呂芳迪， 郭寶

(1 中國移動通信集團(tuán)天津有限公司，天津 300021； 2 中國移動通信集團(tuán)山西有限公司，太原030032)

TD-LTE干擾優(yōu)化中對大氣波導(dǎo)的監(jiān)測與規(guī)避

呂芳迪1， 郭寶2

(1 中國移動通信集團(tuán)天津有限公司，天津 300021； 2 中國移動通信集團(tuán)山西有限公司，太原030032)

本文主要闡述大氣波導(dǎo)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，以及TD-LTE系統(tǒng)如何監(jiān)測到大氣波導(dǎo)干擾，在此基礎(chǔ)上提出大氣波導(dǎo)干擾規(guī)避的集中方案，重點(diǎn)對通過參數(shù)優(yōu)化調(diào)整規(guī)避及減輕大氣波導(dǎo)干擾的優(yōu)化措施進(jìn)行分析。

大氣波導(dǎo)；特殊子幀；時(shí)分雙工；功率控制

1 概述

在一定氣象條件下，在大氣層尤其是在近地層中傳播的電磁波，由于受大氣折射的影響，其傳播軌跡發(fā)生彎曲。當(dāng)曲率超過地球表面曲率時(shí)，電磁波會部分地陷獲在一定厚度的大氣薄層內(nèi)，就像電磁波在金屬波導(dǎo)管中傳播一樣，這種大氣層稱為大氣波導(dǎo)。電磁波在大氣波導(dǎo)內(nèi)的傳播稱為大氣波導(dǎo)傳播。它可使電磁波在較小的衰減下沿大氣波導(dǎo)傳播到很遠(yuǎn)的地方。

大氣波導(dǎo)是一層不同于標(biāo)準(zhǔn)大氣的特殊大氣層，大氣波導(dǎo)有著較大的負(fù)折射率梯度值，大氣波導(dǎo)層會使一部分電磁波原本能夠傳播到的區(qū)域成為電磁盲區(qū)，也可使部分電磁波以較小的衰減沿著波導(dǎo)層傳播到很遠(yuǎn)的地方，且電磁波信號保持較強(qiáng)的電場強(qiáng)度，使移動通信系統(tǒng)的干擾問題變得極為復(fù)雜。

由于無線環(huán)境中氣溫、壓強(qiáng)和濕度隨時(shí)會發(fā)生變化，從而造成波導(dǎo)特征參數(shù)的變化，干擾分析

會更加困難。

2 大氣波導(dǎo)干擾特征及監(jiān)測

2.1 大氣波導(dǎo)干擾特點(diǎn)

大氣波導(dǎo)多發(fā)于夏秋季節(jié)，氣溫20℃左右，一般于夜間開始出現(xiàn)，早晨8時(shí)左右消失，少數(shù)由于天氣原因持續(xù)時(shí)間較長。大氣波導(dǎo)在空曠的環(huán)境中更易于傳播，因此平原地市受影響更大，且農(nóng)村受影響強(qiáng)于城市。

GSM網(wǎng)絡(luò)由于上下行頻率隔離，且采用異頻組網(wǎng)，不受大氣波導(dǎo)影響；TD-SCDMA與TD-LTE均采用TDD制式，但TD-SCDMA采用異頻組網(wǎng)受干擾程度較TD-LTE更輕微；TD-LTE基站前期農(nóng)村站點(diǎn)較少，對用戶感知影響較小，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大及用戶數(shù)的增長，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村受干擾程度增強(qiáng)，投訴量也隨之增長。

TD-LTE系統(tǒng)上下行頻率完全一致，在大氣波導(dǎo)環(huán)境下傳播損耗小，傳播距離遠(yuǎn)，現(xiàn)網(wǎng)主流的上下行GP保護(hù)距離約為64.2 km，可完全隔離無線基站的同頻復(fù)用干擾，但是根據(jù)大氣波導(dǎo)的時(shí)域特征分析，大氣波導(dǎo)環(huán)境下傳播甚至超過200 km，之前的GP保護(hù)距離明顯不足。

由于用戶對語音的敏感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在TD-LTE全面承載語音業(yè)務(wù)后，用戶投訴可能會突增。

2.2 大氣波導(dǎo)干擾監(jiān)測

大氣波導(dǎo)干擾期間，受擾小區(qū)干擾電平明顯抬升，部分地市干擾均值甚至高于-100 dbm，同時(shí)無線接通率和掉線率明顯惡化，嚴(yán)重影響用戶感知。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)主要表現(xiàn)在以下方面。

2．2．1 無線接通率

日常均值保持在99.5%以上，大面積干擾時(shí)段最差惡化至88.22%。其中RRC、ERAB建立成功率均有嚴(yán)重的惡化，主要原因是無線層造成RRC、ERAB建立失敗。

2．2．2 無線掉線率

日常無線掉線率均值低于0.5%，大面積干擾時(shí)段最差惡化至1.93%，其中無線層主要原因是上行誤塊率過高（超過3%），ARQ重傳率也有嚴(yán)重的惡化。

2．2．3 切換成功率

切換成功率日常均值維持在99%左右，大面積干擾時(shí)段最差惡化至96%。

采集TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)大氣波導(dǎo)干擾發(fā)生時(shí)對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的影響，如圖1所示。

從以上分析可以看出，大氣波導(dǎo)對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的無線接入、保持與切換都造成了嚴(yán)重的影響，從隨機(jī)接入流程來看，大氣波導(dǎo)干擾影響網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)下降的原因主要是MSG3未成功發(fā)送或接收造成的?？梢钥紤]從提高M(jìn)SG3接收可靠性來緩解干擾對網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的影響。

3 大氣波導(dǎo)干擾緩解措施

3.1 時(shí)域維度緩解措施

時(shí)域維度對大氣波導(dǎo)緩解措施主要是通過改變特殊子幀的子幀配比實(shí)現(xiàn)，TD-LTE的特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙構(gòu)成。

DwPTS（Downlink Pilot Time Slot， 下行導(dǎo)頻時(shí)隙）是特殊子幀中的下行時(shí)隙。DwPTS最小持續(xù)時(shí)間為3個(gè)OFDM符號，主同步信道PSCH放在DwPTS的第3個(gè)符號上。因?yàn)镈wPTS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；同時(shí)，放在第3個(gè)符號有利于GP的配置。除了同步符號資源之外，其他DwPTS資源可以傳輸數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻和下行控制信號。

圖1 大氣波導(dǎo)對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的影響

UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行前導(dǎo)時(shí)隙）是特殊子幀中的上行時(shí)隙，用來作競爭接入，一個(gè)RACH（Radom Access Channel，隨機(jī)接入信道）占用6個(gè)RB頻域帶寬，在系統(tǒng)帶寬足夠的情況下，UpPTS可以同時(shí)分配多個(gè)PRACH信道。此外，分配RACH后剩余的資源可以傳輸導(dǎo)頻（Sounding和解調(diào)導(dǎo)頻）。在這個(gè)時(shí)隙里不傳輸PUCCH，可以最小化控制開銷。

GP（Guard Period， 保護(hù)間隔時(shí)隙）是TDD系統(tǒng)特有的保護(hù)時(shí)間，主要原因在于下行到上行轉(zhuǎn)換時(shí)基站和UE間有一個(gè)下上行雙向傳輸時(shí)延。確定GP時(shí)主要考慮小區(qū)覆蓋半徑?jīng)Q定的雙向傳輸時(shí)延。為克服OFDM系統(tǒng)所特有的符號間干擾ISI，LTE引入了循環(huán)前綴CP（Cyclic Prefix）。CP長度配置：CP的長度與覆蓋半徑有關(guān)，一般情況下配置普通CP（Normal CP）即可滿足要求；廣覆蓋等小區(qū)半徑較大的場景下可配置擴(kuò)展CP（Extended CP）。CP長度配置越大，系統(tǒng)開銷越大。3GPP協(xié)議規(guī)定了9種GP配置，如表1所示，單位為符號Symbol。GP最大時(shí)間為10個(gè)OFDM符號（Normal CP），其取值主要影響小區(qū)覆蓋半徑。

表1 TD-LTE特殊子幀配置（單位：符號）

目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)F頻段使用的特殊子幀方式是配置6，即9：3：2，保護(hù)時(shí)隙為3個(gè)符號，一個(gè)符號為71.4 us，對應(yīng)為21.4 km，這樣3個(gè)符號的保護(hù)范圍為64.3 km。如果是特殊子幀是配置5，即3：9：2，保護(hù)時(shí)隙為9個(gè)符號，對應(yīng)的保護(hù)距離為192.6 km。

此外，還可以采用下行子幀部分關(guān)斷，發(fā)生大氣波導(dǎo)干擾期間關(guān)閉每幀中0、5、1、6號下行子幀非必須發(fā)送的符號和RB，僅保留廣播信道、主同步信道和輔同步信道。但是下行速率會大幅下降，實(shí)驗(yàn)室測試關(guān)閉下行部分子幀后，終端下行電平會有嚴(yán)重惡化，暫時(shí)不考慮部署。

3.2 頻域維度緩解措施

3．2．1 F+D/F+E雙層組網(wǎng)

在波導(dǎo)干擾嚴(yán)重區(qū)域規(guī)模部署F+D/F+E雙層網(wǎng)，當(dāng)出現(xiàn)波導(dǎo)干擾時(shí)，通過參數(shù)優(yōu)化，將用戶從F小區(qū)遷移至干凈的D/E小區(qū)，改善用戶感知。工信部批復(fù)E頻段只能用于室內(nèi)，存在政策風(fēng)險(xiǎn)；后續(xù)隨著網(wǎng)絡(luò)容量的增加，D頻段大規(guī)模使用后，不可避免地會存在同頻，抗波導(dǎo)干擾效果減弱。

3．2．2 F頻段10 MHz異頻組網(wǎng)

將F頻段30 MHz帶寬分為3個(gè)10 MHz頻段，某省不同地市使用不同的頻點(diǎn)。目前波導(dǎo)干擾更多是來自外部地區(qū)，其F頻段30 MHz帶寬均有使用，省內(nèi)F頻段異頻組網(wǎng)效果有限：從現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)看，波導(dǎo)干擾期間F頻段10 MHz小區(qū)（頻點(diǎn)38 544）平均干擾電平已與20 MHz小區(qū)（頻點(diǎn)38 400）相當(dāng)，說明F頻段30 MHz帶寬均受到影響。10 MHz異頻組網(wǎng)會導(dǎo)致小區(qū)容量減半、速率減半，在4G用戶持續(xù)快速增長的情況下，對用戶感知不利，競對處于劣勢。

3.3 空域維度緩解措施

3．3．1 控制高站功率

鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域F頻段高站（40 m以上），統(tǒng)一規(guī)范其功率不超過80 W。在干擾期間，全省統(tǒng)一對F頻段高站臨時(shí)進(jìn)一步下調(diào)功率，干擾消退功率恢復(fù)。實(shí)施效果顯示干擾強(qiáng)度有1～2 dB的下降。根據(jù)評估，高站功率不超過80 w，對周邊業(yè)務(wù)量及指標(biāo)基本沒有影響。

3．3．2 控制天線俯仰角

天線掛高45 m以上傾角不低于10°，40～45 m不低于8°，30～40 m根據(jù)是否為干擾小區(qū)調(diào)整至8°，30 m以下暫不調(diào)整。實(shí)施效果顯示干擾強(qiáng)度下降5～10 dB。實(shí)測單點(diǎn)覆蓋距離約減少10%～15%，如果替換為遠(yuǎn)程電調(diào)天線，可在干擾期間下壓傾角，干擾消退恢復(fù)傾角，兼顧覆蓋和干擾應(yīng)對。

3．3．3 控制天線掛高

天線掛高不超過40 m，目前鐵塔公司新建站高度為40 m，滿足要求；針對存量站，考慮覆蓋競對等因素，僅天線掛高在55 m以上的考慮降平臺。實(shí)施效果顯示干擾強(qiáng)度可下降3～4 dB。覆蓋半徑約減少5%，可通過調(diào)整傾角解決。

4 規(guī)避大氣波導(dǎo)的優(yōu)化措施

通過增加GP保護(hù)時(shí)隙增加保護(hù)距離，減少大氣波導(dǎo)干擾影響的方案以及F頻段10 MHz異頻組網(wǎng)的方案會影響整體吞吐量，影響用戶感知。如果及時(shí)做到大氣波導(dǎo)監(jiān)測，就可以部署實(shí)施上行接入、功率控制等優(yōu)化措施，盡量規(guī)避大氣波導(dǎo)干擾的影響。

4.1 接入信道參數(shù)優(yōu)化

PRACH功率控制目的是在保證eNode B隨機(jī)接入成功率的前提下，UE以盡量小的功率發(fā)射前導(dǎo)，降低對鄰區(qū)的干擾并使得UE省電。每個(gè)UE的PRACH發(fā)射功率計(jì)算公式如下：

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

(Npre-1)·Δstep} （1）

其中：PCMAX為UE的最大發(fā)射功率；

PO_pre表示當(dāng)PRACH前導(dǎo)格式為0，在滿足前導(dǎo)檢測性能時(shí)，eNode B所期望的目標(biāo)功率水平。通過參數(shù)PreambInitRcvTargetPwr設(shè)置初始值。

PL為UE估計(jì)的下行路徑損耗值，通過RSRP測量值和小區(qū)參考信號發(fā)射功率獲得；

Δpreamble表示當(dāng)前配置的前導(dǎo)格式基于前導(dǎo)格式0之間的功率偏置值；

Npre表示該UE發(fā)送前導(dǎo)的次數(shù)，涉及參數(shù)為Preamble TransMax，不能超過最大前導(dǎo)發(fā)送次數(shù)；

Δstep表示前導(dǎo)功率攀升步長，通過參數(shù)PwrRamping Step設(shè)置；

通過TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)及時(shí)監(jiān)測到大氣波導(dǎo)干擾后，通過參數(shù)PreambInitRcvTargetPwr抬升前導(dǎo)初始接收目標(biāo)功率值，建議由現(xiàn)網(wǎng)的-104 dBm左右抬升至-94 dBm；通過設(shè)置參數(shù)PreambleTransMax來增加前導(dǎo)最大傳輸次數(shù)，由現(xiàn)網(wǎng)8次提升至10次；通過設(shè)置參數(shù)PwrRampingStep來增加PRACH功率攀升步長，由現(xiàn)網(wǎng)的2 dB增加至4 dB。

4.2 上行控制及共享信道參數(shù)優(yōu)化

PUSCH功率控制目的是降低對鄰區(qū)的干擾和提高小區(qū)吞吐量，保證小區(qū)邊緣用戶的速率。UE在PUSCH信道發(fā)送功率的計(jì)算公式為：

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 個(gè)上行子幀；PMAX為系統(tǒng)通過RRC信令給UE配置的最大發(fā)送功率；

MPUSCH表示UE在PUSCH信道上第i子幀時(shí)所分配的可以占用的RB資源塊的個(gè)數(shù)；

Po_PUSCH是一個(gè)半靜態(tài)設(shè)置的功率基準(zhǔn)值，j的取值為0、1或2，j=0對應(yīng)于半靜態(tài)調(diào)度授權(quán)的PUSCH傳輸或重傳； j=1對應(yīng)于動態(tài)調(diào)度授權(quán)的PUSCH傳輸或重傳； j=2對應(yīng)于隨機(jī)接入響應(yīng)授權(quán)的PUSCH傳輸。

α表示對路徑損耗的補(bǔ)償量，PL為UE估計(jì)得到的下行路徑損耗。

監(jiān)測到大氣波導(dǎo)干擾后，設(shè)置PUSCH初始發(fā)射功率，以保證小區(qū)邊緣用戶成功接入小區(qū)，并維持業(yè)務(wù)。通過設(shè)置PUSCH標(biāo)稱P0值及路徑損耗因子對抗大氣波導(dǎo)干擾。PUSCH標(biāo)稱P0值由現(xiàn)網(wǎng)的-87 dBm調(diào)整至-93 dBm（建議值），路徑損耗補(bǔ)償因子由現(xiàn)網(wǎng)的0.8調(diào)整至1（建議值）。

相應(yīng)的，對于上行控制信道PUCCH，需要調(diào)整的參數(shù)值為PUCCH標(biāo)稱P0值，由現(xiàn)網(wǎng)的-100～-105dBm調(diào)整至-95～-98 dBm（建議值）。

5 優(yōu)化總結(jié)

目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的大氣波導(dǎo)干擾嚴(yán)格意義上來說是一種遠(yuǎn)距離系統(tǒng)內(nèi)干擾，是TDD制式下上行、下行同頻而導(dǎo)致的下行對上行的同頻干擾。調(diào)整特殊子幀時(shí)隙配比以及F頻段10 MHz異頻組網(wǎng)都可以對大氣波導(dǎo)干擾進(jìn)行有效的緩解。此外，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測大氣波導(dǎo)干擾病通過上行接入信道、控制信道以及共享信道的功率控制優(yōu)化也可以對大氣波導(dǎo)干擾進(jìn)行一定的規(guī)避。

[1] 官莉， 顧松山， 火焰， 等． 大氣波導(dǎo)形成條件及傳播路徑模擬[J]． 南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)， 2003(5)．

[2] 張瑜， 吳少華． 大氣波導(dǎo)傳播類型及特性分析[J]．電波科學(xué)學(xué)報(bào)， 2009(01)．

[3] 任香凝． 大氣波導(dǎo)傳播現(xiàn)象研究及通信應(yīng)用設(shè)想[J]． 無線電通信技術(shù)， 2014(06)．

[4] 魏巍， 郭寶， 張陽． TD-LTE系統(tǒng)干擾測試定位及優(yōu)化分析[J]．移動通信， 2013(19)．

[5] 劉寧． TD-LTE網(wǎng)絡(luò)大氣波導(dǎo)干擾的成因分析及防治措施[J]．山東通信技術(shù)，2015(2)．

[6] 張育紅， 姜軍君， 王迎軍． TD-LTE遠(yuǎn)端同頻干擾解決方案研究[J]． 移動通信， 2016(04)．

中國移動攜手產(chǎn)業(yè)加快布局蜂窩物聯(lián)網(wǎng)

日前，中國移動在無錫舉行的2016世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會期間宣布，中國移動攜手華為和海思在全球率先完成基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）端到端商用產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，并將啟動NB-IoT端到端外場試驗(yàn)。與此同時(shí)，中國移動還聯(lián)合愛立信和高通啟動國內(nèi)首個(gè)基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的eMTC（增強(qiáng)的機(jī)器類通信）端到端商用產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室測試。

本次NB-IoT端到端實(shí)驗(yàn)室測試，采用華為DBS3900多模基站設(shè)備，搭配海思V120SP8芯片平臺，充分驗(yàn)證了NBIoT的20dB覆蓋增強(qiáng)、用戶速率及核心網(wǎng)信令優(yōu)化等關(guān)鍵功能及性能，發(fā)現(xiàn)并解決多項(xiàng)端到端問題，有力推進(jìn)了產(chǎn)品成熟和性能提升。此外，中國移動采用愛立信RBS6000多?；驹O(shè)備及高通MDM9206芯片平臺，正在同步驗(yàn)證eMTC的端到端關(guān)鍵功能。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是支撐“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”和“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)，在推動國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和優(yōu)化過程中發(fā)揮重要作用。中國移動制定了面向“十三五”的“大連接”戰(zhàn)略，加快推動蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，滿足未來廣大垂直行業(yè)需求，落實(shí)國家發(fā)展戰(zhàn)略。本次技術(shù)驗(yàn)證是中國移動繼主導(dǎo)NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)融合統(tǒng)一之后，對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步推動，將有助于促進(jìn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)端到端產(chǎn)品的快速成熟，加速構(gòu)建跨界融合、合作創(chuàng)新、開放共贏的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。(中國移動通信集團(tuán)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