探析TD—LTE远距离同频干扰

摘要：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 TDD 基站间干扰

1.前言

时分双工（Time Division Duplexing）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”。

2.成因分析

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，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。此外，我们还要考虑“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。

3.TDD商用系统干扰实例及解决方案参考

3.1.SCDMA系统

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）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。

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。

4.TD-LTE系统远距离同频干扰及解决方案

4.1.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。

（1）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：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。

（2）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，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×（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扰码。根据上式计算出的干扰源大致距离以及施扰基站扰码信息，可以选定一些可能的干扰源基站。

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。在干扰基站频点和受扰基站频点相同的前提下，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、下倾角是否较小、方位角是否是受扰基站的方向，来确定具体的施扰基站。

4.2.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。

（1）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，将可能受扰基站的PRACH移到不会受到干扰的其他上行时隙 ，以避免远距离同频干扰的发生。

（2）下倾角自动调整

采用较大下倾角，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。

5.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。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。

参考文献

[1]3GPP TS36.211， Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical Channels and Modulation， v9.1.0

[2]TD-SCDMA 第三代移动通信系统，李世鹤，杨运年，人民邮电出版社

[3]TD-SCDMA移动通信系统， 彭木根等，机械工业出版社