第2章 TDD超大規模組網干擾體系

移動通信系統中的各種干擾一般可以分為小區內的干擾、小區間的干擾、不同系統之間的干擾等。小區內的干擾主要有多徑干擾、遠近效應和多址干擾等。這些干擾的產生是由無線信道的時變性和電磁波傳播過程中的時延與衰落等特點決定的。小區內干擾可以采用設計正交性好的多址技術、上下行鏈路同步、糾錯編碼、功率控制、空時處理等信號處理技術加以改善或解決。影響系統大規模組網能力的主要是小區間干擾和系統間干擾。

在 TD-LTE 成功組大網之前，產業界對 TDD 制式系統的大規模組網能力普遍持懷疑態度，一方面是由于 TDD 制式系統上行傳輸時間短，上行覆蓋能力弱；另一方面，更重要的一個原因在于TDD比FDD制式系統具有更加復雜的干擾。作者團隊在TD-SCDMA、TD-LTE兩個TDD超大規模網絡的組網實踐中發現，TDD超大規模組網面臨的核心難題是如何克服復雜多樣的干擾的影響。這些復雜多樣的干擾包含兩大類：一是TDD系統特有的系統內基站間干擾（即網絡全局自干擾）；二是與 FDD 干擾類型相同但更加復雜的干擾，如系統內基站對終端的干擾（即基站終端間干擾）、系統間各類干擾。

（1）網絡全局自干擾

網絡全局自干擾影響超大規模組網是隨著 TDD 商用網絡規模擴大逐漸被發現的。根據移動通信多年組網應用經驗，基站的發射功率不大，基站的高度和傾角嚴格規劃設計，FDD 制式系統可以定義為局域性干擾系統，在典型的蜂窩組網結構下，服務小區的所受干擾主要來自周圍兩圈鄰區，在站間距為500m的條件下，周圍兩圈鄰區距離服務小區的最遠距離在1km左右。產業界當時認為TDD制式系統也是局域性干擾系統。

隨著 TDD 商用網絡規模擴大逐漸發現了一些奇怪的現象，幾百千米外的基站也對本地基站產生干擾，嚴重影響用戶的接入性能，用戶常看到信號滿格卻無法發起業務。根據當時對移動通信的干擾理論和認知，這些問題是無法被解釋的，作者團隊當時就意識到一定存在超越局域性干擾的因素存在。隨后在多次實驗中又發現了類似現象，說明這種奇怪的干擾是屬于機理性而不是偶然性問題。在對干擾進行排查的過程中，作者團隊驚喜地發現這種干擾有一定的地理特征和季節性特征，如農村多于城市、沿海多于內陸、多發生在夏秋季節，這個特性與大功率高仰角雷達系統的大氣波導效應的特征非常吻合。

大氣波導是對流層環境中形成陷獲折射的一種異常大氣結構，它具有超長水平尺度特征和顯著的天氣背景，主要是大氣的逆溫和逆濕引起的，即水汽密度隨高度增加迅速下降和溫度隨高度增加而升高。有利于大氣波導形成的主要天氣過程包括海面蒸發、高壓下沉、鋒面過程、夜間輻射逆溫和平流作用等。大氣波導發生時，近地層中傳播的電磁波受大氣折射影響其傳播軌跡彎向地面，當曲率超過地球表面曲率時部分電磁波會被陷獲在一定厚度的大氣薄層（即波導層）內，就像電磁波在平板介質波導中傳播一樣，這種電磁波的陷獲折射傳播現象稱為大氣波導傳播。大氣波導環境的存在改變了電磁波傳播路徑和范圍，使無線系統出現了一些特殊的傳播特征，如出現超視距傳播和超長距離傳輸等。這應該是在移動通信系統的大規模組網中首次發現大氣波導效應，而這一效應的發現促使形成TDD超大規模組網干擾理論。

大氣波導效應的典型影響范圍是幾十至幾百千米，這一距離遠遠超出了基站規劃設計的考慮范圍，所以TDD系統是全局性自干擾系統！TDD下行信道和上行信道采用相同的頻率，雖然在時間上錯開避免上下行間的干擾，但遠端基站的下行信號經過長時間的傳播可能被近端基站上行接收到；尤其在 TDD 超大規模組網時，大量遠端的弱信號累加成為一個強干擾信號，嚴重影響近端基站的正常工作，導致用戶無法正常接入或通話。尤其在TD-LTE商用網基站數達100萬以上時，大量基站下行信號的疊加可能導致幾百千米外的基站也對本地基站產生干擾，這類干擾形成原因復雜多變、識別和規避困難，需要從網絡全局上做好協同規劃和干擾控制。

（2）系統內基站終端間干擾

系統內基站終端間干擾影響超大規模組網是在3G 試驗初期被發現的。在2006年TD-SCDMA規模試驗中發現，TD-SCDMA單頻點同頻組網時，網絡性能較差，無法滿足商用要求。與基于FDD的WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA擴頻碼字較短、擴頻增益低，鄰區基站對本小區的終端接收產生干擾，導致控制信道解調性能急劇下降，無法實現控制信道同頻組網。另外，在蜂窩組網結構下，移動通信系統是邊緣性能嚴重受限的系統，網絡規劃主要以邊緣性能作為指標要求，在小區邊緣出現鄰區強干擾，造成邊緣速率等業務性能急劇下降。TDD系統可以支持智能天線、大規模天線等先進技術，如何更好地利用這些技術降低鄰區干擾提升邊緣性能，也是亟待解決的問題。

（3）系統間各類干擾

系統間各類干擾影響超大規模組網是在TD-LTE規模試驗時發現的。相比FDD頻段，TDD頻段還面臨著更為復雜的系統間干擾問題。首先，中低頻段的頻譜資源分配早期多為FDD制式，而TDD制式的頻譜分配相對較晚。因此，部分TDD頻段位于 FDD 頻段的上下行隔離帶中，或者不同 FDD 頻段之間。例如，TDD 頻段Band38（2570～2620MHz）恰好位于FDD頻段Band7（UL:2500～2570MHz / DL:2620～2690MHz）的隔離帶中；而TDD頻段Band39（1880～1920MHz）位于Band3 （UL:1710～1785MHz / DL:1805～1880MHz）和Band1（UL:1920～1980MHz / DL:2110～2170MHz）之間。在這種頻譜關系下，TDD頻段往往容易與緊鄰頻FDD頻段產生系統間干擾，例如，在2011年TD-LTE規模試驗時發現，Band39頻段上的系統外干擾非常多，嚴重影響用戶接入或業務體驗。其次，因 TDD 頻譜資源分配較晚，部分TDD頻譜已經被其他非移動通信系統占用，如射電天文、無線電定位、導航衛星、氣象雷達等，故需要通過協調其他系統清頻、限制使用區域、規劃軟/硬件指標等方式，才能保證TDD頻段的正常使用。因此，TDD頻段不僅在頻譜分配前需要做大量協調工作，而且在運營過程中也需要注意各類限制條件，并持續監控網絡情況，時刻準備解決突發的頻譜沖突和干擾問題。最后，相比FDD頻段，TDD頻段還存在特有的系統間交叉時隙干擾問題。當同片區域內多個運營商同時部署FDD 網絡時，多個運營商鄰頻部署時干擾很小，基本可控；而當同片區域內多個運營商同時部署TDD網絡時，雖然不同運營商的網絡工作在相鄰頻點，但一旦運營商間的TDD網絡上下行時隙配置沒有對齊，依然會出現較強的系統間干擾問題。

雖然以上3種干擾復雜多樣，但作者團隊通過大量的理論研究、技術分析及試驗，總結出 TDD 超大規模組網干擾理論體系，并成功應用到中國移動的 TD-LTE網絡中，從而實現了TDD全球范圍的大規模組網，證明了理論體系的正確性和完備性。

該理論體系包含以下3個方面的理論技術體系：系統內網絡全局自干擾、基站終端間干擾及TDD系統與其他系統間干擾，如圖2-1所示。三大干擾理論體系中各自包含了一整套干擾研究及分析的方法，包括干擾特征提取、數學分析建模、仿真評估、提出解決方案、測試驗證等。

TDD超大規模組網干擾理論體系及控制方法，來源于中國移動在3G、4G、5G等TDD大規模組網的實踐，并基于實踐不斷完善。

下面分別概述以上各類TDD大規模組網干擾的主要理論及方法。