5G 700 MHz部署的干擾分析與優化研究

2022-07-08 09:52:22施左橋

通信電源技術 2022年4期

孫健，王亮，鄭進，施左橋

（1.浙江云端保網絡科技有限公司，浙江杭州 310000；2.中國移動溫州市分公司，浙江溫州 325000；3.中國鐵塔溫州市分公司，浙江溫州 325000）

0 引言

2020年5月，中國移動與中國廣電宣布簽署5G共建共享合作框架協議。此次合作雙方通過700 MHz和2.6 GHz混合組網，實現在容量和覆蓋上的優勢互補，可快速、低成本地部署連續覆蓋的優質5G網絡，能夠滿足雙方未來開展的物聯網、直播、視頻會議等業務需求。

為了加快建設步伐，節省投資和天面資源，700 MHz的天面解決方案主要有以下3種：（1）天面資源豐富時，采用新增四端口700 MHz天線；（2）現網天線不支持700 MHz的，更換700 MHz的多頻天線；（3）現網的天線支持700 MHz的，采用合路器接射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU），利舊現有天線[1]。

在最新的中國移動2021年度業績發布會上，中國移動董事長楊杰表示，目前700 MHz 5G網絡建設進展順利，通過與廣電共建共享，2021年共建設700 MHz基站20萬個，2022年計劃再建設28萬個，實現700 MHz網絡全國覆蓋。

中國廣電自2020年開始快速推進700 MHz清頻工作，然而清頻工作涉及廣電多個地面數字電視頻道和地面模擬電視頻道的處置，工作量大，同樣耗資巨大，整體進度較慢。因此，中國移動與中國廣電普遍采用“邊建設、邊移頻、邊運營”的總體思路建設700 MHz網絡。

現階段，隨著700 MHz網絡的快速部署和應用，用戶流量快速增長。但由于廣電700 MHz清頻工作尚未完成，在部分區域會形成對覆蓋和速率的干擾，影響用戶體驗和感知。為有效解決現階段700 MHz 5G網絡的干擾問題，需要對現網進行檢測分析，并制定規避干擾的優化方案。

1 700MHz優劣勢

2020年4月，工業和信息化部發布《關于調整700 MHz頻段頻率使用規劃的通知》，通知指出將原用于廣播業務的700 MHz頻段頻率規劃調整后用于移動通信系統，并將703～743/758～798 MHz（2×40 MHz）頻段規劃用于頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）工作方式的移動通信系統。

700MHz頻段用于5G組網建設的優缺點都很突出，其中優點主要是700 MHz頻率低，覆蓋面積廣，可用于郊區的廣度覆蓋，另外繞射能力強，穿墻覆蓋能力強，可以用于城市的室內深度覆蓋。缺點是帶寬小、容量小，無法作為5G容量主力[2]。因此，700 MHz適用于郊區的廣度覆蓋場景和城市內的室內深度覆蓋場景，需要與其他的頻段合理組合，以達到更優的效果。

從覆蓋角度看，700 MHz主要和移動2.6 GHz頻段組合進行使用。2.6 GHz具有大帶寬和高速率的優勢，是移動5G覆蓋的主要頻段，采用載波聚合、補充上行等特性配置能實現兩個頻段在覆蓋、容量和速率上的互補，改善用戶的使用體驗和感知。從容量角度看，700 MHz與2.6 GHz雙層組網可大幅提升5G網絡的上行邊緣速率，利于滿足視頻會議、直播、視頻監控等對上行帶寬要求更高的5G業務需求[3]。

2 700MHz干擾測量分析

根據移動公司的指導意見，在地市層面700 MHz網絡建設采用多頻協同組網的模式，其中網絡上下行均使用全帶寬30 MHz。同步信號（Synchronization Signal Block，SSB）配置以地市/區縣為單位區域統一，中心頻點配置在干擾最小的地面數字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）頻道的中間位置。目前，廣電700 MHz清頻尚未完成，大多數地市存在干擾和強干擾，少部分地市8個DTMB頻道無干擾。干擾對700 MHz網絡覆蓋、速率、容量以及用戶感知會造成影響，且干擾越強影響越大。為優化700 MHz網絡的覆蓋和速率，保障用戶的使用體驗，需要對700 MHz網絡進行實地的干擾測量，同時根據干擾的輕重程度選擇基站側干擾避讓和干擾隔離方案。

2.1 干擾測量

干擾測量由各地市組織，主要采用掃頻測試分析接收的信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）數據頻域底噪波形特征，可明確干擾頻段。每個廣電頻道的平均干擾采用對應廣電頻道中部分頻段求算數平均來計算（每個DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬），然后根據計算結果判斷是否有干擾，如果某個廣電頻道下行平均干擾值大于-105 dBm（掃頻儀RBW設置為200 kHz）或大于-108 dBm（掃頻儀RBW設置為100 kHz），則將標示此廣電頻道的對應比特位設置為1（認為存在干擾），反之設置為0，最終得到干擾圖譜。

下行干擾圖譜用4個0、1比特依次代表廣電頻道DS44、DS45、DS46、DS47，如“1000” 代表DS44存在干擾。上行干擾圖譜用4個0、1比特依次代表廣電頻道DS37、DS38、DS39、DS40，如“1000”代表DS37存在干擾。

基站側有PRB級別的小區上行干擾測量值，反映了天面處干擾強度。實測發現，天面干擾普遍高于道路掃頻測試干擾，差值為5～30 dBm，所以上行干擾應以基站側干擾測量值為準。用0～159個PRB上行干擾測量值計算廣電頻道平均干擾，過程與用掃頻結果計算一樣，每個DTMB兩邊去掉1 MHz帶寬。

另外需注意的是，北向文件中小區上行每PRB干擾測量值單位是毫瓦分貝，當計算線性平均時應先還原成毫瓦再計算平均，然后再換算成毫瓦分貝。

2.2 干擾對網絡性能指標和客戶感知的影響

2.2.1 干擾對性能指標的影響

測試結果顯示，當上行30 MHz全帶寬平均噪聲指數（Noise Index，NI）大于-105 dBm時，基準參考時鐘（Primary Reference Clock，PRC）無線接通率＜98%，無線掉線率＞2%，指標明顯下降（如圖1所示）。

圖1 干擾對掉線的影響

單個DTMB頻段干擾大于-80 dBm時，上行全帶寬頻段內地整體干擾會提升到-105 dBm以上。因此，干擾大于-80 dBm的DTMB頻段需要采用深度濾波抑制干擾，避免引起整體頻段的NI抬升。

2.2.2 干擾對覆蓋的影響

700MHz網絡的覆蓋范圍由上行邊緣速率確定。測試結果顯示，在不同干擾水平下，小區平均干擾每提升5 dB，上行5 Mb/s速率邊緣點的同步信號SSRSRP（Synchronization Signal Reference Signal Received Power，SS-RSRP）收縮約3.5 dB，覆蓋范圍收縮21%（如圖2所示）。

圖2 干擾對覆蓋的影響

理論上，當假設邊緣場景手機滿功率發射（23 dBm）、上行信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）需求固定時，則下行覆蓋參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）與上行干擾成線性關系，即干擾抬升值對應為覆蓋收縮值[4]。

2.2.3 干擾對速率和容量的影響

從理論角度分析，部分頻段存在干擾將導致整體帶寬頻譜效率下降。一是部分干擾段資源塊（Resource Block，RB）SINR差導致30 MHz帶寬SINR下降，影響全帶寬速率。二是上行阻塞干擾導致接收機飽和。當基站開通30 MHz帶寬時，個別DTMB頻段強干擾導致基站上行接收機達到飽和，無干擾DTMB頻段底噪被抬升10 dBm以上，上行解調性能下降，上傳速率惡化。

由實測數據可知，上行速率惡化50%～92%，下行速率惡化9%～23%。在好點的場景下，干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約22 Mb/s，下行速率下降7 Mb/s。當上行干擾達到-65 dBm時，上行體驗速率整體下降比例為92%，當下行干擾達到-81 dBm時，下行體驗速率整體下降比例為9%。在差點的場景下，上行干擾梯度值每增加10 dBm，上行速率下降約1.7 Mb/s，下行速率下降10 Mb/s。當上行干擾達到-70 dBm左右時，上行體驗速率下降比例為50%，上行干擾大于-65 dBm時，終端無法接入。當下行干擾達到-85 dBm時，下行體驗速率整體下降比例為23%[5]。

3 700MHz干擾優化方案

經理論分析和實測數據驗證，當上行干擾大于-65 dBm時會造成基站設備接收機阻塞不能正常工作；當上行干擾介于-65～-80 dBm時需在基站物理層進行干擾隔離；當上行干擾介于-80～-105 dBm時可利用3GPP協議定義的5G NR特性進行干擾避讓。

3.1 廣播/控制信道干擾避讓

廣電廣播對廣播信道的干擾會導致UE無法搜索700 MHz小區以及尋呼不到等問題。廣電廣播對控制信道的干擾導致初始接入失敗、調度信息重傳導致速率降低等問題。控制信道干擾避讓通過掃頻結果確定干擾圖譜，基于干擾圖譜制定廣播/控制信道部署方案，并通過工具配置完成。

3.2 業務信道干擾避讓

業務信道的頻選方案分為上行頻選方案和下行頻選方案（如圖3所示）。其中上行頻選方案基站通過SRS質量判斷是否要調用干擾RB頻段，近點用戶基于干擾強度自適應判斷調度全帶寬或無干擾RB頻段，中遠點用戶只調度無干擾RB頻段。下行頻選方案基站基于終端下行信道質量指示（Channel Quality Indication，CQI）反饋，計算調度30 MHz帶寬資源和只調度無干擾RB帶寬資源體驗速率的差異，選取用戶體驗速率最高的方式進行調度。