大气波导对5G影响研究
大气波导干扰对5G NR的影响预研和应对措施探讨
收稿日期：2019-06-06
TDD 系统干扰形成的主要原因是施扰基站的下行信 号传输超出了受扰基站上行信号的保护时隙，从而影 响到受扰基站的上行接收，如图 1 所示。多个干扰源 的信号在受扰基站信号叠加还会造成干扰电平增强。 大气波导干扰传播距离甚至可以超过 200 km，可能对 TDD 系统产生大面积干扰，严重时会将底噪抬升至 -95 dBm，影响 RRC 建立成功率、eRAB 建立成功率、 VoLTE 接通率、数据业务掉线率、VoLTE 掉话率、切换 成功率等 KPI 指标。
许国平（中国联合网络通信集团有限公司，北京 100033）
Xu Guoping（China United Network Communications Group Co.，Ltd.，Beijing 100033，China）
摘 要：
关键词：
大气波导效应会对 TDD 移动通信系统产生较强干扰。首先分析了大气波导干
下行信号通过大气波导介质， 长距离穿越 GP，干扰远端站点
大气波导介质 特殊气象条件形成
DwPTS
GP
UpPTS
被干扰站点
干扰源站点
被干扰站点
图 1 TD-LTE 系统大气波导干扰形成原因
扰的成因主要分为 2 种类型，海面蒸发波导与内陆表 面波导。 2.1 海面蒸发波导
沿海地（市）主要受海面蒸发波导的影响。图 2 给 出了处于环渤海区域的城市 A 和城市 B 所受到的该类 型大气波导干扰的时间变化趋势：出现早，消退慢，持 续时间长，全天均有可能存在。从前期实践情况看， 该类型干扰主要集中在环渤海区域和琼州海峡周边 区域。
浅议大气湍流对无线光通信系统的影响
浅议大气湍流对无线光通信系统的影响摘要：当激光波束通过大气湍流时，大气湍流效应造成了光束漂移、强度起伏，光束扩展和像点抖动等现象，导致相干性退化削弱激光通信的质量，从而破坏了激光的相干性。
文章介绍了大气湍流的形成及基本特性，对强度起伏、光束漂移及扩展与到达角起伏进行了分析，并通过研究分析穿过大气湍流后激光波束的变化特征，将会对无线光通信的发展具有十分重要的实际意义。
关键词:大气湍流光束漂移光束扩展强度起伏到达角起伏自激光问世以来，具有保密性好，抗干扰能力强，信息容量大，传输率高，系统尺寸小，重量轻，建造和维护经费低，无需频率许可证等优点。
在通信、雷达、测距、遥感和检测等方面的大量应用有力地促进了无线光通信等方面的研究。
同时，激光特有的高强度、高单色性、高相干性和高方向性诸多特性，使它成为空间通信最理想的载体，因为它增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好，同时容量更大、波束更窄。
然而，在许多使用激光工作的系统，其性能会受到大气的影响，激光的传输介质包含了长距离的大气，如自由空间光通信、激光雷达、激光测距等，其中湍流效应是对激光大气传输影响最大的因素之一。
由于大气湍流引入的相位扰动，光束会产生展宽和漂移，光场的时－空相干性受到干扰甚至破坏；由于大气湍流的存在，当激光穿过其中时，会产生闪烁现象，光场强度分布也会发生起伏，大气折射率会发生微小的起伏。
这些效应会削弱光束质量，本文具体分析了随机大气信道湍流效应的各种影响因素，为避免影响自由空间光通信系统、激光雷达系统、激光测距系统的性能，提出了一些具有实用价值的建议，将会对提高大气光学系统的性能有实际的意义。
1 大气湍流效应大气温度的随机变化引起大气密度的随机变化，人类活动和太阳辐照等因素将引起大气微小温度的随机变化，从而形成大气的湍流，它是大气折射率导致的随机变化。
这些变化使湍流大气中传输光束的波前也将作随机起伏，它们的变化的累积效应导致折射率轮廓的明显不均匀性，由此引起光束漂移和扩展，强度起伏和像点抖动等一系列光传输的大气湍流效应。
5G网络大气波导干扰防范研究
A f t ••从修正折射指数 水平距离 海面图1大气波导传播示意经科学研究表明，电磁波若要形成波导传播，必须满足4 个基本条件：(1 )近地层或边界层某一高度必须存在大气波导层。
(2) 电磁波的波长必须小于最大陷获波长（频率高于最低陷获频率）。
(3)电磁波发射源必须位于大气波导层内。
对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时，也可形成波导传播， 但此时发射源必须距波导底不远，且波导必须非常强。
(4) 电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。
中国联通现有厘米波段满足波导传播形成的频率条件，东部沿海区域基本满足波导传播形成的地理条件，因此5G 网 络有极大概率出现波导传播的现象。
1.2波导干扰原理波导形成的超远传播对现有FDD 网络不造成严重影响， 仅会出现测量到超远信号的现象，但由于终端上行发射功率 和基站侧前导配置限制，导致用户不会接人超远传播的小区，因此对用户实际感知无明显影响。
而5G 网络作为TDD 网络，系统上下行时分复用，需要遵循严格的时间同步，否则下行信号落在上行时隙，会导致严重的上行干扰，影响5G 网络正常使用。
N R 的帧结构与子载波带宽相关，共支持15kHz 、30kHz 、60kHz 、120kHz 、240kHz 五种子载波带宽配置。
NR上下行帧长均为l 〇ms ,分为10个长度为lm s 的子帧，每个时隙固定包含14个OFDM 符号，每个子帧所包含的OFDM 符号数由 |su b fram e ,//_slot vsubframe,pv s y m b 一s y m b slot厌疋。
表1 N R 普通C P 下帧结构\7slo t^vsy m b^fra m e ,/i2" 15 [k H z ]014101151142023021440460314808120414160162405G 天地(2019年度“嘉环杯”获奖论文三等奖）5G 网络大气波导干扰防范研究周奕昕1全诗文2赵煜1张国光11.中国联合网络通信有限公司江苏省分公司；2.中国联合网络通信有限公司南京市分公司摘要：不同于传统4G 网络，5G 网络制式更偏向于TDD 双工，因此在域同步上提出了更高的要求，需提前关注和研究5G 网络特有的干扰问题。
2.6ghz频段5g大气波导干扰研究
1 引言大气波导现象能够使TDD 下行无线信号超远传播，而如果传播距离超过TDD 系统上下行保护时隙（GP ）的保护距离，将导致远端TDD 下行无线信号干扰到本端上行无线信号。
TD-LTE 受大气波导干扰影响小区主要为F 频段，但也有一定数量的D 频段小区受到影响。
以山东为例，受影响D 频段小区约有2400个，占D 频段小区比例约为1.6%，干扰源9.28%为省内干扰源。
中国移动5G 为TDD 制式，使用2.6GHz 频段，与LTE D 频段基本重合，存在受大气波导干扰的风险。
本文基于4/5G 信号发射特点及当前配置，分析了5G 大气波导干扰来源及特点。
基于TD-LTE 经验，提出5G 大气波导干扰应对建议，以降低干扰影响，提升5G 用户感知。
2 5G大气波导干扰来源大气波导干扰发生在同频段的小区之间。
如图1所示，现阶段5G 小区与LTE D 频共用2.6G 频段组网，短期内会存在未退频的LTE D1/D2频点，所以2.6GHz 频段 5G 网络大气波导干扰可能来自5G 内部及TD-LTE D 频段。
2.6GHz频段5G大气波导干扰研究李常国 李国强 贺庆山东省属于大气波导频发地区，TD-LTE 网络饱受大气波导干扰影响，2.6GHz 5G 为TDD 制式，同样存在大气波导干扰风险。
本文针对2.6GHz 频段5G 网络可能受到的大气波导干扰开展研究，基于5G 无线技术特点分析主要大气波导干扰来源，并提出相应的应对建议。
大气波导 远端干扰 4&5G 干扰协同摘 要：关键词：（中国移动山东公司，济南 250001）大气波导干扰的强度与TDD 系统上下行保护时隙（GP ）紧密相关。
现阶段配置下5G 帧结构与现网TD-LTE D 频帧结构(DDDSU)保持同步，5G 时隙配比8:2，LTE 子帧配比3:1。
如图2所示，该配置下5G 和TD-LTE 具有相同的GP长度。
从频域及时域帧结构上看，5G 和TD-LTE D 频小区有同样的概率造成大气波导干扰影响5G 网络。
47-5G中大气波导干扰
5G中大气波导干扰现象本文有两个缩写名词，先熟悉下：RIM Remote Interference Management（远端干扰管理）IoT interference over thermal（热干扰）什么是大气波导现象？英文是：atmospheric ducting phenomenon在某些天气条件下，地球大气中较高高度的低密度会导致折射率降低，使信号向地球反射。
在这种情况下，信号可以在高折射率层（即大气波导）中传播，因为反射和折射是在具有低折射率材料的边界处遇到的。
在这种被称为大气管道的传播模型中，无线电信号的衰减较小，并且传播的距离远大于正常的辐射范围。
这一现象通常发生在内陆地区的春夏过渡期、夏秋过渡期和沿海地区的冬季。
大气波导现象通常影响的频率范围在0.3ghz-30ghz之间。
在上下行链路传输方向相同的TDD网络中，使用间隙（Gap）来避免交叉链路干扰。
然而，当大气波导现象发生时，无线电信号可以传播较长的距离，传播延迟超过了间隙（Gap）。
在这种情况下，如下图所示，攻击者基站的下行链路信号可以传播很长的距离并且干扰远离攻击者的受害者基站的上行链路信号。
这种干扰在这里被称为“远程干扰”（Remote Interference）。
攻击者（Aggressor）对受害者（Victim）的距离越远，受害者的上行链路符号将受到的影响越大。
图1： TDD-LTE远端干扰在TDD-LTE网络中，特殊子帧中的GP只有3个OFDM符号，最大保护距离是64KM。
超过这个距离，远端基站的下行就会落到本地基站的上行中，所以会导致远端干扰。
当发送大气波导现象时，受干扰基站的热噪声干扰呈“倾斜”现象，如下图：图2： TDD-LTE受扰基站的IOT表现从上图可知，越靠近Gap的上行符号，干扰越强。
这背后的原因是，远程干扰是由来自不同距离的多个远程基站的累积信号引起的。
具体地说，如图3所示，侵略者1是与受害者最近的侵略者，它只会在受害者的间隙（Gap）之后对第一个上行链路符号造成干扰。
大气波导对TD—LTE无线通信产生干扰问题的分析
２．１．２ ＴＤ．ＬＴＥ大气波导干扰 时间特 征
干扰 多发生在晚２ｌ点到次日上午９点之 间，９点之后一般
自动 消失 （见表 １）。
２．１．３ ＴＤ．ＬＴＥ大气波导干扰地 域 特征
远距离同频干扰影响范围较大 ，农村及城郊受限影响小
区数 明显 多于城 区。邯 郸 涉及 大 气波 导 的区域 主 要 为 东部 相
层之 间滚轮式地 向前传播，使电磁波产生超折射的大气层称
为 大气 波 导层 ｊ。
１．２ 大气波导 干扰 的原理
在 “大气波导”效应下，电磁波通过波导层进行传播，可
以绕过地平面，实现超远距传 输，传播损耗很小 （近似于自
图 １ 干 扰 波 形 特 征
由空 间传播）。由于远距 离传输时间超 过ＴＤＤ系统的上下行 Βιβλιοθήκη 第 １划 ２０１８年 ｌ川
无 线 互 联 科 技 ·无 线 天 地
ＮＯ。１ １ａｎｕａＦｖ，２０１８
示 ，向后 移频 １ ５ Ｍ后， 频 计孚扫描 工具 ｔ口 以清晰 地 看 干扰到本 小区的上行符号数 随之增 加，表现在时域 上就会
到，ｌ ９００ ＭＨｚｌ／， －底 九抬 厂ｌ‘，可以简单判断干扰为系统内 自左到右成减弱的趋势，极端情况下将形成对整个 上行符号
设在一定的波导强度△ 下，根据公式 ＝４２×１０ ．△ 推 到 出Ｉ临界角。定 向天 线 垂直 方 向图如 图５所示 。
圜 Ｄ Ｌ Ｓｌｏｔ● ＤｗＰＴＳ口 ６。口 ＵｐＰＴＳ口 ｕｐ 。ｔ
图４ 传 输 时延 干扰
大 ，将 特 殊 子 帧 配 置 为 ６（９：３：２），ＧＰ符 号 数 ３，修 改 为 ５（３：９：２），ＧＰ符 号 数９，增 加 保 护 间隔 ，来规 避 一定距 离内 的干 扰 。
5G网络中大气波导干扰分析与研究
5G网络中大气波导干扰分析与研究摘要：大气波导效应会致使移动网络通信中TDD系统产生超远距离干扰，更为严重的是影响网络性能指标。
本文将重点研究分析5G网络中大气波导干扰的成因，并且分析大气波导对5G网络性能指标的影响，重点研究参数配置方式规避大气波导受干扰小区，降低大气波导干扰影响，保障5G网络质量。
关键词大气波导干扰 5G网络1、引言在一定气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，电磁波部分会被陷在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播。
大气波导现象能够使得TDD制式4、5G网络的下行无线信号传播很远，由于传播距离超过TDD制式4、5G网络上下行保护时隙（GP）的保护距离，导致这种远端下行无线信号干扰到近端的上行无线信号。
无线信号通过波导传播容易形成远端的大气波导干扰ADI（Atmospheric Duct Interference）。
大气波导问题早TD-LTE阶段就存在，其干扰特点和影响范围也很典型，干扰强度较大，必须要重点、尽快解决。
从中国境内所测大气波导干扰ADI分布状况图上看，大气波导干扰ADI多发生在环渤海湾、海南沿海、华北平原等沿海以及中东部平原地区，通常发生在四月到十月之间。
2、大气波导分类及产生机理大气波导通常分为三类：表面波导、悬空波导和蒸发波导，其中蒸发波导一般发生在海洋大气环境，表面波导和悬空波导在陆地和海洋环境中都存在。
在无线通信中，涉及到大气波导影响的主要是表面波导。
形成表面波导的天气条件主要为晴朗无风或者微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象；或者雨过天晴之后，也会出现类似的现象。
研究表明影响大气环境中电磁波传播特性的主要因素为大气折射率，对于频率在100GHz以内的电磁波，大气折射率n或大气折射指数n与大气温度T、大气压力P和水汽压e之间的函数关系为：当远距离传输时，考虑地球的曲率对传播的影响。
5G通信中的视距信号大气衰落特性研究
5G通信中的视距信号大气衰落特性研究*下一代5G 通信网络将频段扩展到1 GHz —100 GHz ，而已有微波传播模型基于经验假设，精细化结构不足，针对这个问题，建立大气精细化模型并定量分析了大气气体、降水、云雾和沙尘导致的视距信号衰落特性。
研究表明，不同相态的降水、水雾和沙尘对高频信号存在强烈衰减，尤其是降水在6 GHz 以下的衰减也不能忽略，可为5G 通信的网络优化、通信基站的功率控制、利用5G 信号衰落反演大气参数等方面提供基本参考。
5G 通信；大气衰落；大气粒子；谱分布（国防科技大学气象海洋学院，江苏 南京 211101）刘西川，贺彬晟**，印敏，高太长，宋堃doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.09.002 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2018)09-0009-07引用格式：刘西川,贺彬晟,印敏,等. 5G通信中的视距信号大气衰落特性研究[J]. 移动通信, 2018,42(9): 9-15.【摘 要】【关键词】Research on Atmospheric Fading Characteristics of LOS Signal in5G CommunicationsThe frequency band of the next-generation 5G communication networks expands to 1 GHz—100 GHz. The existing microwave propagation models based on the empirical assumptions are with insuffi cient refi ned structures. According to this problem, the refi ned atmospheric model is established, and then the fading of LOS signals caused by gas, precipitation, cloud and fog, dust are analyzed quantitatively. The results show that the rainfall, snowfall, water fog and sand have a signifi cant infl uence on the high frequency microwave, especially for that the attenuation induced by rainfall below 6GHz. This paper can provide a basic reference to the network optimization of 5G communication, power control of base station, inversion of atmospheric parameters by 5G signals.5G communication; atmospheric fading; atmospheric particles; spectral distribution(College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Nanjing 211101, China)LIU Xichuan, HE Binsheng, YIN Min, GAO Taichang, SONG Kun[Abstract][Key words]1 引言随着第5代移动通信技术（5G ）的发展，利用更大范围的低频和高频频谱资源才能满足移动互联网、物联*基金项目：国家自然科学基金项目（41505135，41475020）；江苏省自然科学基金（BK20150708）**通信作者收稿日期：2017-09-19网等对传输速率越来越高的要求[1]。
大气波导效应对LTE网络的影响
大气波导效应与解决方案1 前言对于时分双工模式（TDD）系统，要求基站保持严格的时间同步。
不同基站之间的时间同步包括帧头同步和上下行转换同步。
传统的同频干扰可以通过优化频点配置、干扰白噪化、功率控制、干扰协调、波束赋型等方式来对抗。
同时，由于TDD系统的上行和下行传输共享同样的频率，TDD系统中除存在传统的小区间的干扰外，还存在远端基站的下行信号干扰目标小区上行信号的情形。
TDD系统的远距离同频干扰发生在相距很远的基站间。
随着传播距离的增加，远端发射源的信号经过传播延迟到达近端同频的目标基站后，可能会进入目标基站的其他传输时隙，从而影响近端目标系统的正常工作，如图1所示。
由于基站的发射功率远大于终端的发射功率，因此远距离同频干扰主要表现为远端小区下行信号干扰近端目标基站的上行接收。
2 成因分析产生远距离同频干扰，必然是发生了超过保护间隔以上的超远距离传输。
商用的TDD系统，如SCDMA（大灵通）和TD-SCDMA均已证实远距离同频干扰的存在性。
远距离同频干扰的发生与信号传输环境和基站高度等有关。
主要因素在“低空大气波导”效应下，电磁波好像在波导中传播一样，传播损耗很小（近似于自由空间传播），可以绕过地平面，实现超视距传输。
当远处基站达到一定的基站高度级别时，在存在“低空大气波导”现象的情况下，远处基站的大功率下行信号可以产生远距离传输到达近处基站。
由于远距离传输时间超过TDD系统的上下行保护间隔，远处基站的下行信号在近处基站的接收时隙被近处基站收到，从而干扰了近处基站的上行接收，产生TDD系统的远距离同频干扰。
大气波导是一种特殊天气下形成的大气对电磁波折射效应，各地分布不同：南海地区春秋冬季出现较多；东部沿海夏秋季出现较多；西北地区春秋冬季出现较多。
我国东南部波导出现傍晚多于早上，西北地区则是早上多于晚上。
辅助因素基站的发射天线与接收天线高度要求高于周围的建筑物，否则信号很容易被建筑物阻挡。
当天线高度足够高时，远端基站下行信号在“抵抗大气波导”效应下可能会发生超远传输，干扰近端的上行信号。
5G通信网络优化最佳实践之5G干扰问题分析
5G通信网络优化最佳实践之5G干扰问题分析目录(Contents)5G干扰问题分析 (i)1概述 (3)1.1 5G频谱资源 (3)1.2 5G部署环境 (3)2干扰问题定位指导 (4)2.1 干扰排查方法 (4)2.1.1常见干扰场景说明 (4)2.1.2小区上行干扰评估 (5)2.1.3上行干扰特征快速判断 (5)2.1.4时域类干扰分析 (7)2.1.5下行干扰分析 (11)3湛江处理案例 (12)3.1 邻区SSB波束干扰导致的SSB SINR低 (12)3.2 子帧配比不一致干扰 (14)3.3 广播卫星干扰 (15)3.4 800M模块互调干扰 (17)4扫频指导 (21)4.1 常用仪器设备说明： (21)4.2 扫描步骤介绍 (22)1 概述1.1 5G频谱资源三大运营商已经获得全国范围5G中低频段频率使用许可。
中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G频率资源；中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz 频段共260MHz的5G频率资源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE（4G）频段；中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源。
中国电信3400MHz-3500MHz，中心频点 630000（3450.000MHz）， 100M带宽下SSB频点=630000-12=629988。
1.2 5G部署环境继许可三大基础电信运营企业5G使用频率之后，为保障我国第五代移动通信系统(5G)健康发展，协调解决5G基站与卫星地球站等其他无线电台(站)的干扰问题，规范协调管理方法，工业和信息化部也印发了《3000-5000MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台(站)干扰协调管理办法》(工信部无〔2018〕266号，以下简称《办法》)。
大气波导在现代化战争中的战术应用浅析
大气波导在现代化战争中的战术应用浅析一、大气波导技术基本原理大气波导是一种利用大气层中的电离层和对流层作为通信介质传输电磁波的技术。
通过大气波导技术，可以实现长距离、抗干扰的通信，并且能够克服传统无线通信中容易受到地形、电磁干扰等因素的影响的问题。
其基本原理可以简单描述为电磁信号经由电离层或对流层的反射和传播，从而实现远距离通信。
1. 军事通信大气波导技术在军事通信中有着广泛的应用前景。
传统的无线通信在复杂的作战环境下容易受到地形、电磁干扰等因素的影响，但大气波导技术可以克服这些问题，实现长距离的通信，并且具有抗干扰能力强的特点。
在现代化战争中，军事通信是非常重要的，通过大气波导技术可以实现远距离、高效率的通信，保障指挥部和作战单位之间的及时、准确的通讯，提高战争的指挥效率。
2. 情报收集大气波导技术可以用于军事情报的收集与传输。
通过大气波导技术，可以实现对远距离目标的高效情报收集，并且能够避免敌方的干扰和监听。
在现代化战争中，情报收集对于军事作战至关重要，通过大气波导技术收集情报，可以更好地保障作战单位的安全，提高作战的胜算。
3. 指挥调度大气波导技术还可以用于军队的指挥调度。
在作战指挥过程中，需要大量的及时和准确的信息交换，而传统的无线通信技术受地形和电磁干扰的影响，有时无法及时到达指挥部和作战单位。
而大气波导技术可以解决这些问题，实现策略性、战术性的指挥调度，提高指挥效率和作战的灵活性。
4. 部队联络大气波导技术还可以用于军队的联络通信。
在复杂的作战环境中，部队之间需要进行及时、准确的联络通信，而大气波导技术可以帮助部队之间实现长距离、高效率的联络，保障作战单位之间的紧密协作，提高作战的整体效率。
三、大气波导在现代化战争中的发展趋势目前，大气波导技术还处于不断发展和完善的阶段，未来的大气波导技术有望在现代化战争中发挥更加重要的作用。
随着通信技术的不断进步和军事需求的不断增加，大气波导技术将会朝着更加高效、安全、稳定的方向不断发展。
5G 2.6G网络大气波导干扰应对策略研究与应用
5G 2.6G网络大气波导干扰应对策略研究与应用
虞辉;魏志刚;陈康
【期刊名称】《江苏通信》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】中国移动5G网络包括2.6G、4.9G、700M等多个频段,由于仍采用TDD组网模式,在特定天气条件下,远距离站点的下行信号易在大气波导中长距离传输,落在近端的上行信号接收时段内,形成波导干扰,进而造成网络质量和用户通信质量感知的波动。
主要研究了2.6G频段波导干扰的发生规律、应对方案和实际应用效果,进而总结了一套5G波导干扰应对方法和措施体系。
【总页数】4页(P18-21)
【作者】虞辉;魏志刚;陈康
【作者单位】中国移动通信集团江苏有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.大气波导干扰对5G NR的影响\r预研和应对措施探讨
2.5G网络大气波导干扰研究
3.5G网络大气波导干扰防范研究
4.5G大气波导干扰分析与测试
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5G网络中的大气波导研究
5G 网络中的大气波导研究郭建光1，赵亚锋2，刘旸1，李丹1(1 中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021; 2 中国移动通信集团河北有限公司，石家庄 050021）摘 要 5G网络主要采用时分系统，其应对大气波导的特点以及能力均跟4G网络有很大的差异性。
如何运用5G网络的新特点和新技术来更好地规避大气波导的影响，成为目前业界的研究重点。
本文从大气波导的形成原理、对5G网络的影响因素和5G网络的规避措施等几个方面进行了重点分析，以期为5G网络的建设提供相关的参考和借鉴，更好的服务于5G网络建设。
关键词 5G；大气波导；干扰分析中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2021）04-0057-04收稿日期：2020-11-13大气波导在TD-LTE 系统时代已有相关研究，为了应对大气波导的影响，可以采用建设LTE FDD 网络来替代TD-LTE 网络。
在4G 时代，由于采用的网络制式和频段均有可选择的余地，可以通过布局频分系统来进行大气波导的规避。
在5G 时代，由于绝大多数5G 系统均为时分系统，且5G 的大带宽特性决定了5G 系统不像4G 系统一样，可通过换频点和换制式的方式来规避大气波导对5G 系统的影响。
因而，大气波导对5G 系统的影响程度，以及5G 系统的规避方案均需要进行深入研究。
1 大气波导形成原理在一定的气象条件下，电磁波在大气边界层容易受到大气折射的影响，从而使得电磁波的传播轨迹向地面弯曲。
当地球表面曲率与电磁波传播曲率小的时候，电磁波就像在波导管中传播一样，会被陷获在一定厚度的大气薄层内，该现象被称为大气波导传播，如图1所示。
大气波导对于时分的通信系统会造成远距离的同频干扰。
根据大气波导的形成原理，大气波导通常分为表面波导、悬空波导和蒸发波导3类。
表面波导和悬空波导在陆地和海洋环境中都存在，蒸发波导一般发生在海洋大气环境。
5G NR 和TD-LTE 时分系统受到的大气波导主要是表面波导。
大气波导在现代化战争中的战术应用浅析
大气波导在现代化战争中的战术应用浅析
大气波导是一种利用大气层中的等离子体媒质来传导电磁波的技术。
在现代化战争中，大气波导的战术应用可以为军事通信、雷达探测、导航定位等方面提供新的解决方案。
本
文将对大气波导在现代化战争中的战术应用进行浅析。
大气波导在军事通信中的应用。
传统军事通信系统常常受到地形限制和天线高度限制
等因素的影响，通信距离有限。
而利用大气波导进行通信可以有效地扩展通信距离。
通过
发射电磁波进入大气波导，可以利用大气层的等离子体反射和折射特性，使信号沿着大气
波导传播，从而实现远距离通信。
这对于军队在战场上进行指挥、联络和情报传输非常重要，提高了指挥决策效率和保障了信息安全。
大气波导在雷达探测中的应用。
雷达是军事作战中非常重要的侦察武器装备，其主要
作用是探测和跟踪目标。
传统雷达的工作范围受到地球曲率和大气吸收衰减的限制，通常
只能监测到地平线以内的目标。
而利用大气波导可以解决这一限制，使雷达信号能够利用
大气层的等离子体反射和折射特性，实现地平线以外目标的探测。
这对于提高侦察目标的
覆盖范围以及识别和追踪敌方目标的能力具有重要意义。
大气波导在现代化战争中具有重要的战术应用。
其在军事通信、雷达探测和导航定位
等方面的应用可以有效地扩展军事作战中的通信距离、提高雷达探测范围以及在复杂环境
中实现精确导航定位。
随着技术的不断进步和发展，大气波导将更加广泛地应用于现代化
战争中，为军事作战提供更好的支撑和保障。
典型5G上行干扰处理全攻略
一、问题描述随着对于移动网运营商而言，频谱资源是其最有价值的资产之一，而干扰是最可怕的敌人之一。
随着网络演进，组网结构越来越复杂，网络中会出现各种各样的信号源。
当这些非网络服务信号落入NR 的上行接收带内时，就会造成网络的上行干扰，大量的网络问题往往是由干扰引起的。
本文从系统外和系统内两个维度，针对阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰、时钟失步干扰、异常信号源同频干扰、邻区终端干扰六类上行干扰，深入分析5G网络上行干扰的原因，并给出解决建议措施，致力于打造纯净5G网络环境。
二、分析过程所谓干扰，即无用的电磁波信号，其实是一个相对概念。
对于某一特定场景，它可能是干扰，但是在另一场景下，它可能是一种非常有用的信号，为人类的发展做着功不可没的贡献。
比如用于航空通信的无线电和用于蜂窝通信的无线电，在各自领域都是有用信号，但是如果频谱分配不当、设备不满足协议规定等，则可能互为干扰源。
2.1、上行干扰分类5G上行干扰按照系统类型可分为系统外干扰和系统内干扰。
2.1.1、系统外干扰常见系统外干扰即外部干扰，包括阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰等，主要原因有外部系统强信号源、外部系统发射机带外的泄漏同频干扰、外部系统多载波灌入衍生相同频谱等。
2.1.2、系统内干扰常见系统内干扰即内部干扰，包括空口失步干扰、异常信号源同频干扰、邻区终端干扰等，主要原因有GPS故障跑偏、大气波导干扰、用户PRB负荷高及重叠覆盖等。
2.2、系统外常见干扰类型常见系统外干扰有阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰等。
2.2.1、阻塞干扰由于接收滤波器的不理想，接收滤波器并不会完全抑制掉带外信号，所以会接收到一定强度的带外信号，如果带外信号足够强，则接收滤波器将会接收到足够强的带外信号，从而引起干扰。
阻塞干扰与接收机特性有关，需要在被干扰系统上，装滤波器抑制阻塞干扰。
典型特征：带外功率干扰，底噪全频域提升。
常见阻塞干扰如屏蔽器干扰, 或称为电子干扰器。
在移动通信领域，常见的屏蔽干扰为阻塞式或扫频式干扰，如学校考试屏蔽器、政府重要会议屏蔽器、监狱屏蔽器、加油站屏蔽器等。
大气波导效应
大气波导效应大气波导效应是指当电磁波在大气中传播时，由于大气密度的变化而产生的波导效应。
大气波导效应对无线通信、雷达、卫星通信等领域具有重要意义。
大气波导效应的产生是由于大气中存在着温度、湿度、压力等因素的变化。
这些因素会导致大气的折射率发生变化，从而影响电磁波的传播。
一般来说，大气密度越高，折射率越大，电磁波的传播速度就越慢。
因此，当电磁波从高密度的大气层传播到低密度的大气层时，会受到折射效应的影响，从而产生波导效应。
大气波导效应对无线通信具有重要影响。
在地面通信中，电磁波在大气中传播时会发生折射、反射和散射等现象，导致信号的衰减和传播路径的变化。
这就需要在设计通信系统时考虑大气波导效应对信号的影响，采取相应的补偿措施，以保证通信质量。
雷达系统也会受到大气波导效应的影响。
由于大气波导效应会导致电磁波的传播路径发生变化，雷达系统在目标检测和跟踪时需要考虑这种变化。
例如，在雷达引导系统中，需要根据大气波导效应对电磁波传播路径的影响进行修正，以保证雷达系统的准确性和可靠性。
卫星通信也是受到大气波导效应影响的领域之一。
卫星通信系统中，电磁波从地面发射到卫星，再从卫星传输到目标地点。
在这个过程中，电磁波会经过大气层的传播，受到大气波导效应的影响。
这就需要在卫星通信系统设计中考虑大气波导效应对信号的衰减和传播路径的变化，以保证通信的稳定和可靠。
大气波导效应是电磁波在大气中传播时产生的波导效应。
它对无线通信、雷达、卫星通信等领域具有重要意义。
在相关领域的系统设计和运行中，需要充分考虑大气波导效应对信号的影响，采取相应的措施来补偿和调整，以提高通信质量和系统性能。
大气波导对无线传输信号影响分析
大气波导对无线传输信号影响分析摘要：本文主要对大气波导的定义、产生、出现的概率进行了表述，并详细的计算波动产生后，无线信号传输距离，最后得出计算结论1概述在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导( duct )传播，形成波导传播的大气薄层称为大气波导层。
当无线信号在边界层大气中形成波导传播时，大气波导对其产生的影响主要表现在两个方面: 一是增加传播的距离，通常能增加100-500km，二是增加电场强度。
由于波导层使得超短波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减得以大大减缓 , 因此可使超短波在波导层内进行超长距离传播。
通常超短波波导传播距离可3-10倍于其正常的传播距离。
根据相关资料，波导效应发生需要一些特定的条件，首先是开阔的平原，这样才能保证波导产生的折射信号远距离传输。
其次是温湿度变化，在气温变化（常见在早晨或傍晚）或水汽急剧变化（例如在春夏季雨后强对流天气）时，容易出现波导效应。
信号在大气波导下传播模式如图1所示。
图1大气波导示意图2波导对信号传输影响计算2.1无波导条件下的信号传输计算以110km远电视转播台发射的DS-4频道电视信号为例，计算信号传输110km 后信号强度。
110km属于超视距距离，引用Egli模型并不准确，以下按ITU-R P.1546-5建议书附件6给出的方法进行评估：a)以开阔的戈壁滩，且没有大型水域，传播路径确定为“陆地”，天线高度为10m；b)DS-4信号时间百分比标定为50%；c)对DS-4信号，f inf、f sup分别标定为100MHz、600MHz；d)查表得E inf、E suf分别为10dB（uV/m）、8 dB（uV/m），并按给定的规则进行频率内插，得到场强E076MHz=10.31dB （uV/m）、E084MHz=10.19dB（uV/m）；E inf、E suf表格数据见图2、图3。
大气波导干扰问题分析
大气波导干扰问题分析1、概述在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播，形成的大气薄层称为大气波导层，目前天津大气波导主要影响郊县区域的F频段，一般出现凌晨和上午。
经验证，在F频段站点存在大气波导干扰时，“大气波导启动开关”可有效降低接通、掉线指标恶化程度，提升用户感知，要配合上行频选功能使用，开的话改为上行PRB随机化[6]，开启三天MR的时候改为RB位置子带分配（频选）[1]。
2、大气波导干扰规律1、干扰范围远距离同频干扰影响范围较大，农村及城郊受影响小区明显多于市区，干扰扇区具有明显的方向性，干扰小区会随着时间的推移逐渐流动2、时间规律干扰发生在晚12点至次日上午9点之间，9点之后自动消失；一般在晴朗有风的时候容易出现3、指标影响在大面积干扰出现时段，无线接通率和切换成功率明显降低，无线掉线率明显升高4、干扰频段大气波导主要影响F频段，在大气波导较为严重的时候，D频段也会受轻微的影响由以上两图看出，当出现大气波导干扰时，对3大指标均有不同程度的恶化且严重降低了用户感知。
3、干扰小区分布情况天津市内大气波导干扰小区主要分布在环外区域，例如武清、北辰、静海、宁河等区域下图为2017年1月4日大气波导干扰小区分布图，受干扰小区基本集中在郊县区域4、大气波导特征TDD无线通信系统中，在某种特定的气候、地形、环境条件下，远端基站下行时隙传输距离超过TDD系统上下行保护时隙（GP）的保护距离，干扰到了本地基站上行时隙。
这就是TDD系统特有的“远距离同频干扰”。
在大规模部署的网络中，此类干扰较为普遍，且可能会对本地基站的上行用户随机接入时隙以及上行业务时隙造成干扰，从而影响用户上行随机接入、切换过程以及上行业务时隙。
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大气波导对5G影响研究
1、导语
随着5G网络基站规模的逐渐扩大，以及5G终端渗透率的增加。
5G网络下的干扰研究势必成为未来研究的热点话题。
本文对5G网络2.6GHz 频段下的大气波导干扰成因进行了深入理论分析，并给出了切实可行的干扰解决办法，进而从根本上解决大气波导对5G网络的影响。
2、研究背景
在一定的气象条件下，比如当大气中某些区域的层结(温度与湿度随高度的分布状况)满足一定条件时，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响其传播轨迹弯向地面，电磁波就会部分的传播在一定厚度的大气薄层内，这种现象称为电磁波的大气波导传播。
低空大气波导的出现，可使电磁波以较小的损耗沿大气波导传播，所以会对通信系统和探测系统造成严重影响。
大气波导对无线电波的影响主要表现在两个方面：一是增加传播的距离，二是增加电场强度。
由于波导层使得无线电波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减大大减缓，因此可使无线电波在波导层进行超长距离传播。
大气波导传播示意图如图1所示。
图1 大气波导传播示意图
海南省海口市TD-LTE网络长期受大气波导干扰，主要受到来自广东湛江以及广西北海的TD-LTE网络F频段和D频段产生的时隙交叉干扰，大气波导干扰出现期间对用户业务感知严重恶化，具体情况如1所示。
表1 海口受干扰小区数量（红色字体表示受大气波导干扰小区数量）
3 、2.6GHz频段大气波导形成的条件
边界层大气中的电磁波若要形成波导传播必须满足4个基本条件。
（1）近地层或边界层某一高度处必须存在大气波导。
（2）电磁波的波长必须小于最大陷获波长。
（3）电磁波发射源必须位于大气波导层内。
对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时也可形成波导传播，但此时发射源必须距波导底不远，并且波导强度必须非常强。
（4）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。
根据理论分析最容易受波导影响而形成波导传播的是分米波(电磁波长10~100cm,频率0.3~3GHz)和厘米波(电磁波长1~10cm,频率3~30GHz)。
如图2所示，目前中国移动使用5G网络的2.6GHz频段
2515~2615MHz正好和4G网络2.6GHz频段部分重叠，且属于易容易形成波导的频段。
鉴于当前4G网络的2.6GHz频段受扰情况，未来大规模5G网络组网后不可避免的产生大气波导干扰。
图2 5G和LTE频段配置
4 、大气波导对5G网络干扰分析
大气波导干扰形成的主要原因为大气波导的环境中，超远距离同频信号所造成的交叉时隙干扰。
在5G网络下大气波导环境中，传播损耗比较小，下行信号的传输时延超出了配置的保护间隔GP，如图3所示。
图3 大气波导远距离干扰示意图
鉴于5G目前使用μ=1，即30 kHz的子载波间隔。
同时采用SS54时隙配比，即每个5ms周期的时隙配比为7:1:2（DDDDDDDSUU），特殊时隙符号配比6:4:4（DDDDDDGGGGUUUU）。
根据上述配置情况，5G网络的SS54配置下特殊子帧的GAP符号个数为4个，参考电磁波传输速率，5G网络的最大保护距离=保护时延（s）*（3×10^8）（m/s），保护时延为4个OFDM符号时域长度。
根据上述公式计算，保护距离=（0.5/14*4/1000）*（3*10^8/1000）=42.85km。
则5G的远距离同频干扰最大保护距离仅为42.85km。
因此，当5G下行信号的传输时延超出了配置的保护间隔GAP，就造成了交叉时隙干扰。
大气波导影响会造成全频段的底噪整体抬升，降低
PRACH信道的接入性能，降低PUCCH信道的链路适配和预编码选择的性能以及降低PUSCH信道数据传输速率，增加时延。
江距离海口约150km，电磁波由湛江到海口有0.5ms时延，即14个OFDM符号。
北海距离海口约180km，电磁波又北海到海口有0.6ms 时延，即17个OFDM符号。
根据电磁波传播时延情况，在大气波导发生的情况下海口共计10个上行符号受到湛江或者北海的2.6GHz频段5G网络大气波导干扰，如图4所示。
图4 3个城市5G网络上行符号位受扰分析
5、5G网络未来大气波导干扰优化建议
5.1 5G采用SS56时隙配比
SS56配置下的每个5ms周期的时隙配置子帧配比为7:1:2（DDDDDDDSUU），特殊时隙配比4:6:4（DDDDGGGGGGUUUU），由于SS56配置下的GAP保护间隔增加了2个符号，因此保护距离可以扩大至64.28km，可以避免部分5G下行信号的传输时延超出了配置的保护间隔GAP造成的交叉时隙干扰。
5.2 禁用特殊子帧的上行符号功能
基于SS56子帧配比的特殊子帧有4个符号是用于传输SRS信号。
禁止该4个上行符号的SRS信号后，SRS信号也可以选择在普通上行时隙进行发送，而且不会影响上行链路质量。
因此为了增大保护距离可以禁止使用特殊子帧的4个上行符号,加上GAP的6个符号共计有10个符号可作为保护距离，因此保护距离扩大至107km，可以避免大部分的5G下行信号的传输时延超出了配置的保护间隔GAP造成的交叉时隙干扰。
5.3 禁用特殊子帧的下行符号功能
基于SS56子帧配比的特殊子帧有4个符号是用于下行数据传输。
为了增大保护距离在牺牲一定下行容量的前提下可以禁止使用特殊子帧的4个下行符号,加上GAP的6个符号共计有10个符号可作为保护距离，因此保护距离扩大至107km，可以避免大部分的5G下行信号的传输时延超出了配置的保护间隔GAP造成的交叉时隙干扰。
5.4 采用上下行解耦方式降低干扰
目前5G网络的锚点主要是FDD1800。
引入SUL后，上行数据传输可以通过FDD1800辅助上行链路承载。
由于FDD网络是频分复用，因此远距离传输时不会产生大气波导干扰。
进而可以完全解决5G网络上行受扰问题。
5.5 特殊序列干扰检测协同网络结构调整
开发基于5G的特征序列识别干扰源小区PCI。
受到远端干扰时，在DwPTS上发送特征序列，同时在UpPTS和上行子帧上进行特征序列的检测。
特征序列中包含PCI信息，通过解析特征序列识别干扰源小区的PCI和距离，进而调整施扰小区功率以及下倾角。
5.6 大气波导干扰应对总结
结合海南TD-LTE系统的大气波导干扰整治经验，本文从理论上分析和研究了近海地区大气波导基本成因原理、特征和TDD系统大气波导干扰产生的原因，包括为了5G系统远距离同频干扰原理成因分析和5G系统远距离同频干扰对抗方法。
由于5G系统的远距离同频干扰发生在相距很远的基站间，在“低空大气波导”效应下，远端基站的下行信号可以实现超视距传输到达近端，从而导致干扰近端基站上行接收。
大气波导干扰优化存在干扰源不明确、技术标准待完善、优化方案不全面和实施不协同等问题，需开展专项攻关。
本文从时域、频域、空域和结构等多维度阐述分析了大气波导干扰的规律，探索出多种规避策略。
各种规避策略实际应用效果上来看，适用不同场景，各有优劣，对比情况如2所示。
表2 5种规避策略优劣势对比
6 、结束语
要从根本上解决大气波导干扰必须准确定位干扰源。
总而言之，大气波导干扰的解决之道在于在精确定位干扰源的前提下，施扰方和受扰方开展协同优化。