5G 室內外干擾優化速率提升研究

周勵人，樊忠文

（中國電信股份有限公司金華分公司，浙江 金華 315000）

0 引言

5G 室內外覆蓋同長期演進（Long Term Evolution，LTE）4G 時代有較大差異，LTE 室內外可采用異頻組網，而5G 室內外采用3.5 GHz 同頻組網。由于5G引入了同頻異模干擾與同頻同模干擾，勢必導致網絡性能和用戶業務體驗的下降；因此，同頻干擾成為5G 系統面臨的主要性能問題。如何解決室內外同頻的干擾問題，并通過解決干擾提高數據傳輸速率以提高用戶感知，成為5G 網絡需要解決的難題[1]。

1 室內外干擾原理分析

5G 室內外均屬于3.5 GHz 同頻組網，室外的3.5 GHz 站點對室內3.5 GHz 形成同頻干擾。雖然5G相對LTE 移除了公共參考信號（Common Reference Signal，CRS），但是依然會持續發送導頻。根據信道分類室內外干擾可分為4 種類型，分別為同步信號和物理廣播信道塊（Synchronization Signal and Physical Boardcast Channel block，SSB）干擾、系統消息塊1（System Information Block 1，SIB1）干擾、信道狀態信息參考信號（Channel State Information Reference Signal，CSI-RS）干擾、跟蹤參考信號（Tracking Reference Signal，TRS）干擾[2-6]。

下行與上行時隙比為7:3 時，室外小區信道SSB、CSI-RS、TRS、SIB1 時隙分布情況如圖1 所示。若室內的導頻配置與室外小區不同，會使室內小區物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）信道干擾增加，直接體現在下行信號干擾噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）變差且相應時隙誤碼率增加，從而導致下行吞吐率損失，系統容量降低，用戶感知變差[7]。

圖1 時隙比為7:3 的信道結構

1.1 SSB 干擾原理

5G 室內外存在SSB 波束個數的差異是導致SSB干擾的主要原因。室外有源天線處理單元（Active Antenna Unit，AAU）小區時隙比配置為4:1 時，默認配置7 個SSB 波束；室內4 發4 收（4 Transmit 4 Receive，4T4R）產品默認配置4 個SSB 波束[8]。SSB 信道以周期20 ms 持續發送，如果室內與室外SSB 未對齊，SSB 發送個數多的室外AAU 小區的SSB 波束侵入室內信號，則室內信號相應時隙（slot 2 和slot 3）受到室外SSB 波束干擾，對應slot 2和slot 3 出現誤碼，從而出現性能下降，如圖2所示。

圖2 SSB 波束干擾

SSB 僅涉及20 個資源塊（Resource Block，RB），被干擾的室內站型，slot 2 和slot 3 誤碼會明顯高于其他slot。降低SSB 干擾的核心思想是對齊室內外的SSB，即SSB 頻點、SSB 周期、SSB 個數都完全對齊，從而消除干擾，提升鄰區空載場景下的性能，但同時SSB 波束個數的增加會導致室內小區SSB 開銷增加約1.7%[9-10]。室內SSB 從默認4 波束修改為7 波束，按20 ms 周期計算，多了兩個slot 發送SSB，每個SSB slot 占用48 個RB，20 ms 一共28 個下行slot，所以就是2×48/28 ≈3.4 RB，約1.7%。室內支持的SSB 配置如圖3 所示，默認采用Type 1 單天線輪發4 波束（Beams），與室外對齊則采用Type 3 設置4 天線并發7 Beams。

圖3 室內支持的波束配置

1.2 SIB1 干擾原理

SIB1 傳輸周期與SSB 相關聯，對于SSB 和CORESET 的復用模式1，SIB1 的重復傳輸周期為20 ms，對于SSB 和控制資源集（Control-resource Set，CORESET）的復用模式2 和復用模式3，SIB1的重復傳輸周期與SSB 的周期一致。

室內采用僅非獨立組網（Non-standalone-only，NSA-Only）和獨立組網（Standalone，SA）不同組網模式時SIB1 設置原則不同，NSA only 組網時，終端可以從4G 側獲取到系統消息，因此NSA only時可以關閉SIB1，從而相比SA 獲得5%的資源優勢；SA 組網時，終端必須從NR 側獲取系統消息，因此SA 組網及SA&NSA 雙模組網時，必須發送SIB1[11]。因此，根據室內組網類型SIB1 干擾可分為兩個場景，如圖4 所示，當前電信5G 網絡以場景2 為主。場景1 室外相鄰小區發送SIB1，室內小區（NSA-Only 場景）不發送SIB1，導致室內小區受到室外干擾。場景2 室外相鄰小區SIB1 周期20 ms，室內小區（SA 場景）SIB1 周期160 ms，導致室內小區受到室外的干擾[12]。

圖4 室內NSA-Only 和SA 組網時隙干擾

室外SSB 默認為7 波束，SIB1 以20 ms 的周期在slot 10～slot 17 發送。場景1 的情況下，被干擾的室內站型不發送SIB1，室內slot 10～slot 17 均會受到干擾，誤碼會明顯高于其他slot。場景2 情況下，室內SSB 默認為4 波束，SIB1 以160 ms 周期重復傳輸，SIB1 在slot 10～slot 13 發送，被干擾室內小區slot 15～slot 17 干擾明顯高于其他slot。

當前主要解決方案為：室內外如果都是NSA only 組網，室內外統一打開SIB1 并周期對齊或者關閉SIB1；當室外是SA 或者NSA&SA 組網，室內是NSA only 組網時，室內打開SIB1 并周期對齊，避免干擾；如果室外是SA 或者NSA&SA 組網，室內是SA 組網，室內SIB1 周期向室外周期對齊，避免干擾。

1.3 CSI-RS 干擾原理

室內外存在CSI-RS 周期和波束個數的差異，室外AAU 小區默認配置4 個小區級CSI-RS 波束，室分4T4R 產品默認配置1 個小區級CSI-RS 波束（且室內小區不支持配置為4 個CSI-RS 波束）[13]。室外小區CSI-RS 默認發送周期為40 slot，室內小區CSI-RS 周期默認配置80 slot，導致能收到室外AAU 小區CSIRS 波束的室內小區PDSCH 會受到干擾（CSI-RS NZP是全帶寬發送的），slot和符號級干擾位置如圖5所示。

圖5 CSI 干擾

被干擾的室內站型，slot 0 和slot 10 誤碼會明顯高于其他slot，如表1 所示，某局點slot 0 和slot 10 因受到干擾誤碼明顯過高，其他slot 誤碼率收斂到0%，嚴重影響下行調制和編碼方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）。

表1 slot 誤碼統計

解決方案核心思想是對齊室內外的CSI-RS 波束個數，并避免對應slot 符號13 上出現干擾，提升鄰區空載場景下的性能。通過關閉CSI-RS 速率匹配（Rate Match）讓符號12 和符號13 完全不映射數據，從而躲開符號13 上的干擾，但是符號12會導致開銷增加。按照80 slot 計算，PDSCH 符號為8×（6×12+1×8）=640，CSI-RS 符號1 個；按照10 slot 周期和關閉Rate Match 功能計算，CSI-RS符號2×8=16 個，整體開銷增加(16-1)/640=2.34%。減少干擾的同時室內CSI-RS 周期拉短及室內小區部分資源單元（Resource Element，RE）不調度，會導致PDSCH 資源減少。

1.4 TRS 干擾原理

TRS 是一種多周期的CSI-RS 信號，位于連續兩個slot 的NZP-CSI-RS。在一個時隙內時間上兩個TRS 最小間隔是4 個正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）符號，頻域上間隔4 個子載波[14]。默認場景室內外都是在slot 5 和slot 6 的符號4 和符號8 上發送TRS 信號，如果室內外的TRS 周期不一致，會導致鄰小區TRS干擾本小區的情況[15]。圖6 為TRS 干擾原理。

圖6 TRS 干擾

室外TRS Rate Match 開啟情況下，在AAU 小區有可能發送TRS 的位置，對PDSCH 進行了調度，導致對室內小區TRS 產生干擾。被干擾的室內站型，slot 5 和slot 6 的誤碼會明顯高于其他slot。

干擾主要解決方案有兩個。方案一：室內外TRS 周期拉齊，避免干擾。方案二：AAU 小區做打孔處理，減少對室分干擾。如圖7 所示，黑色為物理小區標識（Physical Cell Identifier，PCI）模6 為0 的TRS 發送位置，打孔處理后灰色區域雖然不發TRS，但是也不調度PDSCH，避免干擾。

圖7 TRS 打孔

2 室內外干擾應用實例

2.1 SSB 干擾處理速率提升對比

對室分受干擾小區打開場景化波束加密算法開關，保證室內與AAU 小區波束對齊，同時室內小區天線極化模式由“默認場景”改為“單極化”。

針對室內A 小區波束對齊及場景修改后，室內小區下行分組數據匯聚協議層吞吐率（Down Link throughput of Packet Data Convergence Protocol，DL_PDCP_Throughput）由調整前740.64 Mb/s 提升至900.94 Mb/s，速率提升21.64%，同時室內小區SSB的參考信號接收功率（Reference Signal Received Power of SSB，SS-RSRP）信號增強3 dB，速率增益及覆蓋均得到增益，如圖8 所示。

圖8 室內SSB 波束對齊下行PDCP 速率及RSRP 對比

SSB 干擾大小與宏微電平差大小強相關，推薦RSRP_indoor -RSRP_macro＜20 dB 時，或者宏站覆蓋到室內信號電平＞-100 dBm 時，配置波束對齊。

2.2 SIB1 干擾處理速率提升對比

當前電信5G 網絡室內小區均采用SA 組網，將室內小區SIB1 周期由160 ms 調整至20 ms，與室外小區周期一致，PDCP 速率峰值由515.02 Mb/s提升至730.34 Mb/s，速率增益41.81%，如圖9 所示。

圖9 室內SIB1 周期調整前后PDCP 速率對比

2.3 CSI-RS 干擾處理速率提升對比

NR 室內小區在CSI-RS Rate Match 功能打開、CSI 周期為80 slot、CSI-RS 資源數為1 時，CSI 所在slot 0 和slot 10 的誤塊率超過90%，slot 干擾過高。

如圖10 所示，NR 室內小區關閉CSI-RS Rate Match 功能、CSI 周期為10 slot，與室外slot 對齊后，0 時隙誤塊率降低至12.81%，10 slot 誤塊率降低至2.54%。

圖10 室內CSI-RS 干擾情況誤碼率對比

如圖11 所示，對比CSI-RS 干擾優化前后PDCP下載速率，干擾方案實施前速率為418.61 Mb/s，經過優化后速率達到656.86 Mb/s，速率增益56.91%，方案實施前室內Lampsite 小區RSRP 與AAU 小區RSRP 相差3 dB，優化后RSRP 差值5 dB 左右，同頻RSRP 信號強度接近是影響CSI-RS 干擾的主要因素。

圖11 CSI-RS 干擾優化前后速率及RSRP 提升對比

2.4 TRS 干擾處理速率提升對比

如圖12 所示，TRS Rate Match 關閉，室內TRS周期40 ms 未拉齊及未做打孔處理時，下行PDCP速率為630.68 Mb/s。TRS 周期調整至20 ms 與AAU小區一致，AAU 小區同時作TRS 打孔處理，測試速率可達到736.27 Mb/s，速率增益16.74%。

圖12 室內TRS 干擾優化前后PDCP 速率對比

3 結語

本文基于對室內外干擾與速率提升的研究，通過對室內外SSB 波束對齊、SIB1 周期對齊、CSIRS對齊及TRS周期對齊打孔等方案進行實例驗證，有效降低室外宏站對室分覆蓋和業務的干擾，室內下行速率顯著提升。大規模的5G 室內外網絡建設和應用，對網絡干擾性提出了更高要求，本文同頻干擾原理及實例方案可為5G 網絡室內外干擾優化和用戶速率體驗提升提供參考。