FD—LTE与WCDMA双模室内分布系统的干扰研究

admin

本文摘自《移动通信》2012年16期。作者：刘畅远

【摘要】文章首先分析了室内分布系统中FD—LTE与WCDMA双模的干扰以及与其他系统之间的干扰问题，然后介绍FD—LTE共室内分布系统干扰分析方法，并提出了减少干扰的具体措施且验证其有效性。
　　【关键词】FD—LTE WCDMA 室内分布系统 干扰
　　1 引言
　　LTE是以OFDM/FDMA为核心的技术，可以被看作“准4G”技术。其在20MHz频谱带宽能够提供下行326Mbps、上行86Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间低于100ms；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz～20MHz多种带宽。
　　目前中国联通在国内的WCDMA网络建设逐渐成熟，3G用户数目突飞猛进。一些建筑尤其是在大型高层办公、住宅，室内存在一个运营商运营不同分布系统或者不同运营商的不同分布系统。WCDMA、FD—LTE室内分布系统是中国联通的建设重点，双模系统势必存在共建共享、邻频共存的情况。由于移动通信系统收发信机的非线性，彼此之间会产生不同程度的干扰，因此有必要深入研究WCDMA、FD—LTE干扰以及与其他室内分布系统之间的干扰问题[1]。
　　2 双模系统的干扰分析
　　FD—LTE频谱资源可选择性很大，在859MHz、900MHz、2100MHz、2600MHz等频段都有定义，这些频谱与现有2G、3G频谱非常接近甚至部分重合。因此在共建室内分布系统时，LTE与2G、3G网络之间将不可避免地存在无线干扰。
　　2.1 双模系统间的干扰
　　两种不同制式运行于同一系统中，需要同时支持双模的形式，其相互影响最严重。天线前端的滤波器收发频段增加一倍，FD—LTE（Band VII）的收发间隔只有50MHz，隔离度实现难度大，采用腔体滤波器的形式，体积较大；由于功放的非线性以及宽带功放，器件成本高，采用数字预失真技术也很难同时对消两个频段，且这两个信号同时产生新的互调，对数字预失真系统来说会对失真分量判断错误。而采用两路功放体积较大，且多为小功率设计。
　　2.2 双模系统与其他室内分布系统间的干扰
　　中国联通的FD—LTE采用Band VII下行2620MHz～2690MHz、上行2500MHz～2570MHz频段，WCDMA采用Band I下行2110MHz～2170MHz、上行1920MHz～1980MHz，与TD—LTE、TD—SCDMA、WLAN（802.11b/g）、CDMA2000频谱接近，它们之间存在较大的带外杂散干扰和阻塞干扰等。比如工作于2400MHz～2497MHz的WLAN（802.11b/g）设备由于发射机的不完善，其带外杂散会使FD—LTE基站接收机中产生阻塞干扰；CDMA2000基站在2110MHz～2125MHz发射功率，会使WCDMA基站接收机中产生阻塞干扰。
　　2.3 干扰的分析
　　带外杂散、阻塞干扰、互调干扰以及谐波干扰是多系统室内覆盖必须考虑的问题。与室外一样，各系统间的干扰不仅通过系统内的指标优化完成，而且通过提高系统间的隔离来解决。本文将以各系统的通信规划设计行业规范中规定的杂散辐射、阻塞电平、接收机灵敏度等指标为基准，对相关指标进行计算。
　　（1）带外辐射
　　带外辐射测量范围是指距离载波中心频点的必要带宽之外的一个或多个频率的发射，其发射电平会降低但不致于影响相应信息的传递，杂散发射包含谐波发射、寄生发射、互调产物以及变频产物。当杂散干扰电平信号超过干扰信号电平灵敏度一定比例时，会使其接收机的灵敏度下降，从而导致被干扰系统的QoS下降。对CDMA的自干扰系统，邻区用户干扰必然会导致发射功率增大，从而提高了小区的拥塞，系统性能会急剧下降。一般频谱发射模板指标如表1[2]所示：
　　（2）阻塞干扰
　　主要包含两种类型：饱和阻塞和线性阻塞。任何接收机都有一定的接收动态范围，在接收功率超过接收动态允许的最大功率时，会导致上行ADC饱和溢出。由此可见，饱和阻塞是由于进入接收机的干扰信号过强，使链路中的器件工作在非线性区所引起的。与互调干扰类似，线性阻塞是当干扰强信号进入接收机后，与其他信号一起作用于接收机链路上产生的非线性信号，将严重恶化接收机信噪比。
　　解决阻塞干扰的主要途径是：提高被干扰系统的接收滤波器的带外抑制能力，或者提高接收的动态范围、带内抑制能力，如设计多级AGC的大动态接收链路、选择高信噪比的ADC或设计高带外抑制的带通滤波器。
　　（3）互调干扰
　　互调干扰是指存在两个或多个跟有用信号有特定频率关系（它们的互调产物刚好落在有用信号带内）的干扰信号的情况下的接收能力。
　　当指配信道有用信号平均功率为—101dBm，两个干扰信号满足表2的参数时，对12.2kbps参考测量信道，其BER不应超过0.001。
　　此外，还应考虑无源射频传输系统的无源互调（PIM，
　　Passive Inter Modulation），这些无源射频电路元器件包括连接器、滤波器、传输线及天线等。由于PIM是因传输系统的非线性而产生的，实际的传输系统都或多或少存在着非线性，所以PIM的产生是固有的，不因选择的频率而变化；PIMP的生成不遵守通常的二次方程定律，与S参数相比，PIM电平的高低将直接影响到整个系统。表3给出联通双模频段潜在的PIMP问题：
　　（4）谐波干扰
　　在谐波干扰中，二次谐波干扰的影响是最大的。通过分析各运营商通信系统的工作频段可知，部分系统的发射频段二次谐波正好落在其他系统的接收频段上，若干扰系统的发射机二次谐波分量未能有效抑制，将会影响被干扰系统接收机的正常工作。对于FD—LTE系统来说，可以针对低频系统的各种可能二次谐波进行研究，从而对FD—LTE系统可能采用的频段以及室分器件的选择进行分析。

3 FD—LTE共室内分布系统干扰分析方法
　　常用的干扰分析按照具体内容划分，可分为单站验证、RF优化和性能参数优化三部分。单站验证的重点是验证覆盖（RSCP&Eb/Io）、参数配置、进行呼叫测试（拨打、切换以及小区重选等）；RF优化主要针对覆盖和切换进行优化，同时需要控制导频污染和软切换比例以及解决干扰问题，在一般情况下主要结合路测数据分析覆盖问题、导频污染问题和切换问题；性能参数优化的主要措施是调整无线参数，主要目标在于通过对路测数据、话务数据、告警数据以及参数配置数据进行分析，提出参数优化措施来提高网络的性能，对于复杂的问题可能需要结合信令跟踪进行定位和解决。
　　FD—LTE/WCDMA与GSM900由于频段间隔较远，所需隔离度较小，FD—LTE与WCDMA两系统之间频段间隔较近，所需隔离一般要求50dB以上，一般合路器可以满足；但与WLAN频段临近，基站与基站的干扰、基站与终端间干扰、终端与终端间干扰都较大，三种干扰都需要场景分析[5]。
　　4 干扰避免措施及验证
　　通过上述分析，要减少或避免FD—LTE、WCDMA双模系统与其他室内分布系统之间的干扰，需采取适当的措施，增加天线之间的隔离度、增加滤波器、优化小区及业务覆盖、优化邻区列表等，还可以通过分析话统、告警和投诉数据，优化接入、切换、功控和功率配比等参数。下面给出最优干扰避免措施：
　　（1）考虑双模系统共用时链路预算要求，合理选择器件；考虑无源互调及隔离度的影响，为后续优化扩容建设留有设计余量。
　　（2）系统设计初期的指标评估应尽量考虑多个系统的共存、共址接入，设计良好的上行抗阻塞链路，充分评估下行带外杂散指标等，保证自系统隔离及与其他系统的隔离。
　　（3）共建室内分布系统的网络结构应尽量简单并使用模块化的合路器，根据实际共建要求增加单个或几种制式组合的多频合路器等。
　　满足上述措施对整个系统进行的规划设计，在双信源限定功率条件下，用WLAN作为双模系统的干扰源，得到的吞吐量仿真测试数据如图1和图2所示。
　　图1和图2中的1m～10m表示离干扰源的距离。由此可看出，WLAN对WCDMA/FD—LTE基站，无论WLAN是关闭还是开启，对LTE基站的干扰都很小；WLAN对WCDMA/FD—LTE终端，无论WLAN是关闭还是开启，对终端的干扰也不明显，从而验证了上述避免干扰措施的有效性。
　　5 结束语
　　目前FD—LTE网络规划与布局尚处于起始阶段，对于2.6GHz频段上的FD—LTE规划设计没有更多经验可以借鉴，许多规划设计的方案还有待验证。本文对FD—LTE/WCDMA双模室内分布系统与异系统之间干扰的问题进行研究，并依次规划系统设计要点，希望对将来完善联通双模的室内系统规划设计有所参考。
　　参考文献：
　　[1] Stefania Sesia， Issam Toufik， Matthew Baker. LTE—UMTS长期演进理论与实践[M]. 马霓，等译. 北京： 人民邮电出版社， 2009.
　　[2] 中国联合网络通信集团有限公司. QB/CU 075—2009 中国联通WCDMA Home NodeB设备技术规范v1.0[S]. 2009.
　　[3] 3GPP TS25.104 a00 Base Station（BS）radio transmission and reception（FDD）[S].
　　[4] 3GPP TS36.104 a00 Base Station（BS） radio transmission and reception（Release 10）[S].
　　[5] 中兴通讯股份有限公司. WCDMA室内覆盖规划解决方案[Z]. 2011.