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采用確定性分析方法，研究TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統之間干擾共存問題，通過分析計算出各種干擾情況下系統之間需要的隔離損耗，并就工程實施中經常使用的幾種解決干擾問題的方法進行詳細分析。這些將對TD LTE無線網絡工程實施提供有價值的參考。 1 引言 目前，TD LTE標準化進程和FDD LTE基本保持一致，到2008年底已經完成95%。按照3GPP工作計劃，將在2009年完成TD LTE的標準制定工作，而TD LTE商用部署也可能在2012年左右開始。在TD LTE網路部署初期，它將會和TD-SCDMA，甚至GSM部署在同一地區（包括同一個安裝地點），因此有必要深入研究TD LTE系統與TD-SCDMA以及GSM系統之間的干擾問題。 移動系統共存研究一般有兩種方法，即Monte Carlo（蒙特卡羅）仿真方法和基于最小耦合損耗計算的確定性分析方法。前者是涉及到移動臺的研究方法，包括基站和移動臺、移動臺和基站以及移動臺和移動臺之間的干擾研究。這是因為移動臺的位置不是固定的，并且由于功率控制，移動臺不會滿功率發射。蒙特卡羅仿真方法需要對基站和移動臺的發射功率、小區負載等情況進行仿真，得出近似真實環境下的干擾情況。該方法應用廣泛，被公認為是一種行之有效的方法，但它的復雜度隨著系統復雜性的增加而迅速增加，對仿真的計算機有較高的要求。而確定性分析方法研究在最壞情況下的共存干擾問題，通過計算兩個系統之間的最小耦合損耗來確定系統間的干擾情況，特別適合兩個基站之間的干擾分析，和蒙特卡羅仿真方法相比，簡單明了，對工程施工有實際的指導意義。 本文就TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統共處問題展開研究，首先介紹干擾共存問題研究中使用的確定性分析方法，然后給出TD LTE系統與TD-SCDMA及GSM系統之間存在的干擾種類，接下來使用確定性計算方法分析TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統干擾的情況，最后給出在工程實施中解決干擾共存的具體措施并進行討論。 2 確定性分析方法 系統A對系統B產生干擾，可以用下面的干擾評估公式進行研究： Pe(Fi)-MCL(Fi)≤Imax(Fi) （1） 其中，Fi是研究的頻率；Pe(Fi)是產生干擾的發射機在頻率Fi上的發射功率；MCL(Fi)是在頻率Fi上發射機和接收機之間的最小耦合損耗；Imax(Fi)是在頻率Fi上的可接受的最大干擾電平。根據上面的評估公式，按照干擾在不同頻率范圍可以將干擾分成下面幾種情況進行研究： ● 系統A發射機發射的有用信號（一般來說，功率比較大）在系統B接收頻段外（除了鄰道外）造成的干擾，稱為阻塞干擾。它主要考察接收機在接收頻段外抵抗強干擾信號的能力，可接受最大干擾電平Imax(Fi)門限一般取接收機帶外阻塞特性。 ● 系統A發射機的帶外雜散輻射在系統B接收通帶內造成的干擾，稱為帶外干擾。它主要考察接收機接收靈敏度能夠承受的最大干擾信號程度，可接受最大干擾電平Imax(Fi)門限一般取接收機的靈敏度承受度。 ● 鄰道干擾從兩個方面考慮：系統A發射機的鄰道泄漏落入系統B接收機通帶內造成的干擾，稱為鄰道干擾；系統A發射機發射的有用信號或雜散輻射在系統B接收機第1鄰道造成的干擾，也稱為鄰道干擾（從廣義上講，可稱為鄰道阻塞干擾）。它們可接受的最大干擾電平Imax(Fi)門限前者為接收機的靈敏度承受度，后者為接收機的鄰道選擇性。本文研究的3個移動系統都是非鄰頻共存，不存在上述第1種鄰道干擾，但是由于干擾系統產生帶外雜散將會在被干擾系統接收機的第1 鄰道內產生干擾，因此會產生鄰道阻塞干擾。 如上所述，如果在接收機通帶內產生干擾，會抬高系統接收噪聲電平，將對接收機靈敏度造成影響。一般認為靈敏度損失范圍在0.2"1dB都是合理的。本研究中采用的準則是基站接收機靈敏度損失為0.8dB，相對應的TD-SCDMA和GSM基站可接受最大外來干擾電平為-115dBm/1.28MHz和-121dBm/200kHz，而對不同射頻帶寬使用的TD LTE最大外來干擾電平分別是-109dBm/5MHz，-106dBm/10MHz和-103dBm/20MHz。 3 干擾分析 3.1 采用的系統參數 根據參考文獻1，2，3，TD LTE與TD-SCDMA和GSM的阻塞特性、雜散輻射和鄰道選擇性如表1所示。根據這些參數，可以利用公式（1）分別計算在不同共存干擾情況下所需的最小耦合損耗。 表1 確定性分析法中使用的TD LTE，TD-SCDMA及GSM射頻參數 基站間的最小耦合損耗MCL包含發射天線增益、接收天線增益以及天線之間的隔離損耗3項，可表示為： MCL=IL-Gain_Tx-Gain_Rx (2) 其中，Gain_Tx為發射天線增益；Gain_Rx為接收天線增益；IL為兩天線之間的隔離損耗。在接下來的分析計算中進行如下的考慮：TD-SCDMA智能天線是8天線陣的智能天線，在天線發射時考慮多天線合成功率因子為9dB，智能天線的波束賦型因子是7dB，而智能天線接收時，僅考慮一個波束賦型因子7dB；另外，由于使用的確定性分析方法是研究在極端（最壞）情況下共存干擾問題的，因此不管共存干擾分析是在帶內還是帶外，都認為其天線增益是相同的（如在對著接收天線方向上的發射天線增益，不考慮其方向圖的變化；同樣，接收天線增益也是如此）；假設TD-SCDMA的天線增益為11dBi，TD LTE和GSM的天線增益都是15dBi。 這樣TD-SCDMA發射端Gain_Tx=11+7+9=27dB，TD-SCDMA接收端Gain_Rx=11+7=18dB，TD LTE和GSM發射端Gain_Tx=15dB，接收端Gain_Rx=15dB。 3.2 TD LTE基站干擾TD-SCDMA基站 TD LTE基站發射功率在TD-SCDMA基站接收機中產生阻塞干擾，TD-SCDMA基站在2300"2400MHz頻段上的阻塞特性為-15dBm，而 TD LTE基站的發射功率為46dBm（20MHz帶寬）。這樣可以推算出，當TD LTE和TD-SCDMA共存時，為了保護TD-SCDMA基站需要的基站間最小耦合損耗MCL=46dBm-(-15dBm)=61dB。 TD LTE基站的帶外雜散將對TD-SCDMA基站產生帶外干擾。按照3GPP規范，TD LTE基站在TD-SCDMA基站接收頻段的發射帶外雜散最小要求是-96dBm/100kHz=-84.9dBm/1.28MHz。考慮到TD- SCDMA基站接收靈敏度可承受的最大外來干擾電平為-115dBm/1.28MHz，可以推算出，當TD LTE和TD-SCDMA共存時，為了保護TD-SCDMA基站需要的基站間最小耦合損耗MCL=-84.9dBm-(-115dBm)=30.1dB。 在TD-SCDMA基站接收頻段的鄰道上，TD-SCDMA基站鄰道選擇性為 ACS="-55dBm"，而TD LTE基站在這個鄰道上的帶外雜散的最小要求是-30dBm/1MHz =-28.9dBm/1.28MHz。這樣可以推算出，當TD LTE和TD-SCDMA共存時，為了保護TD-SCDMA基站需要的基站間最小耦合損耗是MCL=-28.9dBm-(-55dBm)=26.1dB。 3.3 TD-SCDMA基站干擾TD LTE基站 TD-SCDMA基站在2010"2025MHz或1880"1900MHz發射功率，使得TD LTE基站接收機中產生阻塞干擾。3GPP規定TD LTE在TD-SCDMA發射頻段上的兩個基站共存時的阻塞特性為+16dBm，而TD-SCDMA基站的發射功率為21dBm（基站最大發射 30dBm，每用戶占有兩個碼道），可以推算出當TD-SCDMA和TD LTE共存時，為了保護TD LTE基站需要的基站間最小耦合損耗是MCL=21dBm-16dBm=5dB。 工作在2010"2025MHz或1880"1900MHz的TD-SCDMA基站將對TD LTE基站產生帶外干擾。3GPP規范中，TD-SCDMA在2010"2025MHz或1880"1900MHz發射功率帶外雜散輻射的必需要求是 -30dBm/1MHz=-23dBm/20MHz，同時考慮到TD LTE基站接收靈敏度可承受度為-103dBm/20MHz，可以推算出當TD-SCDMA和TD LTE共存時，為了保護TD LTE基站需要的基站間最小耦合損耗MCL=-23dBm-(-103dBm)=86dB。 在TD LTE基站接收頻段的鄰道上，TD LTE基站的鄰道選擇性ACS=-52dBm，而TD-SCDMA基站在這個鄰道上的帶外雜散的最小要求是-30dBm/1MHz=-17dBm /20MHz。這樣可以推算出，當TD LTE和TD-SCDMA共存時，為了保護TD LTE基站需要的基站間的最小耦合損耗是MCL=-17dBm-(-52dBm)=35dB。 3.4 TD LTE基站和GSM基站之間干擾 根據表1中的系統參數，使用同樣的分析方法，計算TD LTE基站和GSM基站之間干擾需要的最小耦合損耗。將上面計算的最小耦合損耗和按照公式（2）計算的兩系統間需要的隔離損耗匯總在表2中。 表2 計算需要的最小耦合損耗MCL和隔離損耗IL 從表2可以看到，3個系統共存時，帶外干擾要比阻塞干擾大，而鄰道阻塞干擾相對來說最小。由于目前在制定TD LTE規范時，已經考慮到和TD-SCDMA，GSM基站共存（甚至共站）時對基站系統阻塞、帶外雜散等參數的最小（基本）需求條件，因此TD LTE基站對TD-SCDMA以及GSM基站干擾時所需的MCL以及隔離損耗IL就比較小；反之，TD-SCDMA及GSM基站對TD LTE基站干擾時需要的MCL和IL就比較大。綜上所述，為了將來這3個移動系統能夠在同一個地區共存，需要對現有的TD-SCDMA和GSM的規范進行再研究，作適當的修改。 另外，從表2中可以看到一個有趣的結果：TD LTE基站干擾GSM基站時，需要的MCL是-2dB。在GSM基站接收頻段的鄰道上，GSM基站的鄰道阻塞特性為-35dBm，而TD LTE基站在這個鄰道上的帶外雜散最小要求是-30dBm/1MHz=-37dBm/200kHz，可以推算出當TD LTE和GSM共存時，為了保護GSM基站，需要的基站間最小耦合損耗是MCL=-37dBm-(-35dBm)=-2dB。這也就是說，從目前的GSM 規范要求來看，其鄰道阻塞特性參數對TD LTE帶外雜散產生的鄰道阻塞干擾而言已經完全滿足要求。 4 工程實施中的解決辦法及討論 當TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統共存時，為了使移動基站之間不產生干擾，需要的隔離損耗如表2所示。下面將討論如何在實際工程實施中通過多種方法來達到表2的要求，使系統能夠正常工作。 4.1 空間隔離 利用信號傳播的自由空間模型（視距傳播條件）來計算信號在空間衰減： Lf=20logR+38.12 （3） 式（3）中，Lf是自由空間損耗（dB）；R是兩個基站之間的距離（m）。 通過表3可以看出，假如僅使用空間隔離來達到需要的隔離損耗，那么在極端情況下兩個基站之間的距離最大需要達到31km，這是不現實的。 表3 采取空間隔離方法所需的空間距離 4.2 增加濾波器 從上面的分析可以看出，完全通過天線隔離的空間耦合來達到所需的最小隔離耦合是不現實的，而在TD LTE，TD-SCDMA及GSM的收發信機頂端直接增加濾波器是一個辦法。根據前面分析計算可以得出所需的隔離度，表4給出了滿足這些隔離度的濾波器一些主要技術指標。 表4 采用增加濾波器方法所需濾波器的主要技術指標 4.3 天線的安裝 假如兩個系統的天線安裝位置相距很近（如20m內），可以將它們看作是共站安裝的情況。在共站的情況下，天線安裝隔離度可以用如下的經驗公式來計算： Ih=22+20log(Dh/λ)-(Gt(q)+Gr(q)) （4） Iv=28+40log(Dv/λ) （5） 式（4）中，Ih是水平隔離度；Dh是水平隔離距離；Gt(q)是發射天線相對接收天線在q方向上的天線增益；Gr(q)是接收天線相對發射天線在q方向上的天線增益；λ是波長。式（5）中，Iv是垂直隔離度（非視距）；Dv是垂直隔離距離；λ是波長。 根據式（4）、（5）可以計算出天線的總隔離損耗（不同天線安裝方法的隔離損耗見圖1）。 圖1 不同天線安裝方法的隔離損耗 從上面計算可以看出，兩個天線的垂直方向隔離度比水平方向隔離度大，因此應盡量使兩個天線垂直安裝。如在水平方向上相差1m，而在垂直方向上相差20m時，兩個天線的隔離度是109.6dB；而在水平方向上相差20m，垂直方向上相差 1m時，天線之間的隔離度是63.8dB。 此外，在工程實施中解決移動系統之間的干擾問題，還有一個辦法就是增加系統間的保護帶寬。但是，本文研究的的3個系統并不在鄰頻工作，因此也就不存在增加保護帶寬的措施。 4.4 結果討論 從上面的分析可以看出，在TD LTE，TD-SCDMA和GSM收發信機頂端增加濾波器是一個解決干擾問題最直接的方法，濾波器的指標要求如表4所示。但是，考慮到這種方法所需的濾波器在指標方面要求很嚴，因此實現比較困難，成本也會很大，尤其對已經安裝使用的TD-SCDMA，GSM基站安裝附加濾波器比較困難。在這種情況下，可以綜合考慮其它辦法，如使兩個系統垂直放置，并盡量加大兩個系統的距離，利用信號的空間隔離衰減來滿足所需的隔離損耗的要求等。 5 結束語 通過上面的分析我們可以看到，TD LTE與TD-SCDMA及GSM移動系統之間是存在干擾的，干擾的主要原因是由于TD-SCDMA和GSM基站帶外雜散比較大，會對TD LTE產生帶外干擾。由于目前制定的TD LTE規范已經考慮到和其它系統共存的要求，因此TD LTE對TD-SCDMA和GSM基站的干擾比較小，在工程設施中是比較容易解決的。TD-SCDMA和GSM的射頻規范，尤其是它們與TD LTE共存時的一些指標要求，雖然已經在3GPP中進行了研究，但是隨著這些研究的進行，還是有必要對TD LTE與TD-SCDMA及GSM基站系統干擾共存問題進行進一步的探索。 |
