移动通信中的波导效应
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。
(精选)通信中的几个效应
通信中的几个效应波导效应、乒乓效应、记忆效应、孤岛效应、多径效应、远近效应阴影效应、拐角效应1、波导效应波导效应（即隧道效应）主要由建筑、峡谷等引起，如两旁建筑整齐的街道、隧道、较长的走廊、岩石峡谷等都会形成波导效应，信号传播如在波导内传播相似，沿波导方向损耗小，信号就强，其他方向损耗大，信号强度就弱。
波导效应容易引起越区覆盖和导频污染等，在井型街道会引起切换频繁、掉话等。
波长越短的无线电波，当遇到在物体时，在其表面发生镜面反射的可能也越大。
当信号在两侧是规则楼房的街道中传播时，便是以反射方式进行，我们称之为“波导效应”。
当手机收到强弱不同和接到达手机时间不同的信号会有什么效果，可能会掉话也有可能出现通话质量差，就像光波一样，有直射的信号也有反射和折射的信号被手机检测到。
波导效应在城市环境中存在，由于街道两旁有高大的建筑物，结果使得沿传播方向的街道上信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱，两者相差达10dB以上，这种现象在离基站距离越远，减弱程度就越小，隧道覆盖会存在波导效应，微波传输也会存在波导效应，波导效应衰落的比较快。
2、乒乓效应移动通信系统中，如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换，产生所谓的“乒乓效应”。
解决措施：1、调整两个小区的切换门限2、控制其中一个小区的覆盖（调整接入参数、调整天馈、降低功率等），保证该区域有主覆盖小区。
3、防止“乒乓切换”的办法是：迟滞在基站下载的参数文件中有两个参数需要我们注意，即“再呼叫型区间切换处理电平”(参考值：23dB)和“再呼叫型区间切换区域的选择电平”(参考值：32dB)。
这两个参数表示在通话时，当手机接收到原基站的信号强度降到23dB时，手机发起申请，要求做基站间的切换（Handover），即切换到下一个基站上通话。
但下一个基站信号必须在32 dB以上，手机才能真正切换过去，否则只能在原基站上通话。
之所以这两个参数间有9dB的差值，目的是防止“乒乓效应”。
通信技术中的波导传输技术解析
通信技术中的波导传输技术解析在通信技术领域中，波导传输技术是一种重要的信号传输方法。
通过合理设计和使用波导，可以实现高效的信号传输和通信网络的可靠性。
本文将对波导传输技术进行解析，并探讨其在通信领域中的应用。
波导是一种能够导向无线电波或光波传输的结构。
它通常由金属、玻璃或聚合物等材料制成，具有适合特定频率下波的传播特性。
波导内的电磁波被限制在波导内部传输，从而减小了信号的衰减和串扰，提高了信号的传输效率和质量。
波导传输技术在通信领域中的应用非常广泛，包括微波通信、光纤通信和毫米波通信等。
在微波通信中，波导用于传输微波信号，可以实现高速率的数据传输和远距离的通信。
光纤通信中的波导是光纤传输的关键，通过控制光在波导中的传播方式，实现光信号的高速传输和长距离传输。
毫米波通信中的波导则用于传输毫米波信号，可以实现高频率的信号传输，从而提供更大的带宽和数据容量。
波导传输技术的优点之一是它可以有效地控制和导向信号的传播。
与自由空间传播相比，波导传输可以减少信号的衰减和衍射，降低信号干扰和传输损耗。
波导传输还可以实现信号的定向传输，提高信号的聚焦度和传输效率。
这些优点使得波导传输在通信网络中得到广泛应用。
在实际应用中，波导的设计和制作是波导传输技术的重要环节。
波导的设计需要考虑波导的几何结构、材料特性和工作频率等因素。
合理的波导设计可以提供最佳的传输性能和损耗控制。
波导的制作通常采用金属加工、光刻和薄膜沉积等工艺，确保波导的精确性和稳定性。
这些工艺使得波导传输技术能够在实际应用中得到有效实施。
随着通信技术的不断发展，波导传输技术也在不断演进。
例如，在微波通信领域，传统的波导已经逐渐被微带线等新型传输介质所取代。
微带线具有更好的制作工艺和更大的设计灵活性，能够在集成电路中实现波导传输功能。
光纤通信领域也出现了更高性能和更灵活的光纤波导，例如光子晶体光纤和多模多芯光纤等。
这些新型波导传输技术为通信网络的发展带来了新的机遇和挑战。
通信中的效应问题
（3）抗多径信号处理与自适应抵消技术等。 多址干扰是由于在多用户系统中采用传统单用户接收方案而造 成的恶果。单用户接收机采用匹配滤波器作为相关判决的工具， 并不考虑多址干扰的存在，每个用户的检测都不考虑其他用户的 影响，是一种针对单用户检测的策略。一般说来，单个用户传输 时不存在多址干扰，但在多用户环境中，当干扰用户数增加或者 他们的发射功率增加时，多址干扰将不容忽视。因此多用户检测 技术应允而生，其算法有最优检测算法和次优检测算法。
3阴影效应（Shadow Effect）：在无线通信系统中，移动台在运 动的情况下，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻 挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种 随移动台位的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫 做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。 比较有效的方法是使用支撑杆将天线架高，或者将天线安放在建筑 物边缘 直放站，室分系统
2多普勒效应：在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高， 远离基站时频率变低，移动台高速移动时，会导致信号很快衰落。 所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常 生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移， 但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造 成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加 大了移动通信的复杂性。 解决措施
抗多径干扰主要解决措施： （1）提高接收机的距离测量精度，如窄相关码跟踪环、相位测距、 平滑伪距等； （2）抗多径天线； 智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射 和接收方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是 一种空分多址(SDMA)技术,主要包括两个方面：空域滤波和波达方 向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、 干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和 噪声，以获得尽可能好的信号估计。 智能天线通过自适应算法控制加权，自动调整天线的方向图使 它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成 主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形 成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰，同时也减少了 小区间干扰。
大气波导对5G影响研究
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)。
通信中的几个效应
通信中的几个效应(波导效应、乒乓效应、记忆效应、孤岛效应、多径效应、远近效应）1、波导效应波导效应（即隧道效应)主要由建筑、峡谷等引起，如两旁建筑整齐的街道、隧道、较长的走廊、岩石峡谷等都会形成波导效应，信号传播如在波导内传播相似，沿波导方向损耗小，信号就强,其他方向损耗大,信号强度就弱。
波导效应容易引起越区覆盖和导频污染等,在井型街道会引起切换频繁、掉话等。
波长越短的无线电波,当遇到在物体时,在其表面发生镜面反射的可能也越大。
当信号在两侧是规则楼房的街道中传播时,便是以反射方式进行，我们称之为“波导效应”。
当手机收到强弱不同和接到达手机时间不同的信号会有什么效果，可能会掉话也有可能出现通话质量差，就像光波一样，有直射的信号也有反射和折射的信号被手机检测到。
波导效应在城市环境中存在，由于街道两旁有高大的建筑物，结果使得沿传播方向的街道上信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱,两者相差达１0dB以上,这种现象在离基站距离越远,减弱程度就越小,隧道覆盖会存在波导效应，微波传输也会存在波导效应,波导效应衰落的比较快。
2、乒乓效应移动通信系统中,如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换,产生所谓的“乒乓效应”。
解决措施:１、调整两个小区的切换门限２、控制其中一个小区的覆盖(调整接入参数、调整天馈、降低功率等)，保证该区域有主覆盖小区。
3、防止“乒乓切换”的办法是:迟滞在基站下载的参数文件中有两个参数需要我们注意，即“再呼叫型区间切换处理电平”(参考值：23ｄB)和“再呼叫型区间切换区域的选择电平”(参考值：３2dB）。
这两个参数表示在通话时,当手机接收到原基站的信号强度降到2３dB时，手机发起申请，要求做基站间的切换(Ｈanｄover），即切换到下一个基站上通话。
但下一个基站信号必须在３2 dB以上,手机才能真正切换过去,否则只能在原基站上通话。
之所以这两个参数间有9dB的差值,目的是防止“乒乓效应”。
移动通信的几种效应(1)
多址技术
如下图所示的频分多址和时分多址方式： a. FDMA b. TDMA
多址技术
时分多址（TDMA）的特点
（1）TDMA系统中几个用户共享同一个载频，但每个用户使用彼 此互不重叠的时隙。
（2）TDMA系统中的数据发射是不连续的，是以突发方式发射， 耗电较少，移动台可在空闲的时隙里监听其他基站，使越区切换 大为简化。
蜂窝系统
蜂窝的分类
宏蜂窝(Macrocell)：
每小区的覆盖半径大多为1～25km 用于大面积覆盖 基站天线置于相对较高的地方 基站的发射功率较强 存在热点和盲点问题
蜂窝系统的分类
微蜂窝(Microcell)：
覆盖半径大约为30～300m
发射功率相对较小，一般在1～2W 基站天线置于相对低的地方 用于解决热点/盲点问题
多址技术
时分多址（TDMA）
TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，
一个时隙就是一个通信信道。
通信时，给每个用户分配一个时隙，使各移动台在每帧内只
能按指定的时隙向基站发射或接收信号。同一个频道就可供几个 用户同时进行通信。
GSM系统无线路径上采用TDMA方式，每一个载频可分成8个时 隙，一个时隙为一个信道，一个载频最多可有8个移动用户同时 进行通信。
多普勒效应
生活中有这样一个有趣的现象：当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音 越来越高；而车离去的时候声音越来越低。你可能没有意识到，这个现象 和医院使用的彩超同属于一个原理，那就是“多普勒效应”。 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时频率变低， 所以在移动通信中要充分考虑多普勒效应。 产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间 内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的 个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接 收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的 频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的 频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完 全波的个数减少，即接收到的频率减小．
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。
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移动通信中的“波导效应”及其解决方案
在移动通信中，当手机信号在两侧都是楼房的街道中传播时，信号以反射方式前进，称之为“波导效应”。
当手机收到这种因为波导效应，强弱不同并且到达时间也不同的信号的时候会造成通话质量差甚至掉话。
频率越高的无线点播的波长越短，而波长越短则在当遇到在物体时，在其表面越有可能发生镜面反射。
当信号在狭长的地方传播，比如两侧是规则楼房的街道，或者是峡谷、隧道、长走廊等等环境中传播，其信号会不停地进行反射，而在手机通讯中，反射的信号和直射的信号会同时被一个手机接收到，对于手机会造成识别困难，通话质量较差等情况。
这种现象在大城市中尤为多见。
在高大的建筑物旁边打电话可能接收到的信号会差很远，另外在隧道中经常会出现无法通话的现象。
正是由于波导效应的结果使得沿传播方向的街道上信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱，两者有时候会相差10dB甚至更多。
这种现象在离基站距离越远，减弱程度就越小，隧道覆盖会存在波导效应，微波传输也会存在波导效应，波导效应衰落的比较快。
一般在长距离传输时候，增加覆盖会有效改善这一现象，不会导致信号在越区时候传播了很长距离，却无法进行切换导致掉话。
如在张家界国
家森林公园中著名景点武陵源附近的峡谷中的波导效应的难题，园区采用了蜂信通的信号覆盖方案，有效确保游客正常通信，让游客们在游园的同事享受良好的手机信号和无线网络的服务。
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蜂信通。