5G網絡NSA組網共模抗干擾問題的研究

陳雪娟，葉利麗，楚高峰

（1.樂山職業技術學院電子信息工程系，樂山 614000；2.華為技術有限公司，成都 610000）

0 引言

近年來，我國在移動通信領域的發展速度讓世界驚嘆，短短40年時間就實現了從1G到5G的躍遷，幾乎每隔十年產生一代新的移動通信技術。我國的5G從2019年11月正式投入商用后，廣泛應用在廣大群眾的日常生活中，預測5G帶來的直接和間接經濟產出將不斷增長。目前國內外關于5G的部署進行得如火如荼，各大運營商經過近三年時間的5G建設，很多地區的用戶已經可以享受到5G帶來的全新體驗。

5G部署主要采用SA（Standalone）獨立組網或者NSA（Non-Standalone）非獨立組網方式。2019年5G部署之初，通常采用的是NSA非獨立組網方式，主要覆蓋一線城市以及部分重點地區，偏遠地區覆蓋較少，實現國內全覆蓋需要一段時間。2020年1月工信部部長表示，在2020年國家將5G網絡建設的重點放在獨立組網基礎上，只有這種獨立組網才能夠充分顯示出5G的整體性能。SA組網相比NSA組網投入高、工程量大、周期長，在相當長的一段時間內必將是二者共存的場景。

1 5G技術目標

3GPP對5G網絡目標進行了定義，如圖1所示，峰值數據包速率上行10 Gbps、下行20 Gbps，用戶終端業務速率上行50 Mbps、下行100 Mbps，移動性滿足500 km/h，用戶終端時延4 ms。URLLC場景時延低于1 ms，為實現無人駕駛提供重大潛力，區域流量的容量達到每平米100 Mbps。5G主要實現大帶寬、低時延、空口靈活、UCNC、MASSIVE-MIMO等關鍵技術。這些關鍵指標為大規模物聯網業務、低時延高可靠業務以及超高清移動寬帶業務等應用提供服務與支持。此類業務也必然在生產和生活中逐步產生，并非一蹴而就，因此需要穩步推進，逐漸完成完整的SA獨立5G組網。

圖1 3GPP對5G目標的定義

2 NSA組網研究

2.1 NSA組網分析

5G部署初期主要采用NSA非獨立組網方式，如圖2所示。無需建設5G新核心網，借助4G無線空口，利用現有的4G基礎設施。5G終端通過NR基站進行數據分流，控制面和用戶面數據通過LTE基站向EPC轉發，實現快速大面積覆蓋，快速提升5G網絡普及速度。初期建設5G核心網5GC暫不需投入，減小網絡短期設備更換成本，這種方案在節省5G初期投入成本的同時能讓用戶得到5G的快速體驗。LTE與NR共模并發稱為LNR，能夠最大程度地提高資源利用率，不僅能滿足5G用戶的需求，而且能避免前期運營商的巨大投入，解決回報率低的問題。到目前為止，NSA組網仍然是5G部署的首要之選，非獨立組網雖然只是5G商用的一種過渡性方案，但不可或缺，甚至舉足輕重。

圖2 NSA組網模型

2.2 LNR場景的共模建設分析

基于NSA進行組網是各大運營商進行5G部署前期使用最多的組網方式，能在最大程度上解決前期資金投入大的問題，4G與5G的LNR共模并發場景實物組網如圖3所示。在原有LTE基站上增加5G主控和基帶單板，AAU作為新增的5G有源天線處理單元增加了天線陣子，能夠同時處理4G基帶單板和5G基帶單板傳輸的數據。RRU作為原本LTE網絡的射頻單元，仍然處理4G基帶單板數據。

圖3 LNR共模并發實物組網示意圖

LNR共模并發場景能夠在提升資源利用率的同時優化資源，目前4G與5G都利用有限的頻譜資源，就頻譜資源利用率來說，重疊的頻譜資源越多，資源利用率越高。但是基于射頻模塊的器件性能限制，頻譜資源不能無限重疊，需要規劃頻譜重疊的范圍。以中移動2.6G頻段來看，2515～2615 MHz的100 MHz用于 部 署NR，2615～2675 MHz的60 MHz用于部署LTE，當前協議天然支持的頻譜資源允許4G與5G小區重疊20 K的頻譜資源，如圖4所示，重疊越多，干擾越大。在規劃的NR 100 M頻譜范圍中，運營商可以根據小區實際情況靈活進行LTE部署或者NR部署。4G和5G共模必然帶來小區間干擾，需要調整合理的功率控制比來降低干擾影響。

圖4 NR與LTE頻譜重疊示意圖

2.3 功率配置比

將NR新建的天線連接到LTE基站，不僅提升了5G資源的利用率，又提高了4G的覆蓋率，實現4G與5G共模。但是，在相同的天線上同時傳輸4G與5G信號必然會帶來小區間的相互干擾。5G的AAU目前使用較多的是64天線陣，后續也會擴展到128天線陣和256天線陣。在LTE與5G共用頻譜的過程當中，必然帶來同頻干擾。

LNR共模的AAU場景中，LTE與NR共用同一塊射頻模塊，如圖5所示。以2.6G頻段TDD上行鏈路為例，LTE與NR共160 MHz帶寬，NR最大帶寬為100 M，最小帶寬20 M，LTE最大帶寬為20 MHz，可以配置的最大帶寬為1NR+3LTE。AAU場景固定NR小區帶寬為100 MHz，LTE小區帶寬為20 MHz，通過調整NR和LTE小區的功率配置比來達到減小干擾的目的，功率配置比參考公式（1）：

圖5 LNR與LTE上行測試場景

公式（1）將NR小區最大功率與小區帶寬的比值除以LTE小區最大功率與小區帶寬的比值，所得數據為5G與4G共模的功率配置比。仿真針對最大NR小區帶寬100 MHz與最大LTE小區帶寬值20 MHz進行，將NR小區功率與LTE小區功率的比值作為仿真中的功率比。通過MATLAB進行仿真，觀察誤碼率情況，如圖6所示。

由圖6可知，在LNR的AAU共模場景中，5G與4G小區帶寬分別為各自最大值100 MHz和20 MHz時，AAU端設定5G與4G功率比值約為6，小區間干擾最低，誤碼率最小。/比值的減小或增加都將引起誤碼率的指數式增長，同時發射功率的設定也必須考慮小區帶寬值。因此AAU共模并發場景設置合理的小區功率配置比對于獲得更優的小區移動信號性能具有不可忽視的重要作用。

圖6 LNR場景5G與4G功率比同誤碼率之間的仿真關系圖

3 結語

5G部署中，NSA組網作為一種過渡性技術不可或缺，甚至舉足輕重。LNR共模并發場景作為NSA組網中的一種典型應用，5G與4G信號使用鄰近的有限頻率資源通過AAU同時發射，必然帶來嚴重的小區間干擾。為了降低相鄰小區間干擾帶來的影響，通過設置合理的NR與LTE功率配置比能夠起到事半功倍的作用，同理功率配置比不合理將嚴重影響移動信號的性能。