5G网络远端干扰防范研究

周奕昕 赵 煜 谷俊江 祝海亮

中国联合网络通信有限公司江苏省分公司

0 引言

当前，5G用户呈快速增长趋势，干扰对网络质量和用户感知的影响越来越明显。对干扰源的定位和排查，周期长，且耗费大量人力物力，给运营商网络优化带来很大挑战。

远端干扰是TDD固有的网络干扰现象，5G采用TDD时分方式，对时间同步要求高，电磁波信号在传播过程中，会产生时延，容易形成网内干扰。此外，远端干扰的产生与地形地貌也有一定的关系，地势平坦地区更容易形成远端干扰。

本文介绍了远端干扰产生的原因，阐述了远端干扰产生距离与特殊子帧时隙配比GP之间的关系，以及错频组网方案，5G站点高度与下倾角的相关性，给出了远端干扰时域、频域、空域防范方案，并进行方案可行性和效果验证。

1 远端干扰

1.1 远端干扰形成

5G为TDD制式，自建网以来一直受到远端干扰的影响。5G由于频段高，上行容易受限，加上远端干扰的影响，进一步加大了上行受限的概率，降低了网络覆盖，影响了网络质量和用户感知。

远端干扰是TDD制式固有的网内干扰现象，是数十公里外的基站下行信号经过超远距离传播后，信号传播时延超过GP长度，落入近端基站上行接收窗内形成的干扰，表现为GAP最后一个符号功率明显抬升。科学研究表明，电磁波若要形成远端传播，必须满足4个基本条件：（1）站点覆盖区域高度处存在远端干扰信号；（2）电磁波的波长必须小于最大陷获波长（频率高于最低陷获频率）；（3）电磁波发射源必须位于远端干扰层内；（4）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。中国联通现有厘米波波段满足无线传播形成的频率条件，在平原区域、沿海、沿江、沿湖等区域基本满足远端干扰传播形成的地理条件，5G网络在平原区域出现远端干扰传播的概率远大于丘陵和山区区域。

1.2 远端干扰原理

5G网络作为TDD网络，系统为上下行时分复用，需要遵循严格的时间同步，如果下行信号落在上行时隙，会导致严重的上行干扰，影响5G网络正常使用。

NR的帧结构与子载波带宽相关，如表1所示，共支持15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz五种子载波带宽配置，NR上下行帧长均为10 ms，分为10个长度为1ms的子帧，每个时隙固定包含14个OFDM符号，每个子帧所包含的OFDM符号数由决定。

表1 NR普通CP下帧结构

NR在特殊时隙中设置GP符号用于进行非对齐时间保护，按现网5G基站常用配置进行计算，载波间隔30kHz的情况下，上下行配比7：3，特殊时隙配比10：2：2，GP占用2个符号。此时单时隙长度为0.5ms，单符号长度为1/28ms，按电磁波无损传播速度3×108m/s进行计算，GP可以提供的保护距离约为3×108×（1/28）×0.001×0.001×2≈21.4km。

图1为远端干扰与特殊子帧配比示意图，即远端站点信号传播距离超过21.4km，远端传播站点信号下行时隙将落在本地站点上行时隙，形成远端干扰，同时根据传播距离不同，干扰影响位置有一定程度的差异。

图1 远端干扰示意

1.3 江苏远端干扰情况

远端干扰具有地域特性，在沿海、沿江、湖泊和平原高站覆盖区域，由于地势开阔，无线传播信号通过水面、水雾、高空等空旷区域的折射、发射等容易形成远端干扰。

江苏地区干扰主要集中在边界区域，特别是沿海、沿湖地市较为突出，其中扬州、徐州、淮安、盐城、连云港、泰州为干扰严重区域，苏南区域无锡、苏州、南通为干扰严重区域。

2 远端干扰抑制

结合干扰强度和TDD干扰特征，远端干扰抑制从时域、频域、空域优化几个维度进行。

2.1 时域方案

远端干扰从原理上说是因为GP长度不够导致的超远干扰，为了规避TDD网络的系统内干扰问题，从时域角度可以通过修改子帧配比和特殊时隙配比增加GP长度，以实现近距离干扰消除。

5G规范的特殊时隙配比中包括远端干扰特殊时隙配比，但要求NR子帧配比中必须包括连续2个或2个以上特殊时隙。

如表2所示，从理论计算，不同的特殊时隙配比，抗远端干扰的距离不同。选择的特殊时隙配比越大，抗干扰能力越强，但是同时也会带来下行容量的损失。

表2 NR特殊时隙配比与抗干扰距离&容量关系

特殊时隙配比 抗远端干扰的距离 理论容量损失6：6：2 64 km 下降8.89%

特殊时隙配比越小，抗干扰能力越弱，下行感知速率也越低。当上行底噪达到-90dBm，下行速率损失在30%左右。因此，时域上可通过子帧配比修改来抑制远端干扰。在协议范围允许和厂家现有配置允许的情况下，基于现网30kHz带宽及7：3子帧配比，可以将特殊时隙配比由10：2：2修改为6：6：2，在不影响UL符号的同时增加GP长度，保护距离由原有的21.4km增加200%达到64.2km，基本可以消除60km内远端干扰。

2.2 频域方案

从理论上讲，远端干扰属于网络内部同频干扰，在不需要进行大带宽业务的区域，可以考虑通过频域优化的执行干扰抑制。通过主要干扰源小区的识别，针对少量站点进行缩频处理。

通过实施远端干扰管理特性来识别远端干扰小区，并针对远端干扰源小区进行下行slot发射的控制来降低对干扰源小区的影响。当干扰增加时增加GP符号，当干扰减少时减少GP符号。

如存在地市间稳定的、大面积的远端干扰，可以进行错频/异频组网，施扰方和受扰方多地协作实施，降低干扰影响的程度。

2.3 空域方案

除在建设期间关注超高站外，在干扰发生期间也可以从空域进行干扰抑制，基于5G设备相关特性，可通过后台调整收缩广播波束的垂直波瓣角、增加天线电子下倾等方式，抑制上波瓣超远传播。

通过针对干扰源小区的分析发现，90%以上的干扰源小区都集中在站高30米及以上、下倾角8度及以下的小区。在保证覆盖连续的情况下，站高和总下倾角的关系如图2所示，站高越高，下倾角越大，在站间距500米的区域，站高30米的站点，下倾角至少8度以上。

图2 站高与下倾的关系

图2 为基站高度与对应下倾角示意图，通过下倾角的调整可以有效减少强干扰源，尤其是对高站的影响最大，但是该方法同时会对覆盖有所牺牲，不建议优先进行操作。

3 远端干扰防范效果

如图3所示，江苏联通实施远端干扰防范措施，网络质量和用户感知提升明显：5G网络上行平均SRS干扰值降低8dB，相当上行有效覆盖增强3倍以上；用户感知速率提升8.7%，网络掉线率下降40%，高掉线小区减少43%，网络质差小区比例下降30%，实现全网级性能提升。

图3 远端干扰防范效果

4 结束语

远端干扰作为TDD固有特性，建网初期表现不明显，随着网络建设不断发展，网络规模不断扩大，远端干扰开始凸显。江苏联通结合现网实践，针对远端干扰，从时域、频域、空域三个方面分别给出了防范解决方案，有效降低了远端干扰带来的影响，为后续开展4/5G互操作门限下探、打造5G精品网络打下坚实基础。