5G干擾特征識(shí)別及解決方案研究

1 概述

2019 年是5G 大規(guī)模建設(shè)元年，上海正加快新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造“雙千兆寬帶城市”，當(dāng)前已基本實(shí)現(xiàn)了中心城區(qū)和郊區(qū)重鎮(zhèn)的5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，已基本保障用戶能夠正常占用5G 信號(hào)，但當(dāng)5G 小區(qū)存在嚴(yán)重的上行干擾信號(hào)時(shí)，駐留在小區(qū)內(nèi)用戶的上下行業(yè)務(wù)會(huì)受到影響，可能會(huì)出現(xiàn)接入、掉話、速率低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響用戶的感知體驗(yàn)，本文重點(diǎn)介紹NSA網(wǎng)絡(luò)下5G各種上行干擾類型形成的主要原因，識(shí)別出各種干擾類型，針對(duì)各干擾類型的特征進(jìn)行多維度分類，并研究各干擾類型的針對(duì)性解決方案，降低網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)內(nèi)外干擾，提升5G用戶的感知體驗(yàn)。

2 5G干擾類型分析

現(xiàn)網(wǎng)已發(fā)現(xiàn)的5G 干擾類型主要分為三大類：5G系統(tǒng)內(nèi)干擾、4G/5G 系統(tǒng)間相互干擾、5G 系統(tǒng)外干擾。其中外部干擾復(fù)雜多樣，實(shí)際遇到的外部干擾種類比較多，常見(jiàn)干擾類型和來(lái)源主要如表1所示。

3 5G干擾特征分類

針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)的不同干擾類型，結(jié)合具體小區(qū)的實(shí)際干擾頻譜情況，并基于干擾小區(qū)的時(shí)域、頻域、干擾符號(hào)等多維特征，本章主要總結(jié)5G的干擾特征庫(kù)。

表1 5G干擾類型分類

3.1 5G系統(tǒng)內(nèi)干擾

3.1.1 5G鄰區(qū)用戶間的相關(guān)干擾

5G 系統(tǒng)內(nèi)鄰區(qū)用戶上行發(fā)射信號(hào)功率過(guò)大，會(huì)對(duì)本小區(qū)造成干擾。通過(guò)對(duì)5G 系統(tǒng)內(nèi)干擾較大的站點(diǎn)進(jìn)行干擾分析監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)干擾主要集中在使用帶寬的前段低頻帶內(nèi)，典型頻譜波形特征如圖1所示。

圖1 RB級(jí)頻譜干擾特征

3.1.2 基站間的幀偏置不對(duì)齊導(dǎo)致的時(shí)域上干擾

5G 為TDD 上下行時(shí)分系統(tǒng)，2.6 GHz 5G 站間需要上下行完全對(duì)齊，如果基站間的幀偏置出現(xiàn)不一致，會(huì)導(dǎo)致5G下行干擾上行的情況，連續(xù)多個(gè)符號(hào)出現(xiàn)強(qiáng)度一致的干擾，頻域符號(hào)上的特征如圖2所示。

3.2 4G/5G相互干擾

圖2 時(shí)隙頻譜干擾特征

3.2.1 同頻段4G小區(qū)對(duì)5G的干擾

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)下2.6 GHz頻段內(nèi)出現(xiàn)5G和LTE共存情況（見(jiàn)圖3），如5G 開(kāi)通區(qū)域內(nèi)存在4G 和5G 小區(qū)存在重疊使用的頻段，就會(huì)產(chǎn)生4G對(duì)5G的同頻干擾。

圖3 2.6 GHz頻段當(dāng)前使用情況

LTE 頻段D1/D2 同頻干擾有2 種形式：一種是對(duì)應(yīng)D1/D2 的PUCCH 信道干擾抬升明顯，PUCCH 干擾現(xiàn)象如下：PRB 級(jí)干擾顯示RB164～167、RB216～219、RB220～223 存在高干擾；一種是對(duì)應(yīng)D1/D2 的PUSCH信道干擾抬升，PUSCH 干擾現(xiàn)象：D1/D2 PUSCH 對(duì)應(yīng)的PRB 上有干擾抬升，干擾不是一直存在，和同覆蓋的D1/D2話務(wù)量、業(yè)務(wù)模型相關(guān)。

如圖4 所示，左側(cè)頻譜干擾特征屬于LTE 的D1 同頻干擾，其中5G 的100 MHz 帶寬273 個(gè)RB 中的RB164～167、RB216～219 干擾明顯；圖4 右側(cè)的頻譜干擾特征屬于LTE D2 的同頻干擾典型頻譜特征，除PUCCH外PUSCH信道也存在干擾。

3.2.2 季節(jié)性大氣波導(dǎo)

圖4 4G對(duì)5G干擾頻譜特征

大氣波導(dǎo)干擾屬于TDD 同頻DL 對(duì)遠(yuǎn)端5G 的UL干擾，具有地域和季節(jié)特征，夜晚多發(fā)于春夏、夏秋之交內(nèi)陸郊區(qū)，冬季沿海。大氣波導(dǎo)現(xiàn)象可以使遠(yuǎn)處gNodeB 的大功率下行信號(hào)產(chǎn)生遠(yuǎn)距離傳輸而到達(dá)本端gNodeB，從而干擾本端gNodeB 的上行接收，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)KPI下降。

大氣波導(dǎo)干擾有如下特征。

a）眾多遠(yuǎn)端基站導(dǎo)致大氣波導(dǎo)具有干擾斜坡特征。

b）傳播距離影響被干擾的符號(hào)數(shù)，距離越遠(yuǎn)受干擾符號(hào)越多。

從地理分布上看，上海近期突增的大面積大氣波導(dǎo)干擾小區(qū)主要集中在崇明島、長(zhǎng)興島、南匯、東海大橋、金山、松江、浦東局部區(qū)域。受干擾站點(diǎn)的干擾譜圖如圖5 所示，在干擾特定時(shí)間段，D1/D2 頻段的干擾現(xiàn)象非常明顯，D1頻段更嚴(yán)重。

3.2.3 LTE和5G幀偏置不對(duì)齊導(dǎo)致的干擾

5G 的2.6 GHz 小區(qū)與LTE-TDD 2.6 GHz 小區(qū)共用2.6 GHz頻段進(jìn)行組網(wǎng)的情況下，會(huì)出現(xiàn)由于子幀結(jié)構(gòu)不同，收發(fā)時(shí)隙不一致，導(dǎo)致相互干擾。如圖6 所示，紅色框中的都是可能被干擾的區(qū)域。

只有將5G 和LTE-TDD 的幀結(jié)構(gòu)配置一致（見(jiàn)圖7），即在TDD-LTE 幀偏置基礎(chǔ)上+3 ms 才能規(guī)避相互之間干擾的問(wèn)題。

3.3 5G系統(tǒng)外干擾

現(xiàn)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)的外部干擾主要有寬帶和窄帶2 種，已發(fā)現(xiàn)的干擾源有視頻回傳設(shè)備、偽基站和公安設(shè)備等。

3.3.1 大帶寬的外部干擾

有全頻段、部分頻段，干擾現(xiàn)象特殊，需要掃頻確認(rèn)干擾源設(shè)備。PRB 級(jí)干擾指標(biāo)上呈現(xiàn)全帶寬或者80 MHz帶寬的抬升，干擾24 h穩(wěn)定存在（見(jiàn)圖8）。

3.3.2 窄帶干擾

主要集中在部分RB，有5/10/15/40 MHz 等干擾帶寬。干擾一般24 h穩(wěn)定存在，干擾值波動(dòng)小（見(jiàn)圖9）。

3.3.3 阻塞干擾

圖5 大氣波導(dǎo)干擾頻譜特征

圖6 LTE和5G幀偏置不對(duì)齊干擾特征

圖7 LTE和5G幀偏置對(duì)齊配置

圖8 寬帶干擾頻譜特征

圖9 窄帶干擾頻譜特征

干擾特征是斜坡式的，當(dāng)外部干擾強(qiáng)于-55 dB時(shí)，設(shè)備解調(diào)出現(xiàn)非線性現(xiàn)象，屬于阻塞干擾（見(jiàn)圖10）；當(dāng)干擾信號(hào)減弱時(shí)，干擾呈現(xiàn)窄帶抬升現(xiàn)象。

4 5G干擾解決方案

針對(duì)5G 不同的干擾類型，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)施驗(yàn)證情況，制定對(duì)應(yīng)的干擾解決方案如圖11所示。

4.1 5G系統(tǒng)內(nèi)干擾解決方案

針對(duì)5G系統(tǒng)內(nèi)小區(qū)鄰區(qū)間的相關(guān)干擾，通過(guò)上行干擾隨機(jī)化調(diào)度、功控參數(shù)、預(yù)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化。

4.1.1 上行干擾隨機(jī)化

針對(duì)5G多小區(qū)組網(wǎng)場(chǎng)景，通過(guò)上行干擾隨機(jī)化調(diào)度功能，將相鄰小區(qū)的資源分配位置盡可能錯(cuò)開(kāi)，這樣可以降低鄰區(qū)UE 對(duì)本小區(qū)的上行干擾，提升中低負(fù)載時(shí)的上行系統(tǒng)容量和邊緣用戶吞吐率（見(jiàn)圖12）。

功能開(kāi)啟前，相鄰小區(qū)之間的RB 資源分配起始位置未錯(cuò)開(kāi)，上行調(diào)度RB 資源均從頻帶的同一起始位置開(kāi)始調(diào)度，RB資源位置重疊概率大，鄰區(qū)UE對(duì)本小區(qū)的上行干擾較大。功能開(kāi)啟后，根據(jù)小區(qū)PCI 不同，將相鄰小區(qū)之間的RB 資源分配的起始位置錯(cuò)開(kāi)，上行RB 資源從頻帶的不同起始位置開(kāi)始調(diào)度，從而降低鄰區(qū)UE對(duì)本小區(qū)的上行干擾。

在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行功能實(shí)施驗(yàn)證，功能開(kāi)啟前大部分（91.7%）預(yù)調(diào)度是在RB13 開(kāi)始的27 個(gè)RB，可以證實(shí)內(nèi)部干擾和預(yù)調(diào)度有關(guān)，從理論分析也確認(rèn)背景用戶會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)用戶造成干擾，符合預(yù)期；上行干擾隨機(jī)化功能打開(kāi)后，整體干擾不再集中在低頻帶，而是比較均勻的分布在全帶寬上。RB0～RB12 的干擾整體約有0.5 dB的改善。

4.1.2 5G功控參數(shù)優(yōu)化

5G 系統(tǒng)內(nèi)的RB0～RB12 的干擾，主要來(lái)自于PUCCH和PRACH信道。通過(guò)5G側(cè)PUCCH和PRACH功控參數(shù)優(yōu)化后，干擾可以降低0.5 dB，改善幅度和話務(wù)模型強(qiáng)相關(guān)。

圖10 阻塞干擾頻譜特征

圖11 5G干擾解決方案

圖12 上行干擾隨機(jī)化功能方案

4.1.3 智能預(yù)調(diào)度參數(shù)優(yōu)化

預(yù)調(diào)度是指不論UE 是否向gNodeB 發(fā)送SRI 請(qǐng)求，每隔一段時(shí)間gNodeB 都會(huì)主動(dòng)調(diào)度一次UE，以減少UE 發(fā)送SRI 獲得上行調(diào)度授權(quán)的時(shí)間。基本預(yù)調(diào)度是指無(wú)論UE 是否有業(yè)務(wù)請(qǐng)求，只要有剩余調(diào)度資源，該UE 就會(huì)被持續(xù)調(diào)度。智能預(yù)調(diào)度是指當(dāng)UE 沒(méi)有業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，UE 進(jìn)入DRX 休眠期，只有在智能預(yù)調(diào)度持續(xù)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，UE 處于激活態(tài)，才會(huì)被調(diào)度。打開(kāi)智能預(yù)調(diào)度，預(yù)調(diào)度消耗空口資源減少，上行PRB 利用率下降，干擾也會(huì)降低（見(jiàn)圖13）。

現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行該功能實(shí)施后，白天全帶寬的干擾值平均降低了0.5 dB，同時(shí)上行PRB利用率下降1.5%。

針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)5G內(nèi)部用戶間存在的上行干擾，可以通過(guò)智能預(yù)調(diào)度、上行干擾隨機(jī)化、功控參數(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，整網(wǎng)平均干擾可以降低1 dB左右。

4.2 4G/5G間相互干擾解決方案

4.2.1 LTE側(cè)D1和D2頻段進(jìn)行退頻

圖13 智能預(yù)調(diào)度功能方案

建議結(jié)合LTE 話務(wù)模型和發(fā)展趨勢(shì)，階段性進(jìn)行LTE 的D 頻率使用策略重耕，2.6 GHz 的前100 MHz 帶寬全部用作5G。

4.2.2 LTE功控參數(shù)優(yōu)化

LTE D1/D2 和5G 同覆蓋下，終端上行發(fā)射導(dǎo)致的干擾強(qiáng)度和覆蓋區(qū)域大小、無(wú)線環(huán)境、用戶數(shù)有比較大的關(guān)聯(lián)。通過(guò)優(yōu)化干擾源LTE D1/D2 小區(qū)的PUCCH 功控參數(shù)，降低終端發(fā)射功率，從而降低對(duì)5G系統(tǒng)的干擾。

4.2.3 4G和5G間的干擾協(xié)同特性實(shí)施

LNR 特性通過(guò)干擾與非干擾帶寬獨(dú)立測(cè)量，避免部分頻帶受干擾拉低整個(gè)帶寬MCS，并可以基于測(cè)量結(jié)果，用戶自適應(yīng)調(diào)度不同帶寬，躲避干擾頻帶，通過(guò)UCI上報(bào)提升資源調(diào)度效率，以較少RB 數(shù)量承載更大速率。

4.2.4 大氣波導(dǎo)解決方案

方案1：5G 干擾問(wèn)題小區(qū)僅在D1/D2 頻段上有干擾，可以修改小區(qū)帶寬為60 MHz，使用2 515～2 575 MHz 頻段；但將5G 100 MHz 帶寬修改成60 MHz 帶寬，也會(huì)影響5G下載速率。

方案2：采用5G 小區(qū)的特殊子幀配置SS55，通道校正使用上行slot 上的符號(hào)進(jìn)行發(fā)送，規(guī)避干擾導(dǎo)致的通道校正失敗問(wèn)題。

方案3：利用基站產(chǎn)品的大氣波導(dǎo)解決方案特性，進(jìn)行遠(yuǎn)端干擾源檢測(cè)和自適應(yīng)干擾規(guī)避，降低大氣波導(dǎo)干擾的影響，主要包含2個(gè)方面。

a）大氣波導(dǎo)干擾源識(shí)別：RIM-RS 序列檢測(cè)和發(fā)送可精準(zhǔn)識(shí)別200 km范圍內(nèi)的大氣波導(dǎo)干擾源。

b）自適應(yīng)干擾規(guī)避：基于精準(zhǔn)干擾源檢測(cè)的自適應(yīng)規(guī)避方案，通過(guò)延長(zhǎng)本端符號(hào)發(fā)送時(shí)間進(jìn)行干擾規(guī)避。此功能需要遠(yuǎn)端和本端同時(shí)打開(kāi)RIM-RS 序列發(fā)送和檢測(cè)功能，才能識(shí)別干擾并進(jìn)行規(guī)避。

4.3 5G系統(tǒng)外干擾解決方案

針對(duì)5G系統(tǒng)外的干擾源，需要進(jìn)行外場(chǎng)掃頻確定干擾源，基于實(shí)際情況關(guān)閉干擾源或修改干擾源使用頻段，降低對(duì)5G系統(tǒng)的干擾。

確定為外部干擾源后可以使用以下方法來(lái)初步判斷外部干擾源位置。

a）利用MapInfo 軟件的干擾定位方法。可以利用MapInfo工具通過(guò)對(duì)基站上行干擾數(shù)據(jù)分析，找出扇區(qū)的交集區(qū)域判定這些扇區(qū)交集可能是干擾存在的大致區(qū)域。

b）利用三點(diǎn)定位法排查外部干擾源。干擾定位是查找干擾源的過(guò)程，干擾源一般是有源器件，因此干擾排查時(shí)一定要特別注意有源器件，如監(jiān)控?cái)z像、偽基站、干擾機(jī)等有源器件。常用的方法是三點(diǎn)定區(qū)域，逐次逼近的方法。所謂逐次逼近的方法是指在確定的干擾區(qū)域里，利用干擾掃頻儀使用定向天線按照儀器顯示的干擾強(qiáng)度，多方向逐漸向干擾最強(qiáng)的位置逼近，最終發(fā)現(xiàn)干擾的方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了NSA 網(wǎng)絡(luò)下5G 各種上行干擾類型形成的主要原因，識(shí)別出主要三大類干擾類型：5G系統(tǒng)內(nèi)干擾、4G/5G 系統(tǒng)間相互干擾、5G 系統(tǒng)外干擾，詳細(xì)介紹了5G 鄰區(qū)用戶間的相關(guān)干擾、4G/5G 使用同頻段下的干擾情況、春秋季易發(fā)的大氣波導(dǎo)以及寬帶和窄帶的外部干擾情況，并針對(duì)各干擾類型的特征從時(shí)域、頻域等進(jìn)行多維度分類，從系統(tǒng)功能特性、4G/5G間干擾協(xié)同、外部干擾排查等方面研究各干擾類型的針對(duì)性解決方案，從而降低網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)內(nèi)外干擾，切實(shí)提升5G用戶的感知體驗(yàn)。