4.9 GHz异帧干扰问题研究

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100089）

0 引言

5月22日，总理在政府工作报告中提到“加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络”，构建新一代信息通信基础设施，将5G网络渗透到电网、交通、工业、智慧城市等各行各业中，为数字经济创建出新的发展空间。5G凭借其低时延、大带宽、高容量的业务优势，“改变社会，赋能千行百业”已成为全社会的共识。随着大数据、物联网、工业互联网等技术的发展[1]，各垂直行业对于网络传输速率、网络时延、安全性需求进一步提高，对2.6 GHz频段提出了挑战。4.9 GHz频段作为大网容量的补充[2]，可以通过灵活的专属帧结构配置提供大上行、低时延的能力，技术价值和应用优势更为凸显。

4.9 GHz频段可配置1D:3U:1S和5D:3U:2S两种帧结构以满足场景极其丰富的现网行业应用需求，实现网随业动，按需部网，构建“5G+”行业服务能力。但根据不同大上行需求配置的不同帧结构，可能会引起不同基站、终端之间的交叉时隙干扰，因此研究4.9 GHz下异帧干扰策略是非常必要的。

1 4.9 GHz帧结构配置与网络能力

随着行业应用场景多样化的发展，对上行容量的需求也越来越高，2.6 GHz、700 MHz传统大网无法全部满足垂直行业的场景需求[3]（表1），迫切需要提升网络上行能力以满足行业大上行需求。

表1 2.6 GHz、700 MHz网络能力及垂直行业网络需求

图1 1D:3U:1S和5D:3U:2S帧结构配置

4.9GHz NR的系统带宽为100 MHz，子载波间隔为30 kHz、特殊子帧S时隙配比为10:2:2，在单用户峰值速率为上行2流256QAM、下行4流256QAM，小区峰值速率为上行8流64QAM、下行16流256QAM的条件下，1D:3U:1S和5D:3U:2S帧结构网络能力对比如表2所示[5]：

表2 1D:3U:1S和5D:3U:2S帧结构网络能力对比

从表2的单用户理论峰值速率、小区理论峰值速率来看，1D:3U:1S帧结构可以较好地弥补5D:3U:2S帧结构上行速率低的短板。具体地，对于下行业务流量需求远高于上行业务流量需求的传统大网业务场景，建议考虑5D:3U:2S帧结构配置；对于上行容量、可靠性和时延较为苛刻的行业网业务场景，建议考虑1D:3U:1S帧结构配置，全面提升上行能力以满足行业大上行的需求。

2 4.9 GHz异帧干扰解决方案研究

2.1 异帧干扰原理

根据4G现网上下行流量，预测后续5G ToC业务中下行业务占比将超过70%，因此4.9 GHz传统大网依旧需要以下行业务为主[6]，并建议配置3UL:5DL:2S帧结构作为热点容量补充。对于有大上行需求的垂直行业场景，4.9 GHz行业网可能需要配置1D:3U:1S帧结构来保证系统的大上行需求。当有下行容量补充需求的传统大网和有大上行需求的行业网分别采用5D:3U:2S和1D:3U:1S的帧结构配置时，两种帧结构的网络均会受到对方的交叉时隙干扰，分别是传统大网（5D:3U:2S帧结构）下行对行业网（1D:3U:1S帧结构）上行的干扰和行业网上行对传统大网下行的干扰，干扰原理如图2所示：

图2 异帧干扰原理分析

具体地，由于行业网用户的终端发射功率较小，除非在两个网络终端离得特别近的情况下，否则行业网上行与传统大网下行发生交叉时隙干扰的概率极低，可以考虑忽略不计。相应地，由于传统大网基站端的发射功率较大，那么行业网基站端在某一时隙可以同时接收到行业网终端的上行信号和传统大网基站的下行信号，造成严重的交叉时隙干扰，异帧干扰场景分析如图3所示：

图3 异帧干扰场景分析

2.2 异帧干扰隔离要求分析

MCL（Maximum Coupling Loss，最大耦合损耗）作为通信系统可以正常工作的最大损耗，已被3GPP列入评估无线接入技术覆盖范围的指标[7]。为了避免传统大网下行信号对行业网上行信号的交叉时隙干扰（即行业网基站与传统大网基站无法正常通信），需保证通信系统损耗大于MCL。

理论上，MCL的值等于传统大网基站下行最大发射功率减去行业网基站接收机灵敏度。考虑NF（Noise Figure，噪声系数）取值5 dB，电磁底噪水平N计算为：

其中BW表示每RB（Resource Block，资源块）所对应的频带宽度。另外，不同的干扰噪声对灵敏度的允许降敏影响也不同，此处允许降敏0.8 dB，即由外来干扰（传统大网基站下行数据）导致行业网基站接收灵敏度将再恶化-7 dB。因此，行业网基站的接收机灵敏度I可以为-120 dBm/RB。

结合传统大网基站单通道的天线收发增益的功率谱密度为200 W/100 M（折合28.6 dBm/RB），MCL的值为148.6 dB。综上所述，只要保证传统大网基站与行业网基站间的MCL大于148.6 dB，那么传统大网基站与行业网基站便无法正常通信，即可避免异帧结构导致的交叉时隙干扰。

2.3 异帧干扰隔离距离估算

（1）3D-UMa传播模型分析

考虑行业业务的场景需求，基于3GPP TR 36.873[8]协议，表3分析了UMa-NLOS传播模型的PL（Path Loss，路径损耗）。

各类参数定义如下：

W——街道宽度（m），W=20（m）；h——建筑物平均高度（m），h=20（m）；d3D——基站天线与移动台天线直线距离（m）；hBS——BS（Base Station，基站）天线有效高度（m）；hUT——UT（User Terminal，移动台）天线有效高度（m）；fc——工作频率fc=4.9（GHz）。

（2）干扰隔离距离分析

由于MCL并未考虑收发端天线增益，PL的值理论上可以看作是MCL、传统大网基站单通道增益和行业网基站单通道增益之和。假定宏基站、微基站和分布式皮基站的单通道增益分别为16 dB、12.5 dB和2.5 dB，那么宏宏、宏微、宏皮三种典型场景下的PL值分别表示为：

其中考虑到宏基站与分布式皮基站的通信将产生穿透损耗，那么PL宏皮（穿损=20 dB）和PL宏皮（穿损=50 dB）分别为147 dB和117 dB。将上述四种场景下的PL值代入3D-UMa NLOS传播模型[9-10]，可以推导出在NLOS场景下异帧结构避免交叉时隙干扰的最小安全距离，如表4所示。

从表4的估算结果来看，宏宏、宏微基站部署场景在进行基站站址规划时，很难保证最小安全距离d3D的实现。即使是宏皮基站部署场景，在20 dB穿透损耗的场景下最少也需要1214 m左右的保护距离才能避免传统大网下行对行业网上行的交叉时隙干扰。因此，1D:3U:1S帧结构不能像5D:3U:2S帧结构那样大规模部署，而应结合实际行业场景按需引入。

3 行业帧结构部署建议

在满足业务需求的基础上，优先复用2.6 G Hz 7D:2U:1S帧结构部署5G行业网；如果2.6 GHz帧结构不能满足行业网大上行需求，考虑4.9 GHz灵活的帧结构部署补充垂直行业容量。由于不同业务场景的隔离度不同（全封闭场景和非全封闭场景），两种帧结构网络的干扰风险也不同，在满足行业客户需求的前提下，建议优先采用5D:3U:2S帧结构部署4.9 GHz行业网基站。

表3 UMa-NLOS传播模型

表4 NLOS场景下避免异帧干扰的最小安全距离

针对垂直行业的大上行需求和本文干扰隔离距离分析，可分场景按需引入1D:3U:1S帧结构，具体配置建议如下：

（1）对于穿透损耗较大、全封闭场景（50 dB左右穿透损耗，如地下矿井），行业网可按需部署1D:3U:1S帧结构；

（2）对于穿透损耗一般、非全封闭场景（20 dB左右穿透损耗），大部分交叉时隙干扰可以通过控制传统大网与行业网的基站间距解决，行业网可按需部署1D:3U:1S帧结构；

（3）对于穿透损耗较小、非全封闭场景，行业网需谨慎部署1D:3U:1S帧结构。

除了通过控制隔离间距的方式避免异帧干扰之外，少部分行业场景也可以借助一些干扰管理手段，解决异帧组网造成的交叉时隙干扰问题。基于链路自适应技术，行业网用户可以通过判断当前时隙上行链路的受干扰程度、信道质量，自动调整调制编码等级，进而降低交叉时隙干扰的影响；基于功率抑制的思想，当传统大网确定了宏站干扰源基站后，可以对干扰源基站进行业务信道降功率、控制信道降功率等手段规避交叉时隙干扰。

4 结束语

本文主要研究了4.9 GHz异帧干扰问题。首先，介绍了满足行业场景的5D:3U:2S和1D:3U:1S两种帧结构配置及其网络能力；其次，分析了传统大网下行对行业网上行的交叉时隙干扰原理和场景，并结合3D-UMa传播模型推导出异帧组网场景下的最小安全距离。最后，针对行业大上行业务需求，分场景给出了行业网1D:3U:1S帧结构按需配置建议及异帧干扰解决方案，为垂直行业的帧结构部署和行业网站址规划提供了理论指导，后续还需进行进一步外场测试验证。