大气波导干扰问题分析
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。
大气波导通信技术对TD-LTE产生的干扰及优化方案研究
181 引言大气折射受到温度、大气压、湿度变化的影响,随着一天内时间的变化,当温度递减远弱于标准大气而湿度递减远大于标准大气的时候,位于大气边界层尤其是在近地层传播的电磁波,会被限获在一定厚度的大气薄层内,其传播轨迹弯向地面,就像电磁波在金属波导管中传播一样,传播损耗很小,实现超视距传输,这种现象称为电磁波的大气波导传播。
近两年来,随着TD-LTE网络建设和运营的不断扩大,大气波导传播现象带来的干扰造成对TD-LTE网络的运行指标恶化,严重时候使用户无法接入或业务异常中断,因此,解决TD-LTE大气波导干扰,是当下TD-LTE网络优化讨论的一个课题。
本文介绍了大气波导效应的形成原因、分类、规律及其对TD-LTE网络的影响,重点从缓解方面阐述了大气波导的预防措施。
2 大气波导形成大气是一种不均匀的介质,无线电波在大气层中传播时,由于在其中的传播速度变化而产生的效应称为大气折射,它对通信、雷达定位、多普勒测速、导航都有影响。
大气折射指数分布受到大气压强、温度、水分含量、二氧化碳等其它成分含量的影响而不同,按照球面斯涅耳定律,射线在空间弯曲的方向和程度也有所不同,可分为正折射(P/R0>0)、负折射(P/R0＜0)、标准折射(P/R0＝4)和超折射(P/R0＜1)(射线曲率半径为P(弯向地面为正,背向地面为负),地球半径为R0)。
无线电波在对流层和下电离层(其电子密度小于电离层电子密度最大值)中传播时通常产生正折射;而在上电离层中传播时产生负折射;正折射和超折射会增加通信距离,负折射则会降低通信传输距离,其随大气折射率的传播差异如图1所示。
大气折射能力由大气折射指数N或大气折射率n决定,大气折射能力与温度T(单位:K)、湿度P(单位:hPa)以及水汽压e(单位:hPa)的关系如下所示:N=(n-1)*106 (1)n=1+77.6/T(P+4810e/T)*10-6 (2)在考虑大气折射对电波的影响时,经常忽略大气水平方向的变化,并视大气为球面分层,从而折射指数可简化成仅随离地高度h而变化的量,此时,可以近似认为地球曲率为水平的,通常将地球曲率修正成水平的,修正后的大气折射率m和大气折射指数M分别:M=n+H/R 0 (3)M=(m-1)*106=N+106*H/R 0 (4)其中:R 0=6.731*106米为平均地球半径,H为地表以上的高度;大气垂直折射梯度导数为:dM/dH=dN/dH+0.157 (5)此时如果dN/dH<-0.157甚至越小,大气就呈现出限获折射条件,导致电磁波射线曲率远小于地球半径,就会被限获在大气层内,经地面反射后再继续向前传播,周而复始地传播一段距离,形成大气波导现象。
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。
大气工程中的射电干扰现象研究
大气工程中的射电干扰现象研究射电干扰现象是指在大气工程中，无线电通信和雷达系统受到大气层中的各种射电干扰影响而造成信号传输异常或中断的现象。
射电干扰的研究对于提高大气工程的稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将从干扰源、干扰机理和干扰防护等方面对射电干扰现象进行探讨。
首先，射电干扰的源头包括天然源和人为源两类。
天然源主要包括电离层扰动、地球磁层活动等，而人为源则包括电视、无线电广播、电力线等。
这些源头产生的射电干扰对大气工程中的射电通信和雷达系统都会带来一定程度的干扰。
需要指出的是，由于无线电波在大气中传播受到各种因素的影响，如地形、气象条件等，因此同样的干扰源在不同环境下对目标系统的干扰程度也会有所不同。
其次，射电干扰的机理主要是由于干扰源发射的信号与目标系统的信号在传输过程中相互叠加造成的。
具体可以分为直接干扰和间接干扰两种情况。
直接干扰是指干扰源直接发射的信号对目标系统产生的干扰，如电视信号对雷达接收机造成的前端失真；间接干扰是指干扰源通过反射、折射、散射等途径影响到目标系统，如电离层扰动对卫星通信的影响。
不同的机理对干扰的特点和防护方法提出了不同的要求，因此研究射电干扰的机理对于干扰现象的分析和防护策略的制定具有重要意义。
最后，针对射电干扰的防护措施主要包括工程措施和技术手段两方面。
工程措施主要是通过设计合理的系统结构、优化天线布局和选择合适的频率等来减少干扰源对目标系统的干扰。
技术手段主要是通过信号处理、频谱分析和抗干扰算法等来对干扰信号进行抑制和补偿。
其中，抗干扰算法是射电干扰研究中的核心领域之一，通过在接收端对干扰信号进行分析和处理，提高目标信号的信噪比，从而有效抑制干扰。
当前，各种抗干扰算法如时频域滤波、小波变换、自适应滤波等被广泛应用于大气工程中的射电干扰抑制，提高了系统的可靠性和稳定性。
综上所述，大气工程中的射电干扰现象研究对于提高系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
通过深入研究干扰源、干扰机理和干扰防护等方面，可以有效应对射电干扰对目标系统的影响，并制定相应的防护策略。
大气环流与卫星通信系统间的干扰与解决方法研究
大气环流与卫星通信系统间的干扰与解决方法研究引言大气环流是地球上的气象现象，它决定了天气的形成和变化。
然而，大气环流也给卫星通信系统带来了干扰。
本文将探讨大气环流与卫星通信系统间的干扰问题，并提出解决方法的研究。
一、大气环流的影响大气环流对卫星通信系统的干扰主要表现在以下几个方面。
1. 电离层层流对电波的散射电离层层流是由于大气环流引起的大气波动现象，会对电波的传播产生干扰。
电离层层流可以散射电波，导致信号衰减或受干扰，从而影响卫星通信系统的正常运行。
2. 温度和湿度的变化对信号传输的影响大气环流的季节变化和气候变化会导致温度和湿度的变化。
这些变化会引起电波的折射，导致信号传输的路径和速度发生变化，从而影响卫星通信系统的传输质量。
3. 突发天气现象对信号传输的干扰大气环流的不稳定性会导致突发天气现象的发生，如雷暴、龙卷风等。
这些突发天气现象会干扰卫星通信系统的信号传输，造成信号中断或衰减。
二、解决方法的研究为了解决大气环流与卫星通信系统间的干扰问题，科学家们提出了一些解决方法。
1. 天气预报技术的改进通过改进天气预报技术，可以更准确地预测突发天气现象的发生。
这样，卫星通信系统可以提前做好准备，避免受到天气干扰。
2. 信号处理算法的优化通过优化信号处理算法，可以尽量降低电离层层流对电波的散射。
这样，卫星通信系统的信号传输质量可以得到改善。
3. 天线设计的改进通过改进天线设计，可以提高卫星通信系统对突发天气的适应能力。
例如，采用抗风、抗雷电的天线材料，可以减少天气干扰对信号传输的影响。
4. 卫星轨道的优化通过优化卫星轨道设计，可以尽量避开大气环流的干扰区域，减少对卫星通信系统的影响。
这可以通过精确测算大气环流的运动规律来实现。
结论大气环流与卫星通信系统间的干扰是一个复杂而严峻的问题，但通过不断的研究和探索，科学家们已经提出了一些解决方法。
这些方法包括改进天气预报技术、优化信号处理算法、改进天线设计和优化卫星轨道等。
大气波导干扰解决方法研究
：
本地 Ｔ Ｄ ． Ｌ Ｔ Ｅ｝ ： 行信号。本 文从大气
波 导产 生 于扰 的 荩 本 原理 、 成因 、 对
Ｔ Ｄ ． Ｌ Ｔ Ｅ系统 的 影 响 等 而 入 丁 二 进 行
分析， 提 出 了一 种 １ － 扰 识别 及 规避 的
解 决 方案 。
２ 干 扰成 因分 析
图１ ＴＤ— Ｌ Ｔ Ｅ帧 结 构
（１ １ Ｔ Ｄ — Ｌ Ｔ Ｆ系统 ＧＰ时 隙分析 Ｔ Ｄ — Ｌ Ｔ Ｅ系统 采用 时 分 双 方式 ， 站 、 终 端 发
｝ ｌ １ 于 传输 时 延 的原 因 ， 在 超远 距 离传输 中 ， 远端 站 的下行 信 号 易造 成本 端 基站 行信 号 的十 扰 ，
扰， 顺 点 前 移 ５ Ｍ， 前５ Ｍ 无干 扰 ， Ｉ ｔ Ｊ ’ 以ｈ ｌ ｛ ｉ ￣ Ｊ ｊ 大 气 波 导 下扰 是 一 种 特 殊 人 下 形 成 的 大 气 对 面积 卜 ： 扰 的仔 在 ３ ８ ４ ０ ０频 点 与 ３ ８ ５ ０ ０频 － 、 １ Ｏ Ｏ Ｐ Ｒ Ｂ 电磁波 折 射 效应 ， 一 般都 址 令频段 下扰 ， Ⅱ受影 响 而 外部 Ｉ 较人 ， 各 地 分 不 同。
＞ ＝６ ４ＫＭ
＞ ＝１ ０７ ＫＭ
ｒ扰 ； ５ “ １
＝
ｌ ９ ０ ０ ＭＨ Ｚ以 卜 没 有十 扰 ， Ｊ Ｊ ｆ ５ 么此 类十扰
３ ＯＤ ＫＭ
可能 为系统 『 大 】ｒ 扰
图２ 大 气波 导 干 扰 原 理
移频 ｌ ５ Ｍ （ １ ８ ９ ５ ＭＨＺ 一 １ ９ １ ５ ＭＨ Ｚ） Ｊ Ｉ ． 频
中传播 的 电磁 波受 大气 折 射 的影 响 ， 其 传播 轨迹 弯 地而 ， 曲率 超过 地 球 表 面 ｆ ¨ １ 率时 ， 电磁 波会 部 分 地
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。
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 。
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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。
5、干扰规避措施
针对大气波导干扰进行了版本抗干扰性能优化，功能开启后基站可自动识别大气波导，判断确认受到大气波导干扰后自行优化PHY和CMAC解调等流程，从而降低干扰对KPI指标的影响，提升用户感知。
经实际验证，功能开启后对接入、掉线等KPI指标改善明显
注：（功能开启后可大幅提升版本抗干扰能力，但并不能消除干扰本身，干扰仍客观存在）
参数情况：
解释：
大气波导启动门限设置为16：固定门限（-120）+大气波导启动门限（16）=-104dBm，说明当干扰强度大于-104dBm时，启动上述的抗干扰机制，提升KPI指标和用户感知。
大气波导启动开关设置为22：关闭大气波导功能。
大气波导启动开关设置为24：开启大气波导功能。
6、如何辨别大气波导系统工具→频谱扫描→新增模板
选项
选择“轮询模式”
高级里面可以更改保存LOG路径
同步任务之后，数据就开始记录了
保存的数据为UDT和CSV格式的两种数据，分析大气波导只用csv就行
此数据包含的数据较多，每个时隙最大的干扰值和平均的干扰值、还有一些其他的数据，分析大气波导只需要平均的干扰值数据，其余的直接删掉就可以，然后插入一列，算出留下的100个平均的干扰值，进行透视，透视图如下大气波导特征：
大气波导特征：子帧uppts的第一个符号和第二个符号干扰最严重，其次子帧2和子帧7会逐渐降低。