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采用確定性分析方法，研究TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統(tǒng)之間干擾共存問(wèn)題，通過(guò)分析計(jì)算出各種干擾情況下系統(tǒng)之間需要的隔離損耗，并就工程實(shí)施中經(jīng)常使用的幾種解決干擾問(wèn)題的方法進(jìn)行詳細(xì)分析。這些將對(duì)TD LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)施提供有價(jià)值的參考。 1 引言 目前，TD LTE標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和FDD LTE基本保持一致，到2008年底已經(jīng)完成95%。按照3GPP工作計(jì)劃，將在2009年完成TD LTE的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，而TD LTE商用部署也可能在2012年左右開(kāi)始。在TD LTE網(wǎng)路部署初期，它將會(huì)和TD-SCDMA，甚至GSM部署在同一地區(qū)（包括同一個(gè)安裝地點(diǎn)），因此有必要深入研究TD LTE系統(tǒng)與TD-SCDMA以及GSM系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題。 移動(dòng)系統(tǒng)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(jì)算的確定性分析方法。前者是涉及到移動(dòng)臺(tái)的研究方法，包括基站和移動(dòng)臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)和基站以及移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)之間的干擾研究。這是因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)的位置不是固定的，并且由于功率控制，移動(dòng)臺(tái)不會(huì)滿(mǎn)功率發(fā)射。蒙特卡羅仿真方法需要對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率、小區(qū)負(fù)載等情況進(jìn)行仿真，得出近似真實(shí)環(huán)境下的干擾情況。該方法應(yīng)用廣泛，被公認(rèn)為是一種行之有效的方法，但它的復(fù)雜度隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加而迅速增加，對(duì)仿真的計(jì)算機(jī)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(wèn)題，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)系統(tǒng)之間的最小耦合損耗來(lái)確定系統(tǒng)間的干擾情況，特別適合兩個(gè)基站之間的干擾分析，和蒙特卡羅仿真方法相比，簡(jiǎn)單明了，對(duì)工程施工有實(shí)際的指導(dǎo)意義。 本文就TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統(tǒng)共處問(wèn)題展開(kāi)研究，首先介紹干擾共存問(wèn)題研究中使用的確定性分析方法，然后給出TD LTE系統(tǒng)與TD-SCDMA及GSM系統(tǒng)之間存在的干擾種類(lèi)，接下來(lái)使用確定性計(jì)算方法分析TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統(tǒng)干擾的情況，最后給出在工程實(shí)施中解決干擾共存的具體措施并進(jìn)行討論。 2 確定性分析方法 系統(tǒng)A對(duì)系統(tǒng)B產(chǎn)生干擾，可以用下面的干擾評(píng)估公式進(jìn)行研究： Pe(Fi)-MCL(Fi)≤Imax(Fi) （1） 其中，F(xiàn)i是研究的頻率；Pe(Fi)是產(chǎn)生干擾的發(fā)射機(jī)在頻率Fi上的發(fā)射功率；MCL(Fi)是在頻率Fi上發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(jù)上面的評(píng)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(jìn)行研究： ● 系統(tǒng)A發(fā)射機(jī)發(fā)射的有用信號(hào)（一般來(lái)說(shuō)，功率比較大）在系統(tǒng)B接收頻段外（除了鄰道外）造成的干擾，稱(chēng)為阻塞干擾。它主要考察接收機(jī)在接收頻段外抵抗強(qiáng)干擾信號(hào)的能力，可接受最大干擾電平Imax(Fi)門(mén)限一般取接收機(jī)帶外阻塞特性。 ● 系統(tǒng)A發(fā)射機(jī)的帶外雜散輻射在系統(tǒng)B接收通帶內(nèi)造成的干擾，稱(chēng)為帶外干擾。它主要考察接收機(jī)接收靈敏度能夠承受的最大干擾信號(hào)程度，可接受最大干擾電平Imax(Fi)門(mén)限一般取接收機(jī)的靈敏度承受度。 ● 鄰道干擾從兩個(gè)方面考慮：系統(tǒng)A發(fā)射機(jī)的鄰道泄漏落入系統(tǒng)B接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾，稱(chēng)為鄰道干擾；系統(tǒng)A發(fā)射機(jī)發(fā)射的有用信號(hào)或雜散輻射在系統(tǒng)B接收機(jī)第1鄰道造成的干擾，也稱(chēng)為鄰道干擾（從廣義上講，可稱(chēng)為鄰道阻塞干擾）。它們可接受的最大干擾電平Imax(Fi)門(mén)限前者為接收機(jī)的靈敏度承受度，后者為接收機(jī)的鄰道選擇性。本文研究的3個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)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(tǒng)產(chǎn)生帶外雜散將會(huì)在被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的第1 鄰道內(nèi)產(chǎn)生干擾，因此會(huì)產(chǎn)生鄰道阻塞干擾。 如上所述，如果在接收機(jī)通帶內(nèi)產(chǎn)生干擾，會(huì)抬高系統(tǒng)接收噪聲電平，將對(duì)接收機(jī)靈敏度造成影響。一般認(rèn)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(zhǔn)則是基站接收機(jī)靈敏度損失為0.8dB，相對(duì)應(yīng)的TD-SCDMA和GSM基站可接受最大外來(lái)干擾電平為-115dBm/1.28MHz和-121dBm/200kHz，而對(duì)不同射頻帶寬使用的TD LTE最大外來(lái)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(tǒng)參數(shù) 根據(jù)參考文獻(xiàn)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(jù)這些參數(shù)，可以利用公式（1）分別計(jì)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(shù) 基站間的最小耦合損耗MCL包含發(fā)射天線增益、接收天線增益以及天線之間的隔離損耗3項(xiàng)，可表示為： MCL=IL-Gain_Tx-Gain_Rx (2) 其中，Gain_Tx為發(fā)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(lái)的分析計(jì)算中進(jìn)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(fā)射時(shí)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(shí)，僅考慮一個(gè)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(wèn)題的，因此不管共存干擾分析是在帶內(nèi)還是帶外，都認(rèn)為其天線增益是相同的（如在對(duì)著接收天線方向上的發(fā)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(shè)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(fā)射端Gain_Tx=11+7+9=27dB，TD-SCDMA接收端Gain_Rx=11+7=18dB，TD LTE和GSM發(fā)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(fā)射功率在TD-SCDMA基站接收機(jī)中產(chǎn)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(fā)射功率為46dBm（20MHz帶寬）。這樣可以推算出，當(dāng)TD LTE和TD-SCDMA共存時(shí)，為了保護(hù)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(duì)TD-SCDMA基站產(chǎn)生帶外干擾。按照3GPP規(guī)范，TD LTE基站在TD-SCDMA基站接收頻段的發(fā)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(lái)干擾電平為-115dBm/1.28MHz，可以推算出，當(dāng)TD LTE和TD-SCDMA共存時(shí)，為了保護(hù)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(gè)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(dāng)TD LTE和TD-SCDMA共存時(shí)，為了保護(hù)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(fā)射功率，使得TD LTE基站接收機(jī)中產(chǎn)生阻塞干擾。3GPP規(guī)定TD LTE在TD-SCDMA發(fā)射頻段上的兩個(gè)基站共存時(shí)的阻塞特性為+16dBm，而TD-SCDMA基站的發(fā)射功率為21dBm（基站最大發(fā)射 30dBm，每用戶(hù)占有兩個(gè)碼道），可以推算出當(dāng)TD-SCDMA和TD LTE共存時(shí)，為了保護(hù)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(duì)TD LTE基站產(chǎn)生帶外干擾。3GPP規(guī)范中，TD-SCDMA在2010"2025MHz或1880"1900MHz發(fā)射功率帶外雜散輻射的必需要求是 -30dBm/1MHz=-23dBm/20MHz，同時(shí)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(dāng)TD-SCDMA和TD LTE共存時(shí)，為了保護(hù)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(gè)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(dāng)TD LTE和TD-SCDMA共存時(shí)，為了保護(hù)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(jù)表1中的系統(tǒng)參數(shù)，使用同樣的分析方法，計(jì)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(jì)算的最小耦合損耗和按照公式（2）計(jì)算的兩系統(tǒng)間需要的隔離損耗匯總在表2中。 表2 計(jì)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(gè)系統(tǒng)共存時(shí)，帶外干擾要比阻塞干擾大，而鄰道阻塞干擾相對(duì)來(lái)說(shuō)最小。由于目前在制定TD LTE規(guī)范時(shí)，已經(jīng)考慮到和TD-SCDMA，GSM基站共存（甚至共站）時(shí)對(duì)基站系統(tǒng)阻塞、帶外雜散等參數(shù)的最小（基本）需求條件，因此TD LTE基站對(duì)TD-SCDMA以及GSM基站干擾時(shí)所需的MCL以及隔離損耗IL就比較小；反之，TD-SCDMA及GSM基站對(duì)TD LTE基站干擾時(shí)需要的MCL和IL就比較大。綜上所述，為了將來(lái)這3個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)能夠在同一個(gè)地區(qū)共存，需要對(duì)現(xiàn)有的TD-SCDMA和GSM的規(guī)范進(jìn)行再研究，作適當(dāng)?shù)男薷摹? 另外，從表2中可以看到一個(gè)有趣的結(jié)果：TD LTE基站干擾GSM基站時(shí)，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(gè)鄰道上的帶外雜散最小要求是-30dBm/1MHz=-37dBm/200kHz，可以推算出當(dāng)TD LTE和GSM共存時(shí)，為了保護(hù)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(shuō)，從目前的GSM 規(guī)范要求來(lái)看，其鄰道阻塞特性參數(shù)對(duì)TD LTE帶外雜散產(chǎn)生的鄰道阻塞干擾而言已經(jīng)完全滿(mǎn)足要求。 4 工程實(shí)施中的解決辦法及討論 當(dāng)TD LTE與TD-SCDMA及GSM系統(tǒng)共存時(shí)，為了使移動(dòng)基站之間不產(chǎn)生干擾，需要的隔離損耗如表2所示。下面將討論如何在實(shí)際工程實(shí)施中通過(guò)多種方法來(lái)達(dá)到表2的要求，使系統(tǒng)能夠正常工作。 4.1 空間隔離 利用信號(hào)傳播的自由空間模型（視距傳播條件）來(lái)計(jì)算信號(hào)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(gè)基站之間的距離（m）。 通過(guò)表3可以看出，假如僅使用空間隔離來(lái)達(dá)到需要的隔離損耗，那么在極端情況下兩個(gè)基站之間的距離最大需要達(dá)到31km，這是不現(xiàn)實(shí)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(guò)天線隔離的空間耦合來(lái)達(dá)到所需的最小隔離耦合是不現(xiàn)實(shí)的，而在TD LTE，TD-SCDMA及GSM的收發(fā)信機(jī)頂端直接增加濾波器是一個(gè)辦法。根據(jù)前面分析計(jì)算可以得出所需的隔離度，表4給出了滿(mǎn)足這些隔離度的濾波器一些主要技術(shù)指標(biāo)。 表4 采用增加濾波器方法所需濾波器的主要技術(shù)指標(biāo) 4.3 天線的安裝 假如兩個(gè)系統(tǒng)的天線安裝位置相距很近（如20m內(nèi)），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(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)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(fā)射天線相對(duì)接收天線在q方向上的天線增益；Gr(q)是接收天線相對(duì)發(fā)射天線在q方向上的天線增益；λ是波長(zhǎng)。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(zhǎng)。 根據(jù)式（4）、（5）可以計(jì)算出天線的總隔離損耗（不同天線安裝方法的隔離損耗見(jiàn)圖1）。 圖1 不同天線安裝方法的隔離損耗 從上面計(jì)算可以看出，兩個(gè)天線的垂直方向隔離度比水平方向隔離度大，因此應(yīng)盡量使兩個(gè)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(shí)，兩個(gè)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(shí)，天線之間的隔離度是63.8dB。 此外，在工程實(shí)施中解決移動(dòng)系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題，還有一個(gè)辦法就是增加系統(tǒng)間的保護(hù)帶寬。但是，本文研究的的3個(gè)系統(tǒng)并不在鄰頻工作，因此也就不存在增加保護(hù)帶寬的措施。 4.4 結(jié)果討論 從上面的分析可以看出，在TD LTE，TD-SCDMA和GSM收發(fā)信機(jī)頂端增加濾波器是一個(gè)解決干擾問(wèn)題最直接的方法，濾波器的指標(biāo)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(biāo)方面要求很?chē)?yán)，因此實(shí)現(xiàn)比較困難，成本也會(huì)很大，尤其對(duì)已經(jīng)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(gè)系統(tǒng)垂直放置，并盡量加大兩個(gè)系統(tǒng)的距離，利用信號(hào)的空間隔離衰減來(lái)滿(mǎn)足所需的隔離損耗的要求等。 5 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)上面的分析我們可以看到，TD LTE與TD-SCDMA及GSM移動(dòng)系統(tǒng)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(huì)對(duì)TD LTE產(chǎn)生帶外干擾。由于目前制定的TD LTE規(guī)范已經(jīng)考慮到和其它系統(tǒng)共存的要求，因此TD LTE對(duì)TD-SCDMA和GSM基站的干擾比較小，在工程設(shè)施中是比較容易解決的。TD-SCDMA和GSM的射頻規(guī)范，尤其是它們與TD LTE共存時(shí)的一些指標(biāo)要求，雖然已經(jīng)在3GPP中進(jìn)行了研究，但是隨著這些研究的進(jìn)行，還是有必要對(duì)TD LTE與TD-SCDMA及GSM基站系統(tǒng)干擾共存問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探索。 |
