5G 700 MHz部署的干擾分析與優(yōu)化研究

孫 健，王 亮，鄭 進(jìn)，施左橋

（1.浙江云端保網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.中國(guó)移動(dòng)溫州市分公司，浙江 溫州 325000；3.中國(guó)鐵塔溫州市分公司，浙江 溫州 325000）

0 引 言

2020年5月，中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)廣電宣布簽署5G共建共享合作框架協(xié)議。此次合作雙方通過(guò)700 MHz和2.6 GHz混合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在容量和覆蓋上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可快速、低成本地部署連續(xù)覆蓋的優(yōu)質(zhì)5G網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足雙方未來(lái)開(kāi)展的物聯(lián)網(wǎng)、直播、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)需求。

為了加快建設(shè)步伐，節(jié)省投資和天面資源，700 MHz的天面解決方案主要有以下3種：（1）天面資源豐富時(shí)，采用新增四端口700 MHz天線；（2）現(xiàn)網(wǎng)天線不支持700 MHz的，更換700 MHz的多頻天線；（3）現(xiàn)網(wǎng)的天線支持700 MHz的，采用合路器接射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU），利舊現(xiàn)有天線[1]。

在最新的中國(guó)移動(dòng)2021年度業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)董事長(zhǎng)楊杰表示，目前700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)展順利，通過(guò)與廣電共建共享，2021年共建設(shè)700 MHz基站20萬(wàn)個(gè)，2022年計(jì)劃再建設(shè)28萬(wàn)個(gè)，實(shí)現(xiàn)700 MHz網(wǎng)絡(luò)全國(guó)覆蓋。

中國(guó)廣電自2020年開(kāi)始快速推進(jìn)700 MHz清頻工作，然而清頻工作涉及廣電多個(gè)地面數(shù)字電視頻道和地面模擬電視頻道的處置，工作量大，同樣耗資巨大，整體進(jìn)度較慢。因此，中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)廣電普遍采用“邊建設(shè)、邊移頻、邊運(yùn)營(yíng)”的總體思路建設(shè)700 MHz網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)階段，隨著700 MHz網(wǎng)絡(luò)的快速部署和應(yīng)用，用戶流量快速增長(zhǎng)。但由于廣電700 MHz清頻工作尚未完成，在部分區(qū)域會(huì)形成對(duì)覆蓋和速率的干擾，影響用戶體驗(yàn)和感知。為有效解決現(xiàn)階段700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)的干擾問(wèn)題，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)分析，并制定規(guī)避干擾的優(yōu)化方案。

1 700MHz優(yōu)劣勢(shì)

2020年4月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于調(diào)整700 MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，通知指出將原用于廣播業(yè)務(wù)的700 MHz頻段頻率規(guī)劃調(diào)整后用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，并將703～743/758～798 MHz（2×40 MHz）頻段規(guī)劃用于頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）工作方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

700MHz頻段用于5G組網(wǎng)建設(shè)的優(yōu)缺點(diǎn)都很突出，其中優(yōu)點(diǎn)主要是700 MHz頻率低，覆蓋面積廣，可用于郊區(qū)的廣度覆蓋，另外繞射能力強(qiáng)，穿墻覆蓋能力強(qiáng)，可以用于城市的室內(nèi)深度覆蓋。缺點(diǎn)是帶寬小、容量小，無(wú)法作為5G容量主力[2]。因此，700 MHz適用于郊區(qū)的廣度覆蓋場(chǎng)景和城市內(nèi)的室內(nèi)深度覆蓋場(chǎng)景，需要與其他的頻段合理組合，以達(dá)到更優(yōu)的效果。

從覆蓋角度看，700 MHz主要和移動(dòng)2.6 GHz頻段組合進(jìn)行使用。2.6 GHz具有大帶寬和高速率的優(yōu)勢(shì)，是移動(dòng)5G覆蓋的主要頻段，采用載波聚合、補(bǔ)充上行等特性配置能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻段在覆蓋、容量和速率上的互補(bǔ)，改善用戶的使用體驗(yàn)和感知。從容量角度看，700 MHz與2.6 GHz雙層組網(wǎng)可大幅提升5G網(wǎng)絡(luò)的上行邊緣速率，利于滿足視頻會(huì)議、直播、視頻監(jiān)控等對(duì)上行帶寬要求更高的5G業(yè)務(wù)需求[3]。

2 700MHz干擾測(cè)量分析

根據(jù)移動(dòng)公司的指導(dǎo)意見(jiàn)，在地市層面700 MHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用多頻協(xié)同組網(wǎng)的模式，其中網(wǎng)絡(luò)上下行均使用全帶寬30 MHz。同步信號(hào)（Synchronization Signal Block，SSB）配置以地市/區(qū)縣為單位區(qū)域統(tǒng)一，中心頻點(diǎn)配置在干擾最小的地面數(shù)字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）頻道的中間位置。目前，廣電700 MHz清頻尚未完成，大多數(shù)地市存在干擾和強(qiáng)干擾，少部分地市8個(gè)DTMB頻道無(wú)干擾。干擾對(duì)700 MHz網(wǎng)絡(luò)覆蓋、速率、容量以及用戶感知會(huì)造成影響，且干擾越強(qiáng)影響越大。為優(yōu)化700 MHz網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和速率，保障用戶的使用體驗(yàn)，需要對(duì)700 MHz網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)地的干擾測(cè)量，同時(shí)根據(jù)干擾的輕重程度選擇基站側(cè)干擾避讓和干擾隔離方案。

2.1 干擾測(cè)量

干擾測(cè)量由各地市組織，主要采用掃頻測(cè)試分析接收的信號(hào)強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）數(shù)據(jù)頻域底噪波形特征，可明確干擾頻段。每個(gè)廣電頻道的平均干擾采用對(duì)應(yīng)廣電頻道中部分頻段求算數(shù)平均來(lái)計(jì)算（每個(gè)DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬），然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是否有干擾，如果某個(gè)廣電頻道下行平均干擾值大于-105 dBm（掃頻儀RBW設(shè)置為200 kHz）或大于-108 dBm（掃頻儀RBW設(shè)置為100 kHz），則將標(biāo)示此廣電頻道的對(duì)應(yīng)比特位設(shè)置為1（認(rèn)為存在干擾），反之設(shè)置為0，最終得到干擾圖譜。

下行干擾圖譜用4個(gè)0、1比特依次代表廣電頻道DS44、DS45、DS46、DS47， 如“1000” 代表DS44存在干擾。上行干擾圖譜用4個(gè)0、1比特依次代表廣電頻道DS37、DS38、DS39、DS40，如“1000”代表DS37存在干擾。

基站側(cè)有PRB級(jí)別的小區(qū)上行干擾測(cè)量值，反映了天面處干擾強(qiáng)度。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，天面干擾普遍高于道路掃頻測(cè)試干擾，差值為5～30 dBm，所以上行干擾應(yīng)以基站側(cè)干擾測(cè)量值為準(zhǔn)。用0～159個(gè)PRB上行干擾測(cè)量值計(jì)算廣電頻道平均干擾，過(guò)程與用掃頻結(jié)果計(jì)算一樣，每個(gè)DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬。

另外需注意的是，北向文件中小區(qū)上行每PRB干擾測(cè)量值單位是毫瓦分貝，當(dāng)計(jì)算線性平均時(shí)應(yīng)先還原成毫瓦再計(jì)算平均，然后再換算成毫瓦分貝。

2.2 干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)和客戶感知的影響

2.2.1 干擾對(duì)性能指標(biāo)的影響

測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)上行30 MHz全帶寬平均噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）大于-105 dBm時(shí)，基準(zhǔn)參考時(shí)鐘（Primary Reference Clock，PRC）無(wú)線接通率＜98%，無(wú)線掉線率＞2%，指標(biāo)明顯下降（如圖1所示）。

圖1 干擾對(duì)掉線的影響

單個(gè)DTMB頻段干擾大于-80 dBm時(shí)，上行全帶寬頻段內(nèi)地整體干擾會(huì)提升到-105 dBm以上。因此，干擾大于-80 dBm的DTMB頻段需要采用深度濾波抑制干擾，避免引起整體頻段的NI抬升。

2.2.2 干擾對(duì)覆蓋的影響

700MHz網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍由上行邊緣速率確定。測(cè)試結(jié)果顯示，在不同干擾水平下，小區(qū)平均干擾每提升5 dB，上行5 Mb/s速率邊緣點(diǎn)的同步信號(hào)SSRSRP（Synchronization Signal Reference Signal Received Power，SS-RSRP）收縮約3.5 dB，覆蓋范圍收縮21%（如圖2所示）。

圖2 干擾對(duì)覆蓋的影響

理論上，當(dāng)假設(shè)邊緣場(chǎng)景手機(jī)滿功率發(fā)射（23 dBm）、上行信號(hào)與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）需求固定時(shí)，則下行覆蓋參考信號(hào)接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）與上行干擾成線性關(guān)系，即干擾抬升值對(duì)應(yīng)為覆蓋收縮值[4]。

2.2.3 干擾對(duì)速率和容量的影響

從理論角度分析，部分頻段存在干擾將導(dǎo)致整體帶寬頻譜效率下降。一是部分干擾段資源塊（Resource Block，RB）SINR差導(dǎo)致30 MHz帶寬SINR下降，影響全帶寬速率。二是上行阻塞干擾導(dǎo)致接收機(jī)飽和。當(dāng)基站開(kāi)通30 MHz帶寬時(shí)，個(gè)別DTMB頻段強(qiáng)干擾導(dǎo)致基站上行接收機(jī)達(dá)到飽和，無(wú)干擾DTMB頻段底噪被抬升10 dBm以上，上行解調(diào)性能下降，上傳速率惡化。

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，上行速率惡化50%～92%，下行速率惡化9%～23%。在好點(diǎn)的場(chǎng)景下，干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約22 Mb/s，下行速率下降7 Mb/s。當(dāng)上行干擾達(dá)到-65 dBm時(shí)，上行體驗(yàn)速率整體下降比例為92%，當(dāng)下行干擾達(dá)到-81 dBm時(shí)，下行體驗(yàn)速率整體下降比例為9%。在差點(diǎn)的場(chǎng)景下，上行干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約1.7 Mb/s，下行速率下降10 Mb/s。當(dāng)上行干擾達(dá)到-70 dBm左右時(shí)，上行體驗(yàn)速率下降比例為50%，上行干擾大于-65 dBm時(shí)，終端無(wú)法接入。當(dāng)下行干擾達(dá)到-85 dBm時(shí)，下行體驗(yàn)速率整體下降比例為23%[5]。

3 700MHz干擾優(yōu)化方案

經(jīng)理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，當(dāng)上行干擾大于-65 dBm時(shí)會(huì)造成基站設(shè)備接收機(jī)阻塞不能正常工作；當(dāng)上行干擾介于-65～-80 dBm時(shí)需在基站物理層進(jìn)行干擾隔離；當(dāng)上行干擾介于-80～-105 dBm時(shí)可利用3GPP協(xié)議定義的5G NR特性進(jìn)行干擾避讓。

3.1 廣播/控制信道干擾避讓

廣電廣播對(duì)廣播信道的干擾會(huì)導(dǎo)致UE無(wú)法搜索700 MHz小區(qū)以及尋呼不到等問(wèn)題。廣電廣播對(duì)控制信道的干擾導(dǎo)致初始接入失敗、調(diào)度信息重傳導(dǎo)致速率降低等問(wèn)題。控制信道干擾避讓通過(guò)掃頻結(jié)果確定干擾圖譜，基于干擾圖譜制定廣播/控制信道部署方案，并通過(guò)工具配置完成。

3.2 業(yè)務(wù)信道干擾避讓

業(yè)務(wù)信道的頻選方案分為上行頻選方案和下行頻選方案（如圖3所示）。其中上行頻選方案基站通過(guò)SRS質(zhì)量判斷是否要調(diào)用干擾RB頻段，近點(diǎn)用戶基于干擾強(qiáng)度自適應(yīng)判斷調(diào)度全帶寬或無(wú)干擾RB頻段，中遠(yuǎn)點(diǎn)用戶只調(diào)度無(wú)干擾RB頻段。下行頻選方案基站基于終端下行信道質(zhì)量指示（Channel Quality Indication，CQI）反饋，計(jì)算調(diào)度30 MHz帶寬資源和只調(diào)度無(wú)干擾RB帶寬資源體驗(yàn)速率的差異，選取用戶體驗(yàn)速率最高的方式進(jìn)行調(diào)度。

圖3 頻選調(diào)度規(guī)避干擾示例

3.3 干擾隔離

通過(guò)干擾隔離方案，在接收機(jī)物理層完成干擾分離，剔除存在強(qiáng)干擾的頻率資源。

上行干擾隔離方案將上行帶寬頻域上獨(dú)立解調(diào)，或上行接收機(jī)在對(duì)射頻信號(hào)完成模擬/數(shù)字（Analog/Digital，A/D）轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，采用深度濾波方式對(duì)干擾頻段做濾波處理，避免部分頻段強(qiáng)干擾阻塞整個(gè)帶寬，降低干擾對(duì)干擾外其他頻段的影響。

該功能針對(duì)上行收到-80 dBm以上的廣播干擾時(shí)開(kāi)啟，開(kāi)啟后整帶寬的NI有明顯降低（如圖4所示）。

圖4 干擾隔離開(kāi)啟后示例

通過(guò)采用切片濾波器，主設(shè)備廠家可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)干擾頻段的濾波處理，包括兩端開(kāi)始的干擾隔離，或非連續(xù)的多個(gè)頻道干擾信號(hào)的濾波處理。

4 結(jié) 論

通過(guò)以上優(yōu)化方案的實(shí)施，能有效規(guī)避和減少因未完成清退而造成700 MHz網(wǎng)絡(luò)的干擾和性能下降。目前，700 MHz網(wǎng)絡(luò)的部署在大多數(shù)區(qū)域還是采用“邊部署，邊清退，邊優(yōu)化”的方案。本文的干擾規(guī)避方案在近期還具有比較重要的應(yīng)用價(jià)值，也在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了普遍的應(yīng)用和實(shí)踐，其效果也得到了驗(yàn)證。

隨著700 MHz頻段與2.6 GHz頻段混合組網(wǎng)的進(jìn)一步部署，特別是在農(nóng)村和縣郊區(qū)域、城市的室內(nèi)深度覆蓋場(chǎng)景還需要盡快完成廣電頻譜的清退，規(guī)避因干擾引起的網(wǎng)絡(luò)性能的下降，影響用戶感知。