TD—LTE与异系统共址干扰分析

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本文摘自《移动通信》2013年4期。作者：乔斌 颉亚伟 万勇

【摘 要】介绍在目前移动通信多系统共存共址的情况下，引入TD-LTE系统后与各异系统之间的干扰隔离度要求及干扰解决方案，其中包括TD-LTE与GSM、DCS、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000工作于异频段时，TD-LTE与WLAN室外共站址时，以及TD-LTE与TD-SCDMA同频段部署时三种不同场景。
　　【关键词】TD-LTE TD-SCDMA 干扰隔离度
　　1 概述
　　随着移动互联网业务应用的飞速发展，移动数据业务将继续呈现指数增长。中国移动为了应对激增的数据业务带来的挑战，继续保持行业领导者的地位，在未来相当长的一段时间内将大力发展四网协同战略，同时运营GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN四张网络。另外，移动通信网络基站站址是移动运营商的宝贵资源，高质量的移动网络布署依托于大量站址资源，然而目前城区环境中无线基站站址获取难度日益加大。自2009年10月工信部联合国资委发布了《关于推进电信基础设施共建共享的紧急通知》之后，多家运营商共用天面、站址资源的情况非常普遍。根据目前我国各大移动运营商的网络发展情况，GSM、DCS、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA和TD-LTE将在未来一段时间内长期并存。因此分析TD-LTE引入后与其它异系统间的共址共存问题非常必要。
　　2 干扰场景及分析方法
　　2.1 干扰场景
　　从图1可以看出，干扰场景可分为基站与终端间的干扰、移动终端间的干扰和基站间的干扰。其中基站与移动终端间的干扰由于距离较远、地面障碍物较多而干扰较小。移动终端间的干扰由于终端的发射功率较低，终端位置不固定，两个终端靠近的概率较低，并且可以在网络侧采用一定的资源调度和功率控制来抑制干扰，因此终端间的干扰也较低。而基站位置相对固定，发射功率高，空间传播环境好，干扰程度可预测。因此基站间的干扰分析是主要干扰场景。该文重点分析基站间的异系统共址干扰。
　　下面，将首先介绍异系统间干扰分析方法，通过进一步分析TD-LTE与异系统干扰分析结果，得出共址时的干扰隔离要求。最后提出改善TD-LTE与异系统干扰的建议。
　　2.2 干扰分析方法
　　移动通信系统间干扰分析的基本方法有两种：静态蒙特卡罗仿真方法和基于最小耦合损耗计算的确定性分析法。静态蒙特卡罗系统仿真法是以快照式仿真方法，通过复杂、精确的迭代计算出不同场景不同指标下一系统受到另一系统干扰后的性能变化情况，包括基站和移动台、移动台和基站以及移动台和移动台之间的干扰研究。该方法应用广泛，被公认为是一种分析系统干扰的行之有效的方法，但它的复杂度随着系统复杂性的增加而迅速增加，对仿真计算有较高的要求。而确定性分析法是基于链路预算原则，简单高效地通过数值计算得出接收机能容忍的干扰信号强度门限，研究在最坏情况下（路径损耗最小、发射功率最大、收发天线增益最大）的系统间干扰问题，通过计算两个系统之间的最小耦合损耗来确定系统间的干扰情况。该方法简单明了，对工程施工有实际的指导意义。
　　该文采用确定性分析方法分析异系统共址的干扰情况。该方法基于3GPP TS36.101和3GPP TS 36.104等协议所规定的阻塞和杂散指标要求、各系统具体的发射功率以及被干扰系统的灵敏度下降要求，得到满足要求的隔离度，最后结合空间隔离理论，计算出空间隔离距离。
　　3 TD-LTE与异系统干扰分析
　　3.1 分析方法
　　根据协议规定的系统抗阻塞和杂散指标要求，以及各系统的参数，分别计算出规避阻塞干扰和杂散干扰所需要的隔离度。然后根据水平和垂直隔离度计算公式，将隔离度换算成水平和垂直的隔离距离。具体分析如下：
　　（1）杂散干扰分析
　　根据协议查出干扰源的杂散指标SdBm/BWm，其中BWm为指标的测量带宽。接收机在其接收通带内能够承受的最大干扰信号强度门限Imax取决于多大的接收机灵敏度损失可以被接受。在干扰分析中，基站通常采用0.8dB灵敏度损失评估准则。此时：
　　（1）
　　其中N是接收机底噪，可用下式计算：
　　N=-174dBm/Hz+10lgBW+Nf （2）
　　其中BW为接收带宽，Nf是接收机噪声系数。
　　系统消除杂散干扰所需要的隔离度为：
　　（3）
　　（2）阻塞干扰分析
　　根据协议查出被干扰系统的抗阻塞指标B（dB），规避干扰系统的阻塞干扰所需要的隔离度Db（dB）=Tx-B，其中Tx是干扰系统的发射功率。
　　（3）隔离度距离计算
　　取Ds和Db最大值作为两系统共址时规避干扰所需的隔离度值，再将该值代入如下的水平和垂直隔离度计算公式，换算出两系统共址所需要的水平或者垂直距离。
　　水平和垂直隔离度计算公式：
　　（4）
　　其中，SH为天线水平间距（m），λ为被干扰系统中心频率对应的波长（m），Gt为在收发天线直线连线上发射天线的增益（dBi），Gr为在收发天线直线连线上接收天线的增益（dBi），Gt+Gr默认值为1dB。
　　（5）
　　其中，SV为天线垂直间距（m），λ为被干扰系统中心频率对应的波长（m）。
　　表1列出了各系统分析参数及杂散和抗阻塞指标，供计算分析时使用。
　　3.2 分析结果
　　（1）与异系统异频段间的干扰隔离度
　　根据表1设定的各系统分析参数及杂散和抗阻塞指标要求，结合3.1节给定的分析方法，可以计算出TD-LTE系统与其它异系统共址时的干扰隔离要求，见表2与表3。其中TD-LTE系统工作于2.5GHz。
　　从以上分析可以看出，当TD-LTE系统工作于2.5GHz频段且与异系统室外共址时，除了与WLAN系统所需要的隔离度较大外，与其它异系统所要求的隔离度均较小。当干扰源与被干扰系统属于同一运营商时，协调工作和解决方案实施都较为便利。可考虑加装滤波器或调整天线位置，增大系统间的隔离度，改善系统间的干扰。当与WLAN系统室外共址时，可考虑采用垂直布放天线形式进行干扰隔离。

当干扰源与被干扰系统不属于同一运营商时，首先要考虑协调的原则，同时采取措施进行共址改造。如果运营商间协调不一致，只能单方面对被干扰基站进行调整，可采用对被干扰基站加装滤波器和调整天线的隔离方案。
　　需要注意的是，加装滤波器有一定的插损，将会影响原有系统的覆盖；调整天线位置增大隔离度的方法也将影响系统的覆盖。这些因素都需要在实际应用中综合考虑。
　　另外，在勘察设计阶段需做好天面和楼顶塔桅（抱杆、增高架、铁塔等）的勘察，注意掌握现有天面结构，以及现网已有和拟新增天线的安装位置、高度、方位角、下倾角等信息；综合考虑天面大小、结构、承重，包括天面上已有其他运营商的塔桅现状，以便在设计阶段进行隔离度计算。勘查中需做好记录，并拍照存档。
　　（2）与TD-SCDMA同频段间的干扰隔离度
　　由于TD-LTE与TD-SCDMA系统都由中国移动建设运营，如果TD-LTE部署在2570～2620MHz（D频段），TD-SCDMA系统部署在2010～2025MHz（A频段）则不存在共频段干扰，此时系统间干扰主要是杂散干扰和阻塞干扰（如表2、表3的分析结果）。但为了充分利用频谱资源，这两个系统可能同时部署在1880～1920MHz（F频段），2300～2400MHz（E频段）或D频段，此时需要研究共频段干扰的隔离。表4、表5以两系统共同部署在F频段为例进行分析。
　　由表5可以看出TD-SCDMA和TD-LTE两系统共频段时，基站之间的干扰增大，所需要的隔离度要求也较异频段布署时高。此时需进行两系统的时隙同步，通过两系统的不同时隙配比来达到消除系统间干扰的目的。
　　（3）与TD-SCDMA同频段交叉时隙干扰
　　TD-LTE和TD-SCDMA同为TDD系统，上下行工作于不同时隙。当两系统间或者同一系统不同小区间的上下行时隙未加协调而造成部分或全部重叠时，就会造成系统间交叉时隙干扰。通过前文分析，当互干扰系统工作于于相同频段时，会加重这种干扰。
　　为了提高频带的利用率，同频段共站址情况下TD-SCDMA与TD-LTE之间通过一定的帧同步方式可以彻底规避交叉干扰，建议通过时隙配置的选择，实现TD-SCDMA与TD-LTE同步，避免交叉时隙的出现，从而完全避免系统间的干扰。
　　TD-SCDMA和TD-LTE系统中的上下行时隙转换点可根据实际需要进行选择配置。两系统同步，避免交叉时隙干扰的两个条件是：一是将两系统的上下行切换点对齐；二是选择TD-LTE的特殊时隙配置，使得TD-SCDMA的保护间隔GP落在TD-LTE的保护间隔GP时间段之内。即如图2所示，t1>0且t2>0。
　　目前TD-SCDMA系统上下行时隙配置采用2：4，根据上述避免交叉时隙干扰的条件，在TD-SCDMA系统现有时隙配置下，TD-LTE系统上下行时隙配置可采用1：3，同时特殊时隙采用配置0（3：10：1）和配置5（3：9：2）。如图3所示：
　　4 总结
　　本文通过分析TD-LTE与异系统的杂散和阻塞干扰，计算出TD-LTE系统与异系统共站址时的隔离度要求。其中TD-LTE系统与GSM、DCS、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000工作于异频段时干扰较小，可考虑采用加装滤波器或者调整天线位置以增大系统间的隔离度，改善系统间的干扰；当TD-LTE系统与WLAN室外共站址时，所需的干扰隔离度要求较大，可考虑加装滤波器，或采用垂直布放天线的形式进行干扰隔离；为了充分利用频谱资源，将TD-LTE与TD-SCDMA系统同频段部署时，所需的隔离度要求较异频段布署时更高，需通过系统间帧同步及上下行时隙配置的方式规避交叉时隙干扰，同时采取共天馈合路、加装滤波器或者调整天线位置的方法进一步改善系统间干扰。
　　参考文献：
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