大气波导对TD—LTE无线通信产生干扰问题的分析

陈森 金岩华

摘要：随着LTE网络的大规模建设，中国移动4G用户呈爆发式增长。TD-LTE网络干扰因素越来越多，其中影响范围最广、处理难度最大的干扰为大气波导干扰，有效地规避与解决大气波导干扰问题成为无线通信发展的重中之重。文章从大气波导产生干扰的基本原理、成因、影响等方面进行分析，给出干扰规避解决方案，为TD-LTE网络大规模部署后，避免和消除这种干扰的影响提供理论支持。

关键词：TD-LTE；无线通信；大气波导干扰

1 大气波导干扰介绍

1.1大气波导的形成

大氣波导是一种特殊天气下形成的大气对电磁波折射效应，低层大气产生逆温现象，由于射线的绝对曲率大于地球表面的绝对曲率，故射线将弯向地面，经地面反射后继续向前传播，这种过程的多次重复，使射线在地面和某一大气层之间滚轮式地向前传播，使电磁波产生超折射的大气层称为大气波导层[1]。

1.2大气波导干扰的原理

在“大气波导”效应下，电磁波通过波导层进行传播，可以绕过地平面，实现超远距传输，传播损耗很小（近似于自由空间传播）。由于远距离传输时间超过TDD系统的上下行保护间隔，从而干扰了近处基站的上行接收，产生TDD系统的远距离同频干扰[2]。

2 TD-LTE系统大气波导干扰的特征及判定方法

2.1 TD-LTE系统大气波导干扰的特征

2.1.1 TD-LTE大气波导干扰波形

干扰波形特征：20 M带宽，100 RB整体抬升（见图1）。

2.1.2 TD-LTE大气波导干扰时间特征

干扰多发生在晚21点到次日上午9点之间，9点之后一般自动消失（见表1）。

2.1.3 TD-LTE大气波导干扰地域特征

远距离同频干扰影响范围较大，农村及城郊受限影响小区数明显多于城区。邯郸涉及大气波导的区域主要为东部相对较平县区、农村，西部山区干扰较少（见图2）。

2.1.4 TD-LTE大气波导干扰方向特征

TD-LTE大气波导干扰具有一定的方向性，1个基站3个方向小区均受干扰，其中1小区受干扰最严重，而3小区受干表1TD-LTE大气波导干扰时间特征扰较轻。这也说明了干扰传播的方向性（见表2）。

2.2 TD-LTE大气波导干扰的判定方法

2.2.1移频

移频判断干扰原理：通过移频来观察干扰在带内和在带外的变化，从而判定属于系统外、内干扰。如图3所示，向后移频15 M后，在频谱扫描工具上可以清晰地看到，1 900 MHz后底噪无抬升，可以简单判断干扰为系统内干扰，来自远端基站下行信号。

图3移频后干扰

2.2.2符号级频谱扫描

TD-LTE无线信号随着距离的增加传输时延相应增加，干扰到本小区的上行符号数随之增加，表现在时域上就会自左到右成减弱的趋势，极端情况下将形成对整个上行符号的干扰，在最远的施扰小区与本小区距离小于400.77 km时，通过符号级频谱扫频，根据受扰的符号数大体可以判断最远施扰小区的距离，如图4所示，特殊子帧配置6，GP符号数3 （58.19 km）。

3 TD-LTE大气波导干扰解决办法

3.1调整天线俯仰角

大气波导现象是不可能消除的，但是我们可以控制的是发射源的位置和发射源的俯仰角。当基站天线位于大气波导内部时，要求基站的天线俯仰角要小于临界仰角θc。可以假设在一定的波导强度AM下，根据公式推到出临界角。

TD-LTE定向天线一般半功率角θ为7～15。，假如天线的上方旁瓣抑制比较好，那么要求TD-LTE下倾角应该大于垂直半功率角加上大气波导临界仰角（θ+θc）。

3.2增加保护间隔GP

在无线信号的传播中，传播的距离越远，传播时延越大，将特殊子帧配置为6（9：3：2），GP符号数3，修改为5（3：9：2），GP符号数9，增加保护间隔，来规避一定距离内的干扰。

3.3施扰站点移频

对于高频干扰的区域，可以根据大气波导的方向性以及符号级扫频工具，定位出施扰站点的大体位置，对一定范围内的施扰站点进行移频来规避大气波导的干扰。当然，如果能够更准确地定位到施扰小区，可以通过调整施扰小区的俯仰角来消除干扰。

4结语

本文从理论上分析了大气波导的形成条件、特征以及解决干扰的方法。当然，大气波导干扰由于其自身的特性，给干扰排查带来一定困难，所以预防大气波导干扰最好在规划阶段将基站的下倾角规划至少大于垂直半功率角加上大气波导临界仰角（θ+θc）之和。

[参考文献]

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

[2]姚展予，赵柏林，李万彪，等.大气波导特征分析及其对电磁波传播的彩响『J]气象学报，2000（5）：605-616