]。

圖9 通道校正位置自適應(yīng)特性示意圖

5 處理效果與總結(jié)

問題小區(qū)處理效果：

問題小區(qū)開啟通道校正自適應(yīng)特性后，通過外場DT測試發(fā)現(xiàn)小區(qū)速率由500 Mbit/s 提升到1 Gbit/s，優(yōu)化效果如圖11 所示。小區(qū)通道校正結(jié)果如圖10 所示。

全網(wǎng)小區(qū)應(yīng)用效果：

通過網(wǎng)管命令查詢?cè)撌腥W(wǎng)小區(qū)通道校正失敗且由于信噪比低導(dǎo)致的共有181 個(gè)小區(qū)，對(duì)該批小區(qū)全部開啟通道校正自適應(yīng)功能后，通道校正恢復(fù)正常。由于涉及小區(qū)較多，本次參數(shù)修改后，僅通過后臺(tái)指標(biāo)觀察速率變化情況。修改小區(qū)的話統(tǒng)整體上/下行用戶平均速率（Mbit/s）分別有44.24%、35.63%的提升如圖12，圖13 所示，效果明顯。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

圖10 通道校正結(jié)果查詢截圖

圖11 FTP 下載速率圖

圖12 上行用戶平均速率

圖13 下行用戶平均速率

針對(duì)速率較低的問題小區(qū)，若經(jīng)過排除無線信號(hào)問題、傳輸問題，且外場測試中RANK 一直較低，可通過以下步驟進(jìn)行分析解決：首先核查是否存在上行接收通道校正失敗，若小區(qū)存在頻繁的通道校正失敗且失敗原因提示為CINR 低，需要進(jìn)一步排查干擾問題。其次分析后臺(tái)GAP干擾數(shù)據(jù)，若GAP 最后一個(gè)符號(hào)上無明顯強(qiáng)干擾，則需要提取反向頻譜分析是否存在超遠(yuǎn)干擾[11]；若反向頻譜分析滿足超遠(yuǎn)干擾特征：時(shí)頻域上符號(hào)的干擾呈現(xiàn)左高右低（斜坡狀）的干擾特征；可考慮開啟通道校正自適應(yīng)功能規(guī)避超遠(yuǎn)干擾。

6 結(jié)束語

本文通過對(duì)5G 站點(diǎn)LNR 共模場景超遠(yuǎn)干擾進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)5G 基站同頻干擾源小區(qū)存在超遠(yuǎn)距離傳播時(shí)，干擾源基站小區(qū)的部分下行符號(hào)位會(huì)落在被干擾小區(qū)的GAP 符號(hào)位上，將會(huì)導(dǎo)致上行接收通道的校正失敗。RANK 一直處于低階無法實(shí)現(xiàn)多流下載導(dǎo)致速率降低，嚴(yán)重影響用戶感知。在日常處理速率較低的問題小區(qū)時(shí)，若排除無線信號(hào)問題、傳輸問題，且外場測試中RANK 一直較低時(shí)，可通過核查是否存在通道校正失敗導(dǎo)致，并通過開啟通道校正位置自適應(yīng)特性，進(jìn)行干擾規(guī)避提升用戶感知。