大氣波導對TD—LTE無線通信產生干擾問題的分析

陳森 金巖華

摘要：隨著LTE網絡的大規模建設，中國移動4G用戶呈爆發式增長。TD-LTE網絡干擾因素越來越多，其中影響范圍最廣、處理難度最大的干擾為大氣波導干擾，有效地規避與解決大氣波導干擾問題成為無線通信發展的重中之重。文章從大氣波導產生干擾的基本原理、成因、影響等方面進行分析，給出干擾規避解決方案，為TD-LTE網絡大規模部署后，避免和消除這種干擾的影響提供理論支持。

關鍵詞：TD-LTE；無線通信；大氣波導干擾

1 大氣波導干擾介紹

1.1大氣波導的形成

大氣波導是一種特殊天氣下形成的大氣對電磁波折射效應，低層大氣產生逆溫現象，由于射線的絕對曲率大于地球表面的絕對曲率，故射線將彎向地面，經地面反射后繼續向前傳播，這種過程的多次重復，使射線在地面和某一大氣層之間滾輪式地向前傳播，使電磁波產生超折射的大氣層稱為大氣波導層[1]。

1.2大氣波導干擾的原理

在“大氣波導”效應下，電磁波通過波導層進行傳播，可以繞過地平面，實現超遠距傳輸，傳播損耗很小（近似于自由空間傳播）。由于遠距離傳輸時間超過TDD系統的上下行保護間隔，從而干擾了近處基站的上行接收，產生TDD系統的遠距離同頻干擾[2]。

2 TD-LTE系統大氣波導干擾的特征及判定方法

2.1 TD-LTE系統大氣波導干擾的特征

2.1.1 TD-LTE大氣波導干擾波形

干擾波形特征：20 M帶寬，100 RB整體抬升（見圖1）。

2.1.2 TD-LTE大氣波導干擾時間特征

干擾多發生在晚21點到次日上午9點之間，9點之后一般自動消失（見表1）。

2.1.3 TD-LTE大氣波導干擾地域特征

遠距離同頻干擾影響范圍較大，農村及城郊受限影響小區數明顯多于城區。邯鄲涉及大氣波導的區域主要為東部相對較平縣區、農村，西部山區干擾較少（見圖2）。

2.1.4 TD-LTE大氣波導干擾方向特征

TD-LTE大氣波導干擾具有一定的方向性，1個基站3個方向小區均受干擾，其中1小區受干擾最嚴重，而3小區受干表1TD-LTE大氣波導干擾時間特征擾較輕。這也說明了干擾傳播的方向性（見表2）。

2.2 TD-LTE大氣波導干擾的判定方法

2.2.1移頻

移頻判斷干擾原理：通過移頻來觀察干擾在帶內和在帶外的變化，從而判定屬于系統外、內干擾。如圖3所示，向后移頻15 M后，在頻譜掃描工具上可以清晰地看到，1 900 MHz后底噪無抬升，可以簡單判斷干擾為系統內干擾，來自遠端基站下行信號。

圖3移頻后干擾

2.2.2符號級頻譜掃描

TD-LTE無線信號隨著距離的增加傳輸時延相應增加，干擾到本小區的上行符號數隨之增加，表現在時域上就會自左到右成減弱的趨勢，極端情況下將形成對整個上行符號的干擾，在最遠的施擾小區與本小區距離小于400.77 km時，通過符號級頻譜掃頻，根據受擾的符號數大體可以判斷最遠施擾小區的距離，如圖4所示，特殊子幀配置6，GP符號數3 （58.19 km）。

3 TD-LTE大氣波導干擾解決辦法

3.1調整天線俯仰角

大氣波導現象是不可能消除的，但是我們可以控制的是發射源的位置和發射源的俯仰角。當基站天線位于大氣波導內部時，要求基站的天線俯仰角要小于臨界仰角θc。可以假設在一定的波導強度AM下，根據公式推到出臨界角。

TD-LTE定向天線一般半功率角θ為7～15。，假如天線的上方旁瓣抑制比較好，那么要求TD-LTE下傾角應該大于垂直半功率角加上大氣波導臨界仰角（θ+θc）。

3.2增加保護間隔GP

在無線信號的傳播中，傳播的距離越遠，傳播時延越大，將特殊子幀配置為6（9：3：2），GP符號數3，修改為5（3：9：2），GP符號數9，增加保護間隔，來規避一定距離內的干擾。

3.3施擾站點移頻

對于高頻干擾的區域，可以根據大氣波導的方向性以及符號級掃頻工具，定位出施擾站點的大體位置，對一定范圍內的施擾站點進行移頻來規避大氣波導的干擾。當然，如果能夠更準確地定位到施擾小區，可以通過調整施擾小區的俯仰角來消除干擾。

4結語

本文從理論上分析了大氣波導的形成條件、特征以及解決干擾的方法。當然，大氣波導干擾由于其自身的特性，給干擾排查帶來一定困難，所以預防大氣波導干擾最好在規劃階段將基站的下傾角規劃至少大于垂直半功率角加上大氣波導臨界仰角（θ+θc）之和。

[參考文獻]

[1]曲嘉杰，李新，鄧偉，等.TD-LTE遠距離同頻干擾問題研究[J]電信科學，2010 （10）：152-158

[2]姚展予，趙柏林，李萬彪，等.大氣波導特征分析及其對電磁波傳播的彩響『J]氣象學報，2000（5）：605-616