作为国际主流4G标准之一的TD-LTE系统相较于之前的2G/3G网络无论是在通信质量还是传输数据速率等方面都有了革命性的提升，它采用OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分复用多址接入）技术，不仅可以获得更高的频谱效率，还能有效避免传统CDMA （Code Division Multiple Access，码分多址接入）技术所带来的MAI（Multiple Access Interference，多址干扰）问题。另外，通过ICIC（Inter Cell Interference Coordination，小区问干扰协调）、功率控制及波束赋形等技术的使用，进一步减少了系统内外多种干扰对网络性能产生的影响，最终给用户提供了更好的使用感知。然而随着网络规模的不断扩大，由大气波导引起的远端同频干扰现象却日益明显，这种干扰发生时不仅会造成各项网络运行指标的恶化，严重时甚至造成用户无法接入、业务异常中断等情况，因此，解决大气波导现象引起的TD-LTE远端同频干扰问题，从而保证良好的用户体验具有一定的现实意义。

二、远端同频干扰问题分析

1、大气波导现象与远端同频干扰原因分析

当某地区出现大气波导现象时，TD-LTE全网大范围内小区干扰抬升，严重时抬升20dB以上，波及全网所有小区，多为夜间出现凌晨消失。从网络运行指标上看，干扰发生时全网接通率、掉话率都会有明显恶化，用户感知方面会出现突发性的大量用户无法正常接入网络、业务异常中断等情况。

之所以会引发TD-LTE系统出现远端同频干扰，主要是因为大气波导现象是在特定气候下大气对电磁波折射后远距离传播的一种效应。具体来说，在低空波导效应下，电磁波通过大气层不断折射，传播损耗很小，这样就能够实现超远距离传播。结合TD-LTE物理层帧结构，由于TD-LTE是采用不同的时隙来区分上下行，同频组网时，会受到天气、地型等环境影响，当远处小区的下行信号越过保护间隔时隙GP落到近端上行时隙里时，就会对近端小区产生干扰，具体如图1所示。

图1 大气波导与远端干扰

2、大气波导特征研究

（1）时间特征

由于大气波导传播的信号比由电离层反射传播的信号稳定，因此往往可以持续几个小时。根据统计，出现时间集中在凌晨1:00到上午9:00之问。

（2）尺度特征

海洋性大气环境中，由于其水平均匀性较好，更容易形成大气波导现象产生的条件，所以出现频率也相对较高。而在陆地性大气环境中，由于地形影响经常破坏边界层的大气均匀性，只有在沙漠或荒芜地区比较容易出现大气波导现象。

（3）地域特征

大气波导是一种特殊天气下形成的大气对电磁波的折射效应，各地分布不同。南海地区春秋冬季出现较多，东部沿海夏秋季出现较多，西北地区春秋冬季出现较多。东南部波导现象傍晚多于早上，西北地区则是早上多于晚上。

（4）时频域特征

根据反向频谱解析发现，大气波导在时域上具有持续、稳定的干扰，符号间具有较为明显的“斜坡”特征。频域上无明显特征，通常整个频带内的干扰都有抬升，如图2所示。

三、远端同频干扰解决方案研究

由于大气波导现象本身的复杂性，在设计解决方案时必须兼顾干扰检测和规避机制的灵活性和一致性。鉴于此，本文主要从三个方而入手，提出了一种系统化的应对解决方案。

1、干扰源定位

TD-LTE系统设计了两种同步序列，分别是主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。各小区在不同的帧号上周期性地发送这些特征序列，用户终端（UE）在下行时隙通过它们来解析唯一的物理小区工ID（PCI）。

通过前文分析可知，大气波导引发的远端同频干扰主要是远端小区的下行信号落到近端小区的上行时隙里造成近端小区下的UE无法正常在上行时隙里发送消息。可以采用具有良好相关性的时域ZC序列，在近端小区的UpPTS和正常上行子帧上通过特征序列的检测，解析干扰小区的PCI。

目前普遍采用长度为62的ZC序列，根据仿真结果可知由于序列长度较短且不完全正交，自相关和互相关性较差，相关峰值比噪声高4dB，抑制干扰和噪声的能力较弱，具体如图3所示。

为了保持序列的连续性，采用改进长度的ZC序列，即符号7上的CP在前面，为2048点特定序列后面的144点，符号8上的CP在后面，为2048点特定序列前面的144点。根据Ce11ID，生成1193点的ZC序列：

一个符号的特征信号为：

仿真结果如图4所示，可以看出长度为1193的ZC序列，除了可以准确定位干扰源小区之外，由于其序列长、正交性好，相关峰值比噪声高30dB，抗干扰能力更强。

2、自适应协调

由于TD-LTE的下行导频时隙DwPTS可以用来发送下行数据，现网中已普遍开启932特性以获得更大的数据下行速率。但932特性相较于392对远端同频干扰更为敏感（理论上932不干扰UpPTS的安全距离是64. 3km，不干扰上行子帧的安全距离是107.2km；392不干扰UpPTS的安全距离是192. 8km，不干扰上行子帧的安全距离是235. 6km），可以利用大气波导的互易性，假设受到大气波导远端同频干扰的基站的下行信号也会对远端基站的上行产生干扰。当检测到受到远端同频干扰时，在DwPTS上周期地发送特征序列，并在UpPTS和上行子帧上做特征序列的周期检测。当连续多个周期都检测到特征序列时，自动回退为392，停止DwPTS上的发送，以减少对远端基站的干扰，并通过特征序列解析出干扰源小区的PCI。当连续多个周期都未检测到特征序列时，自动恢复为932，以减少干扰，规避对系统性能的损失，如图5（1）和图5（2）所示。

3、干扰抑制

通过对远端同频干扰造成网络指标恶化的原因进行统计分析可知，主要是由于Msg3和Msg5未成功接收造成，如表1所示。可以通过对Msg3和Msg5进行功率控制，使其自适应解调能力增强，提高它们的接收可靠性来缓解干扰的影响，具体流程如图6所示。

测试结果如表2所示，可以看出对Msg3和Msg5开启干扰抑制后，RRC连接建立成功率明显提升。

四、实例验证

某城市2015年7月份连续多日受到大气波导引发的高频次远端同频干扰影响，从2015年7月14日开始网络接通率、掉话率和切换成功率等相关指标均有小同程度的恶化。通过对反向频谱数据解析及干扰区域分析，定位出干扰源位置为该城市以北偏东64km～407km较为广泛的区域中，如图7所示。

2015年7月18日通过使用改进长度的ZC序列对原有序列进行替换并开启自适应协调和干扰抑制技术。通过监控发现，各项指标基本恢复到正常水平，说明该方案能够有效降低远端干扰对网络性能的影响，如图8所示。

五、结束语

本文对TD-LTE远端同频干扰产生的主要原因——大气干扰现象进行了深入的分析和研究，并结合TD-LTE系统的物理层实现过程，提出了一种系统化的应对解决方案。包括使用长度为1193的ZC专有序列进行干扰源的准确定位和抗干扰能力提升，使用自适应协调机制规避932特性对远端同频干扰的敏感性，使用Msg3和Msg5自适应功控技术进行干扰抑制，通过仿真及实例测试验证，该方案能够有效降低大气波导现象对网络性能的影响。