对解决5G TDD干扰问题的研究

纪元茂

摘要：当部署5G TDD基站时，还存在共存的4G TDD基站时，系统之间的干扰将会变得严重，而这种系统间干扰主要是由于无线帧时隙未对齐而导致的上下行交叉时隙干扰。本文会以当前国内4G网络的TDD时隙配比为基础，通过计算推导得出适合的5G TDD配置方案，该计算流程和方法也可以适用于其他4G TDD配置。

关键词：5G;TDD;干扰;时隙;3GPP规范

中图分类号：TN929.5   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）11-0055-01

自2011年以来，已有数百万4G TD-LTE基站在全国的各个省市大规模部署，使4G系统的无线覆盖达到了理想的效果，但也给将来大规模5G基站的部署带来挑战。

目前，5G建设正处在实验网阶段，5G的基站数量少，不同无线系统之间的干扰问题还不突出。但在不久的将来，随着5G终端的增长和5G TDD基站的大规模部署，系统之间的干扰问题就随之而来了。本文对4G和5G TDD系统共存问题进行了研究，并根据国内运营商的现网配置，通过计算，得出了适合网络共存的解决方案，以避免4G和5G同频段组网时带来的干扰问题。

目前，国内5G基站的工作频段可划分为大致2.6GHz和3.5GHz，当部署5G TDD基站，存在共存的4G TDD基站时，系统之间的干扰将会变得严重，而这种系统间干扰主要是由于无线帧时隙未对齐而导致的上下行干扰。所以，分析4G和5G TDD上下行子帧的配比就尤为重要。

运营商在部署TDD网络时，通常会根据业务模型、覆盖距离和网络共存等多方面来考虑上下行配比。在5G网络部署初期，考虑4G网络还是为用户提供主要服务的网络，本文会以4G网络的TDD时隙配比不变为基础，在确保两个系统上下行不干扰的前提下，通过计算来找到合适的5G TDD配置方案。

在4G系统中，从其空口无线帧结构来看，TD-LTE与FDD LTE的时域结构大致类似，无线帧时长为10毫秒，每无线帧分为10个子帧，但与FDD不同的是，10个子帧中包括上行资源和下行资源，还有特殊子帧，这种结构是为了满足上下行对容量有不同需求而设计的。为了避免上下行干扰，在特殊子帧中还引入了GP（保护间隔）的概念。5G系统的TDD配置也会继续保持下行资源、GP和上行资源这种结构，但同时设置也会变得更加灵活。

在4G系统中，3GPP提出了7种上下行子帧比例的配置，编号是由3GPP给出的配置编号，每一种配置编号下有不同的上下行子帧配比，有下行子帧，上行子帧，特殊子帧。特殊子帧中包含下行资源、保护间隔和上行资源。3GPP对特殊子帧定义了9种配置。

这些配置实际的周期是5ms，所以本文会在5ms半帧内来讨论配置问题。根据3GPP 36.211 表4.2-1对符号和子帧长度的定义，在5ms周期内，按时间顺序，可进行资源占比计算，计算过程如下：下行资源的时长为（30720+21952）*Ts秒，保护间隔的时长为2192*2*Ts秒，上行资源的时长为（2192*2+30720）*Ts秒，下行资源时长为30720*2*Ts秒。其中，基本时间单位Ts = 1/ （15000* 2048）秒。

如果要考虑5G TDD基站会与TD-LTE基站的共存，只要TD-LTE的上下行资源和5G的空口的上下行资源对齐，那么两个系统之间上下行干扰的问题将会得到解决。接下来我们来看看5G的时隙配比在规范中的定义。

5G同样也采用了上下行时隙不同配比的方案来实现上行和下行对容量的不同需求，但设计变得更加灵活。在3GPP规范38.331中定义，5G的上下行时隙以及特殊时隙的配比不再像LTE的特殊子帧一样只有几种选择，而是由一系列参数来灵活配置的。

根据38.211定义，在5G中的时域最小单位是Tc，Tc=1/Δfmax·Nf，在此处Δfmax=480·103 Hz ，Nf=4096，根据前面所述Ts的概念，Ts/Tc=64。

一个子帧的时长为Tsf=ΔfmaxNf/1000·Tc=1·ms，在使用30Khz子载波间隔时，每个符号的时长为Tsymbol=ΔfmaxNf/28*1000·Tc。当5G下行符号与4G的下行符号时长相近，则可以理解为5G时隙与4G子帧对齐，假设下行符号数为Ndl1，那么需要解方程Tsymbol*Ndl1=52762Ts中的Ndl1即可，Ndl1=52762Ts/Tsymbol。通过运算，下行符号数Ndl1略等于48，通过同样的方法，我们可以算出特殊時隙的保护间隔符号数，上行符号数和第二部分下行符号数。

特殊时隙的保护间隔符号数Ngp应满足Tsymbol*Ngp=4384Ts，上行符号数Nul应满足Tsymbol*Nul=35104Ts，第二部分下行符号数Ndl2应满足Tsymbol*Ndl2=61400Ts。

运算结果，当Ndl1=48，Ngp=4，Nul=32，Ndl2=56时，TD-LTE和5G TDD系统即可时隙对齐，达到最小化上下行干扰的效果。

符号总数为140，时长为5ms，在配置pattern的时候应选择两个pattern来配置，根据符号数量及连续符号时长的特点，时隙0至时隙5使用pattern1，时长为3毫秒最佳，时隙6至时隙9使用pattern2，时长为2毫秒，正好满足5毫秒半帧为一个周期的需求。

根据前文所述，结合对3GPP规范定义的分析并通过计算，得出结论，5G基站参数配置通过合理的取值，可以避免TD-LTE和5G TDD的上下行干扰。

参考文献：

[1]5G基站与C波段卫星地球站的干扰协调问题 [J]. 陈海航，蔡灵伟，范凌峰. 中国无线电. 2019（11）