TDL 远距离干扰定位方法及解决方案

远距离同频干扰定位方法及解决方案

1.背景

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

2.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

3.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TD-LTE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。

其中特殊子帧中的GP决定了DL不会干扰UL的最小距离。根据表1特殊子帧GP长度可以算出保护距离距离从21.4km到214.3km不等。当基站间无线传播环境很好且配置的特殊子帧的GP很小时，很有可能造成TDD超远干扰。

表1 子帧配比和上下行保护距离

3.1 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。

关于大气波动效应的解释、出现的场景需要蔡博进行补充

3.2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。

4.干扰出现的特点

1、远端同频干扰会表现出阻塞干扰的特点。从干扰监控可以发现远端干扰出现时阻塞干扰

小区数会明显增多，且干扰强度大、影响范围广（相比GPS跑偏基站间干扰）

图（1）宿迁2月14日阻塞小区数趋势图

2、从干扰出现的时段来看，一般出现干扰的时段主要集中在晚上和早上，白天12点以后

比较少，且出现的时间不固定，今天有明天可能就没有。（GPS跑偏基站间干扰为某片区域24小时都有干扰）

以德州2月22日的远端同频干扰来看，干扰主要集中在00:00-9:00时段，9点以后，干扰小区数恢复到正常20左右。

图（2）德州2月22日阻塞小区数趋势图

3、特殊子帧1、6的干扰大于常规子帧2、7。

图（3）宿迁2月14日常规时隙和特殊时隙干扰小区对比图

4、干扰波形上来看20M带宽有15M干扰强度比较大。（从目前德州和宿迁来看具有这样共

性特征，是否为远端干扰的特性还需要更多样本数据的支撑）

5. TD-LTE系统远距离同频干扰定位方法及解决方案

5.1. 定位远距离同频干扰源的方法

下面具体介绍定位TD-LTE系统远距离同频干扰源的两个步骤。

确定TD-LTE系统中近处基站是否受到远距离同频干扰

当TD-LTE基站无线帧中特殊时隙UpPTS的非PRACH部分和上行时隙未分配给终端部分的功率高于底噪时，可知该基站上行受到其他小区信号的干扰。基站可以根据以下方法进行判断该小区基站上行所受干扰是否为远距离同频干扰。

方法一：基于受扰基站受扰RB分析

根据传统同频干扰和远距离同频干扰特性的区别，可知若受扰基站（PUSCH受干扰）上行若是受到相邻小区的同频干扰，则由于上行资源分配最小以RB为单位，受扰小区上行受扰RB必然受到邻小区施扰RB资源上所有子载波和OFDM符号的干扰；而若为远距离同频干扰，则由于远距离信号的传播到达本地受扰基站的时域位置和距离有关，因此上行受扰RB的时域OFDM符号未必会全部受到干扰，随着干扰距离的增加，表现为时域上自左向右的OFDM符号依次受到干扰，且干扰强度有由左至右减弱的趋势。

通过对受扰RB中的受扰符号进行具体的分析，若受扰RB为自左向右的OFDM符号依

次受到干扰，则可以初步判断受扰小区受到了远距离同频干扰。（由于P/S-SCH信道只在一个符号上发送，故若是干扰源基站的P/S-SCH信道产生的此类干扰，不会表现为多个OFDM 符号均被干扰，不适用方法一，需要采用方法三确定）

方法二：基于邻基站PRACH和上行调度信息的交互

通过X2接口（X2接口需要有扩展的可能），受扰小区可以与邻小区交互各自基站的PRACH和上行调度信息。

若受扰小区通过X2接口的信息交互得知邻小区基站没有在其受扰时隙分配该频段的资源，则表明邻基站并未对受扰小区的受扰时隙产生干扰，则可以初步判断其所受的干扰为远距离同频干扰。

由于基站动态调度变化太快，本方法的真正生效可能存在较多的约束与限制条件，需要在实际算法的应用时考虑可操作性。

方法三：基于受扰基站中心频率受扰情况的分析

若远距离同频干扰距离足够远，造成了远处基站P-SCH（主同步信号）、S-SSH（辅同步信号），甚至PBCH（物理广播信道）信号对近处基站上行的干扰，根据这些信道信号的特点，可知近处受扰基站中心1.08MHz带宽的频率区域将会受到较恒定的干扰。同时，若受扰基站PRACH的频域本身占据中心1.08MHz，有可能是终端一直在发送preamble码，因此本方法需要同时判断中心1.08MHz的干扰状况和为PRACH分配的频域位置。

在受扰基站PRACH不占据中心1.08MHz时，对受扰基站的信号进行分析，若受扰基站中心1.08MHz带宽频率区域受到恒定干扰，可以初步判断受扰基站受到了超远距离同频干扰。

以德州为列，如下图3、4被干扰站中心频点有6个PRB（6*0.18=1.08MHz带宽）的频率区域存在明显干扰抬升。

图（4）中心频点为18900的阻塞干扰小区子帧1、6每PRB上干扰小区数分布图

图（5）中心频点为18950的阻塞干扰小区子帧1、6每PRB上干扰小区数分布图

由于根据方法（三）排查时比较方便，建议现场优先根据方法三进行排查，详细排查步骤如下：

步骤一：筛选出全网所有阻塞干扰小区。

步骤二：由于出现远端同频干扰时干扰强度一般都大于-100dBm,分别按不同的中心频点统计画出每PRB干扰强度大于-100的干扰小区数分布图。其中横坐标为PRB标识，纵坐标为每PRB干扰大于-100dBm的小区数。

步骤三：将画出的分布图与图4、5进行对比，如果出现中心频点有1.08MHz带宽的频率区域存在恒定干扰比较高的现象，基本上可以定位存在远端同频干扰或者GPS 跑偏导致的基站间干扰。

步骤四：对比干扰出现时间上、区域上的特点，如果符合只有部分时间段干扰比较大、受干扰的区域比较广的特点，基本上就可以定位为存在远距离同频干扰。

目前专业服务部韩东海正在对干扰排查工具的功能进行完善，后续支持对远端干扰的定位。 定位TD-LTE系统远距离同频干扰源

确认受扰基站受到的是远距离同频干扰后：

根据受到干扰的最后一个OFDM符号，可以基本得到远处干扰基站的干扰信号传输至受扰基站所需的传输时延（由于远距离同频干扰多发生在干扰源基站GP配置为2个OFDM 符号的情况，因此假设干扰到受扰基站UpPTS后第一个下行时隙第N个OFDM符号，那么再加上GP的长度和UpPTS的长度，传输时延为N+2+2个OFDM符号的时域长度），通过下式可计算出干扰源到受扰基站间的大致距离：受扰基站距离（m）= 传输时延（s）×（3×108）（m/s）。

受扰基站通过对干扰信号进行相关检测算法，在干扰源不是很复杂的情况下，可以判断施扰基站下行信号所用PCI。根据上式计算出的干扰源大致距离以及施扰基站PCI信息，可以选定一些可能的干扰源基站（基站保存一份网内其他基站信息的列表，包括其经纬度、小区ID及扰码等信息）。

受扰基站通过扩展的X2接口，获取可能的干扰源基站的工作频点、天线高度、下倾角、方位角等信息（这些信息如果受扰基站已知，则不需要进一步的交互来获取）。在干扰基站（扇区）频点和受扰基站（扇区）频点相同的前提下，由于是远距离同频干扰，通过判断施扰基站的天线高度是否超高（超过普通城区楼宇平均高度则为超高，一般为≥30米）、下倾角是否较小（下倾角≤5度）、方位角是否是受扰基站的方向（否则远处基站信号传输方向不符合要求，或者在传输过程中会受到建筑物阻挡而无法到达近处基站造成干扰），来确定具体的施扰基站。

如上所述，通过大致范围的确定和X2接口的信息交互（这些信息如果受扰基站已知，则不需要进一步的交互来获取），受扰基站可以定位出远处干扰源基站或备选的数个基站，从而便于采取措施，消除干扰。

5.2 远距离同频干扰的消除方法

TD-LTE的帧结构设置，使得系统可以通过有效的判断和基站间信息交互的方式，利用TD-LTE系统的协议特点使相关小区实现自动配置，以消除远距离同频干扰或减轻远距离同频干扰带来的影响。

根据配置方式的不同，下面分别介绍具体的技术方案。

（一）PRACH自适应

当确定了受扰基站是受到远距离同频干扰后，受扰基站PRACH自动改为非Format 4格式，避免随机接入受扰，使得上行性能损失较小。

在远距离同频干扰多发地区，也可以固定在非UpPTS时隙传输上行PRACH信号（非Format 4格式），将可能受扰基站的PRACH移到不会受到干扰的其他上行时隙（例如第2个上行时隙），以避免远距离同频干扰的发生。

（二）时隙自动配置

在确定存在远距离同频干扰时，可以分别实现如下的施扰基站和受扰基站自动配置。

施扰基站：定位出施扰基站后，对施扰基站系统帧的下行时隙部分进行处理。施扰基站的特

殊时隙配比如果是DwPTS:GP:UpPTS=10:2:2或其他GP较短的配置，那么可以改成3:9:2或其他GP较大的配置。或不更改特殊时隙配比，根据干扰情况将其特殊时隙DwPTS后面的数据部分，自右向左闭锁某些OFDM符号（不分配给用户，不发送RS），从而消除远距离同频干扰，通过闭锁施扰基站DwPTS时隙部分OFDM符号可以精细地调整避免远距离同频干扰的能力。

受扰基站：在远距离干扰易发生地区，如果网络需要上下行时隙配比配置成DL:UL=3:1，那么特殊时隙自动调成3:9:2或其他GP较大的配置，以消除同频干扰的影响。因为当上下行时隙配比UL:DL=3:1时，由于上行时隙少，一旦上行被干扰，上行受限会很严重，因此采用较大GP，以保证上行时隙的性能。

（三）下倾角自动调整

采用较大下倾角（5度以上），施扰基站的信号无法有效向远距离空间传播，受扰基站无法有效接收到远距离信号，可以消除干扰。TD-LTE系统由受扰基站定位出施扰基站后，如果通过X2接口信息交互确认为施扰基站下倾角设置的问题，可通过X2接口通知施扰基站自动调整下倾角，加大施扰基站的下倾角角度。同时，受扰基站的下倾角，如果设置过小，可以自适应的调整使其角度变大，以消除远距离同频干扰。

下倾角自动调整以消除远距离同频干扰的方法，不仅适用于TD-LTE系统，同样适用于其他TDD系统。

以上方案，根据TD-LTE系统的可用资源和TD-LTE的帧结构特点提出，TD-LTE远距离同频干扰消除的自适应配置方法具体方案，具有易实现性，且不更改已有系统结构。

6．总结

本文从理论上分析和研究了TD-LTE系统远距离同频干扰问题，包括TDD系统远距离同频干扰原理成因分析和TD-LTE系统远距离同频干扰对抗方法。由于TDD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。

在排查时，现场根据方法三四个步骤，就可以很快的判断出干扰的类型，以方便现场对症下药，施以相应的规避措施。

TD-LTE系统对抗远距离同频干扰的协议支持包括：特殊时隙配比，PRACH配置，上行

AMC，上行频选调度等。根据干扰距离的不同，TD-LTE系统准确定位干扰源后，采用不同的特殊时隙配比和PRACH配置，可以基本解决远距离同频干扰。网优、网规方法和基于Sounding 的上行AMC和上行频选调度也可以用于干扰对抗。