大氣波導(dǎo)對TD—LTE無線通信產(chǎn)生干擾問題的分析

陳森 金巖華

摘要：隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，中國移動4G用戶呈爆發(fā)式增長。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)干擾，有效地規(guī)避與解決大氣波導(dǎo)干擾問題成為無線通信發(fā)展的重中之重。文章從大氣波導(dǎo)產(chǎn)生干擾的基本原理、成因、影響等方面進(jìn)行分析，給出干擾規(guī)避解決方案，為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署后，避免和消除這種干擾的影響提供理論支持。

關(guān)鍵詞：TD-LTE；無線通信；大氣波導(dǎo)干擾

1 大氣波導(dǎo)干擾介紹

1.1大氣波導(dǎo)的形成

大氣波導(dǎo)是一種特殊天氣下形成的大氣對電磁波折射效應(yīng)，低層大氣產(chǎn)生逆溫現(xiàn)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(jīng)地面反射后繼續(xù)向前傳播，這種過程的多次重復(fù)，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(chǎn)生超折射的大氣層稱為大氣波導(dǎo)層[1]。

1.2大氣波導(dǎo)干擾的原理

在“大氣波導(dǎo)”效應(yīng)下，電磁波通過波導(dǎo)層進(jìn)行傳播，可以繞過地平面，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距傳輸，傳播損耗很?。ń朴谧杂煽臻g傳播）。由于遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)間超過TDD系統(tǒng)的上下行保護(hù)間隔，從而干擾了近處基站的上行接收，產(chǎn)生TDD系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離同頻干擾[2]。

2 TD-LTE系統(tǒng)大氣波導(dǎo)干擾的特征及判定方法

2.1 TD-LTE系統(tǒng)大氣波導(dǎo)干擾的特征

2.1.1 TD-LTE大氣波導(dǎo)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(dǎo)干擾時(shí)間特征

干擾多發(fā)生在晚21點(diǎn)到次日上午9點(diǎn)之間，9點(diǎn)之后一般自動消失（見表1）。

2.1.3 TD-LTE大氣波導(dǎo)干擾地域特征

遠(yuǎn)距離同頻干擾影響范圍較大，農(nóng)村及城郊受限影響小區(qū)數(shù)明顯多于城區(qū)。邯鄲涉及大氣波導(dǎo)的區(qū)域主要為東部相對較平縣區(qū)、農(nóng)村，西部山區(qū)干擾較少（見圖2）。

2.1.4 TD-LTE大氣波導(dǎo)干擾方向特征

TD-LTE大氣波導(dǎo)干擾具有一定的方向性，1個(gè)基站3個(gè)方向小區(qū)均受干擾，其中1小區(qū)受干擾最嚴(yán)重，而3小區(qū)受干表1TD-LTE大氣波導(dǎo)干擾時(shí)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(dǎo)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(nèi)和在帶外的變化，從而判定屬于系統(tǒng)外、內(nèi)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(tǒng)內(nèi)干擾，來自遠(yuǎn)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(shí)延相應(yīng)增加，干擾到本小區(qū)的上行符號數(shù)隨之增加，表現(xiàn)在時(shí)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(gè)上行符號的干擾，在最遠(yuǎn)的施擾小區(qū)與本小區(qū)距離小于400.77 km時(shí)，通過符號級頻譜掃頻，根據(jù)受擾的符號數(shù)大體可以判斷最遠(yuǎn)施擾小區(qū)的距離，如圖4所示，特殊子幀配置6，GP符號數(shù)3 （58.19 km）。

3 TD-LTE大氣波導(dǎo)干擾解決辦法

3.1調(diào)整天線俯仰角

大氣波導(dǎo)現(xiàn)象是不可能消除的，但是我們可以控制的是發(fā)射源的位置和發(fā)射源的俯仰角。當(dāng)基站天線位于大氣波導(dǎo)內(nèi)部時(shí)，要求基站的天線俯仰角要小于臨界仰角θc?？梢约僭O(shè)在一定的波導(dǎo)強(qiáng)度AM下，根據(jù)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(yīng)該大于垂直半功率角加上大氣波導(dǎo)臨界仰角（θ+θc）。

3.2增加保護(hù)間隔GP

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

3.3施擾站點(diǎn)移頻

對于高頻干擾的區(qū)域，可以根據(jù)大氣波導(dǎo)的方向性以及符號級掃頻工具，定位出施擾站點(diǎn)的大體位置，對一定范圍內(nèi)的施擾站點(diǎn)進(jìn)行移頻來規(guī)避大氣波導(dǎo)的干擾。當(dāng)然，如果能夠更準(zhǔn)確地定位到施擾小區(qū)，可以通過調(diào)整施擾小區(qū)的俯仰角來消除干擾。

4結(jié)語

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

[參考文獻(xiàn)]

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

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