TD-LTE干扰优化中对大气波导的监测与规避

吕芳迪， 郭宝

(1 中国移动通信集团天津有限公司，天津 300021； 2 中国移动通信集团山西有限公司，太原030032)

TD-LTE干扰优化中对大气波导的监测与规避

吕芳迪1， 郭宝2

(1 中国移动通信集团天津有限公司，天津 300021； 2 中国移动通信集团山西有限公司，太原030032)

本文主要阐述大气波导产生的基础，以及TD-LTE系统如何监测到大气波导干扰，在此基础上提出大气波导干扰规避的集中方案，重点对通过参数优化调整规避及减轻大气波导干扰的优化措施进行分析。

大气波导；特殊子帧；时分双工；功率控制

1 概述

在一定气象条件下，在大气层尤其是在近地层中传播的电磁波，由于受大气折射的影响，其传播轨迹发生弯曲。当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种大气层称为大气波导。电磁波在大气波导内的传播称为大气波导传播。它可使电磁波在较小的衰减下沿大气波导传播到很远的地方。

大气波导是一层不同于标准大气的特殊大气层，大气波导有着较大的负折射率梯度值，大气波导层会使一部分电磁波原本能够传播到的区域成为电磁盲区，也可使部分电磁波以较小的衰减沿着波导层传播到很远的地方，且电磁波信号保持较强的电场强度，使移动通信系统的干扰问题变得极为复杂。

由于无线环境中气温、压强和湿度随时会发生变化，从而造成波导特征参数的变化，干扰分析

会更加困难。

2 大气波导干扰特征及监测

2.1 大气波导干扰特点

大气波导多发于夏秋季节，气温20℃左右，一般于夜间开始出现，早晨8时左右消失，少数由于天气原因持续时间较长。大气波导在空旷的环境中更易于传播，因此平原地市受影响更大，且农村受影响强于城市。

GSM网络由于上下行频率隔离，且采用异频组网，不受大气波导影响；TD-SCDMA与TD-LTE均采用TDD制式，但TD-SCDMA采用异频组网受干扰程度较TD-LTE更轻微；TD-LTE基站前期农村站点较少，对用户感知影响较小，随着网络规模不断扩大及用户数的增长，乡镇及农村受干扰程度增强，投诉量也随之增长。

TD-LTE系统上下行频率完全一致，在大气波导环境下传播损耗小，传播距离远，现网主流的上下行GP保护距离约为64.2 km，可完全隔离无线基站的同频复用干扰，但是根据大气波导的时域特征分析，大气波导环境下传播甚至超过200 km，之前的GP保护距离明显不足。

由于用户对语音的敏感度远远大于数据业务，在TD-LTE全面承载语音业务后，用户投诉可能会突增。

2.2 大气波导干扰监测

大气波导干扰期间，受扰小区干扰电平明显抬升，部分地市干扰均值甚至高于-100 dbm，同时无线接通率和掉线率明显恶化，严重影响用户感知。TD-LTE网络性能指标主要表现在以下方面。

2．2．1 无线接通率

日常均值保持在99.5%以上，大面积干扰时段最差恶化至88.22%。其中RRC、ERAB建立成功率均有严重的恶化，主要原因是无线层造成RRC、ERAB建立失败。

2．2．2 无线掉线率

日常无线掉线率均值低于0.5%，大面积干扰时段最差恶化至1.93%，其中无线层主要原因是上行误块率过高（超过3%），ARQ重传率也有严重的恶化。

2．2．3 切换成功率

切换成功率日常均值维持在99%左右，大面积干扰时段最差恶化至96%。

采集TD-LTE现网大气波导干扰发生时对网络指标的影响，如图1所示。

从以上分析可以看出，大气波导对TD-LTE网络的无线接入、保持与切换都造成了严重的影响，从随机接入流程来看，大气波导干扰影响网络性能指标下降的原因主要是MSG3未成功发送或接收造成的。可以考虑从提高MSG3接收可靠性来缓解干扰对网络性能指标的影响。

3 大气波导干扰缓解措施

3.1 时域维度缓解措施

时域维度对大气波导缓解措施主要是通过改变特殊子帧的子帧配比实现，TD-LTE的特殊子帧由3个特殊时隙构成。

DwPTS（Downlink Pilot Time Slot， 下行导频时隙）是特殊子帧中的下行时隙。DwPTS最小持续时间为3个OFDM符号，主同步信道PSCH放在DwPTS的第3个符号上。因为DwPTS在TD-SCDMA中用作下行同步用，PSCH也是用于下行同步的，所以就把PSCH放在DwPTS中；同时，放在第3个符号有利于GP的配置。除了同步符号资源之外，其他DwPTS资源可以传输数据、导频和下行控制信号。

图1 大气波导对TD-LTE网络指标的影响

UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行前导时隙）是特殊子帧中的上行时隙，用来作竞争接入，一个RACH（Radom Access Channel，随机接入信道）占用6个RB频域带宽，在系统带宽足够的情况下，UpPTS可以同时分配多个PRACH信道。此外，分配RACH后剩余的资源可以传输导频（Sounding和解调导频）。在这个时隙里不传输PUCCH，可以最小化控制开销。

GP（Guard Period， 保护间隔时隙）是TDD系统特有的保护时间，主要原因在于下行到上行转换时基站和UE间有一个下上行双向传输时延。确定GP时主要考虑小区覆盖半径决定的双向传输时延。为克服OFDM系统所特有的符号间干扰ISI，LTE引入了循环前缀CP（Cyclic Prefix）。CP长度配置：CP的长度与覆盖半径有关，一般情况下配置普通CP（Normal CP）即可满足要求；广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展CP（Extended CP）。CP长度配置越大，系统开销越大。3GPP协议规定了9种GP配置，如表1所示，单位为符号Symbol。GP最大时间为10个OFDM符号（Normal CP），其取值主要影响小区覆盖半径。

表1 TD-LTE特殊子帧配置（单位：符号）

目前TD-LTE网络F频段使用的特殊子帧方式是配置6，即9：3：2，保护时隙为3个符号，一个符号为71.4 us，对应为21.4 km，这样3个符号的保护范围为64.3 km。如果是特殊子帧是配置5，即3：9：2，保护时隙为9个符号，对应的保护距离为192.6 km。

此外，还可以采用下行子帧部分关断，发生大气波导干扰期间关闭每帧中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。但是下行速率会大幅下降，实验室测试关闭下行部分子帧后，终端下行电平会有严重恶化，暂时不考虑部署。

3.2 频域维度缓解措施

3．2．1 F+D/F+E双层组网

在波导干扰严重区域规模部署F+D/F+E双层网，当出现波导干扰时，通过参数优化，将用户从F小区迁移至干净的D/E小区，改善用户感知。工信部批复E频段只能用于室内，存在政策风险；后续随着网络容量的增加，D频段大规模使用后，不可避免地会存在同频，抗波导干扰效果减弱。

3．2．2 F频段10 MHz异频组网

将F频段30 MHz带宽分为3个10 MHz频段，某省不同地市使用不同的频点。目前波导干扰更多是来自外部地区，其F频段30 MHz带宽均有使用，省内F频段异频组网效果有限：从现网数据看，波导干扰期间F频段10 MHz小区（频点38 544）平均干扰电平已与20 MHz小区（频点38 400）相当，说明F频段30 MHz带宽均受到影响。10 MHz异频组网会导致小区容量减半、速率减半，在4G用户持续快速增长的情况下，对用户感知不利，竞对处于劣势。

3.3 空域维度缓解措施

3．3．1 控制高站功率

乡镇农村区域F频段高站（40 m以上），统一规范其功率不超过80 W。在干扰期间，全省统一对F频段高站临时进一步下调功率，干扰消退功率恢复。实施效果显示干扰强度有1～2 dB的下降。根据评估，高站功率不超过80 w，对周边业务量及指标基本没有影响。

3．3．2 控制天线俯仰角

天线挂高45 m以上倾角不低于10°，40～45 m不低于8°，30～40 m根据是否为干扰小区调整至8°，30 m以下暂不调整。实施效果显示干扰强度下降5～10 dB。实测单点覆盖距离约减少10%～15%，如果替换为远程电调天线，可在干扰期间下压倾角，干扰消退恢复倾角，兼顾覆盖和干扰应对。

3．3．3 控制天线挂高

天线挂高不超过40 m，目前铁塔公司新建站高度为40 m，满足要求；针对存量站，考虑覆盖竞对等因素，仅天线挂高在55 m以上的考虑降平台。实施效果显示干扰强度可下降3～4 dB。覆盖半径约减少5%，可通过调整倾角解决。

4 规避大气波导的优化措施

通过增加GP保护时隙增加保护距离，减少大气波导干扰影响的方案以及F频段10 MHz异频组网的方案会影响整体吞吐量，影响用户感知。如果及时做到大气波导监测，就可以部署实施上行接入、功率控制等优化措施，尽量规避大气波导干扰的影响。

4.1 接入信道参数优化

PRACH功率控制目的是在保证eNode B随机接入成功率的前提下，UE以尽量小的功率发射前导，降低对邻区的干扰并使得UE省电。每个UE的PRACH发射功率计算公式如下：

PPRACH＝ min{PCMAX， PO_pre＋PL+Δpreamble＋

(Npre-1)·Δstep} （1）

其中：PCMAX为UE的最大发射功率；

PO_pre表示当PRACH前导格式为0，在满足前导检测性能时，eNode B所期望的目标功率水平。通过参数PreambInitRcvTargetPwr设置初始值。

PL为UE估计的下行路径损耗值，通过RSRP测量值和小区参考信号发射功率获得；

Δpreamble表示当前配置的前导格式基于前导格式0之间的功率偏置值；

Npre表示该UE发送前导的次数，涉及参数为Preamble TransMax，不能超过最大前导发送次数；

Δstep表示前导功率攀升步长，通过参数PwrRamping Step设置；

通过TD-LTE网络性能指标及时监测到大气波导干扰后，通过参数PreambInitRcvTargetPwr抬升前导初始接收目标功率值，建议由现网的-104 dBm左右抬升至-94 dBm；通过设置参数PreambleTransMax来增加前导最大传输次数，由现网8次提升至10次；通过设置参数PwrRampingStep来增加PRACH功率攀升步长，由现网的2 dB增加至4 dB。

4.2 上行控制及共享信道参数优化

PUSCH功率控制目的是降低对邻区的干扰和提高小区吞吐量，保证小区边缘用户的速率。UE在PUSCH信道发送功率的计算公式为：

PPUSCH(i)=min{PMAX，10lg10(MPUSCH(i))+Po_PUSCH(j) +α(j)·PL+ΔTF(i)+f(i)} （2）

其中：i 表示第 i 个上行子帧；PMAX为系统通过RRC信令给UE配置的最大发送功率；

MPUSCH表示UE在PUSCH信道上第i子帧时所分配的可以占用的RB资源块的个数；

Po_PUSCH是一个半静态设置的功率基准值，j的取值为0、1或2，j=0对应于半静态调度授权的PUSCH传输或重传； j=1对应于动态调度授权的PUSCH传输或重传； j=2对应于随机接入响应授权的PUSCH传输。

α表示对路径损耗的补偿量，PL为UE估计得到的下行路径损耗。

监测到大气波导干扰后，设置PUSCH初始发射功率，以保证小区边缘用户成功接入小区，并维持业务。通过设置PUSCH标称P0值及路径损耗因子对抗大气波导干扰。PUSCH标称P0值由现网的-87 dBm调整至-93 dBm（建议值），路径损耗补偿因子由现网的0.8调整至1（建议值）。

相应的，对于上行控制信道PUCCH，需要调整的参数值为PUCCH标称P0值，由现网的-100～-105dBm调整至-95～-98 dBm（建议值）。

5 优化总结

目前TD-LTE网络中出现的大气波导干扰严格意义上来说是一种远距离系统内干扰，是TDD制式下上行、下行同频而导致的下行对上行的同频干扰。调整特殊子帧时隙配比以及F频段10 MHz异频组网都可以对大气波导干扰进行有效的缓解。此外，通过网络监测大气波导干扰病通过上行接入信道、控制信道以及共享信道的功率控制优化也可以对大气波导干扰进行一定的规避。

[1] 官莉， 顾松山， 火焰， 等． 大气波导形成条件及传播路径模拟[J]． 南京气象学院学报， 2003(5)．

[2] 张瑜， 吴少华． 大气波导传播类型及特性分析[J]．电波科学学报， 2009(01)．

[3] 任香凝． 大气波导传播现象研究及通信应用设想[J]． 无线电通信技术， 2014(06)．

[4] 魏巍， 郭宝， 张阳． TD-LTE系统干扰测试定位及优化分析[J]．移动通信， 2013(19)．

[5] 刘宁． TD-LTE网络大气波导干扰的成因分析及防治措施[J]．山东通信技术，2015(2)．

[6] 张育红， 姜军君， 王迎军． TD-LTE远端同频干扰解决方案研究[J]． 移动通信， 2016(04)．

中国移动携手产业加快布局蜂窝物联网

日前，中国移动在无锡举行的2016世界物联网博览会期间宣布，中国移动携手华为和海思在全球率先完成基于3GPP标准的NB-IoT（窄带物联网）端到端商用产品实验室验证，并将启动NB-IoT端到端外场试验。与此同时，中国移动还联合爱立信和高通启动国内首个基于3GPP标准的eMTC（增强的机器类通信）端到端商用产品的实验室测试。

本次NB-IoT端到端实验室测试，采用华为DBS3900多模基站设备，搭配海思V120SP8芯片平台，充分验证了NBIoT的20dB覆盖增强、用户速率及核心网信令优化等关键功能及性能，发现并解决多项端到端问题，有力推进了产品成熟和性能提升。此外，中国移动采用爱立信RBS6000多模基站设备及高通MDM9206芯片平台，正在同步验证eMTC的端到端关键功能。

物联网技术是支撑“网络强国”和“中国制造2025”等国家战略的重要基础，在推动国家产业结构升级和优化过程中发挥重要作用。中国移动制定了面向“十三五”的“大连接”战略，加快推动蜂窝物联网发展，满足未来广大垂直行业需求，落实国家发展战略。本次技术验证是中国移动继主导NB-IoT标准融合统一之后，对蜂窝物联网产业的进一步推动，将有助于促进蜂窝物联网端到端产品的快速成熟，加速构建跨界融合、合作创新、开放共赢的物联网生态系统。(中国移动通信集团公司)

Monitoring and avoidance of atmospheric duct on interference optimization in the TD-LTE system

LV Fang-di1, GUO Bao2
(1 China Mobile Group Tianjin Co., Ltd., Tianjin 300021, China; 2 China Mobile Group Shanxi Co., Ltd., Taiyuan 030001, China)

This paper mainly expounds the basis of the generation of atmospheric waveguide, and how to monitor the TD-LTE system to the interference of atmospheric duct. On the basis of this, the paper puts forward a centralized scheme to avoid the interference of atmospheric duct, focusing on the optimization measures of avoiding and reducing the interference of atmospheric duct through parameter optimization.

atmospheric duct; special sub-frame; time division duplex; power control News

TN929.5

A

1008-5599（2016）11-0035-05

2016-09-23