周奕昕 全詩(shī)文 趙 煜 張國(guó)光

1. 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司；2. 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司南京市分公司

1 大氣波導(dǎo)干擾

1.1 大氣波導(dǎo)形成

大氣波導(dǎo)是一種在特定氣象、地理?xiàng)l件下發(fā)生的自然現(xiàn)象。由于對(duì)流層中存在逆溫或水汽隨高度急劇變小的層，在該層中電波形成超折射傳播，大部分電波輻射被限制在這一層內(nèi)，類似于在波導(dǎo)中傳播。無(wú)線信號(hào)在大氣波導(dǎo)中傳播損耗很小，可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離傳播，傳播損耗最小可以實(shí)現(xiàn)1dB/20km。

圖1 大氣波導(dǎo)傳播示意

經(jīng)科學(xué)研究表明，電磁波若要形成波導(dǎo)傳播，必須滿足4個(gè)基本條件：

（1）近地層或邊界層某一高度必須存在大氣波導(dǎo)層。

（2）電磁波的波長(zhǎng)必須小于最大陷獲波長(zhǎng)（頻率高于最低陷獲頻率）。

（3）電磁波發(fā)射源必須位于大氣波導(dǎo)層內(nèi)。對(duì)于抬升波導(dǎo)，有時(shí)電磁波發(fā)射源位于波導(dǎo)底下方時(shí)，也可形成波導(dǎo)傳播，但此時(shí)發(fā)射源必須距波導(dǎo)底不遠(yuǎn)，且波導(dǎo)必須非常強(qiáng)。

（4）電磁波的發(fā)射仰角必須小于某一臨界仰角。

中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)有厘米波段滿足波導(dǎo)傳播形成的頻率條件，東部沿海區(qū)域基本滿足波導(dǎo)傳播形成的地理?xiàng)l件，因此5G 網(wǎng)絡(luò)有極大概率出現(xiàn)波導(dǎo)傳播的現(xiàn)象。

1.2 波導(dǎo)干擾原理

波導(dǎo)形成的超遠(yuǎn)傳播對(duì)現(xiàn)有FDD 網(wǎng)絡(luò)不造成嚴(yán)重影響，僅會(huì)出現(xiàn)測(cè)量到超遠(yuǎn)信號(hào)的現(xiàn)象，但由于終端上行發(fā)射功率和基站側(cè)前導(dǎo)配置限制，導(dǎo)致用戶不會(huì)接入超遠(yuǎn)傳播的小區(qū)，因此對(duì)用戶實(shí)際感知無(wú)明顯影響。

而5G 網(wǎng)絡(luò)作為TDD 網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)上下行時(shí)分復(fù)用，需要遵循嚴(yán)格的時(shí)間同步，否則下行信號(hào)落在上行時(shí)隙，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的上行干擾，影響5G 網(wǎng)絡(luò)正常使用。

NR 的幀結(jié)構(gòu)與子載波帶寬相關(guān)，共支持15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz 五種子載波帶寬配置。 NR上下行幀長(zhǎng)均為10ms，分為10 個(gè)長(zhǎng)度為1ms 的子幀，每個(gè)時(shí)隙固定包含14 個(gè)OFDM 符號(hào)，每個(gè)子幀所包含的OFDM符號(hào)數(shù)由決定。

NR 在特殊時(shí)隙中設(shè)置GP 符號(hào)用于非對(duì)齊時(shí)間保護(hù)，按現(xiàn)網(wǎng)5G 基站常用配置進(jìn)行計(jì)算，載波間隔30kHz 的情況下，上下行配比7:3，特殊時(shí)隙配比10:2:2，GP 占用2 個(gè)符號(hào)。此時(shí)的單時(shí)隙長(zhǎng)度為0.5ms，單符號(hào)長(zhǎng)度為1/28ms，按電磁波無(wú)損傳播速度3*108m/s 進(jìn)行計(jì)算，GP 可以提供的保護(hù)距離約為

即超遠(yuǎn)傳播距離超過21.4km，站點(diǎn)信號(hào)下行時(shí)隙將落在本地站點(diǎn)的上行時(shí)隙，形成大氣波導(dǎo)干擾，同時(shí)根據(jù)傳播距離不同，干擾影響位置有一定程度的差異。

圖2 大氣波導(dǎo)干擾示意

干擾在時(shí)域上呈現(xiàn)明顯的斜坡特征，其中時(shí)域上的干擾特征可以作為大氣波導(dǎo)干擾判決的根據(jù)。

1.3 波導(dǎo)干擾范圍

大氣波導(dǎo)廣泛分布于中國(guó)東部等平原地區(qū)，具體包括華北/中/東平原、江漢平原、東北平原、海南島沿岸、渤海灣沿岸。其中華北/中/東平原最嚴(yán)重。江蘇地區(qū)中，揚(yáng)州、徐州、淮安、鹽城、連云港、泰州、無(wú)錫、蘇州、南通為干擾嚴(yán)重區(qū)域。

圖3 大氣波導(dǎo)時(shí)頻域干擾范圍示意

2 波導(dǎo)干擾溯源

根據(jù)干擾范圍判斷，影響省內(nèi)的通常是跨市甚至是跨省的干擾，需要通過協(xié)同優(yōu)化解決，因此波導(dǎo)干擾溯源尤為重要。

波導(dǎo)干擾溯源工作廠家建議在DWPTS 上采用特征序列方式進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，通過3/7 子幀分別發(fā)送不同特征序列拼接，在源側(cè)通過3/4/7/8 四個(gè)子幀上行符號(hào)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)干擾源的準(zhǔn)確定位。

在特殊時(shí)隙，DWPTS 不用于下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，發(fā)送特征序列無(wú)明顯影響；在特殊時(shí)隙，，DWPTS 用于下行輸出傳輸下，特殊序列會(huì)占用約6bit 資源，影響正常業(yè)務(wù)。

因此波導(dǎo)溯源工作建議集團(tuán)公司統(tǒng)一分配全國(guó)特征需求，僅在波導(dǎo)干擾期間開啟數(shù)輪干擾溯源分析，確保干擾溯源結(jié)果可靠性。

圖4 干擾源檢測(cè)示意

3 波導(dǎo)干擾抑制

結(jié)合波導(dǎo)強(qiáng)度和TDD 干擾特征，建議波導(dǎo)干擾抑制從時(shí)域、頻域、空域及無(wú)線參數(shù)優(yōu)化幾個(gè)維度實(shí)施。

3.1 時(shí)域方案

波導(dǎo)干擾從原理上說(shuō)是因?yàn)镚P 長(zhǎng)度不夠?qū)е碌某h(yuǎn)干擾，為了規(guī)避TDD 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)干擾問題，從時(shí)域角度可以通過修改子幀配比和特殊時(shí)隙配比增加GP 長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)近距離干擾消除。

表2 NR 特殊時(shí)隙配比

5G規(guī)范的特殊時(shí)隙配比中包括大氣波導(dǎo)特殊時(shí)隙配比，但要求NR 子幀配比中必須包括連續(xù)2 個(gè)或2 個(gè)以上特殊時(shí)隙。TDD 要求時(shí)域?qū)R，當(dāng)前全國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)的子幀配比均已統(tǒng)一規(guī)范為7:3，自行修改子幀配比會(huì)造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。同時(shí)，修改小區(qū)子幀配比需進(jìn)行去激活或激活操作，影響范圍較大，因此不建議進(jìn)行子幀配比的修改和配置大氣波導(dǎo)特殊時(shí)隙配比。

在協(xié)議范圍和廠家現(xiàn)有配置允許下，基于現(xiàn)網(wǎng)30kHz 帶寬及7:3 子幀配比，可以將特殊時(shí)隙配比由10:2:2 修改為6:6:2，通過犧牲特殊子幀下行業(yè)務(wù)效能，在不影響UL 符號(hào)的同時(shí)，增加GP 長(zhǎng)度，保護(hù)距離由原有21.4km 增加200%達(dá)到64.2km，基本可以消除60km 內(nèi)波導(dǎo)干擾。

3.2 頻域方案

波導(dǎo)干擾從原理上說(shuō)仍屬于同頻干擾，在不需要進(jìn)行大帶寬業(yè)務(wù)的區(qū)域，可以考慮通過頻域優(yōu)化執(zhí)行干擾抑制。建議通過主要干擾源小區(qū)的識(shí)別，針對(duì)少量站點(diǎn)進(jìn)行縮頻處理。如存在地市間穩(wěn)定的、大面積的波導(dǎo)干擾，需協(xié)調(diào)地市公司錯(cuò)頻組網(wǎng)，多地協(xié)作實(shí)施，降低干擾影響的程度。

3.3 空域方案

從發(fā)生條件來(lái)說(shuō)，波導(dǎo)干擾一般發(fā)生在大氣較穩(wěn)定的晴好天氣，此時(shí)底層大氣存在逆溫層，濕度隨高度遞減，即在越低的場(chǎng)景下電磁波越不容易進(jìn)行波導(dǎo)傳播。除在建設(shè)期間關(guān)注超高站外，在干擾發(fā)生期間也可以從空域進(jìn)行干擾抑制，基于5G 設(shè)備相關(guān)特性，可通過后臺(tái)調(diào)整，收縮廣播波束的垂直波瓣角，增加天線電下傾等方式，抑制上波瓣進(jìn)入波導(dǎo)層傳播。

3.4 無(wú)線參數(shù)優(yōu)化

波導(dǎo)干擾對(duì)用戶影響與一般干擾相同，均為基站側(cè)底噪增高，導(dǎo)致出現(xiàn)接入和業(yè)務(wù)丟包問題，可以通過無(wú)線參數(shù)進(jìn)行系列優(yōu)化，保障用戶基礎(chǔ)感知，主要分為下面三種。

接入感知：通過抬升PUCCH 標(biāo)稱P0 值、PUSCH 標(biāo)稱P0 值、Msg3 功率偏置等相關(guān)參數(shù)，拒絕遠(yuǎn)端用戶接入，避免出現(xiàn)信號(hào)無(wú)法上網(wǎng)的情況。

語(yǔ)音感知：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況下，語(yǔ)音通過VoLTE 承載在4G，因此波導(dǎo)干擾不影響現(xiàn)有語(yǔ)音感知。在VONR 的情況下，建議通過基于上行質(zhì)量的算法讓語(yǔ)音切換至4G 進(jìn)行承載。

數(shù)據(jù)感知：建議通過基于上行質(zhì)量的算法，將中遠(yuǎn)點(diǎn)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在4G 上進(jìn)行承載。

在TDD 干擾特別嚴(yán)重的情況下，建議關(guān)閉錨點(diǎn)，臨時(shí)采用4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全網(wǎng)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)地承載。

4 波導(dǎo)干擾防范自動(dòng)化

波導(dǎo)干擾防范自動(dòng)化需要三個(gè)階段分布進(jìn)行，干擾監(jiān)控和抑制方案實(shí)時(shí)采用機(jī)器人和幾種指令平臺(tái)形式，全自動(dòng)化執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)干擾的快速發(fā)現(xiàn)、高效抑制。

圖5 大氣波導(dǎo)干擾防范自動(dòng)化階段

第一個(gè)階段：干擾發(fā)現(xiàn)。依賴江蘇聯(lián)通自主研發(fā)的搖光機(jī)器人以及指令平臺(tái)，通過小區(qū)級(jí)干擾抬升情況、是否有區(qū)域性及符號(hào)級(jí)干擾情況、是否有斜坡特征判斷干擾類型、是否為大氣波導(dǎo)，來(lái)確認(rèn)干擾影響程度和范圍，確定本次干擾影響級(jí)別。

第二個(gè)階段：干擾抑制。本階段區(qū)分客戶層面安撫及優(yōu)化層面抑制，依托搖光機(jī)器人推送波導(dǎo)干擾信息至省內(nèi)各部門，由客服準(zhǔn)備應(yīng)答口徑和主動(dòng)安撫手段。同時(shí)依托省內(nèi)指令平臺(tái)，根據(jù)不同的干擾級(jí)別，下發(fā)干擾抑制方案。

第三個(gè)階段：方案回退。根據(jù)搖光機(jī)器人的監(jiān)控成果，省內(nèi)大氣波導(dǎo)干擾消除后進(jìn)行相關(guān)干擾回退措施，保證用戶相關(guān)感知。

5 總結(jié)

大氣波導(dǎo)干擾作為TDD 特有干擾，在NSA 組網(wǎng)和5G初期不會(huì)出現(xiàn)明顯影響，但在SA 組網(wǎng)及5G 成熟期將成為影響用戶感知的重要因素。目前江蘇聯(lián)通在大氣波導(dǎo)干擾方面已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)方案研究和干擾抑制能力預(yù)埋。隨著5G 商用進(jìn)程的發(fā)展，我們應(yīng)持續(xù)關(guān)注波導(dǎo)干擾對(duì)用戶的影響，協(xié)同省內(nèi)外深入進(jìn)行波導(dǎo)抑制消除的研究，不斷提升聯(lián)通5G 網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力。