江蘇鹽城沿海FDD900大氣波導干擾問題研究

錢國寶 王朝陽 袁亞男

1.揚州大學；2.中國移動通信集團江蘇有限公司鹽城分公司

0 引言

2019年3月19日，江蘇省鹽城市TDD-LTE小區受到較為嚴重的大氣波導干擾。同時，FDD-LTE 900 Mhz頻段受干擾小區也有上升，主要分布在沿海區域，南北跨度在200 km以上，東西跨度約30 km，成狹長帶狀分布，且受干擾小區全部為頻點3621號、10 Mhz帶寬的前5個PRB（Physical resource block，物理資源塊）。結合歷史觀測數據發現，該干擾現象自FDD-LTE 900 Mhz規模建網至今一直存在。為分析該干擾產生的具體原因，進行了深入研究。

1 原理

無線通信究其根本是將信息加載到電磁波上的信息傳輸方式。而電磁波作為信號的載體，其質量的好壞直接影響到信息傳輸的準確性。在地表環境下，由于各個區域的大氣環境不一，對電磁波傳播的影響也會造成較大的差異。其中，大氣波導現象對無線通信的影響尤為重要。

當近地層存在越顯著的逆溫和隨高度減少越迅速的水汽壓，則越容易形成超折射。由于射線的曲率大于地球表面的曲率，射線傳播路徑會向地球一側彎曲，經地面產生反射后繼續向前傳播，繼而又彎向地面，一直重復這個過程，便形成大氣波導。

2 特征分析

2.1 地域特征分析

鹽城市海岸線南北向跨度超200 km，東西向狹長。將受干擾小區的位置進行地理化呈現后，發現干擾主要集中在沿海區域。特征上，距離海岸線越近干擾強度越高，隨著向內陸方向的延伸，干擾強度逐漸減弱，表明該干擾與黃海海域有關。

對受干擾小區做方位分析，發現在方位角分布圖上，小區指向多朝向120度，其余朝向極少，而地理方位上120度方位直指黃海方向，見圖1（左），表明干擾大概率來自黃海海面。而對受干擾小區做天面掛高分析，從高度分布圖上發現，受干擾站點主要集中在50 m上下掛高的站點，見圖1（右），表明干擾在距離地面50米上下的范圍內干擾信號最強。

圖1 受干擾小區方位角分布圖（左），受干擾小區高度分布圖（右）

綜合受干擾小區的地域特征、方位特征和掛高特征，初步判定該干擾源來自東側黃海海上。

2.2 頻域特征分析

提取全天所有沿海FDD-LTE 900 Mhz頻段的受干擾小區，進行PRB級頻域干擾波形呈現，見圖2。

圖2 頻域波形圖

從頻域波形上可以看出，整個江蘇沿海的干擾波形一致。從第5個PRB開始干擾電平大幅下降，至第8個PRB時干擾電平下降約30 dB，呈現出OFDM調制波形，疑似為LTE系統阻塞干擾。

OFDM波形估算。根據LTE系統的保護帶寬10%計算，3個PRB約0.54 Mhz，0.54÷0.05=10.8，取整為10 Mhz，故而猜想該處為一個10Mhz帶寬的LTE小區信號（可能頻段B5、B26），因大氣波導而造成CMCC FDD-LTE 900 Mhz頻段3621頻點10 Mhz小區的前5個PRB干擾。

干擾頻點估算。3GPP上下行鏈路計算公式：FDL = FDL_low + 0.1（NDL-NOffs-DL）

（參 考3GPP TS 36.104 version 10.11.0 Release 10，Base Station（BS）radio transmission and reception）

3621-10 Mhz帶寬小區各PRB頻率中心位置計算結果如表1所示。

表1 B8頻段3621頻點RB級頻點中心頻率

?

根據3GPP協議，只有Band 5/26存在下行頻率和Band 8的上行頻率存在重疊。假設為B5頻點小區，其產生下行邊界PRB中心頻率和FDD-LTE 900的PRB 4中心頻率重疊。

計算出可能小區的中心EARFCN號，如表2所示。

表2 B5頻段末端帶寬組合RB級頻點中心頻率

通過計算可以發現，CMCC使用的B8 3621 10 Mhz小區的PRB0-4剛好和B5 2555 20 Mhz、B5 2600 10 Mhz小區的下行上邊界PRB中心頻率重合。

2.3 時域特征分析

因干擾波形疑似OFDM調制波形，疑似為LTE系統阻塞干擾，懷疑其和話務呈現一定的相關性，其時域波形如圖3所示。

圖3 業務量與干擾強度走勢圖

從時域上，可以看到干擾自12點之后開始有所上升，但干擾不跟隨話務變化，排除話務相關性。根據大氣波導研究資料表明，中國黃海區域極易產生蒸發波導效應（其歸屬于大氣波導的一種），根據其頻率的不同，影響范圍少則幾百平方公里，多則數萬平方公里，可見其影響范圍極廣。

對地理、頻域、時域特征的分析結果表明，該干擾主要是由海面的蒸發波導引起的遠距離波導效應所致。對此，建議等到下次大氣波導來臨時，提取該干擾類型的目標小區，將目標小區頻點調整為3550號，帶寬10 Mhz，并持續跟蹤，然后提取修改的小區的上行PRB干擾頻域波形，以此判斷干擾源在該小區頻率范圍外的特征，并做后續分析。

3 干擾源定位

3.1 驗證

2019年3月26日晚7點左右，鹽城再次發現大氣波導問題。發現該干擾后，用PRS查詢現網同樣波形的干擾目標小區。

根據前面分析，發現該干擾后，將目標小區（鹽城_大豐_鹽場小區FG_1）的頻點向前推移到RRU的邊緣，即頻點修改為3550號，帶寬10Mhz（RRU3953，頻率為TX930-955Mhz/RX885-910Mhz）。修改后立即做實時干擾跟蹤，發現干擾波形如圖4所示。受干擾波形呈現出LTE全頻段的大氣波導特性。而3621頻點的前5PRB干擾，剛好落在該大氣波導干擾的尾部。通過波形可以看到其PBCH在我們頻段的PRB17-PRB22位置，計算頻率范圍為888.65 Mhz-889.55 Mhz，推斷其中心頻點約為889.1 Mhz（偏差在0.18 Khz上下，因為1個PRB帶寬是180 Khz）。

圖4 3550頻點頻域干擾波形

3.2 溯源

因干擾源符合LTE的OFDM波形特征，判斷為LTE系統干擾，但中國大陸并無該頻點使用。地域上看大氣波導產生在黃海海面區域，隔海相望的是朝鮮半島、韓國濟州島、日本九州島，對中國沿海造成干擾的干擾源又來自海上，推測較大可能來自韓國、日本。

而對全球LTE部署情況分析得知，只有韓國LG U+運營商使用的是B5頻點的最后10Mhz帶寬，頻點2600號（889 Mhz），剛好落在移動FDD-LTE 900 Mhz的頻點3621號（帶寬10 Mhz）小區的上行帶寬里。干擾示意圖如圖5所示。

圖5 LG U+和CMCC頻率干擾示意圖

從圖5可以看到，LG U+的下行頻率范圍和CMCC的上行頻率范圍存在沖突。894-892.1=1.9 Mhz，去除各自的0.5 Mhz的保護帶寬，剩余0.9 Mhz重疊部分。0.9÷0.18=5，剛好為5個PRB重疊。故而，可以基本確定該干擾為海面蒸發波導導致的超遠距離信號波導干擾。

3.3 定位

通過前述分析已經基本斷定為韓國LG U+運營商的B5頻段2600頻點（10 Mhz）網絡的海面大氣波導干擾所致，現采用測試卡開通國際漫游功能，在大氣波導來臨時，通過在受干擾站點附近進行終端鎖頻測試，以驗證大陸是否可以占用韓國LG U+的LTE網絡（韓國MCC為450，LG U+運營商MNC為06）。

測試位置：干擾源指向黃海海面，計劃在射陽海堤的灘涂區域進行現場測試，截取可能存在的韓國LG U+運營商的網絡信號。

測試方法：現場鎖頻2600頻點進行占用以讀取SIB1消息，因為信號不穩定，無法穩定占用。通過反復設置飛行模式、鎖頻2600操作后，在信令中讀取到占用韓國LG U+運營商的小區信息（eCGI：450-06-12430-2，TAC：37095，band：5）。

測試結果：通過現場測試，我們已經明確在江蘇鹽城海岸線讀取到了韓國運營商LG U+的小區信息，足以說明江蘇省沿海該類型干擾問題的干擾信號源來自韓國4G網絡。

4 結束語

經過特征分析與溯源定位，確定江蘇沿海的FDD-LTE 900 Mhz小區（頻點3621號，帶寬10 Mhz）的前5個PRB干擾，是由于B5頻段的下行頻率剛好落入B8頻段的上行帶寬內，加上海面的蒸發波導（大氣波導效應）導致的。鑒于此，建議江蘇海岸線50 Km范圍內的FDD-LTE 900 Mhz小區3621號頻點（10 Mhz）至少后移0.9 Mhz，頻點為3630頻點（10 Mhz），推薦頻點后移1.4Mhz，頻點為3635號（帶寬10 Mhz）。