5G上行干扰处理经验总结
前景理论 2021-05-07

一、问题描述

随着对于移动网运营商而言,频谱资源是其最有价值的资产之一,而干扰是最可怕的敌人之一。随着网络演进,组网结构越来越复杂, 网络中会出现各种各样的信号源。当这些非网络服务信号落入 NR 的上行接收带内时,就会造成网络的上行干扰,大量的网络问题往往是由干扰引起的。本文从系统外和系统内两个维度, 针对阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰、时钟失步干扰、异常信号源同频干扰、邻区终端干扰六类上行干扰,深入分析5G网络上行干扰的原因,并给出解决建议措施,致力于打造纯净5G网络环境。


二、分析过程

所谓干扰,即无用的电磁波信号,其实是一个相对概念。对于某一特定场景,它可能是干扰,但是在另一场景下, 它可能是一种非常有用的信号,为人类的发展做着功不可没的贡献。比如用于航空通信的无线电和用于蜂窝通信的无线电,在各自领域都是有用信号, 但是如果频谱分配不当、设备不满足协议规定等,则可能互为干扰源。

2.1、上行干扰分类

5G上行干扰按照系统类型可分为系统外干扰和系统内干扰。

2.1.1、系统外干扰

常见系统外干扰即外部干扰,包括阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰等,主要原因有外部系统强信号源、外部系统发射机带外的泄漏同频干扰、外部系统多载波灌入衍生相同频谱等 。

2.1.2、系统内干扰

常见系统内干扰即内部干扰,包括空口失步干扰、异常信号源同频干扰、邻区终端干扰等,主要原因有GPS故障跑偏、大气波导干扰 、 用户PRB负荷高及重叠覆盖等。

2.2、系统外常见干扰类型

常见系统外干扰有阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰等。

2.2.1、阻塞干扰

由于接收滤波器的不理想,接收滤波器并不会完全抑制掉带外信号,所以会接收到一定强度的带外信号,如果带外信号足够强, 则接收滤波器将会接收到足够强的带外信号,从而引起干扰。

阻塞干扰与接收机特性有关,需要在被干扰系统上,装滤波器抑制阻塞干扰。 

典型特征:带外功率干扰,底噪全频域提升。

常见阻塞干扰如屏蔽器干扰, 或称为电子干扰器。在移动通信领域, 常见的屏蔽干扰为阻塞式或扫频式干扰,如学校考试屏蔽器、 政府重要会议屏蔽器、监狱屏蔽器、加油站屏蔽器等。

典型特征:屏蔽器干扰在时域上呈现梳状特征,频域上一般为整体抬高,干扰带宽范围随屏蔽器的带宽而变化。比如被干扰的LTE TDD系统的带宽为20MHz,如果屏蔽器的带宽为40MHz,且全部覆盖被干扰系统,则被干扰系统整个带宽被抬高;如果屏蔽器的带宽为 5MHz,则被干扰系统最多可能有 5MHz 被抬高。

2.2.2、杂散干扰

由于发射滤波器的不理想,发射机带外的泄漏、谐波发射、寄生发射、互调产物、以及变频产物落入到其它系统带内,引起其它系统底噪抬升,从而引起灵敏度恶化的一种干扰。

解决方案:需要在干扰系统上安装滤波器抑制杂散干扰。

典型特征:杂散干扰的频域图具有典型的斜坡特征,若施扰源是高频信号,那么频域图呈现左低右高的趋势,若施扰源是低频信号,那么频域图呈现左高右低的趋势。

常见杂散干扰如直放站干扰,直放站(中继器)属于同频放大设备,是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是射频信号功率增强。直放站在下行链路中,由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号, 通过带通滤波器对带通外信号进行隔离,将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中,覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站, 从而达到基站与手机的信号传递。

使用直放站能部分解决信号弱、覆盖盲区等问题,但很多私装直放站技术指标较差,没有经过专业调测或安装使用不当, 产生很强的上行干扰,严重时可以导致基站瘫痪。其产生干扰有如下主要因素:

固定热燥:直放站上电后即产生固定热噪(约等同于放大增益,一般约-50dBm)。

激励干扰:在接上室外天线,当收到室外下行信号大于一定强度(一般约-70dBm)后,便会再次产生更强的激励干扰,随输入的下行信号强度变强、宽度越宽,产生的激励干扰越强。

强窄带干扰:随着直放站长时间使用,老化后还会产生固定位置的强窄带干扰,该窄带干扰在直放站重启、长时间运行后频域位置可能会有变化。

典型特征:全频带或者部分频带宽带干扰,某几个RB出现的窄带干扰。

2.2.3、互调/谐波干扰

互调特性也是接收机的特性之一,指接收机接收到两个或以上具有特定频率的强信号时产生组合频率产物而引起的干扰。

干扰原理及特征:外系统多载波灌入接收机,衍生较大功率杂波。

终端内互干扰主要来源于射频前端器件的非线性。非线性器件可划分为无源和有源两大类。其中非线性无源器件包括滤波器、双工器等;非线性有源器件包括开关、PA(功率放大器)、调谐电路等。无源器件产生的谐波及互调干扰一般要弱于有源器件。在有源器件中 PA 是主要的非线性来源。

描 述 非 线 性 器 件 输 入 输 出 信 号 的 泰 勒 级 数 展 开 式 是 :y=f(v) =a0+a1v+a2v2+a3v3+a4v4+a5v5+…, 其中 v 为输入信号、 y 为输出信号。

当输入为单音信号 coswt 时,输出信号就包含了 2wt、3wt 等高次谐波分量。如谐波落入另一接收频段时就造成了谐波干扰,如图 1 所示。该干扰多发生在低频发射和高频接收同时进行的场景。

当输入信号包含多个频率分量时, 输出就包含了这些频率分量的各阶互调产物。以输入两个频率分量cosw1t 和 cosw2t 为例, 输出会包含二阶互调(w1±w2)、 三阶互调(2w1±w2、w1±2w2) 等。如互调产物落入接收频段就会造成互调干扰。该干扰多发生在高低频同发场景, 外界信号倒灌入 UE 发射链路场景等, 如 LTE 语音和 5G 数据并发, LTE 信令和 5G 数据并发等。互调失真中二阶和三阶失真幅度最大, 阶数越高失真幅度越小, 一般来说三阶以上互调失真幅度较小在多数场景下带来的影响可不考虑。

以 B3与3.5GHz 的互干扰为例,B3上行的二次谐波会对3.5GHz下行造成二次谐波干扰。B3上行与3.5GHz上行的二阶互调产物会对 B3 的下行接收造成干扰。此外还有更高阶的四阶互调和五阶互调干扰等。

2.3、系统内常见干扰类型

常见系统内干扰有时钟失步干扰、 异常信号同频干扰、 邻区终端干扰等。

2.3.1、时钟失步造成的空口失步类干扰

主要原因:5G 系统中有站点的时钟模块出现异常, 比如时钟模块故障, 时钟源故障, 时钟锁相环故障, 时钟非时间同步模式等, 会导致小区的发射信号与与周边其他时钟正常站点之间以为收发信号不同而形成相互干扰问题, 形成时钟失步干扰问题。目前 5G 系统目前主要采用TDD 模式进行组网, 所有的小区要求采用 GPS 时间同步模式进行时钟同步, 以避免不同小区上下行时隙间的干扰问题。

但是在实际运行过程中,站点的时钟模块可能出现问题, 常见的有时钟未锁定,GSP 失锁,GPS 星卡故障,时钟锁相环模块故障, 时钟源精度不足,时钟配置未非时间同步模式等,会导致部分站点的或者小区的时钟时序与其他小区的时钟时序存在一定的偏差。由于 TDD 网络中, 小区的收发信号过程是跟时钟时序严格对应的, 时钟异常的小区就可能出现在其他小区处于发射时隙时, 自己处于接收时隙;在其他小区处于接收时隙时, 自己处于发射时隙。这样就会造成相互之间的上行干扰问题。

2.3.2、异常信号同频干扰

站间同频干扰, 典型如大气波导干扰, 大气波导是一个比较常见的天气现象, 当 5G 小区的信号发射之后, 一旦碰到大气波导现象, 信号就会被反射到较远的区域, 一般传播距离可以达到 100KM 以上, 甚至达到 200KM。由于空口时延, 小区下行信号会干扰到远处同频小区的上行。在大气波导效应的影响下, 干扰源 gNodeB 的信号远距离传输至受干扰 gNodeB, 当传输时间超过 GP 时, 干扰源 gNodeB 的下行信号在受干扰 gNodeB 的上行时隙被接收, 产生远端同频干扰。

在发生大气波导的区域建议打开远端干扰管理算法。

2.3.3、邻区终端干扰

主要原因:TDD系统为同频组网结构,当存在交叠覆盖时,随着话务增长,远端用户(边缘用户) 的PRB碰撞概率增加,从而导致基站上行底噪抬升。核心点是:用户 PRB 调度策略及重叠覆盖产生。基站PRB分配策略为由低到高,周边邻区存在重叠覆盖时,会产生 PRB 碰撞,从而形成干扰。

典型特征:邻区终端干扰一般发生在业务量高、用户数多的小区, 同时各小区间重叠覆盖度较高,造成强系统内干扰。PUSCH干扰:由邻区终端PUSCH形成的干扰,其时域存在类似于1个或者多个 NR 符号宽度的信号,频域上在不同地方出现带宽为1个或多个 RB 的干扰;干扰话统上可以看到跟话务量有正比关系。常见的邻区终端干扰场景有重叠覆盖、上下行不对称、高负荷场景。

(a) 严重重叠覆盖场景:

1、宏微组网:宏微协同场景下近距离组网导致的重叠覆盖, 宏微两小区互相干扰;

2、新建站:新建站后,周边站点未及时压下倾, 新旧站点互相干扰;

3、弱覆盖:弱覆盖区域周边多个站点过远覆盖弥补空缺,导致互相干扰。

(b) 上下行不对称场景:

1、下行功率过大:下行覆盖很好,但是用户功率不足,导致下行覆盖良好的同时上行满功率发射,干扰到相邻小区;

2、下行功率过小:下行覆盖不足,用户接入邻区,但小区上行路损较小,导致邻区用户对本小区干扰严重。

(c) 高负荷场景:

1、 高负荷场景下边缘用户过多, 导致相邻小区互相干扰;

2、 大流量引起的 RB 占用率高, 用户发射功率增大, 导致相邻小区互相干扰。

5G 终端的二次谐波干扰,主要原因:当使用NSA组网场景下,如果 LTE 侧使用的是 1.8G的小区,终端的LTE侧的上行信号产生的二次谐波信号, 正好落在3.5G频段范围内,会对终端的3.5G下行信号造成干扰影响。

产生影响:主要是终端侧受到干扰, 导致下行性能下降。

在NSA的场景下,终端的LTE侧的如果使用的是FDD1.8G频段的小区,那么在进行业务的时候,由于需要通过LTE侧进行信令面通讯, 或者在LTE侧进行上行分流的时候就会在LTE侧的用户面,终端的上行信号就会在天线上产生二次谐波信号。

与此同时,如果终端的NR侧正在进行下行业务,那么天线上由 LTE 侧产生的二次谐波干扰信号就会对终端接收的NR信号信号造成干扰,影响NR侧的下行性能。当在距离站点较远距离的时候, 由于 LTE 侧的上行信号功率较强,NR侧的下行信号较弱,那么二次谐波信号就会对NR侧造成严重干扰,影响NR侧的性能。


三、 解决措施

3.1、系统外干扰解决措施

系统外干扰解决措施主要有排查干扰源、 抗阻塞滤波器、 装杂散滤波器、 改频点等。

3.1.1、阻塞干扰问题

现以广电类投诉为例,描述阻塞干扰定位处理过程。某广电集团认为某5G小区对其卫星广播系统造成了干扰,导致接收误码过高,要求关闭 5G 系统。经过测试验证,发现关闭5G系统后,卫星干扰消失,打开5G系统后,干扰明显上升。

定位过程:首先分析3.5G系统对广播卫星可能造成的干扰存在两种情况——杂散干扰和阻塞干扰。

按照协议要求, 杂散指标是是-30dB@1MHz。

对现网使用的3.5G模块进行杂散测试,确认指标符合协议要求。

使用扫描仪,在广播卫星使用的频段进行扫频,然后在NR小区侧打开模拟加载功能,提高下行发射功率,通过扫频仪观测卫星频段上是否有干扰信号的抬升。经过测试,未发现干扰有明显抬升,可以确定 AAU 模块不存在杂散干扰问题。

对于阻塞干扰,由于卫星系统不具备扫频功能,无法快速识别阻塞干扰。只能通过在卫星接收器的高频头后面增加滤波器,将 3.5G 的信号隔离掉来进行验证。增加滤波器之后,卫星干扰消失,可以证明是阻塞干扰导致的问题。

最后,在广电的卫星接收器上增加抗阻塞滤波器后,干扰彻底解决。

解决方案:由于干扰主要是由于 5G 信号在卫星的接收通道上形成的阻塞干扰造成的,需要在其接收线路上增加抗阻塞滤波器, 使 3. 5G 频段的信号无法进入其接收带内, 就不会造成阻塞干扰了。

3.1.2、杂散干扰问题

杂散干扰一般指干扰源在被干扰接收机工作频段附近产生的加性干扰,一般主要有以下成因:

1) 基站附近安装的其他设备不满足杂散要求;

2) 不同通信系统设备或天馈隔离度不满足要求;

3) 不同系统间合路器信号泄露或者不满足隔离度要求。

在反向频谱图中, 主要通过频域图来观察, 杂散干扰的频域图具有典型的斜坡特征, 若施扰源是高频信号, 那么频域图呈现左低右高的趋势, 若施扰源是低频信号, 那么频域图呈现左高右低的趋势。对于杂散干扰可同时排查小区附近可能的干扰源, 闭站进行验证。

杂散干扰处理方法有以下两种:

1) 增大 NR 基站天线与干扰源基站天线的系统间的隔离度, 为避免不达标设备的杂散干扰, 建议新建基站全部采用垂直隔离, 垂直隔离度一般大于 70dB;

2) 在干扰源基站加装带通滤波器来消除杂散干扰。

3.1.3、互调/谐波干扰问题

目前5G与LTE多以独立天线方式建网,当LTE与NR采用独立天线设计时,B3发射信号的二次谐波将经过如下图所示的红色路线进入 3.5GHz的接收通路造成谐波干扰。相比共天线架构,B3 PA输出的谐波将经天线耦合进入辅接收通路,造成谐波干扰。要消除谐波干扰,需安装谐波抑制滤波器,另外,天线间隔离也可以降低谐波干扰。

独立天线架构下的谐波干扰:

当工作带宽为5MHz时,经最大比合并,主辅天线灵敏度回退达 21. 8 dB。当带宽为20MHz时,经最大比合并,主辅天线灵敏度回退 15.8dB。可见在独立天线架构下,B3 二次谐波对 3.5GHz的灵敏度也带来了很大的回退。

互调干扰是另一个引起终端灵敏度回退的主要因素、终端内部多个前端器件均会产生互调干扰,包括Triplexer、Switch、Duplexer、 PA 等,其中B3 PA和3.5GHz PA是产生互调干扰的主要来源。

互调产物包括以下几方面:

1)RFIC输出的B3信号与正向馈入的3.5GHz 信号会进行互调,产生二阶、四阶、五阶等互调产物。

(2) RFIC输出的B3信号与反向馈入的3.5GHz信号产生的二阶、四阶、五阶互调产物。

以上互调产物的一部分经过B3 Duplexer进入B3的主接收通路, 一部分经前端器件及天线耦合进入辅接收通路,还有一部分经PCB耦合进入主辅接收通路。互调产物传播路径如虚线所示。

以二阶互调为例, 计算互调产物对接收灵敏度的影响如下:

( 1 ) B3 PA 产 生 的 正 向 二 阶 互 调 产 物 落 入 B3 主 接 收 通 路 的 强 度 为 :P B 3 _ o u t + ( P 3 . 5 G _ o u t - P C B i s o + P B 3 _ G A I N ) - I P 2 - I S O B 3 _ d u p

( 2 ) B3 PA 产 生 的 反 向 二 阶 互 调 产 物 落 入 B3 主 接 收 通 路 的 强 度 为 :P B 3 _ o u t + ( P 3 . 5 G _ o u t - I L - I S O T r i p - I S O D u p ) - I P 2 - I S O B 3 _ d u p

( 3 ) B3 PA 产 生 的 正 向 二 阶 互 调 产 物 落 入 B3 辅 接 收 通 路 的 强 度 为 :P B 3 _ o u t + ( P 3 . 5 G _ o u t - P C B i s o + P B 3 _ G A I N ) - I P 2 - I S O B 3 _ d u p - I L -I S O A n t

( 4 ) B3 PA 产 生 的 反 向 二 阶 互 调 产 物 落 入 B3 辅 接 收 通 路 的 强 度 为 :P B 3 _ o u t + ( P 3 . 5 G _ o u t - I L - I S O T r i p - I S O D u p ) - I P 2 - I S O B 3 _ d u p -I S O A n t

其中, PB3_out 为 Band3 PA 的输出功率值,P3.5G_out 为 3. 5 GHz PA 的输出功率值,PCBiso 为 PCB 板间隔离, IP2 为二阶互调截断强度, ISOB3_dup 为双工器在 B3 的收发隔离度, IL 为链路插入损耗, ISOAnt 为天线间隔离度。

同理可分析, 3. 5 GHz PA 产生的二阶互调干扰如图所示:

互调干扰的强度以及落入接收频段带来的灵敏度回退指标统计:

计算落入 B3 主辅接收通路的二阶互调产物, 引起的整机灵敏度相比单频段灵敏度回退值为 29dB。落入 B3 LNA 主辅接收通路的四阶互调产物带来的整机灵敏度回退为 7dB。可见,二阶互调造成的灵敏度回退占主导地位。PA 的正向互调在各互调产物中占主导地位, 即 PA输出信号经 PCB 泄露到另一 PA 输入端引起的互调。外加滤波器等射频器件难以解决因 PCB泄露造成的互调干扰, 可考虑调度等方式来规避该干扰。

3. 2、系统内干扰解决措施

系统内干扰解决措施主要针对干扰发生原因进行问题处理, 如 GPS 模块故障处理、 异常信号源排查、 网络结构优化、 负载均衡、 扩容、 功控参数优化等。

3.2.1、时钟失步干扰问题

以某区域干扰为例, 干扰抬升聚集区域较为明显, 先排查是否时钟问题导致失步干扰, 从反向频谱看, 符号特征很明显, 时域具有 RS 符号特征。

从历史告警看, 故障站点在上报基站时钟失步告警之前, 就一直存在时钟参考源异常告警,告警原因是时钟参考源丢失。并且也存在 IP 时钟链路异常告警。

故障站点的告警上报和恢复时间与干扰产生时间吻合, 确定是由于该站点失步导致周边邻区的干扰抬升, 在处理时钟参考源异常告警故障后问题解决。

3.2.2、异常信号同频干扰问题

现以某小区为例, 描述此类干扰处理过程。坂田 F 区进行无人机 8K 视频回传演示, 在预演测试过程中存在花屏现象, 前台测试 LOG 发现“XJ-GO_坂田华为研发 F4 号楼” 覆盖周边区域下载速率低等问题。后台指标显示周边区域只有 XJ-GO_坂田华为研发 F4 号楼_1 小区的 PRB 上行控制信道干扰噪声较高, 该小区不存在故障告警, 排除时钟失步干扰;该站点周边无证券公司、 卫星观测站, 可以排除卫星阻塞干扰;该小区每个RB 干扰噪声功率都很高, 排除杂散干扰;后通过外场扫频, 确认干扰源是由 XJ-GO_坂田华为研发 F4 号楼 1小区正面移动 5G 试验站点干扰, 关闭移动 5G 试验站点后, 干扰指标恢复正常。

3. 2. 3、邻区终端干扰问题

当终端进行上行业务的时候, 服务小区会同时接收到来自本小区终端和邻区终端的上行发射信号, 邻区终端的上行发射信号对于服务小区则是干扰信号。一般来说, 邻区终端到服务小区的路损越小, 上行发射功率越强, 系统内邻区终端电平干扰也就越强。因此, 邻区终端电平干扰一般发生在业务量高、 用户数多的小区, 同时各小区间重叠覆盖度较高, 造成强系统内干扰。

以某 5G 小区的反向频谱图中, 时域上特殊子帧明显凸起, 上行子帧整体抬升, 频域上有规律的导频特征, 最明显的是瀑布图上会有小块 RB 的干扰, 符合邻区终端干扰特征。

对于系统内邻区干扰, 一方面可以从网络结构整治入手, 如分析重叠覆盖和切换关系,进行 RF 调整;另外一方面可以从一些优化参数下手, 如关闭预调度和智能预调度、 打开上行频选、 关闭闭环功控开关、 关闭上行调度和功控配合优化、 打开异常 UE 停止调度算法开关等,但会牺牲部分用户下行体验速率, 所以在处理此类干扰问题时以网络结构调整为优先解决方案。


四、 经验总结

本文全方位归纳当前上行干扰类型,总结上行干扰处理经验,给出定位思路、过程和建议,优化并降低干扰小区比例, 以提高网络质量,力图尽量解决干扰问题。 

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
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