陳濤，李行政，韓云波，張冬晨

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 大氣波導對TD-LTE系統(tǒng)的干擾

1.1 大氣波導產(chǎn)生原理

大氣波導效應是在一定的氣象條件下，在大氣邊界層尤其是在近地層傳播的電磁波，受大氣折射的影響，其傳播軌跡彎向地面，當折射曲率超過地球表面曲率時，電磁波部分會被陷獲在一定厚度的大氣薄層內(nèi)，就像電磁波在金屬波導管中傳播一樣，這種現(xiàn)象稱為電磁波的大氣波導傳播。根據(jù)ITU-R P.452建議書中的描述，大氣波導屬異常（短期）干擾傳播機理，在某些條件下信號傳播損耗可近似等于自由空間損耗。

大氣波導類型主要包括表面波導、蒸發(fā)波導與懸空波導。表面波導的一個顯著特點是波導頂?shù)拇髿庑拚凵渲笖?shù)小于地面的大氣修正折射指數(shù)，一般發(fā)生在300 m以下的邊界層大氣中，表面波導一般出現(xiàn)在大氣較穩(wěn)定的晴好天氣里；蒸發(fā)波導是海洋大氣環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)的一種特殊的表面波導，它是由于海面水汽蒸發(fā)使得在海面上很小高度范圍內(nèi)的大氣濕度隨高度銳減而形成的；懸空波導是下邊界懸空的大氣波導，一般發(fā)生在3 000 m高度以下的對流層低層大氣中，它通常是由一個懸空陷獲層疊加到一個懸空基礎層之上而構(gòu)成。移動通信系統(tǒng)受到的大氣波導主要為表面波導或蒸發(fā)波導。

1.2 TD-LTE大氣波導干擾問題與危害

TD-LTE系統(tǒng)上下行同頻，通過GP(保護間隔)來區(qū)分上下行信號，在存在大氣波導效應時，遠處基站下行信號在經(jīng)歷GP的保護距離后仍有較強的功率（傳播損耗較?。?，從而造成遠距離同頻干擾，如圖1所示。

在TD-LTE系統(tǒng)采用9：3：2的特殊子幀配置時，GP占用3個OFDM符號，對遠端基站的信號傳播保護距離為64 km；在TD-LTE系統(tǒng)采用3：9：2的特殊子幀配置時，GP占用9個OFDM符號，此時可以將信號傳播保護距離為192 km，具體計算公式如（1）所示。

保護距離=光速×(GP符號數(shù)/14)/1 000 000 (1）

因此為了抑制TD-LTE系統(tǒng)的大氣波導干擾，最直接的方法是將特殊時隙配置從 9：3：2調(diào)整至 3：9：2，增大GP的保護距離，調(diào)整后干擾與被干擾小區(qū)間信號傳播距離至少為192 km。

大氣波導干擾具有強度大、范圍廣的特點。干擾嚴重時部分地市的受干擾小區(qū)數(shù)可達50%以上，造成用戶投訴爆炸式增長；同時，大氣波導干擾可造成接收機IoT抬升20～30 dB左右，對網(wǎng)絡的接通、保持、切換性能造成惡略影響。

圖1 TD-LTE遠距離同頻干擾原理

1.3 TD-LTE大氣波導干擾特征

TD-LTE大氣波導干擾具有明顯的時域、頻域及空域特征，可從空域、時域、頻域三個維度識別TDLTE大氣波導干擾，實現(xiàn)大氣波導干擾的快速響應。

空域特征：發(fā)生大氣波導干擾時會使區(qū)域內(nèi)受干擾小區(qū)數(shù)目大幅增加，而隨著大氣波導效應的消除，受干擾小區(qū)數(shù)回歸正常水平。

時域特征：符號級別受干擾功率呈斜坡下降特征，即從UPPTS開始受干擾，直至上行子幀的最后一個符號干擾逐漸減弱。

頻域特征：由于在發(fā)生大氣波導干擾時主要受遠端基站CRS信號的干擾，受擾小區(qū)PRB0-PRB99呈現(xiàn)底噪整體抬升的干擾波形。同時，由于干擾源基站PSS及SSS信號影響，受干擾小區(qū)中間6個PRB（PRB47-PRB52）的干擾功率可能較強。

2 大氣波導干擾定位與優(yōu)化平臺

2.1 技術(shù)原理

大氣波導干擾定位功能主要依賴于基站特征序列的發(fā)射。具備該功能的基站會在特殊子幀下行符號發(fā)送特征序列，在上行符號進行檢測，可通過檢測特征序列獲取干擾源基站eNode B ID信息，因此在發(fā)生大氣波導干擾時，通過特征序列的發(fā)射與檢測，可精準定位干擾源基站。

具體來講，對于開啟特征序列功能的小區(qū)，會在特定幀上DwPTS的最后兩個OFDM符號上發(fā)送特征序列，特征序列共包含4種不同的組合。TD-LTE系統(tǒng)的幀編號為0-1023，因此小區(qū)會根據(jù)eNode B ID的后10位確定發(fā)射特征序列的幀號，根據(jù)eNode B ID的9-10位確定所選擇的特征序列格式，因此目前可區(qū)分4 096個基站。

在受到大氣波導干擾時，執(zhí)行特征序列檢測功能，即在每個無線幀上，基站需要保存第一個半幀的UpPTS和第一個正常上行子幀共16個符號的時域數(shù)據(jù)，然后分別與本地保存的4條特征序列進行時域相關(guān)，找出相關(guān)峰，解析出eNode B ID的第9～10 bit，并根據(jù)檢測特征序列所在的無線幀號計算出干擾源eNode B ID的低10 bit，從而得到干擾源eNode B ID的低12位。在實際使用過程中，將特征序列檢測結(jié)果與工參中所有開啟該功能的基站eNode B ID的后12位進行匹配，而后通過一定的算法可以唯一確定干擾源基站。

2.2 工具設計

為了快速完成全網(wǎng)范圍大氣波導干擾特征序列檢測結(jié)果的匹配與分析，需要借助信息化手段進行大數(shù)據(jù)的處理，快速完成海量數(shù)據(jù)的檢查、匯總、分析、結(jié)果呈現(xiàn)等功能，大氣波導干擾定位與優(yōu)化平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)接受人工上傳或采集OMC服務器上存儲的各省工參和特征序列檢測原始數(shù)據(jù)文件，執(zhí)行如下數(shù)據(jù)處理步驟。

圖2 大氣波導干擾定位與優(yōu)化平臺

步驟1：對原始數(shù)據(jù)的格式和數(shù)據(jù)有效性進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)空行、數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)類型錯誤，范圍錯誤等問題，將輸出原始數(shù)據(jù)問題報告，由數(shù)據(jù)操作人員糾正錯誤數(shù)據(jù)后，重新執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。

步驟2：平臺將工參等經(jīng)常使用的公共數(shù)據(jù)存入Redis數(shù)據(jù)庫，以便供各分析和顯示模塊調(diào)用。

步驟3：逐行分析特征序列檢測原始數(shù)據(jù)，做如下算法處理：

（1）利用特征序列和工參數(shù)據(jù)找到所有可能的干擾源參數(shù)。

eNode B ID與檢測特征序列的匹配規(guī)則：目前工參中eNode B ID一般采用10進制的表示方式，如某eNode B ID為868039，將該10進制的eNode B ID轉(zhuǎn)化為2進制后為1101 0011 1110 1100 0111，一共為20個bit，如果轉(zhuǎn)換后不足20個bit，應在前面補0～20個bit。將特征序列檢測后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為2進制的表示方式，如2193轉(zhuǎn)換為2進制后為1000 1001 0001，轉(zhuǎn)換后不足12位的在前面補0～12位，而后與所有的eNode B ID的2進制表示的后12位進行匹配。

（2）對可能的干擾源做篩選。

按照工參配置信息規(guī)則匹配。在待確定的eNode B ID列表中，如果eNode B ID未開啟基于特征序列的大氣波導干擾檢測功能則排除該基站；確定的eNode B ID列表中，如果eNode B ID對應小區(qū)的EARFCN與檢測小區(qū)的EARFCN都不相同，則排除該基站。

按照檢測符號——距離的規(guī)則匹配。根據(jù)被檢測小區(qū)的特殊子幀配置是 3：9：2或 9：3：2或 10：2：2來判斷大致的地理位置關(guān)系，若多個連續(xù)的符號檢測到同一個序列，則按照符號對應距離限制較遠的符號進行匹配。如表1所示，若小區(qū)在第6個上行符號檢測到某特征序列，則干擾源基站與該小區(qū)的地理位置最大為300 km(干擾源特殊子幀配置為3：9：2)。

若未有匹配的基站，則提示該特征序列未成功匹配。若有多個匹配的基站，則根據(jù)地理位置關(guān)系選擇與檢測小區(qū)天線主瓣夾角最小的基站作為該序列對應的干擾源基站。

步驟4：系統(tǒng)將檢測結(jié)果和統(tǒng)計數(shù)據(jù)存入GP數(shù)據(jù)庫，供前端顯示。

2.3 結(jié)果展示

表1 符號與地理位置的對應關(guān)系

目前平臺可以根據(jù)輸入的大氣波導干擾特征序列檢測信息，確定城市間互相干擾關(guān)系，統(tǒng)計維度包含累計被檢測次數(shù)和累計干擾功率，通過長期累計可確定存在穩(wěn)定干擾關(guān)系的城市對。輸出結(jié)果示例如表2所示。

同時，平臺也可輸出重點干擾源小區(qū)并進行精細化分析，可視化界面如圖3所示。使用該界面，可以按照既定的被檢測次數(shù)和累計干擾功率門限篩選干擾源基站，并對這些干擾源基站的功率配置、天線下傾角、天線掛高等信息進行CDF分析統(tǒng)計，摸索造成重點干擾源基站的規(guī)律。在進行大氣波導干擾優(yōu)化時，應優(yōu)先對這些重點干擾源進行優(yōu)化調(diào)整，減小這些干擾源基站對其他小區(qū)的干擾影響。

表2 城市間干擾關(guān)系

2.4 基于平臺結(jié)果的優(yōu)化

目前大氣波導干擾優(yōu)化的手段主要包括特殊子幀配置調(diào)整、錯頻組網(wǎng)、天饋調(diào)整等手段， 時域維度主要是將特征子幀配置由9：3：2調(diào)整至3：9：2，增大信號傳播保護距離，可以從面上降低大氣波導干擾的影響，而錯頻組網(wǎng)及天饋調(diào)整則十分依賴于大氣波導干擾定位的結(jié)果。

基于平臺的輸出結(jié)果，可以確定存在特定干擾關(guān)系的城市對，對這些城市間可以實施錯頻組網(wǎng)方案，從而降低大氣波導干擾的影響。例如城市A與城市1為平臺確定的干擾城市對，則可以選擇城市A使用F頻段前20 MHz頻率（1 885-1 905 MHz），同時城市1使用F頻段后20 MHz頻率（1 895-1 915 MHz），從而減小城市A與城市1間的互干擾影響。

同時，可以根據(jù)平臺輸出的重點干擾源基站的列表實施天饋調(diào)整方案，如降低CRS發(fā)射功率、增大天線下傾角、減小站高等，通過以上調(diào)整措施降低該重點干擾源基站對其它小區(qū)的大氣波導干擾影響。當然，對于這些重點干擾源基站，也可以采用調(diào)整工作頻點的方式消除對其他小區(qū)的干擾影響，如將工作頻點從F頻段（1 885-1 915 MHz）調(diào)整至D頻段（2 575-2 635 MHz）。

圖3 重點干擾源小區(qū)分析界面

3 結(jié)束語

本文對TD-LTE系統(tǒng)大氣波導干擾的原理、干擾影響、干擾特征進行了分析，并著重介紹了目前基于特征序列的大氣波導干擾定位平臺的設計與開發(fā)，該平臺可以確定城市間的互相干擾關(guān)系，篩選全網(wǎng)大氣波導重點干擾源基站，對后續(xù)實施大氣波導干擾精細化優(yōu)化工作具有重要的支撐意義。

[1] 姚展予, 趙柏林, 李萬彪，等. 大氣波導特征分析及其對電磁波傳播的影響[J]. 氣象學報, 2000,58(5):605-616.

[2] 官莉, 顧松山, 火焰，等. 大氣波導形成條件及傳播路徑模擬[J]. 大氣科學學報, 2003,26(5):631-637.

[3] 李行政，張冬晨，姚文聞，等. 一種TD-LTE系統(tǒng)上行干擾三維分析方法[J]. 電信工程技術(shù)與標準化, 2016(06).

[4] 何繼偉，王大鵬，李行政. TDD和FDD移動通信系統(tǒng)鄰頻應用研究[J]. 電信工程技術(shù)與標準化, 2015(06).