TD-LTE远距离同频干扰问题研究(中移动)

TD-LTE远距离同频干扰问题研究

曲嘉杰，李新，邓伟，刘光毅

(中国移动通信有限公司研究院，100032)

摘要：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。本文从远距离干扰的基本原理、成因、对网络的影响以及现有TDD系统的解决方案分析入手，给出了TD-LTE系统此类干扰的特性、影响以及不同干扰程度下的解决方案建议，并提出了对系统设备的特殊要求，为TD-LTE网络大规模部署后，避免和消除远距离同频干扰的影响提供了理论支持。

关键词：TD-LTE、基站间干扰

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。

图 1 TDD系统远距离同频干扰示意图

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。

2.1.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。

2.2.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。

由于基站发射功率高，终端发射功率低，因此只有基站发射的下行信号，才有可能经过远距离传输后，干扰近端上行。由于终端发射功率较低，经过远距离传输后，不会对近端基站上行信号产生干扰。经过远距离传输后，远处基站发射功率对近端基站的下行干扰也可以忽略。

3.TDD商用系统干扰实例及解决方案参考

商用的SCDMA系统和TD-SCDMA系统针对远距离同频干扰采取了相应的对抗措施，对TD-LTE系统对抗干扰具有参考意义。

3.1.SCDMA系统（大灵通）

SCDMA系统帧结构如图2所示。商用的SCDMA系统上下行GP可以保护

约117公里以内的远距离干扰，然而事实证明，在实际网络中，超过这个距离的远距离传输在某种气候及地形条件下很容易产生，大部分干扰为200公里左右的远距离传输造成。

大灵通网络采用了如下方案对抗干扰：

（1）频点规划：采用频点整体规划的方法，在几百公里的大网范围内，将可能产生干扰的频点分组，以避免相互干扰。升级后，本地可用频点减少，近距离同频干扰增加，网络质量反而下降；而由于波导效应作用距离远大于频点调整范围可控的距离，甚至发现过300公里以外的干扰，对抗远距离同频干扰作用不大。此外，频点规划还导致网优变得复杂，在频点较少的网络内，没有应用的可操作性。

（2）网络优化：通过调整站高、天线方向、倾角等因素来降低干扰。效果有限，复杂度较高。TD-LTE可以借鉴。

（3）协议优化：包括优化接入及检测机制，下行传输格式，同步调整机制等。TD-LTE系统可以借鉴，但是考虑到TD-LTE已有帧结构的设计已经有很多特性可以用作对抗此类干扰，协议优化对TD-LTE系统作用有限。

（4）零陷算法：在上行受干扰时隙增加智能天线多点零陷技术处理，以消除干扰信号。零陷算法作用明显，但要求干扰强度低、干扰源单一、干扰稳定。大规模商用网络站点众多，信号复杂，近端目标基站往往同时受到众多远端基站的高强度干扰，干扰信号不稳定，不符合此类算法的上述条件。因此TD-LTE系统设备需要开发特有的干扰抵消算法。

图 2 SCDMA系统（大灵通）帧结构

3.2.TD-SCDMA系统

TD-SCDMA系统帧结构如图3所示。TD-SCDMA的上下行保护间隔很短（GP 时间为75μs），仅能支持22.5km的远距离传输，用户的上行接入时隙（UpPTS）很容易被DwPTS干扰，如果传输距离加大（也只需超过60km），还会干扰到第一个上行时隙，从而影响业务质量。商用的TD-SCDMA系统采用了UpShifting 方案对抗干扰。

UpShifting方案，将受干扰基站的UpPTS位置后移，以支持更大的远距传输距离，消除该传输距离内用户上行接入时隙所受的远距离同频干扰。UpShifting 会损失小区的容量，且在系统帧上下行配比为UL:DL=2:4情况下，主频点没有可用的上行时隙，整体容量损失为10%~20%。

TD-LTE系统已经考虑了UpShifting的类似方案，用于随机接入的PRACH 时隙可以灵活配置，但是同样会导致一定的容量损失。