錢國寶 王朝陽 袁亞男

1.揚(yáng)州大學(xué)；2.中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司鹽城分公司

0 引言

2019年3月19日，江蘇省鹽城市TDD-LTE小區(qū)受到較為嚴(yán)重的大氣波導(dǎo)干擾。同時，F(xiàn)DD-LTE 900 Mhz頻段受干擾小區(qū)也有上升，主要分布在沿海區(qū)域，南北跨度在200 km以上，東西跨度約30 km，成狹長帶狀分布，且受干擾小區(qū)全部為頻點(diǎn)3621號、10 Mhz帶寬的前5個PRB（Physical resource block，物理資源塊）。結(jié)合歷史觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該干擾現(xiàn)象自FDD-LTE 900 Mhz規(guī)模建網(wǎng)至今一直存在。為分析該干擾產(chǎn)生的具體原因，進(jìn)行了深入研究。

1 原理

無線通信究其根本是將信息加載到電磁波上的信息傳輸方式。而電磁波作為信號的載體，其質(zhì)量的好壞直接影響到信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。在地表環(huán)境下，由于各個區(qū)域的大氣環(huán)境不一，對電磁波傳播的影響也會造成較大的差異。其中，大氣波導(dǎo)現(xiàn)象對無線通信的影響尤為重要。

當(dāng)近地層存在越顯著的逆溫和隨高度減少越迅速的水汽壓，則越容易形成超折射。由于射線的曲率大于地球表面的曲率，射線傳播路徑會向地球一側(cè)彎曲，經(jīng)地面產(chǎn)生反射后繼續(xù)向前傳播，繼而又彎向地面，一直重復(fù)這個過程，便形成大氣波導(dǎo)。

2 特征分析

2.1 地域特征分析

鹽城市海岸線南北向跨度超200 km，東西向狹長。將受干擾小區(qū)的位置進(jìn)行地理化呈現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)干擾主要集中在沿海區(qū)域。特征上，距離海岸線越近干擾強(qiáng)度越高，隨著向內(nèi)陸方向的延伸，干擾強(qiáng)度逐漸減弱，表明該干擾與黃海海域有關(guān)。

對受干擾小區(qū)做方位分析，發(fā)現(xiàn)在方位角分布圖上，小區(qū)指向多朝向120度，其余朝向極少，而地理方位上120度方位直指黃海方向，見圖1（左），表明干擾大概率來自黃海海面。而對受干擾小區(qū)做天面掛高分析，從高度分布圖上發(fā)現(xiàn)，受干擾站點(diǎn)主要集中在50 m上下掛高的站點(diǎn)，見圖1（右），表明干擾在距離地面50米上下的范圍內(nèi)干擾信號最強(qiáng)。

圖1 受干擾小區(qū)方位角分布圖（左），受干擾小區(qū)高度分布圖（右）

綜合受干擾小區(qū)的地域特征、方位特征和掛高特征，初步判定該干擾源來自東側(cè)黃海海上。

2.2 頻域特征分析

提取全天所有沿海FDD-LTE 900 Mhz頻段的受干擾小區(qū)，進(jìn)行PRB級頻域干擾波形呈現(xiàn)，見圖2。

圖2 頻域波形圖

從頻域波形上可以看出，整個江蘇沿海的干擾波形一致。從第5個PRB開始干擾電平大幅下降，至第8個PRB時干擾電平下降約30 dB，呈現(xiàn)出OFDM調(diào)制波形，疑似為LTE系統(tǒng)阻塞干擾。

OFDM波形估算。根據(jù)LTE系統(tǒng)的保護(hù)帶寬10%計算，3個PRB約0.54 Mhz，0.54÷0.05=10.8，取整為10 Mhz，故而猜想該處為一個10Mhz帶寬的LTE小區(qū)信號（可能頻段B5、B26），因大氣波導(dǎo)而造成CMCC FDD-LTE 900 Mhz頻段3621頻點(diǎn)10 Mhz小區(qū)的前5個PRB干擾。

干擾頻點(diǎn)估算。3GPP上下行鏈路計算公式：FDL = FDL_low + 0.1（NDL-NOffs-DL）

（參 考3GPP TS 36.104 version 10.11.0 Release 10，Base Station（BS）radio transmission and reception）

3621-10 Mhz帶寬小區(qū)各PRB頻率中心位置計算結(jié)果如表1所示。

表1 B8頻段3621頻點(diǎn)RB級頻點(diǎn)中心頻率

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根據(jù)3GPP協(xié)議，只有Band 5/26存在下行頻率和Band 8的上行頻率存在重疊。假設(shè)為B5頻點(diǎn)小區(qū)，其產(chǎn)生下行邊界PRB中心頻率和FDD-LTE 900的PRB 4中心頻率重疊。

計算出可能小區(qū)的中心EARFCN號，如表2所示。

表2 B5頻段末端帶寬組合RB級頻點(diǎn)中心頻率

通過計算可以發(fā)現(xiàn)，CMCC使用的B8 3621 10 Mhz小區(qū)的PRB0-4剛好和B5 2555 20 Mhz、B5 2600 10 Mhz小區(qū)的下行上邊界PRB中心頻率重合。

2.3 時域特征分析

因干擾波形疑似OFDM調(diào)制波形，疑似為LTE系統(tǒng)阻塞干擾，懷疑其和話務(wù)呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，其時域波形如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)量與干擾強(qiáng)度走勢圖

從時域上，可以看到干擾自12點(diǎn)之后開始有所上升，但干擾不跟隨話務(wù)變化，排除話務(wù)相關(guān)性。根據(jù)大氣波導(dǎo)研究資料表明，中國黃海區(qū)域極易產(chǎn)生蒸發(fā)波導(dǎo)效應(yīng)（其歸屬于大氣波導(dǎo)的一種），根據(jù)其頻率的不同，影響范圍少則幾百平方公里，多則數(shù)萬平方公里，可見其影響范圍極廣。

對地理、頻域、時域特征的分析結(jié)果表明，該干擾主要是由海面的蒸發(fā)波導(dǎo)引起的遠(yuǎn)距離波導(dǎo)效應(yīng)所致。對此，建議等到下次大氣波導(dǎo)來臨時，提取該干擾類型的目標(biāo)小區(qū)，將目標(biāo)小區(qū)頻點(diǎn)調(diào)整為3550號，帶寬10 Mhz，并持續(xù)跟蹤，然后提取修改的小區(qū)的上行PRB干擾頻域波形，以此判斷干擾源在該小區(qū)頻率范圍外的特征，并做后續(xù)分析。

3 干擾源定位

3.1 驗證

2019年3月26日晚7點(diǎn)左右，鹽城再次發(fā)現(xiàn)大氣波導(dǎo)問題。發(fā)現(xiàn)該干擾后，用PRS查詢現(xiàn)網(wǎng)同樣波形的干擾目標(biāo)小區(qū)。

根據(jù)前面分析，發(fā)現(xiàn)該干擾后，將目標(biāo)小區(qū)（鹽城_大豐_鹽場小區(qū)FG_1）的頻點(diǎn)向前推移到RRU的邊緣，即頻點(diǎn)修改為3550號，帶寬10Mhz（RRU3953，頻率為TX930-955Mhz/RX885-910Mhz）。修改后立即做實時干擾跟蹤，發(fā)現(xiàn)干擾波形如圖4所示。受干擾波形呈現(xiàn)出LTE全頻段的大氣波導(dǎo)特性。而3621頻點(diǎn)的前5PRB干擾，剛好落在該大氣波導(dǎo)干擾的尾部。通過波形可以看到其PBCH在我們頻段的PRB17-PRB22位置，計算頻率范圍為888.65 Mhz-889.55 Mhz，推斷其中心頻點(diǎn)約為889.1 Mhz（偏差在0.18 Khz上下，因為1個PRB帶寬是180 Khz）。

圖4 3550頻點(diǎn)頻域干擾波形

3.2 溯源

因干擾源符合LTE的OFDM波形特征，判斷為LTE系統(tǒng)干擾，但中國大陸并無該頻點(diǎn)使用。地域上看大氣波導(dǎo)產(chǎn)生在黃海海面區(qū)域，隔海相望的是朝鮮半島、韓國濟(jì)州島、日本九州島，對中國沿海造成干擾的干擾源又來自海上，推測較大可能來自韓國、日本。

而對全球LTE部署情況分析得知，只有韓國LG U+運(yùn)營商使用的是B5頻點(diǎn)的最后10Mhz帶寬，頻點(diǎn)2600號（889 Mhz），剛好落在移動FDD-LTE 900 Mhz的頻點(diǎn)3621號（帶寬10 Mhz）小區(qū)的上行帶寬里。干擾示意圖如圖5所示。

圖5 LG U+和CMCC頻率干擾示意圖

從圖5可以看到，LG U+的下行頻率范圍和CMCC的上行頻率范圍存在沖突。894-892.1=1.9 Mhz，去除各自的0.5 Mhz的保護(hù)帶寬，剩余0.9 Mhz重疊部分。0.9÷0.18=5，剛好為5個PRB重疊。故而，可以基本確定該干擾為海面蒸發(fā)波導(dǎo)導(dǎo)致的超遠(yuǎn)距離信號波導(dǎo)干擾。

3.3 定位

通過前述分析已經(jīng)基本斷定為韓國LG U+運(yùn)營商的B5頻段2600頻點(diǎn)（10 Mhz）網(wǎng)絡(luò)的海面大氣波導(dǎo)干擾所致，現(xiàn)采用測試卡開通國際漫游功能，在大氣波導(dǎo)來臨時，通過在受干擾站點(diǎn)附近進(jìn)行終端鎖頻測試，以驗證大陸是否可以占用韓國LG U+的LTE網(wǎng)絡(luò)（韓國MCC為450，LG U+運(yùn)營商MNC為06）。

測試位置：干擾源指向黃海海面，計劃在射陽海堤的灘涂區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場測試，截取可能存在的韓國LG U+運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)信號。

測試方法：現(xiàn)場鎖頻2600頻點(diǎn)進(jìn)行占用以讀取SIB1消息，因為信號不穩(wěn)定，無法穩(wěn)定占用。通過反復(fù)設(shè)置飛行模式、鎖頻2600操作后，在信令中讀取到占用韓國LG U+運(yùn)營商的小區(qū)信息（eCGI：450-06-12430-2，TAC：37095，band：5）。

測試結(jié)果：通過現(xiàn)場測試，我們已經(jīng)明確在江蘇鹽城海岸線讀取到了韓國運(yùn)營商LG U+的小區(qū)信息，足以說明江蘇省沿海該類型干擾問題的干擾信號源來自韓國4G網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語

經(jīng)過特征分析與溯源定位，確定江蘇沿海的FDD-LTE 900 Mhz小區(qū)（頻點(diǎn)3621號，帶寬10 Mhz）的前5個PRB干擾，是由于B5頻段的下行頻率剛好落入B8頻段的上行帶寬內(nèi)，加上海面的蒸發(fā)波導(dǎo)（大氣波導(dǎo)效應(yīng)）導(dǎo)致的。鑒于此，建議江蘇海岸線50 Km范圍內(nèi)的FDD-LTE 900 Mhz小區(qū)3621號頻點(diǎn)（10 Mhz）至少后移0.9 Mhz，頻點(diǎn)為3630頻點(diǎn)（10 Mhz），推薦頻點(diǎn)后移1.4Mhz，頻點(diǎn)為3635號（帶寬10 Mhz）。