5G网络NSA组网共模抗干扰问题的研究

陈雪娟，叶利丽，楚高峰

（1.乐山职业技术学院电子信息工程系，乐山 614000；2.华为技术有限公司，成都 610000）

0 引言

近年来，我国在移动通信领域的发展速度让世界惊叹，短短40年时间就实现了从1G到5G的跃迁，几乎每隔十年产生一代新的移动通信技术。我国的5G从2019年11月正式投入商用后，广泛应用在广大群众的日常生活中，预测5G带来的直接和间接经济产出将不断增长。目前国内外关于5G的部署进行得如火如荼，各大运营商经过近三年时间的5G建设，很多地区的用户已经可以享受到5G带来的全新体验。

5G部署主要采用SA（Standalone）独立组网或者NSA（Non-Standalone）非独立组网方式。2019年5G部署之初，通常采用的是NSA非独立组网方式，主要覆盖一线城市以及部分重点地区，偏远地区覆盖较少，实现国内全覆盖需要一段时间。2020年1月工信部部长表示，在2020年国家将5G网络建设的重点放在独立组网基础上，只有这种独立组网才能够充分显示出5G的整体性能。SA组网相比NSA组网投入高、工程量大、周期长，在相当长的一段时间内必将是二者共存的场景。

1 5G技术目标

3GPP对5G网络目标进行了定义，如图1所示，峰值数据包速率上行10 Gbps、下行20 Gbps，用户终端业务速率上行50 Mbps、下行100 Mbps，移动性满足500 km/h，用户终端时延4 ms。URLLC场景时延低于1 ms，为实现无人驾驶提供重大潜力，区域流量的容量达到每平米100 Mbps。5G主要实现大带宽、低时延、空口灵活、UCNC、MASSIVE-MIMO等关键技术。这些关键指标为大规模物联网业务、低时延高可靠业务以及超高清移动宽带业务等应用提供服务与支持。此类业务也必然在生产和生活中逐步产生，并非一蹴而就，因此需要稳步推进，逐渐完成完整的SA独立5G组网。

图1 3GPP对5G目标的定义

2 NSA组网研究

2.1 NSA组网分析

5G部署初期主要采用NSA非独立组网方式，如图2所示。无需建设5G新核心网，借助4G无线空口，利用现有的4G基础设施。5G终端通过NR基站进行数据分流，控制面和用户面数据通过LTE基站向EPC转发，实现快速大面积覆盖，快速提升5G网络普及速度。初期建设5G核心网5GC暂不需投入，减小网络短期设备更换成本，这种方案在节省5G初期投入成本的同时能让用户得到5G的快速体验。LTE与NR共模并发称为LNR，能够最大程度地提高资源利用率，不仅能满足5G用户的需求，而且能避免前期运营商的巨大投入，解决回报率低的问题。到目前为止，NSA组网仍然是5G部署的首要之选，非独立组网虽然只是5G商用的一种过渡性方案，但不可或缺，甚至举足轻重。

图2 NSA组网模型

2.2 LNR场景的共模建设分析

基于NSA进行组网是各大运营商进行5G部署前期使用最多的组网方式，能在最大程度上解决前期资金投入大的问题，4G与5G的LNR共模并发场景实物组网如图3所示。在原有LTE基站上增加5G主控和基带单板，AAU作为新增的5G有源天线处理单元增加了天线阵子，能够同时处理4G基带单板和5G基带单板传输的数据。RRU作为原本LTE网络的射频单元，仍然处理4G基带单板数据。

图3 LNR共模并发实物组网示意图

LNR共模并发场景能够在提升资源利用率的同时优化资源，目前4G与5G都利用有限的频谱资源，就频谱资源利用率来说，重叠的频谱资源越多，资源利用率越高。但是基于射频模块的器件性能限制，频谱资源不能无限重叠，需要规划频谱重叠的范围。以中移动2.6G频段来看，2515～2615 MHz的100 MHz用于 部 署NR，2615～2675 MHz的60 MHz用于部署LTE，当前协议天然支持的频谱资源允许4G与5G小区重叠20 K的频谱资源，如图4所示，重叠越多，干扰越大。在规划的NR 100 M频谱范围中，运营商可以根据小区实际情况灵活进行LTE部署或者NR部署。4G和5G共模必然带来小区间干扰，需要调整合理的功率控制比来降低干扰影响。

图4 NR与LTE频谱重叠示意图

2.3 功率配置比

将NR新建的天线连接到LTE基站，不仅提升了5G资源的利用率，又提高了4G的覆盖率，实现4G与5G共模。但是，在相同的天线上同时传输4G与5G信号必然会带来小区间的相互干扰。5G的AAU目前使用较多的是64天线阵，后续也会扩展到128天线阵和256天线阵。在LTE与5G共用频谱的过程当中，必然带来同频干扰。

LNR共模的AAU场景中，LTE与NR共用同一块射频模块，如图5所示。以2.6G频段TDD上行链路为例，LTE与NR共160 MHz带宽，NR最大带宽为100 M，最小带宽20 M，LTE最大带宽为20 MHz，可以配置的最大带宽为1NR+3LTE。AAU场景固定NR小区带宽为100 MHz，LTE小区带宽为20 MHz，通过调整NR和LTE小区的功率配置比来达到减小干扰的目的，功率配置比参考公式（1）：

图5 LNR与LTE上行测试场景

公式（1）将NR小区最大功率与小区带宽的比值除以LTE小区最大功率与小区带宽的比值，所得数据为5G与4G共模的功率配置比。仿真针对最大NR小区带宽100 MHz与最大LTE小区带宽值20 MHz进行，将NR小区功率与LTE小区功率的比值作为仿真中的功率比。通过MATLAB进行仿真，观察误码率情况，如图6所示。

由图6可知，在LNR的AAU共模场景中，5G与4G小区带宽分别为各自最大值100 MHz和20 MHz时，AAU端设定5G与4G功率比值约为6，小区间干扰最低，误码率最小。/比值的减小或增加都将引起误码率的指数式增长，同时发射功率的设定也必须考虑小区带宽值。因此AAU共模并发场景设置合理的小区功率配置比对于获得更优的小区移动信号性能具有不可忽视的重要作用。

图6 LNR场景5G与4G功率比同误码率之间的仿真关系图

3 结语

5G部署中，NSA组网作为一种过渡性技术不可或缺，甚至举足轻重。LNR共模并发场景作为NSA组网中的一种典型应用，5G与4G信号使用邻近的有限频率资源通过AAU同时发射，必然带来严重的小区间干扰。为了降低相邻小区间干扰带来的影响，通过设置合理的NR与LTE功率配置比能够起到事半功倍的作用，同理功率配置比不合理将严重影响移动信号的性能。