第2章 TDD超大规模组网干扰体系
移动通信系统中的各种干扰一般可以分为小区内的干扰、小区间的干扰、不同系统之间的干扰等。小区内的干扰主要有多径干扰、远近效应和多址干扰等。这些干扰的产生是由无线信道的时变性和电磁波传播过程中的时延与衰落等特点决定的。小区内干扰可以采用设计正交性好的多址技术、上下行链路同步、纠错编码、功率控制、空时处理等信号处理技术加以改善或解决。影响系统大规模组网能力的主要是小区间干扰和系统间干扰。
在 TD-LTE 成功组大网之前，产业界对 TDD 制式系统的大规模组网能力普遍持怀疑态度，一方面是由于 TDD 制式系统上行传输时间短，上行覆盖能力弱；另一方面，更重要的一个原因在于TDD比FDD制式系统具有更加复杂的干扰。作者团队在TD-SCDMA、TD-LTE两个TDD超大规模网络的组网实践中发现，TDD超大规模组网面临的核心难题是如何克服复杂多样的干扰的影响。这些复杂多样的干扰包含两大类：一是TDD系统特有的系统内基站间干扰（即网络全局自干扰）；二是与 FDD 干扰类型相同但更加复杂的干扰，如系统内基站对终端的干扰（即基站终端间干扰）、系统间各类干扰。
（1）网络全局自干扰
网络全局自干扰影响超大规模组网是随着 TDD 商用网络规模扩大逐渐被发现的。根据移动通信多年组网应用经验，基站的发射功率不大，基站的高度和倾角严格规划设计，FDD 制式系统可以定义为局域性干扰系统，在典型的蜂窝组网结构下，服务小区的所受干扰主要来自周围两圈邻区，在站间距为500m的条件下，周围两圈邻区距离服务小区的最远距离在1km左右。产业界当时认为TDD制式系统也是局域性干扰系统。
随着 TDD 商用网络规模扩大逐渐发现了一些奇怪的现象，几百千米外的基站也对本地基站产生干扰，严重影响用户的接入性能，用户常看到信号满格却无法发起业务。根据当时对移动通信的干扰理论和认知，这些问题是无法被解释的，作者团队当时就意识到一定存在超越局域性干扰的因素存在。随后在多次实验中又发现了类似现象，说明这种奇怪的干扰是属于机理性而不是偶然性问题。在对干扰进行排查的过程中，作者团队惊喜地发现这种干扰有一定的地理特征和季节性特征，如农村多于城市、沿海多于内陆、多发生在夏秋季节，这个特性与大功率高仰角雷达系统的大气波导效应的特征非常吻合。
大气波导是对流层环境中形成陷获折射的一种异常大气结构，它具有超长水平尺度特征和显著的天气背景，主要是大气的逆温和逆湿引起的，即水汽密度随高度增加迅速下降和温度随高度增加而升高。有利于大气波导形成的主要天气过程包括海面蒸发、高压下沉、锋面过程、夜间辐射逆温和平流作用等。大气波导发生时，近地层中传播的电磁波受大气折射影响其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时部分电磁波会被陷获在一定厚度的大气薄层（即波导层）内，就像电磁波在平板介质波导中传播一样，这种电磁波的陷获折射传播现象称为大气波导传播。大气波导环境的存在改变了电磁波传播路径和范围，使无线系统出现了一些特殊的传播特征，如出现超视距传播和超长距离传输等。这应该是在移动通信系统的大规模组网中首次发现大气波导效应，而这一效应的发现促使形成TDD超大规模组网干扰理论。
大气波导效应的典型影响范围是几十至几百千米，这一距离远远超出了基站规划设计的考虑范围，所以TDD系统是全局性自干扰系统！TDD下行信道和上行信道采用相同的频率，虽然在时间上错开避免上下行间的干扰，但远端基站的下行信号经过长时间的传播可能被近端基站上行接收到；尤其在 TDD 超大规模组网时，大量远端的弱信号累加成为一个强干扰信号，严重影响近端基站的正常工作，导致用户无法正常接入或通话。尤其在TD-LTE商用网基站数达100万以上时，大量基站下行信号的叠加可能导致几百千米外的基站也对本地基站产生干扰，这类干扰形成原因复杂多变、识别和规避困难，需要从网络全局上做好协同规划和干扰控制。
（2）系统内基站终端间干扰
系统内基站终端间干扰影响超大规模组网是在3G 试验初期被发现的。在2006年TD-SCDMA规模试验中发现，TD-SCDMA单频点同频组网时，网络性能较差，无法满足商用要求。与基于FDD的WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA扩频码字较短、扩频增益低，邻区基站对本小区的终端接收产生干扰，导致控制信道解调性能急剧下降，无法实现控制信道同频组网。另外，在蜂窝组网结构下，移动通信系统是边缘性能严重受限的系统，网络规划主要以边缘性能作为指标要求，在小区边缘出现邻区强干扰，造成边缘速率等业务性能急剧下降。TDD系统可以支持智能天线、大规模天线等先进技术，如何更好地利用这些技术降低邻区干扰提升边缘性能，也是亟待解决的问题。
（3）系统间各类干扰
系统间各类干扰影响超大规模组网是在TD-LTE规模试验时发现的。相比FDD频段，TDD频段还面临着更为复杂的系统间干扰问题。首先，中低频段的频谱资源分配早期多为FDD制式，而TDD制式的频谱分配相对较晚。因此，部分TDD频段位于 FDD 频段的上下行隔离带中，或者不同 FDD 频段之间。例如，TDD 频段Band38（2570～2620MHz）恰好位于FDD频段Band7（UL:2500～2570MHz / DL:2620～2690MHz）的隔离带中；而TDD频段Band39（1880～1920MHz）位于Band3 （UL:1710～1785MHz / DL:1805～1880MHz）和Band1（UL:1920～1980MHz / DL:2110～2170MHz）之间。在这种频谱关系下，TDD频段往往容易与紧邻频FDD频段产生系统间干扰，例如，在2011年TD-LTE规模试验时发现，Band39频段上的系统外干扰非常多，严重影响用户接入或业务体验。其次，因 TDD 频谱资源分配较晚，部分TDD频谱已经被其他非移动通信系统占用，如射电天文、无线电定位、导航卫星、气象雷达等，故需要通过协调其他系统清频、限制使用区域、规划软/硬件指标等方式，才能保证TDD频段的正常使用。因此，TDD频段不仅在频谱分配前需要做大量协调工作，而且在运营过程中也需要注意各类限制条件，并持续监控网络情况，时刻准备解决突发的频谱冲突和干扰问题。最后，相比FDD频段，TDD频段还存在特有的系统间交叉时隙干扰问题。当同片区域内多个运营商同时部署FDD 网络时，多个运营商邻频部署时干扰很小，基本可控；而当同片区域内多个运营商同时部署TDD网络时，虽然不同运营商的网络工作在相邻频点，但一旦运营商间的TDD网络上下行时隙配置没有对齐，依然会出现较强的系统间干扰问题。
虽然以上3种干扰复杂多样，但作者团队通过大量的理论研究、技术分析及试验，总结出 TDD 超大规模组网干扰理论体系，并成功应用到中国移动的 TD-LTE网络中，从而实现了TDD全球范围的大规模组网，证明了理论体系的正确性和完备性。
该理论体系包含以下3个方面的理论技术体系：系统内网络全局自干扰、基站终端间干扰及TDD系统与其他系统间干扰，如图2-1所示。三大干扰理论体系中各自包含了一整套干扰研究及分析的方法，包括干扰特征提取、数学分析建模、仿真评估、提出解决方案、测试验证等。
图2-1 TDD超大规模组网干扰体系
TDD超大规模组网干扰理论体系及控制方法，来源于中国移动在3G、4G、5G等TDD大规模组网的实践，并基于实践不断完善。
下面分别概述以上各类TDD大规模组网干扰的主要理论及方法。