中国移动4G网络系统干扰分析及解决方案

温正阳，梁高光

（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

1 前言

随着无线通信的快速发展，人们对大量多媒体数据业务的速率要求不断提高，应运而生的第四代移动通信技术LTE（Long Term Evolution）已作为主流技术之一被通信领域所认可。

LTE系统定义了频分双工（Frequency Division Duplexing,FDD）和时分双工（Time Division Duplexing,TDD）两种方式，并且以正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）和多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）两种关键技术为基础。

目前，我国的无线4G网络正在如火如荼的建设之中，由于TDD方式是我国自主知识产权研发的，且为了更好的实现由3G网络的平滑演进，中国移动采用的是TD-LTE制式。

虽然TD-LTE的技术已经成熟，也具备了商用的能力，但是，干扰在任何通信系统中都是需要着重注意的问题。由于TD-LTE本身所采用的技术、组网方式以及占用频段等方面，使之存在各种各样的干扰。本文就是针对这些干扰进行归纳和分析，并总结相应的解决方案。

2 系统内干扰

2.1 OFDM自身干扰

LTE系统下行采用的是正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）方式，它是将传输带宽划分成一系列正交的子载波资源，并将不同的子载波资源分配给不同的用户实现多址，由于子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。但是，OFDM技术本身受到频率偏差和时域偏差的影响，使之存在子载波间干扰（Inter-Carrier Interference，ICI）和符号间干扰（Inter-Symbol Interference，ISI）。如图1中的黑色圈所示，接收端同时收到前一个符号的延迟信号（浅灰虚线）和下一个符号的正常信号（深灰实线），影响了正常接收。时域上看受到了ISI，频域上看受到了ICI。

图1 ICI与ISI干扰示意图

为了消除OFDM自身的干扰，将在符号间加循环前缀（Cyclic Prefix，CP）做为保护间隔，就是使保护间隔的信号与该符号尾部相同，同时，CP还会使一个符号周期内因多径产生的波形为完整的正弦波，因此可保证不同子载波之间的正交性，从而完全避免ISI和ICI。在TD-LTE系统中，每个子载波宽度为15 kHz且交叠存在，子载波间干扰对系统影响较大，因此需采用CP消除其自身干扰。

2.2 同频干扰

TD-LTE系统的组网方式一般分为同频组网和异频组网。采用同频组网能在最大程度上发挥TD-LTE系统频谱利用率高的优势，节省运营商频率资源支出费用。而且，在网络设计、建设、扩容时频率规划也非常简单。但相对于异频组网来说，同频组网的干扰还是比较大的。因此，这里针对同频组网方式下存在的干扰进行分析，主要包括邻小区同频干扰和远距离同频干扰。

2.2.1 邻小区同频干扰

同频组网情况下，邻小区同频干扰同时包含下行信号与上行信号的干扰。如图2所示，邻小区干扰主要是指边缘用户的干扰，一般情况下受干扰用户数少；同时，一个20 MHz带宽的TD-LTE系统，可分成1 200个子载波，每子载波15 kHz，假设每小区用30%的子载波进行随机分配，相邻小区同频率的概率较低，这就为同频组网的实现提供了可能。

另外，TD-LTE可以采用多种同频干扰抑制技术来降低或消除干扰[1]。比如可用小区扰码将干扰打散成噪声，从而使终端可以依赖处理增益对干扰进行抑制；可用小区干扰协调技术（Inter-Cell Interference Coordination,ICIC）对各小区中无线资源的使用进行限制以避免干扰；还可以对干扰小区的干扰信号进行某种程度的解调解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量等等。

图2 邻小区干扰示意图

2.2.2 远距离同频干扰

由于TD-LTE采用的TDD时分双工模式，不同基站间需保持严格的时间同步，包括数据帧头与上下行转换。然而，随着传输距离的增加，远端发射源的信号经过传播延迟到达近端同频的目标基站后，可能会进入目标基站的其他传输时隙，即超出TDD系统的上、下行保护间隔，进而影响近端目标系统的正常工作，即所谓的远距离同频干扰[2]。它主要是与信号的传输环境和基站高度等因素有关。

对于终端信号来说，终端天线位置低，发射功率小，终端发射的信号无法实现远距离传输，不会产生此类干扰。但是，基站天线位置较高，发射功率大，在某种条件下，较易产生远距离传输，从而到达近端，干扰其他时隙；受到干扰的近端下行时隙功率较高，且接收端为终端，一般位置低，不会影响业务；而上行时隙信号到达基站天线时功率较低，与远端干扰同时被基站接收，即远端基站的下行信号干扰了近端同频目标基站的上行接收，如图3所示。

对于远距离同频干扰的解决方案可让干扰源基站与被干扰基站分别进行特殊时隙的自动配置来规避干扰，比如增加GP长度即可增大保护距离；还可以采取工程上的措施，比如降低天线挂高、增大下倾角等方式消除远距离同频干扰。

图3 远距离干扰示意图

综上所述的干扰可以归纳为水平组网方式带来的同频干扰，而这种方式已在LTE系统中得到较好的解决。但随着建站方式的多样性，还会出现垂直同频组网的应用场景，比如宏小区与微小区的垂直干扰、宏小区与家庭基站层的垂直干扰等，这是需要未来进一步解决的问题。

3 系统间干扰

系统间干扰顾名思义就是不同的频率系统之间的共存干扰。这种干扰一般分为以下几类：杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰[3]。

杂散干扰是指一个系统的发射频段外的杂散发射落入到另一个系统接收频段内造成的干扰，其发射电平可以降低而不致影响相应信息的传递。干扰基站在被干扰基站接收频段内产生杂散辐射，并且干扰基站的发送滤波器没有提供足够的带外衰减，会引起接收机底噪抬升而导致接收机灵敏度的降低。

互调干扰是指由于两个及以上的不同频率的载波发射信号，通过非线性电路导致多个载频合成产生的互调产物，若这些互调产物落到相邻或相同频段的系统上将使接收机信噪比下降从而产生互调干扰。

阻塞干扰是指当较大功率的干扰信号落入接收机端时，可能导致接收机过载，使它的接收灵敏度下降，严重时甚至不能接收有用信号的干扰情况，因此，这也是通信系统中最忌讳的干扰形式。

目前，中国移动通信按照应用场景的不同共分为三个频段。室外宏站部分采用F频段（1 880～1 900 MHz）和D频段（2 570～2 620 MHz），室内部分采用E频段（2 320～2 350 MHz）。同时在电信业还存在着多种通信系统的制式标准，也都采用与之不同的频率段，如图4所示，在这些系统共址共存的情况下均会产生以上所述的几类干扰。

图4 不同系统的频段划分

根据图4-a可看出，F频段可能面临最复杂的电磁干扰，因此，下面首先针对F频段对各类系统间干扰进行分析。

（1）在F频段同时有中国移动的两个系统TDSCDMA、TD-LTE，这样将会导致同频异系统的干扰。但由于两个系统均采用TDD双工模式，可以通过调整两个系统的上下行时隙使其同步即可规避基站间的干扰，但这将有一定的速率损失，因此建议逐步对F频段的TD-SCDMA系统进行清频，使其占用2 010～2 025 MHz频段。

（2）目前移动和联通的DCS1800下行频率为1 805～1 850 MHz，但滤波器多为1 805～1 880 MHz共75 MHz，与TD-LTE系统的F频段邻频，它们共存共址时，会对此频段基站的上行链路造成杂散和阻塞干扰。如果让TD-LTE尽量工作于F频段的高频段点，可一定程度减小DCS1800的杂散干扰；还可以利用工程手段，如调整天面增大空间隔离、加装杂散抑制滤波器以及提高设备性能系数来规避干扰。

（3）3G FDD补充频段的下行频率为1 850～1 880 MHz紧邻TD-LTE系统的F频段，若与其共存共址需特别注意对TD基站上行链路的阻塞干扰，这是人们最不愿看到的。目前我国还没明确规定此频段的划分，但建议将此频段定为过渡带。

（4）另外，处于1 900～1 920 MHz频段的小灵通（Personal Handy-phone System，PHS）系统，其实际的带外杂散非常高，也会对工作于邻频1 880～ 1 900 MHz的TD-SCDMA系统造成严重的杂散和阻塞干扰。

(5)对于 GSM900系统也会对F频段产生互调或谐波干扰，同样可以通过调整天面增大天线隔离度及更换互调指标较差的GSM900天线等方式避免干扰。

相对来说D频段邻近的频率比较干净，几乎没有系统间的干扰。但是个别地区可能会有MMDS（2 535～2 599 MHz）、射电天文（2 655～2 690 MHz）等系统，会带来干扰，需采取相应措施规避。

对于E频段由于其使用场景为室内覆盖，恰好和无线局域网络（Wireless Local Area Networks，WLAN）有相同的应用环境，而且两者之间的频段也是彼此相邻，就必然会存在干扰。由于TD-LTE系统基站和终端的抗干扰指标较好，WLAN对LTE的干扰相对较小，因此干扰主要体现在LTE系统对WLAN系统的干扰。尤其是LTE终端对WLAN终端之间的干扰，因为此类用户的行为模式在较长时间内位置相对固定，室内环境相对靠近的机率较大而且主要是数据用户，导致它们之间的干扰很难规避。这种情况可通过增加终端间距、提高终端设备的性能指标等措施来尽量降低干扰。

4 总结

干扰作为影响通信网络质量的关键因素之一，一直以来都是业内人士的研究热点。本文对中国移动刚开始商用的TD-LTE网络存在的各种干扰进行了全面分析，并简单介绍了相应的解决方案。虽然综上所述的干扰已被尽量的降低或者完全规避，但随着网络复杂度的提升、建站环境多样化等多方面因素的影响，都有增大干扰的可能性，因此还需在实际网络的建设中，不断发现问题不断解决问题，进一步提升网络质量，打造精品网络。

[1]蔡伟明，王玮，施云涛.TD-LTE同频干扰抑制技术研究与应用[J].电信工程技术与标准化，2012(7):57-60.

[2]曲嘉杰，李新，邓伟，刘光毅.TD-LTE远距离同频干扰问题研究[J].电信科学，2010(10):152-158.

[3]陈其铭，张炎炎，潘毅，孙炼.TD-LTE系统间干扰问题的分析与研究[J].电信工程技术与标准化，2012(7):61-65.