對解決5G TDD干擾問題的研究

紀元茂

摘要：當部署5G TDD基站時，還存在共存的4G TDD基站時，系統之間的干擾將會變得嚴重，而這種系統間干擾主要是由于無線幀時隙未對齊而導致的上下行交叉時隙干擾。本文會以當前國內4G網絡的TDD時隙配比為基礎，通過計算推導得出適合的5G TDD配置方案，該計算流程和方法也可以適用于其他4G TDD配置。

關鍵詞：5G;TDD;干擾;時隙;3GPP規范

中圖分類號：TN929.5?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）11-0055-01

自2011年以來，已有數百萬4G TD-LTE基站在全國的各個省市大規模部署，使4G系統的無線覆蓋達到了理想的效果，但也給將來大規模5G基站的部署帶來挑戰。

目前，5G建設正處在實驗網階段，5G的基站數量少，不同無線系統之間的干擾問題還不突出。但在不久的將來，隨著5G終端的增長和5G TDD基站的大規模部署，系統之間的干擾問題就隨之而來了。本文對4G和5G TDD系統共存問題進行了研究，并根據國內運營商的現網配置，通過計算，得出了適合網絡共存的解決方案，以避免4G和5G同頻段組網時帶來的干擾問題。

目前，國內5G基站的工作頻段可劃分為大致2.6GHz和3.5GHz，當部署5G TDD基站，存在共存的4G TDD基站時，系統之間的干擾將會變得嚴重，而這種系統間干擾主要是由于無線幀時隙未對齊而導致的上下行干擾。所以，分析4G和5G TDD上下行子幀的配比就尤為重要。

運營商在部署TDD網絡時，通常會根據業務模型、覆蓋距離和網絡共存等多方面來考慮上下行配比。在5G網絡部署初期，考慮4G網絡還是為用戶提供主要服務的網絡，本文會以4G網絡的TDD時隙配比不變為基礎，在確保兩個系統上下行不干擾的前提下，通過計算來找到合適的5G TDD配置方案。

在4G系統中，從其空口無線幀結構來看，TD-LTE與FDD LTE的時域結構大致類似，無線幀時長為10毫秒，每無線幀分為10個子幀，但與FDD不同的是，10個子幀中包括上行資源和下行資源，還有特殊子幀，這種結構是為了滿足上下行對容量有不同需求而設計的。為了避免上下行干擾，在特殊子幀中還引入了GP（保護間隔）的概念。5G系統的TDD配置也會繼續保持下行資源、GP和上行資源這種結構，但同時設置也會變得更加靈活。

在4G系統中，3GPP提出了7種上下行子幀比例的配置，編號是由3GPP給出的配置編號，每一種配置編號下有不同的上下行子幀配比，有下行子幀，上行子幀，特殊子幀。特殊子幀中包含下行資源、保護間隔和上行資源。3GPP對特殊子幀定義了9種配置。

這些配置實際的周期是5ms，所以本文會在5ms半幀內來討論配置問題。根據3GPP 36.211 表4.2-1對符號和子幀長度的定義，在5ms周期內，按時間順序，可進行資源占比計算，計算過程如下：下行資源的時長為（30720+21952）*Ts秒，保護間隔的時長為2192*2*Ts秒，上行資源的時長為（2192*2+30720）*Ts秒，下行資源時長為30720*2*Ts秒。其中，基本時間單位Ts = 1/ （15000* 2048）秒。

如果要考慮5G TDD基站會與TD-LTE基站的共存，只要TD-LTE的上下行資源和5G的空口的上下行資源對齊，那么兩個系統之間上下行干擾的問題將會得到解決。接下來我們來看看5G的時隙配比在規范中的定義。

5G同樣也采用了上下行時隙不同配比的方案來實現上行和下行對容量的不同需求，但設計變得更加靈活。在3GPP規范38.331中定義，5G的上下行時隙以及特殊時隙的配比不再像LTE的特殊子幀一樣只有幾種選擇，而是由一系列參數來靈活配置的。

根據38.211定義，在5G中的時域最小單位是Tc，Tc=1/Δfmax·Nf，在此處Δfmax=480·103 Hz ，Nf=4096，根據前面所述Ts的概念，Ts/Tc=64。

一個子幀的時長為Tsf=ΔfmaxNf/1000·Tc=1·ms，在使用30Khz子載波間隔時，每個符號的時長為Tsymbol=ΔfmaxNf/28*1000·Tc。當5G下行符號與4G的下行符號時長相近，則可以理解為5G時隙與4G子幀對齊，假設下行符號數為Ndl1，那么需要解方程Tsymbol*Ndl1=52762Ts中的Ndl1即可，Ndl1=52762Ts/Tsymbol。通過運算，下行符號數Ndl1略等于48，通過同樣的方法，我們可以算出特殊時隙的保護間隔符號數，上行符號數和第二部分下行符號數。

特殊時隙的保護間隔符號數Ngp應滿足Tsymbol*Ngp=4384Ts，上行符號數Nul應滿足Tsymbol*Nul=35104Ts，第二部分下行符號數Ndl2應滿足Tsymbol*Ndl2=61400Ts。

運算結果，當Ndl1=48，Ngp=4，Nul=32，Ndl2=56時，TD-LTE和5G TDD系統即可時隙對齊，達到最小化上下行干擾的效果。

符號總數為140，時長為5ms，在配置pattern的時候應選擇兩個pattern來配置，根據符號數量及連續符號時長的特點，時隙0至時隙5使用pattern1，時長為3毫秒最佳，時隙6至時隙9使用pattern2，時長為2毫秒，正好滿足5毫秒半幀為一個周期的需求。

根據前文所述，結合對3GPP規范定義的分析并通過計算，得出結論，5G基站參數配置通過合理的取值，可以避免TD-LTE和5G TDD的上下行干擾。

參考文獻：

[1]5G基站與C波段衛星地球站的干擾協調問題 [J]. 陳海航，蔡靈偉，范凌峰. 中國無線電. 2019（11）