4.9 GHz異幀干擾問題研究

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100089）

0 引言

5月22日，總理在政府工作報告中提到“加強新型基礎設施建設，發展新一代信息網絡”，構建新一代信息通信基礎設施，將5G網絡滲透到電網、交通、工業、智慧城市等各行各業中，為數字經濟創建出新的發展空間。5G憑借其低時延、大帶寬、高容量的業務優勢，“改變社會，賦能千行百業”已成為全社會的共識。隨著大數據、物聯網、工業互聯網等技術的發展[1]，各垂直行業對于網絡傳輸速率、網絡時延、安全性需求進一步提高，對2.6 GHz頻段提出了挑戰。4.9 GHz頻段作為大網容量的補充[2]，可以通過靈活的專屬幀結構配置提供大上行、低時延的能力，技術價值和應用優勢更為凸顯。

4.9 GHz頻段可配置1D:3U:1S和5D:3U:2S兩種幀結構以滿足場景極其豐富的現網行業應用需求，實現網隨業動，按需部網，構建“5G+”行業服務能力。但根據不同大上行需求配置的不同幀結構，可能會引起不同基站、終端之間的交叉時隙干擾，因此研究4.9 GHz下異幀干擾策略是非常必要的。

1 4.9 GHz幀結構配置與網絡能力

隨著行業應用場景多樣化的發展，對上行容量的需求也越來越高，2.6 GHz、700 MHz傳統大網無法全部滿足垂直行業的場景需求[3]（表1），迫切需要提升網絡上行能力以滿足行業大上行需求。

表1 2.6 GHz、700 MHz網絡能力及垂直行業網絡需求

圖1 1D:3U:1S和5D:3U:2S幀結構配置

4.9GHz NR的系統帶寬為100 MHz，子載波間隔為30 kHz、特殊子幀S時隙配比為10:2:2，在單用戶峰值速率為上行2流256QAM、下行4流256QAM，小區峰值速率為上行8流64QAM、下行16流256QAM的條件下，1D:3U:1S和5D:3U:2S幀結構網絡能力對比如表2所示[5]：

表2 1D:3U:1S和5D:3U:2S幀結構網絡能力對比

從表2的單用戶理論峰值速率、小區理論峰值速率來看，1D:3U:1S幀結構可以較好地彌補5D:3U:2S幀結構上行速率低的短板。具體地，對于下行業務流量需求遠高于上行業務流量需求的傳統大網業務場景，建議考慮5D:3U:2S幀結構配置；對于上行容量、可靠性和時延較為苛刻的行業網業務場景，建議考慮1D:3U:1S幀結構配置，全面提升上行能力以滿足行業大上行的需求。

2 4.9 GHz異幀干擾解決方案研究

2.1 異幀干擾原理

根據4G現網上下行流量，預測后續5G ToC業務中下行業務占比將超過70%，因此4.9 GHz傳統大網依舊需要以下行業務為主[6]，并建議配置3UL:5DL:2S幀結構作為熱點容量補充。對于有大上行需求的垂直行業場景，4.9 GHz行業網可能需要配置1D:3U:1S幀結構來保證系統的大上行需求。當有下行容量補充需求的傳統大網和有大上行需求的行業網分別采用5D:3U:2S和1D:3U:1S的幀結構配置時，兩種幀結構的網絡均會受到對方的交叉時隙干擾，分別是傳統大網（5D:3U:2S幀結構）下行對行業網（1D:3U:1S幀結構）上行的干擾和行業網上行對傳統大網下行的干擾，干擾原理如圖2所示：

圖2 異幀干擾原理分析

具體地，由于行業網用戶的終端發射功率較小，除非在兩個網絡終端離得特別近的情況下，否則行業網上行與傳統大網下行發生交叉時隙干擾的概率極低，可以考慮忽略不計。相應地，由于傳統大網基站端的發射功率較大，那么行業網基站端在某一時隙可以同時接收到行業網終端的上行信號和傳統大網基站的下行信號，造成嚴重的交叉時隙干擾，異幀干擾場景分析如圖3所示：

圖3 異幀干擾場景分析

2.2 異幀干擾隔離要求分析

MCL（Maximum Coupling Loss，最大耦合損耗）作為通信系統可以正常工作的最大損耗，已被3GPP列入評估無線接入技術覆蓋范圍的指標[7]。為了避免傳統大網下行信號對行業網上行信號的交叉時隙干擾（即行業網基站與傳統大網基站無法正常通信），需保證通信系統損耗大于MCL。

理論上，MCL的值等于傳統大網基站下行最大發射功率減去行業網基站接收機靈敏度?？紤]NF（Noise Figure，噪聲系數）取值5 dB，電磁底噪水平N計算為：

其中BW表示每RB（Resource Block，資源塊）所對應的頻帶寬度。另外，不同的干擾噪聲對靈敏度的允許降敏影響也不同，此處允許降敏0.8 dB，即由外來干擾（傳統大網基站下行數據）導致行業網基站接收靈敏度將再惡化-7 dB。因此，行業網基站的接收機靈敏度I可以為-120 dBm/RB。

結合傳統大網基站單通道的天線收發增益的功率譜密度為200 W/100 M（折合28.6 dBm/RB），MCL的值為148.6 dB。綜上所述，只要保證傳統大網基站與行業網基站間的MCL大于148.6 dB，那么傳統大網基站與行業網基站便無法正常通信，即可避免異幀結構導致的交叉時隙干擾。

2.3 異幀干擾隔離距離估算

（1）3D-UMa傳播模型分析

考慮行業業務的場景需求，基于3GPP TR 36.873[8]協議，表3分析了UMa-NLOS傳播模型的PL（Path Loss，路徑損耗）。

各類參數定義如下：

W——街道寬度（m），W=20（m）；h——建筑物平均高度（m），h=20（m）；d3D——基站天線與移動臺天線直線距離（m）；hBS——BS（Base Station，基站）天線有效高度（m）；hUT——UT（User Terminal，移動臺）天線有效高度（m）；fc——工作頻率fc=4.9（GHz）。

（2）干擾隔離距離分析

由于MCL并未考慮收發端天線增益，PL的值理論上可以看作是MCL、傳統大網基站單通道增益和行業網基站單通道增益之和。假定宏基站、微基站和分布式皮基站的單通道增益分別為16 dB、12.5 dB和2.5 dB，那么宏宏、宏微、宏皮三種典型場景下的PL值分別表示為：

其中考慮到宏基站與分布式皮基站的通信將產生穿透損耗，那么PL宏皮（穿損=20 dB）和PL宏皮（穿損=50 dB）分別為147 dB和117 dB。將上述四種場景下的PL值代入3D-UMa NLOS傳播模型[9-10]，可以推導出在NLOS場景下異幀結構避免交叉時隙干擾的最小安全距離，如表4所示。

從表4的估算結果來看，宏宏、宏微基站部署場景在進行基站站址規劃時，很難保證最小安全距離d3D的實現。即使是宏皮基站部署場景，在20 dB穿透損耗的場景下最少也需要1214 m左右的保護距離才能避免傳統大網下行對行業網上行的交叉時隙干擾。因此，1D:3U:1S幀結構不能像5D:3U:2S幀結構那樣大規模部署，而應結合實際行業場景按需引入。

3 行業幀結構部署建議

在滿足業務需求的基礎上，優先復用2.6 G Hz 7D:2U:1S幀結構部署5G行業網；如果2.6 GHz幀結構不能滿足行業網大上行需求，考慮4.9 GHz靈活的幀結構部署補充垂直行業容量。由于不同業務場景的隔離度不同（全封閉場景和非全封閉場景），兩種幀結構網絡的干擾風險也不同，在滿足行業客戶需求的前提下，建議優先采用5D:3U:2S幀結構部署4.9 GHz行業網基站。

表3 UMa-NLOS傳播模型

表4 NLOS場景下避免異幀干擾的最小安全距離

針對垂直行業的大上行需求和本文干擾隔離距離分析，可分場景按需引入1D:3U:1S幀結構，具體配置建議如下：

（1）對于穿透損耗較大、全封閉場景（50 dB左右穿透損耗，如地下礦井），行業網可按需部署1D:3U:1S幀結構；

（2）對于穿透損耗一般、非全封閉場景（20 dB左右穿透損耗），大部分交叉時隙干擾可以通過控制傳統大網與行業網的基站間距解決，行業網可按需部署1D:3U:1S幀結構；

（3）對于穿透損耗較小、非全封閉場景，行業網需謹慎部署1D:3U:1S幀結構。

除了通過控制隔離間距的方式避免異幀干擾之外，少部分行業場景也可以借助一些干擾管理手段，解決異幀組網造成的交叉時隙干擾問題?；阪溌纷赃m應技術，行業網用戶可以通過判斷當前時隙上行鏈路的受干擾程度、信道質量，自動調整調制編碼等級，進而降低交叉時隙干擾的影響；基于功率抑制的思想，當傳統大網確定了宏站干擾源基站后，可以對干擾源基站進行業務信道降功率、控制信道降功率等手段規避交叉時隙干擾。

4 結束語

本文主要研究了4.9 GHz異幀干擾問題。首先，介紹了滿足行業場景的5D:3U:2S和1D:3U:1S兩種幀結構配置及其網絡能力；其次，分析了傳統大網下行對行業網上行的交叉時隙干擾原理和場景，并結合3D-UMa傳播模型推導出異幀組網場景下的最小安全距離。最后，針對行業大上行業務需求，分場景給出了行業網1D:3U:1S幀結構按需配置建議及異幀干擾解決方案，為垂直行業的幀結構部署和行業網站址規劃提供了理論指導，后續還需進行進一步外場測試驗證。