降低大气波导干扰对TD-LTE网络影响的策略分析

李阳德，林亮，赵志民，蔡丽金

（中国移动通信集团广西有限公司，南宁 530028）

1 引言

当对流层的某层出现逆温或水汽急剧减小，导致空气密度和折射率的垂直变化很大，将造成无线电波射线的超折射传播；当电磁波曲率超过地球表面曲率时，射线传播路径会向地球一侧弯曲，经大气下壁产生反射后继续向前传播，继而又弯向地面，一直重复这个过程，好像在波导内进行，这种现象被称为大气波导现象。

广西地处沿海，为大气波导的高发区域，当大气波导现象发生时，北海、钦州、防城港等三个沿海地市下属基站受广东、海南省基站下行信号越区覆盖的影响，高干扰小区数量增加为平时的数百倍，沿海三地市50%的小区均受到不同程度的干扰，严重影响客户感知，导致大量客户投诉。本文从多个维度提出了降低大气波导影响的手段，并通过实地实施，论证了相关解决方案的有效性。

2 形成波导传播的关键因素

研究表明，边界层中的电磁波若要形成波导传播，主要有以下几个关键因素：

（1）近地层或边界层某一高度处必须存在大气波导层。

（2）电磁波的波长必须小于最大陷获波长λmax（频率高于最低陷获频率fmin）。通常情况下，最容易受到波导影响的为分米波（0.3～3 GHz）与厘米波（3～30 GHz），包括了当前蜂窝通信系统的主流工作频段。

（3）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。当前基站仰角绝大部分为负角度，均可能在波导内传播。

（4）电磁波发射源必须位于大气波导层内。基站天线挂高越高，越有可能受到大气波导影响。

3 大气波导干扰定位技术

3.1 TD-LTE网络发生大气波导干扰时的精准识别

（1）空域识别：大面积突发干扰，天线挂高越高、下倾角越小，受扰越严重。

（2）时域识别：大气波导干扰在时域呈明显的强度斜坡特征。

（3）频域识别：频域上全频段均可能受到干扰。干扰源区域部分站点使用了F1频段的后10 MHz组网，广西沿海地市部分站点后10 MHz（PRB50～100）干扰强度抬升明显。

（4）通过以上大气波导干扰识别手段，广西共定位出2 547个受大气波导干扰严重小区，主要分布在北部湾沿海区域，均为F频段站点，以市县站点居多。

3.2 大气波导施扰基站的定位

（1）基站定期发送特征序列，设定的特征信息与eNode B ID对应，受扰站据此定位干扰基站。

（2）通过省间联合检测定位，确认大气波导期间广西TD-LTE网络所受干扰来源于环北部湾省间基站的相互干扰,干扰广西沿海三地市的干扰源基站主要位于海南省。干扰源分布情况见表1。

4 多维度手段降低大气波导对网络的影响

根据对TD-LTE 系统大气波导干扰形成条件与原因的分析，从以下几个维度实施降低大气波导影响的策略。

4.1 时域维度

4.1.1 修改特殊子帧配比，动态关闭UpPts功能

发生大气波导干扰期间，特殊子帧配比由9:3:2修改为3:9:2，提升保护距离。在当大气波导干扰到F频段的UpPts上2个符号，Subframe2若干个符号时关闭UpPts。禁止UpPts的功能后，SRS仍可以使用Subframe2的第13个符号发送；当前PRACH Format 4暂未使用，可认为关闭UpPts功能对LTE/IMS网络无影响。关闭UpPts后理论上可防治278 km传播距离范围内的干扰，可保护广西沿海到广东湛江的90%、广西到海南的70%的区域。

特殊子帧配比回退为3:9:2后，小区下行吞吐量下降约10%。如回退区域确实有容量的要求，可增补D频段网络。要求区域内所有站点同时回退，如部分站未回退，优化效果将大幅降低。

大气波导干扰期间，完成约2 800个F频段小区的修改，修改后约330个小区干扰回落至正常水平，干扰明显改善的小区约300个。海南基站同步调整特征序列后，北海指标整体回落至日常水平。试验结果表明，通过特征序列的修改，可减缓大气波导对网络干扰。

4.1.2 下行子帧部分关断

波导期间关闭施扰基站每帧（共10个子帧）中0、5、1、6号下行子帧非必须发送的符号和RB，仅保留广播信道、主同步信道和辅同步信道。

理论上保护距离最大可增加至556 km，波导期间受扰基站仅中间6个RB被干扰，基本不影响用户正常接入和业务使用。但施扰基站下行速率会大幅下降，预计下降45%，同时覆盖质量预计会下降。该方案需要施扰基站同步修改，需开展跨省协调工作，在极端情况下，可协调相互干扰的省份共同实施此方案。

4.2 频域维度

4.2.1 F+D双层网组网

F频段作为当前的广覆盖频段，干扰最严重，也是投诉的重点。可组建F+D双层网络，平时可增加容量，分担业务。大气波导干扰主要在大气波导干扰发生时，通过参数调整，将受扰严重的小区驱赶至干扰较弱的D频段小区，可有效改善用户感知，干扰结束后回复正常参数。

观察大气波导期间F+D双频网小区干扰情况，发现大气波导严重时，共站F频段小区干扰严重，但D频段小区无干扰，可见将站点的F频段小区更换为D频段小区，在当前D频段小区未全面推广的情况下，基本可规避大气波导干扰的影响。

表1 各地市干扰站点统计表

针对大气波导期间干扰严重、用户反映强烈区域的主服站点全部由F频段替换成D频段，并通过增补微站的方式对原覆盖区域进行补盲补弱，整改后覆盖区域未再发生大气波导干扰导致的用户投诉。

4.2.2 相互干扰区域干扰对频点错开组网

对于存在固定干扰关系的地市（通过特征序列定位后），频点错开以降低干扰。必要时可在业务量低区域由20 MHz频段组网回退至10 MHz频段组网，与20 MHz频段在频域上规避于20 MHz的干扰。

4.2.3 功控参数调整

受扰时提升PRACH、PUCCH和PUSCH上行信道目标接收电平，以抬升终端发射功率，一定程度改善用户接入性能。

由于干扰大部分都是相对的，受扰基站同时也是施扰基站，受扰时降低放射功率，降低对其他站的反干扰。同时本小区覆盖收缩，相当于将受干扰最严重的边缘用户推送至2G，可以在一定程度上改善用户的通话质量。

针对小区制定了大气波导期间自动降低功率的方案，大气波导消失后自动恢复原功率。方案实施后相关小区成为高干扰小区的概率明显降低，但收到覆盖区域内客户关于回落至2G网络的零星抱怨。

4.3 空域维度

（1）由于电磁波陷获在波导中的关键条件中，发射源必须位于大气波导层内，当天线挂高过高，发射的电磁波极易在大气波导中传播。根据中国移动各省经验，空旷区域基站的天线挂高超过40m且下倾角小于6°，或山区高海拔基站均容易成为干扰源，同时也容易受扰。建议新建站天线挂高不超过40 m，但相比高站覆盖会有一定的收缩。建议乡镇农村下倾角不低于5°，同时替换部分受扰小区天线为远程电调天线，波导期间远程增大下倾角抑制干扰强度。

（2）选取了多个小区进行试点，大气波导期间分两次下压受扰小区的天线机械下倾角，每次下压3°，每下压一次观察30 min干扰指标；根据实验情况，下压3°，上行PRB干扰平均值下降5～7 dB；下压6°，上行PRB干扰平均值下降12～14 dB，可认为加大受扰小区天线倾角对抑制大气波导干扰的效果良好，但因倾角调整直接关系到站点的覆盖范围，大气波导过后务必恢复原工参。

经对覆盖区域的精细分析，共挑选出55个高站小区增大下倾角，相关小区在波导期间干扰水平均未再触及告警门限。

4.4 建立本地参数优化矩阵

通过对各次大气波导干扰的总结，基于本地实际情况提出更改上行功控参数和基于质量的eSRVCC、开启VoLTE上行重传等优化手段，并在北海开展了试点，在按表2参数优化矩阵完成参数修改后，因干扰导致网络性能下降的情况得到明显抑制，接通率、掉线率、切换成功率等关键性能指标明显好转。

表2 参数优化矩阵表

4.5 开启干扰自动抑制功能

eNode B在一定周期内检测上行子帧每个PRB上的干扰噪声平均值，根据平均值的大小，对上行功控策略、接入信令调度策略做相应调整，并对信道估计结果进行修正，以减少大气波导远端干扰对网络KPI的影响。当使用基于上行SINR的功控时，首先会在基站测配置一个目标SINR，然后基站会将接受到的SINR与此SINR进行对比算出deltaSINR。

deltaSINR=measured receiver SINR target SINR value。

最后，deltaSINR会传到UE上，进行P0的调整来对抗干扰，加大手机发射功率以提高接入性，保持性等指标。

4.6 优化手段实施范围

大气波导干扰成片发生，且相互干扰，相关手段需在大气波导范围内协同修改才能起到最大的效果。

根据经验值，TOP5的施扰站产生了50%的干扰；TOP20的施扰站产生80%的干扰（以特征序列检测次数表征干扰），TOP站点干扰基站可能超过上千个小区。在大规模修改比较困难的情况下，务必对TOP5的施扰站点进行优化。

5 多维度手段落实后的成效分析

基于上述手段，广西、海南联合制定了大气波导干扰多维度整治方案，整治后统计分析表明，广西大气波导干扰情况相比1-7月份有了明显的改善。大气波导期间月粒度大气波导干扰小区数量从1-7月份最高8 131个降低到12月份的46个，大气波导干扰频次和干扰程度均得到明显的减轻，有效的提升了客户感知和网络质量。2017年每月大气波导高干扰小区数量如图1所示。

图1 2017年每月大气波导高干扰小区数量图

6 总结

由于大气波导效应与环境密切相关，其产生的远距离干扰不可避免。TD-LTE系统由于其特殊的TDD特性，受到的同频影响更明显。在大气波导干扰发生时，应通过时、频、空多维度优化，及时调整关键参数，同时大气波导发生区域的电信服务运营商都应紧密协调，共同应对，才能有效降低大气波导干扰对用户感知的影响。