700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)廣播電視系統(tǒng)干擾問題研究

呂沛錦，陸赟，楊曉康，楊丹，尹以雁，郭正義

700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)廣播電視系統(tǒng)干擾問題研究

呂沛錦，陸赟，楊曉康，楊丹，尹以雁，郭正義

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司，云南 昆明 650228）

在700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中存在廣播電視系統(tǒng)的同頻干擾風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。從廣播電視系統(tǒng)的頻率配置出發(fā)，首先，探討了700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)受廣播電視系統(tǒng)干擾的原理；然后，分析廣播電視系統(tǒng)干擾特點(diǎn)，并針對這些特點(diǎn)提出了基于頻域信息的廣播電視系統(tǒng)干擾識別算法；最后，對算法識別的準(zhǔn)確性進(jìn)行測試驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)通過干擾識別支撐干擾優(yōu)化、規(guī)避的目標(biāo)。

700 MHz頻段；同頻干擾；干擾識別

0 引言

2021年1月，中國移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司發(fā)布公告表示，其與中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司已簽署5G共建共享合作框架協(xié)議，拉開了我國700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)中國移動(dòng)與中國廣電共建共享的序幕。700 MHz頻段為1 GHz以下的“黃金頻譜”，具有覆蓋范圍廣、穿透能力強(qiáng)等優(yōu)勢，為5G網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村區(qū)域的廣域覆蓋、在密集城區(qū)的深度覆蓋提供了低成本、高效能的解決方案，并可在一定程度上加速中國移動(dòng)VoNR業(yè)務(wù)的商用進(jìn)程[1-8]。

前期中國廣電將 700 MHz 頻段主要用于數(shù)字廣播電視業(yè)務(wù)，電臺發(fā)射功率高、信號傳播距離遠(yuǎn)。在700 MHz 頻段5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于中國廣電700 MHz頻段清頻需要一定的時(shí)間周期，未清頻的700 MHz頻段電臺將對700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)造成較強(qiáng)的同頻干擾問題。尤其是上行干擾問題，將對小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的所有終端造成影響，使接通、保持、切換性能惡化，前期4G網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能測試結(jié)果顯示：當(dāng)小區(qū)平均干擾功率在?107 dBm/180 kHz時(shí)，相比于?112 dBm/180 kHz，上行用戶平均體驗(yàn)速率下降約34%，下行用戶平均體驗(yàn)速率下降約22%，上行MOS質(zhì)差占比提升0.53%；當(dāng)干擾功率大于?90 dBm/180 kHz時(shí)，相比于?112 dBm/180 kHz，無線接通率惡化0.81%、無線掉線率增加0.1%。

本文從干擾產(chǎn)生的根本原因出發(fā)，提出了一種700 MHz頻段廣播電視系統(tǒng)干擾識別算法，通過測試證明該算法可快速、精準(zhǔn)識別廣播電視系統(tǒng)干擾問題，并有效支撐干擾規(guī)避措施的實(shí)施。

1 700 MHz頻段廣播電視系統(tǒng)干擾問題

1.1 干擾機(jī)理

根據(jù)工業(yè)和信息化部（簡稱工信部）發(fā)布的《關(guān)于調(diào)整700 MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，將703～743MHz/758～798 MHz頻段規(guī)劃用于頻分雙工（FDD）工作方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中703～743 MHz頻段主要用于5G上行業(yè)務(wù)傳輸，758～788 MHz頻段主要用于5G下行業(yè)務(wù)傳輸，但中國移動(dòng)現(xiàn)階段優(yōu)先建設(shè)703～733 MHz頻段用于5G上行業(yè)務(wù)傳輸，700 MHz頻段頻譜劃分如圖1所示。

圖1 700 MHz頻段頻譜劃分

在此之前，中國廣電主要將700 MHz頻段應(yīng)用于地面數(shù)字多媒體廣播（digital terrestrial multimedia broadcast，DTMB）業(yè)務(wù)，其信道帶寬為8 MHz，為了規(guī)避同頻干擾問題，主要采用頻分復(fù)用的方式進(jìn)行塔臺使用信道的規(guī)劃。在703～733 MHz頻段主要規(guī)劃以下4個(gè)發(fā)射信道：DS37、DS38、DS39以及DS40，分別對應(yīng)702～710 MHz頻段、710～718 MHz頻段、718～726 MHz頻段以及726～734 MHz頻段。廣播電視塔發(fā)射功率較高，當(dāng)DS37～DS40中一個(gè)或多個(gè)信道未清頻時(shí)，一定會(huì)對其覆蓋范圍內(nèi)的700 MHz 5G網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的上行干擾，影響受擾小區(qū)服務(wù)范圍內(nèi)所有用戶的業(yè)務(wù)感知。

1.2 干擾指標(biāo)

目前4G/5G網(wǎng)絡(luò)干擾分析主要基于小區(qū)對上行底噪的測量值，根據(jù)中國移動(dòng)參數(shù)測量（parameter measurement，PM）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)對每個(gè)小區(qū)提取15 min粒度干擾測量數(shù)據(jù)，用于干擾小區(qū)的篩選與干擾類型的識別[9]。目前網(wǎng)管數(shù)據(jù)中底噪數(shù)據(jù)以PRB為單位提取，依據(jù)3GPP協(xié)議，可根據(jù)5G小區(qū)的帶寬、子載波間隔確定小區(qū)的PRB總數(shù)，即在頻域維度可以提取相應(yīng)小區(qū)個(gè)PRB的底噪測量值。根據(jù)3GPP TS 38.104協(xié)議[10]，目前700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)PRB數(shù)量與系統(tǒng)帶寬及子載波間隔的關(guān)系見表1。

由于700 MHz頻段的帶寬較少，目前中國移動(dòng)使用的載波間隔主要配置為15 kHz，主要使用的帶寬為5 MHz、10 MHz、20 MHz和30 MHz，因此對于5 MHz小區(qū)共有25個(gè)PRB，對于10 MHz小區(qū)有52個(gè)PRB，對于20MHz小區(qū)有106個(gè)PRB，對于30 MHz小區(qū)有160個(gè)PRB。

目前中國移動(dòng)一般按照小區(qū)底噪值大于?110 dBm/180 kHz即認(rèn)為是受干擾小區(qū)，因此對于具有個(gè)PRB的小區(qū)，按照式（1）計(jì)算其干擾均值。

其中，PRB標(biāo)識為該P(yáng)RB對應(yīng)的受干擾功率，單位為dBm。按照中國移動(dòng)目前干擾判斷的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)某小區(qū)hour的值超過–110 dBm/180 kHz時(shí)，即認(rèn)為該小區(qū)為受擾小區(qū)，需要基于各PRB的詳細(xì)信息開展干擾類型識別，支撐后續(xù)的干擾定位與優(yōu)化工作。

2 700 MHz頻段廣播電視系統(tǒng)干擾識別算法

根據(jù)廣播電視系統(tǒng)信道規(guī)劃，對700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)上行703～733 MHz頻段造成干擾的主要是DS37、DS38、DS39、DS40這4個(gè)信道，每個(gè)信道為8 MHz，而實(shí)際有用信號占用約7 MHz，兩端各有約0.5 MHz為頻率保護(hù)帶。因此，本文認(rèn)為廣播電視系統(tǒng)干擾有以下幾方面的特點(diǎn)：①通信頻段的中心頻點(diǎn)固定；②相鄰?fù)ǖ乐行念l點(diǎn)間隔8 MHz；③有用信號實(shí)際使用帶寬約為7 MHz，兩邊各有部分保護(hù)帶；④在一個(gè)信道內(nèi)，有用信號對各PRB的干擾功率相近，但在保護(hù)頻帶內(nèi)干擾信號功率較低。針對以上4個(gè)特點(diǎn)，本文基于受干擾小區(qū)底噪測量數(shù)據(jù)，對700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)的廣播電視系統(tǒng)干擾進(jìn)行識別，首先根據(jù)特點(diǎn)①和②，篩選700 MHz頻段廣播電視系統(tǒng)干擾的主要干擾PRB與保護(hù)帶邊緣PRB，廣播電視系統(tǒng)干擾PRB及保護(hù)帶邊緣PRB示意圖如圖2所示，然后基于這些PRB的實(shí)際位置，提出干擾識別算法。

圖2 廣播電視系統(tǒng)干擾PRB及保護(hù)帶邊緣PRB示意圖

2.1 關(guān)鍵PRB位置信息計(jì)算

目前700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)使用的子載波間隔為15 kHz，每個(gè)PRB的帶寬為0.18 MHz，根據(jù)3GPP TS 38.104協(xié)議[10]，絕對頻率對應(yīng)的PRB位置為：

表2 700 MHz頻段關(guān)鍵頻率PRB位置對照

按照廣播電視信道有用信號占用帶寬為7 MHz計(jì)算，當(dāng)700 MHz頻段5G小區(qū)受廣播電視系統(tǒng)干擾時(shí)，廣播信道中心頻點(diǎn)對應(yīng)的PRB兩邊應(yīng)各有約18個(gè)PRB受到相近功率等級的干擾。

表1 PRB數(shù)量N與系統(tǒng)帶寬及子載波間隔的關(guān)系

2.2 干擾識別算法與驗(yàn)證

本文結(jié)合700 MHz頻段廣播電視系統(tǒng)對5G小區(qū)上行干擾的關(guān)鍵PRB的位置信息及廣播電視系統(tǒng)干擾信號的特點(diǎn)，針對不同信道的廣播電視系統(tǒng)干擾提出識別算法。

（1）DS37信道

針對DS37廣播電視信道，中心頻點(diǎn)為706 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB13的位置；下邊帶l為702 MHz，與5G上行703～733 MHz的使用頻帶無交集；上邊帶h為710 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB35的位置。當(dāng)5G小區(qū)受干擾時(shí)，可根據(jù)式（3）判斷該小區(qū)是否受DS37廣播電視系統(tǒng)干擾。

其中，DS37為PRB0至PRB31中所有PRB干擾絕對功率的平均值。

（2）DS38信道

針對DS38廣播電視信道，中心頻點(diǎn)為714 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB57的位置；下邊帶l為710 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB35的位置；上邊帶h為718 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB80的位置。

當(dāng)5G小區(qū)受干擾時(shí)，可以基于以下方法判斷該小區(qū)是否受到DS38廣播電視系統(tǒng)干擾。

其中，DS38為PRB39至PRB75中所有PRB干擾絕對功率的平均值。

（3）DS39信道

針對DS39廣播電視信道，中心頻點(diǎn)為722 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB102的位置；下邊帶l為718 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB80的位置；上邊帶h為726 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB124的位置。

當(dāng)5G小區(qū)受干擾時(shí)，可根據(jù)式（5）判斷該小區(qū)是否受到DS39廣播電視系統(tǒng)干擾。

其中，DS39為PRB84至PRB120中所有PRB干擾絕對功率的平均值。

（4）DS40信道

針對DS40廣播電視信道，中心頻點(diǎn)為730 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB146的位置；下邊帶l為726 MHz，對應(yīng)5G小區(qū)PRB124的位置；上邊帶h為734 MHz，與5G上行703～733 MHz的使用頻帶無交集。

當(dāng)5G小區(qū)受干擾時(shí)，可根據(jù)式（6）判斷該小區(qū)是否受到DS40廣播電視系統(tǒng)干擾。

其中，DS40為PRB128至PRB159中所有PRB干擾絕對功率的平均值。

為了驗(yàn)證本文所提廣播電視系統(tǒng)干擾識別算法的準(zhǔn)確性，基于某省已定位干擾源的700 MHz頻段5G受擾小區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，提取小區(qū)的PRB級上行干擾測量數(shù)據(jù)。本次算法準(zhǔn)確性測試一共選擇1 200個(gè)700 MHz頻段受干擾的5G小區(qū)，分布在不同的地市，其中DS37廣播電視系統(tǒng)干擾、DS38廣播電視系統(tǒng)干擾、DS39廣播電視系統(tǒng)干擾以及DS40廣播電視系統(tǒng)干擾小區(qū)各200個(gè)，其余400個(gè)小區(qū)為非廣播電視系統(tǒng)干擾的5G小區(qū)。典型算法識別廣播電視系統(tǒng)干擾小區(qū)頻域波形如圖3所示。

算法識別準(zhǔn)確性測試驗(yàn)證結(jié)果表明：800個(gè)受干擾的5G小區(qū)中，可正確識別出廣播電視系統(tǒng)干擾信道的小區(qū)共計(jì)683個(gè)，廣播電視系統(tǒng)干擾的檢測成功概率在85%以上，因此可以達(dá)到通過后臺PRB數(shù)據(jù)分析快速識別廣播電視系統(tǒng)干擾的小區(qū)，從而指導(dǎo)廣播電視系統(tǒng)干擾的優(yōu)化工作，提升一線優(yōu)化工作效率；400個(gè)非廣播電視系統(tǒng)干擾的5G小區(qū)中，算法錯(cuò)誤識別為廣播電視系統(tǒng)干擾的小區(qū)共計(jì)29個(gè)，錯(cuò)檢概率為7%左右，其中DS37廣播電視系統(tǒng)干擾和DS40廣播電視系統(tǒng)干擾識別算法中由于約束條件相對DS38或DS39較少，因此非廣播電視系統(tǒng)干擾更易錯(cuò)檢為DS37廣播電視系統(tǒng)干擾或DS40廣播電視系統(tǒng)干擾，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加強(qiáng)對識別為DS37廣播電視系統(tǒng)干擾或DS40廣播電視系統(tǒng)干擾5G小區(qū)的核查工作。

圖3 算法識別廣播電視系統(tǒng)干擾小區(qū)頻域波形

2.3 干擾規(guī)避方案建議

干擾類型識別是干擾源定位與優(yōu)化的基礎(chǔ)。與其他外部干擾需要進(jìn)行外部干擾源排查、定位不同，廣播電視系統(tǒng)干擾的干擾源位置可通過與廣電溝通協(xié)調(diào)獲取，在中國廣電703～733 MHz頻段清頻前，應(yīng)通過干擾規(guī)避手段降低影響，保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在廣播電視系統(tǒng)干擾及干擾信道識別的基礎(chǔ)上，可通過干擾信道對應(yīng)PRB禁用、控制信道干擾避讓等方案盡量降低干擾影響。

700 MHz頻段5G小區(qū)的上行初始BWP可以選擇配置在上行703～733 MHz頻段的前20 MHz頻段，即703～723 MHz頻段，其中包括公共PUCCH、專用PUCCH及PRACH，主要存在DS37、DS38及DS39信道的廣播電視系統(tǒng)干擾風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)存在廣播電視系統(tǒng)干擾時(shí)，可開啟基站上行控制信道干擾避讓功能，調(diào)整初始BWP起始位置或?qū)Ｓ?PUCCH和PRACH位置以規(guī)避干擾影響，保障用戶接入性能。在上行業(yè)務(wù)傳輸過程中，可以依據(jù)算法識別的700 MHz頻段干擾的信道（DS37～DS40），降低干擾信道對應(yīng)PRB的調(diào)度優(yōu)先級或直接禁用，從而保障5G用戶感知。干擾規(guī)避方案示意圖如圖4所示，當(dāng)700 MHz頻段5G小區(qū)干擾類型識別為廣播電視系統(tǒng)干擾時(shí)（干擾信道為DS37），可將該小區(qū)初始BWP起始位置配置PRB35，保證用戶的接入性能，同時(shí)將該小區(qū)PRB0～PRB34設(shè)置為禁用，即不允許在上述PRB調(diào)度業(yè)務(wù)。

為了驗(yàn)證700 MHz干擾規(guī)避方案的性能，在現(xiàn)網(wǎng)中選擇15個(gè)物理站點(diǎn)開展干擾規(guī)避功能驗(yàn)證，這些站點(diǎn)主要存在DS39廣播電視系統(tǒng)干擾問題。與干擾規(guī)避功能開啟前相比：干擾規(guī)避功能開啟后試點(diǎn)區(qū)域5G小區(qū)RRC連接平均用戶數(shù)達(dá)到61個(gè)，比修改前1日增加近20個(gè)；5G流量增長3.63 GB，漲幅達(dá)到36%；5G分流比從3.3%增長至4.46%，增長1.16%，干擾規(guī)避方案應(yīng)用效果見表3。同時(shí)，測試區(qū)域無線接通率、無線掉線率、系統(tǒng)內(nèi)切換成功率等指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，通過測試充分證明了700 MHz干擾規(guī)避方案的有效性。

圖4 干擾規(guī)避方案示意圖

表3 干擾規(guī)避方案應(yīng)用效果

3 結(jié)束語

700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為農(nóng)村廣域覆蓋、密集城區(qū)室內(nèi)深度覆蓋提供了切實(shí)可行的解決方案，將進(jìn)一步加大5G技術(shù)在千行百業(yè)中的應(yīng)用范圍。本文針對目前700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)受到未清頻廣播電視系統(tǒng)干擾問題，提出相應(yīng)的干擾識別準(zhǔn)則，可以快速、準(zhǔn)確識別受廣播電視系統(tǒng)干擾的700 MHz頻段5G小區(qū)，更好地支撐廣播電視系統(tǒng)干擾規(guī)避方案的制定，從而降低干擾對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，保障用戶感知。

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Research on broadcast and TV system interference of 700 MHz band in 5G network

LYU Peijin, LU Yun, YANG Xiaokang, YANG Dan, YIN Yiyan, GUO Zhengyi

Yunnan Branch of China Mobile Communications Group Co., Ltd., Kunming 650228, China

There is a risk of co-channel interference from broadcast TV systems in the operation of 5G networks in the 700 MHz band, which seriously affects the network performance. Firstly, from the frequency configuration of broadcast TV system, the principle of interference by broadcast TV system in 5G network in 700 MHz band was discussed. Then, the interference characteristics of broadcast TV system were analyzed, and the interference identification algorithm of broadcast TV system based on frequency domain information was proposed for these characteristics. Finally, the accuracy of the algorithm identification was tested and verified to achieve the goal of interference optimization and avoidance through interference identification.

700 MHz band, co-channel interference, interference identification

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000–0801.2022274

2022?01?24；

2022?10?08

呂沛錦（1991? ），女，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司工程師，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)管理。

陸赟（1988? ），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司工程師，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量提升。

楊曉康（1976? ），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司無線優(yōu)化中級技術(shù)專家，2021年入選中國移動(dòng)通信集團(tuán)“十百千”專家?guī)?，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、5G行業(yè)應(yīng)用。

楊丹（1986? ），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司工程師，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理。

尹以雁（1984? ），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司工程師，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理。

郭正義（1970? ），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司工程師，主要研究方向?yàn)橥ㄐ艅?dòng)環(huán)設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)管理。