5G 室内外干扰优化速率提升研究

周励人，樊忠文

（中国电信股份有限公司金华分公司，浙江 金华 315000）

0 引言

5G 室内外覆盖同长期演进（Long Term Evolution，LTE）4G 时代有较大差异，LTE 室内外可采用异频组网，而5G 室内外采用3.5 GHz 同频组网。由于5G引入了同频异模干扰与同频同模干扰，势必导致网络性能和用户业务体验的下降；因此，同频干扰成为5G 系统面临的主要性能问题。如何解决室内外同频的干扰问题，并通过解决干扰提高数据传输速率以提高用户感知，成为5G 网络需要解决的难题[1]。

1 室内外干扰原理分析

5G 室内外均属于3.5 GHz 同频组网，室外的3.5 GHz 站点对室内3.5 GHz 形成同频干扰。虽然5G相对LTE 移除了公共参考信号（Common Reference Signal，CRS），但是依然会持续发送导频。根据信道分类室内外干扰可分为4 种类型，分别为同步信号和物理广播信道块（Synchronization Signal and Physical Boardcast Channel block，SSB）干扰、系统消息块1（System Information Block 1，SIB1）干扰、信道状态信息参考信号（Channel State Information Reference Signal，CSI-RS）干扰、跟踪参考信号（Tracking Reference Signal，TRS）干扰[2-6]。

下行与上行时隙比为7:3 时，室外小区信道SSB、CSI-RS、TRS、SIB1 时隙分布情况如图1 所示。若室内的导频配置与室外小区不同，会使室内小区物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）信道干扰增加，直接体现在下行信号干扰噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）变差且相应时隙误码率增加，从而导致下行吞吐率损失，系统容量降低，用户感知变差[7]。

图1 时隙比为7:3 的信道结构

1.1 SSB 干扰原理

5G 室内外存在SSB 波束个数的差异是导致SSB干扰的主要原因。室外有源天线处理单元（Active Antenna Unit，AAU）小区时隙比配置为4:1 时，默认配置7 个SSB 波束；室内4 发4 收（4 Transmit 4 Receive，4T4R）产品默认配置4 个SSB 波束[8]。SSB 信道以周期20 ms 持续发送，如果室内与室外SSB 未对齐，SSB 发送个数多的室外AAU 小区的SSB 波束侵入室内信号，则室内信号相应时隙（slot 2 和slot 3）受到室外SSB 波束干扰，对应slot 2和slot 3 出现误码，从而出现性能下降，如图2所示。

图2 SSB 波束干扰

SSB 仅涉及20 个资源块（Resource Block，RB），被干扰的室内站型，slot 2 和slot 3 误码会明显高于其他slot。降低SSB 干扰的核心思想是对齐室内外的SSB，即SSB 频点、SSB 周期、SSB 个数都完全对齐，从而消除干扰，提升邻区空载场景下的性能，但同时SSB 波束个数的增加会导致室内小区SSB 开销增加约1.7%[9-10]。室内SSB 从默认4 波束修改为7 波束，按20 ms 周期计算，多了两个slot 发送SSB，每个SSB slot 占用48 个RB，20 ms 一共28 个下行slot，所以就是2×48/28 ≈3.4 RB，约1.7%。室内支持的SSB 配置如图3 所示，默认采用Type 1 单天线轮发4 波束（Beams），与室外对齐则采用Type 3 设置4 天线并发7 Beams。

图3 室内支持的波束配置

1.2 SIB1 干扰原理

SIB1 传输周期与SSB 相关联，对于SSB 和CORESET 的复用模式1，SIB1 的重复传输周期为20 ms，对于SSB 和控制资源集（Control-resource Set，CORESET）的复用模式2 和复用模式3，SIB1的重复传输周期与SSB 的周期一致。

室内采用仅非独立组网（Non-standalone-only，NSA-Only）和独立组网（Standalone，SA）不同组网模式时SIB1 设置原则不同，NSA only 组网时，终端可以从4G 侧获取到系统消息，因此NSA only时可以关闭SIB1，从而相比SA 获得5%的资源优势；SA 组网时，终端必须从NR 侧获取系统消息，因此SA 组网及SA&NSA 双模组网时，必须发送SIB1[11]。因此，根据室内组网类型SIB1 干扰可分为两个场景，如图4 所示，当前电信5G 网络以场景2 为主。场景1 室外相邻小区发送SIB1，室内小区（NSA-Only 场景）不发送SIB1，导致室内小区受到室外干扰。场景2 室外相邻小区SIB1 周期20 ms，室内小区（SA 场景）SIB1 周期160 ms，导致室内小区受到室外的干扰[12]。

图4 室内NSA-Only 和SA 组网时隙干扰

室外SSB 默认为7 波束，SIB1 以20 ms 的周期在slot 10～slot 17 发送。场景1 的情况下，被干扰的室内站型不发送SIB1，室内slot 10～slot 17 均会受到干扰，误码会明显高于其他slot。场景2 情况下，室内SSB 默认为4 波束，SIB1 以160 ms 周期重复传输，SIB1 在slot 10～slot 13 发送，被干扰室内小区slot 15～slot 17 干扰明显高于其他slot。

当前主要解决方案为：室内外如果都是NSA only 组网，室内外统一打开SIB1 并周期对齐或者关闭SIB1；当室外是SA 或者NSA&SA 组网，室内是NSA only 组网时，室内打开SIB1 并周期对齐，避免干扰；如果室外是SA 或者NSA&SA 组网，室内是SA 组网，室内SIB1 周期向室外周期对齐，避免干扰。

1.3 CSI-RS 干扰原理

室内外存在CSI-RS 周期和波束个数的差异，室外AAU 小区默认配置4 个小区级CSI-RS 波束，室分4T4R 产品默认配置1 个小区级CSI-RS 波束（且室内小区不支持配置为4 个CSI-RS 波束）[13]。室外小区CSI-RS 默认发送周期为40 slot，室内小区CSI-RS 周期默认配置80 slot，导致能收到室外AAU 小区CSIRS 波束的室内小区PDSCH 会受到干扰（CSI-RS NZP是全带宽发送的），slot和符号级干扰位置如图5所示。

图5 CSI 干扰

被干扰的室内站型，slot 0 和slot 10 误码会明显高于其他slot，如表1 所示，某局点slot 0 和slot 10 因受到干扰误码明显过高，其他slot 误码率收敛到0%，严重影响下行调制和编码方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）。

表1 slot 误码统计

解决方案核心思想是对齐室内外的CSI-RS 波束个数，并避免对应slot 符号13 上出现干扰，提升邻区空载场景下的性能。通过关闭CSI-RS 速率匹配（Rate Match）让符号12 和符号13 完全不映射数据，从而躲开符号13 上的干扰，但是符号12会导致开销增加。按照80 slot 计算，PDSCH 符号为8×（6×12+1×8）=640，CSI-RS 符号1 个；按照10 slot 周期和关闭Rate Match 功能计算，CSI-RS符号2×8=16 个，整体开销增加(16-1)/640=2.34%。减少干扰的同时室内CSI-RS 周期拉短及室内小区部分资源单元（Resource Element，RE）不调度，会导致PDSCH 资源减少。

1.4 TRS 干扰原理

TRS 是一种多周期的CSI-RS 信号，位于连续两个slot 的NZP-CSI-RS。在一个时隙内时间上两个TRS 最小间隔是4 个正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）符号，频域上间隔4 个子载波[14]。默认场景室内外都是在slot 5 和slot 6 的符号4 和符号8 上发送TRS 信号，如果室内外的TRS 周期不一致，会导致邻小区TRS干扰本小区的情况[15]。图6 为TRS 干扰原理。

图6 TRS 干扰

室外TRS Rate Match 开启情况下，在AAU 小区有可能发送TRS 的位置，对PDSCH 进行了调度，导致对室内小区TRS 产生干扰。被干扰的室内站型，slot 5 和slot 6 的误码会明显高于其他slot。

干扰主要解决方案有两个。方案一：室内外TRS 周期拉齐，避免干扰。方案二：AAU 小区做打孔处理，减少对室分干扰。如图7 所示，黑色为物理小区标识（Physical Cell Identifier，PCI）模6 为0 的TRS 发送位置，打孔处理后灰色区域虽然不发TRS，但是也不调度PDSCH，避免干扰。

图7 TRS 打孔

2 室内外干扰应用实例

2.1 SSB 干扰处理速率提升对比

对室分受干扰小区打开场景化波束加密算法开关，保证室内与AAU 小区波束对齐，同时室内小区天线极化模式由“默认场景”改为“单极化”。

针对室内A 小区波束对齐及场景修改后，室内小区下行分组数据汇聚协议层吞吐率（Down Link throughput of Packet Data Convergence Protocol，DL_PDCP_Throughput）由调整前740.64 Mb/s 提升至900.94 Mb/s，速率提升21.64%，同时室内小区SSB的参考信号接收功率（Reference Signal Received Power of SSB，SS-RSRP）信号增强3 dB，速率增益及覆盖均得到增益，如图8 所示。

图8 室内SSB 波束对齐下行PDCP 速率及RSRP 对比

SSB 干扰大小与宏微电平差大小强相关，推荐RSRP_indoor -RSRP_macro＜20 dB 时，或者宏站覆盖到室内信号电平＞-100 dBm 时，配置波束对齐。

2.2 SIB1 干扰处理速率提升对比

当前电信5G 网络室内小区均采用SA 组网，将室内小区SIB1 周期由160 ms 调整至20 ms，与室外小区周期一致，PDCP 速率峰值由515.02 Mb/s提升至730.34 Mb/s，速率增益41.81%，如图9 所示。

图9 室内SIB1 周期调整前后PDCP 速率对比

2.3 CSI-RS 干扰处理速率提升对比

NR 室内小区在CSI-RS Rate Match 功能打开、CSI 周期为80 slot、CSI-RS 资源数为1 时，CSI 所在slot 0 和slot 10 的误块率超过90%，slot 干扰过高。

如图10 所示，NR 室内小区关闭CSI-RS Rate Match 功能、CSI 周期为10 slot，与室外slot 对齐后，0 时隙误块率降低至12.81%，10 slot 误块率降低至2.54%。

图10 室内CSI-RS 干扰情况误码率对比

如图11 所示，对比CSI-RS 干扰优化前后PDCP下载速率，干扰方案实施前速率为418.61 Mb/s，经过优化后速率达到656.86 Mb/s，速率增益56.91%，方案实施前室内Lampsite 小区RSRP 与AAU 小区RSRP 相差3 dB，优化后RSRP 差值5 dB 左右，同频RSRP 信号强度接近是影响CSI-RS 干扰的主要因素。

图11 CSI-RS 干扰优化前后速率及RSRP 提升对比

2.4 TRS 干扰处理速率提升对比

如图12 所示，TRS Rate Match 关闭，室内TRS周期40 ms 未拉齐及未做打孔处理时，下行PDCP速率为630.68 Mb/s。TRS 周期调整至20 ms 与AAU小区一致，AAU 小区同时作TRS 打孔处理，测试速率可达到736.27 Mb/s，速率增益16.74%。

图12 室内TRS 干扰优化前后PDCP 速率对比

3 结语

本文基于对室内外干扰与速率提升的研究，通过对室内外SSB 波束对齐、SIB1 周期对齐、CSIRS对齐及TRS周期对齐打孔等方案进行实例验证，有效降低室外宏站对室分覆盖和业务的干扰，室内下行速率显著提升。大规模的5G 室内外网络建设和应用，对网络干扰性提出了更高要求，本文同频干扰原理及实例方案可为5G 网络室内外干扰优化和用户速率体验提升提供参考。