TD-LTE系統(tǒng)間干擾問題的分析與研究

陳其銘，張炎炎，潘毅，孫煉

（1 中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司，廣州 610530；2 中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司,北京 100080）

1 TD-LTE與異系統(tǒng)工作頻段

TD-LTE作為TD-SCDMA演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，將成為未來國際TDD通信系統(tǒng)的主流方式。根據(jù)中國TDD頻譜劃分，TD-LTE可能使用的頻譜包括1880～1900MHz（F頻段前段）和2575～2615MHz（D頻段），2350～2370MHz（E頻段）。而當(dāng)TD-LTE同異系統(tǒng)共址共存時，不同系統(tǒng)間均可能作為干擾源對其它被干擾系統(tǒng)接收機(jī)產(chǎn)生干擾。因此，在進(jìn)行干擾分析之前，需先對可能同TD-LTE產(chǎn)生干擾的異系統(tǒng)進(jìn)行歸納總結(jié)。

中國移動主要有以下系統(tǒng)：GSM900，工作頻段包括 890～ 909MHz和 935～ 954MHz；DCS1800， 工作頻段包括1710～1730MHz和1805～1825MHz；TD-SCDMA，工作頻段包括1880～1900MHz（F頻段）；2010 ～ 2025MHz（A 頻段）和 2320 ～ 2350MHz（E頻段）。

中國聯(lián)通主要有以下系統(tǒng)：GSM900，工作頻段包括 909～ 915MHz和 954～ 960MHz；DCS1800， 工作頻段包括1745～1755MHz和1840～1850MHz；WCDMA，工作頻段包括1940～1955MHz和2130-2145MHz。

中國電信主要有以下系統(tǒng)：cdma 1x，工作頻段包括825～835MHz和870～880MHz；cdma EV-DO，工作頻段包括1920～1935MHz和2110～2125MHz。

此外，各電信運(yùn)營商同時運(yùn)營WLAN網(wǎng)絡(luò)，也同樣會對TD-LTE產(chǎn)生干擾。WLAN的工作頻段屬于開放的ISM頻段，目前較成熟的標(biāo)準(zhǔn)有802.11b、802.11g，工作在2400～2483.5MHz。

2 干擾的分類

從廣義上講，干擾產(chǎn)生可以分為雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。在室外多系統(tǒng)共址時，雜散干擾和阻塞干擾是需要注意的重點(diǎn)，互調(diào)干擾由于基站濾波和空間損耗等衰減，可以忽略。室外應(yīng)主要通過天線間空間隔離來達(dá)到降低干擾信號的目的。

在室內(nèi)分布系統(tǒng)共建共享時，除了需要關(guān)注雜散干擾和阻塞干擾外，由于多系統(tǒng)合路時可能會產(chǎn)生互調(diào)干擾落在某個系統(tǒng)接收頻帶內(nèi)，且互調(diào)干擾無法用濾波器濾除，因此也需要特別關(guān)注。在室內(nèi)，合路器提供的系統(tǒng)間隔離、分布系統(tǒng)損耗是降低干擾的主要手段，必要時需采取收發(fā)分纜等方式利用收發(fā)天線間的空間損耗進(jìn)一步降低干擾。

2.1 雜散干擾

雜散干擾是指干擾設(shè)備發(fā)射的帶外信號以噪聲的形式落入被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的接收頻帶內(nèi)，形成對有用信號的同頻干擾。如果兩個基站之間沒有足夠的隔離或干擾基站的發(fā)送濾波器沒有提供足夠的帶外衰減，則落入被干擾系統(tǒng)接收帶寬內(nèi)的寄生輻射很強(qiáng)，導(dǎo)致接收機(jī)噪聲基底的抬升，接收機(jī)靈敏度降低，造成性能損失。

2.2 互調(diào)干擾

互調(diào)（IM）或互調(diào)失真（IMD）是指兩個以上單頻信號通過一個非線性系統(tǒng)/設(shè)備/器件時，在時域失真，在頻域產(chǎn)生的一系列基本頻率分量的組合。這些互調(diào)產(chǎn)物如果正好落在某個通信系統(tǒng)的上行通道內(nèi)，因與上行信號頻率相同，無法用濾波器濾除而造成干擾，降低接收機(jī)的性能。在無線通信系統(tǒng)的發(fā)射和接收中，一般討論兩類基本的互調(diào)失真，一種是有源互調(diào)，一種是無源互調(diào)（PIM）。有源互調(diào)可以通過濾波器濾除，因此在室外宏站共址建設(shè)或室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)共享時，都不需要考慮。而無源互調(diào)在多系統(tǒng)信號通過無源器件時產(chǎn)生，在室內(nèi)分布系統(tǒng)共建共享合路時需要特別關(guān)注。

2.3 阻塞干擾

任何接收機(jī)都有一定的接收動態(tài)范圍，在接收功率超過允許的最大功率電平時，會導(dǎo)致接收機(jī)飽和阻塞。阻塞干擾是指被干擾系統(tǒng)接收機(jī)接收頻帶外的強(qiáng)信號，導(dǎo)致接收機(jī)過載，使鏈路中的有源器件飽和進(jìn)入非線性區(qū)，放大增益被抑制，引起的接收機(jī)飽和失真造成的干擾。

3 干擾隔離分析方法

不同系統(tǒng)共存時，主要分析干擾系統(tǒng)對被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的影響。共存性干擾問題分析主要通過對不同制式下物理配置及相關(guān)參數(shù)下系統(tǒng)容量和性能數(shù)據(jù)的研究，而具體包括共存系統(tǒng)基站之間的干擾，基站與手機(jī)之間的干擾，手機(jī)之間的干擾；基站與手機(jī)之間的干擾又分為上行干擾和下行干擾。在這些干擾中，由于終端分布的隨機(jī)性、數(shù)量不確定，且終端和基站、終端和終端是通過空口連接，因此凡是涉及到終端的干擾為次要干擾，這些干擾要根據(jù)具體系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和驗(yàn)證。這里主要研究基站之間的干擾。

干擾分析方法采用系統(tǒng)間最小耦合損耗(MCL)計算方法。系統(tǒng)間最小耦合損耗是指兩天線連接頭之間的包括天線增益的最小損耗。

當(dāng)研究基站與基站間干擾時多采用MCL計算方法。在這種情況下，干擾源以最大的功率發(fā)射。MCL計算方法適用于理論上的估計和分析，簡單高效，可以從理論上估算系統(tǒng)的干擾大小，從理論極限的角度研究系統(tǒng)的干擾共存問題，計算方法是對最壞情況的估計。由終端引起的干擾不能采用MCL的方法進(jìn)行研究。

兩個無線通信系統(tǒng)之間相互干擾的原理如圖1所示。

從圖1可知，干擾系統(tǒng)的發(fā)射干擾信號經(jīng)過負(fù)載進(jìn)入被干擾系統(tǒng)接收機(jī)。此負(fù)載對于室內(nèi)分布系統(tǒng)來說就是分布系統(tǒng)損耗、合路器隔離度、天線增益、空間損耗（干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)采用不同天線時）等；對室外宏基站來說就是干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)的饋線、天線增益、空間損耗等。負(fù)載的大小即為最小耦合損耗（MCL）。

如果負(fù)載太小，沒有滿足隔離度要求，進(jìn)入被干擾接收機(jī)的干擾信號將會使被干擾系統(tǒng)接收機(jī)信噪比惡化。所以，干擾計算的原理就是基于接收機(jī)靈敏度惡化余量，計算出干擾信號的電平強(qiáng)度，然后和發(fā)射機(jī)發(fā)射的干擾信號強(qiáng)度比較，得到隔離度門限的要求，最后換算為合路器系統(tǒng)端口間隔離度、空間距離等。

圖1 干擾分析模型

4 TD-LTE宏基站與其他系統(tǒng)共址時干擾隔離距離要求

根據(jù)系統(tǒng)天線間的相對位置關(guān)系，系統(tǒng)間隔離通常有水平隔離、垂直隔離、組合梯形隔離3種方式，如圖2所示。

水平隔離時，隔離度與隔離距離間的關(guān)系可以由公式(1)描述：

其中：GTX[dBi]：為發(fā)射天線在信號輻射方向上的增益；GRX[dBi]：為接收天線在信號輻射方向上的增益；dh[m]：為天線水平方向的間距；λ[m]：為載波波長，計算雜散干擾和互調(diào)干擾隔離時，為被干擾系統(tǒng)接收波長，計算阻塞干擾隔離時，為干擾系統(tǒng)發(fā)射波長。

垂直隔離時，隔離度與隔離距離間的關(guān)系可以由公式(2)描述：

其中：dv[m]：天線垂直方向的間距；λ[m]：為載波波長，計算雜散干擾和互調(diào)干擾隔離時，為被干擾系統(tǒng)接收波長，計算阻塞干擾隔離時，為干擾系統(tǒng)發(fā)射波長。

組合梯形隔離時，隔離度與隔離距離間的關(guān)系可以由下面的公式描述：

影響隔離距離的主要因素包括：設(shè)備指標(biāo)與協(xié)議指標(biāo)的差異；收發(fā)天線指標(biāo)，包括增益、半功率角等；兩系統(tǒng)的饋線長度、饋線線徑以及接頭的數(shù)量、插損等；兩個系統(tǒng)天線的相對位置；干擾系統(tǒng)基站實(shí)際發(fā)射的載波功率。如果上述任何一個條件發(fā)生變化，隔離距離也會發(fā)生變化。因此共址無線系統(tǒng)間的隔離距離要根據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行分析，輔以必要的測試。

5 TD-LTE與其他系統(tǒng)共站時的干擾協(xié)調(diào)結(jié)論

根據(jù)上述干擾隔離分析方案和TD-LTE宏基站與其他系統(tǒng)共址時干擾隔離距離要求分析，可以得出TDLTE室外宏站（F頻段）、室外宏站（D頻段）以及室分系統(tǒng)與其他系統(tǒng)共站時的干擾隔離結(jié)論，具體如下。

5.1 TD-LTE宏站（F頻段）與其他系統(tǒng)共站時的干擾協(xié)調(diào)

圖2 系統(tǒng)間隔離方式

在工程實(shí)施中，兩系統(tǒng)天線之間適當(dāng)進(jìn)行垂直或水平空間隔離，建議TD-LTE F頻段基站天線安裝間距采用如下標(biāo)準(zhǔn)。

GSM/DCS 符合 3GPP TS 05.05 V8.20.0（2005-11）規(guī)范要求時，TD-LTE線陣和GSM1800定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，建議采用垂直隔離方式，垂直距離≥1.8m。

GSM/DCS符合3GPP TS 45.005 V9.1.0 (2009-11)規(guī)范要求時，TD-LTE線陣和GSM1800定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥0.5m，垂直距離≥0.2m。

TD-LTE線陣和cdma2000定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，建議采用垂直隔離方式，垂直距離≥4m。

TD-LTE線陣和WCDMA定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥0.5m，垂直距離≥0.2m。

TD-SCDMA符合《中國移動TD-SCDMA無線子系統(tǒng)硬件技術(shù)規(guī)范（2010年）》時，TD-LTE與TD-SCDMA隔離要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥0.5m，垂直距離≥0.2m。

WLAN符合《中國移動無線局域網(wǎng)（WLAN）AP、AC設(shè)備規(guī)范V1.1.0》時，TD-LTE與WLAN隔離要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥6.8/2.2m，垂直距離≥0.8/0.5m。

5.2 TD-LTE宏站（D頻段）與其他系統(tǒng)共站時的干擾協(xié)調(diào)

在工程實(shí)施中，兩系統(tǒng)天線之間適當(dāng)進(jìn)行垂直或水平空間隔離，建議TD-LTE D頻段基站天線安裝間距采用如下標(biāo)準(zhǔn)：

GSM/DCS 符合 3GPP TS 05.05 V8.20.0（2005-11）規(guī)范要求時，TD-LTE線陣和GSM1800定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，建議采用垂直隔離方式，垂直距離≥1.8m。

GSM/DCS符合3GPP TS 45.005 V9.1.0 (2009-11)規(guī)范要求時，TD-LTE線陣和GSM1800定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥1m，垂直距離≥0.3m。

TD-LTE線陣和cdma2000定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，建議采用垂直隔離方式，垂直距離≥2.7m。

TD-LTE線陣和WCDMA定向天線之間間距要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥0.5m，垂直距離≥0.2m。

TD-SCDMA符合《中國移動TD-SCDMA無線子系統(tǒng)硬件技術(shù)規(guī)范（2010年）》時，TD-LTE與TDSCDMA隔離要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥0.5m，垂直距離≥0.2m。

WLAN符合《中國移動無線局域網(wǎng)（WLAN）AP、AC設(shè) 備 規(guī) 范 V1.1.0》 時，TD-LTE與WLAN隔離要求：并排同向安裝時，水平隔離距離≥6.4/2.0m，垂直距離≥0.9/0.5m。

5.3 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)與其它系統(tǒng)共存干擾分析

TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)與其它系統(tǒng)共存干擾主要應(yīng)考慮雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾情況。

GSM900二階互調(diào)產(chǎn)物會干擾TD-LTE F頻段，要求的二階互調(diào)抑制度為-149dBc?？赏ㄟ^頻點(diǎn)規(guī)劃及選用滿足干擾規(guī)避要求的合路器規(guī)避干擾。

當(dāng)需要合路的分布系統(tǒng)較多（一般認(rèn)為大于4個）時，系統(tǒng)間的干擾組合非常多，已經(jīng)不能通過簡單的干擾分析來判斷，此時建議采用收發(fā)分纜分布系統(tǒng)進(jìn)行干擾規(guī)避。

根據(jù)相關(guān)協(xié)議指標(biāo)進(jìn)行計算，并取雜散干擾和阻塞干擾的最大值（其中雜散干擾以底噪提高1dB為標(biāo)準(zhǔn)），得到TD-LTE系統(tǒng)與其他系統(tǒng)干擾的隔離度要求見下表，相關(guān)系統(tǒng)直接合路時合路器的端口隔離度需滿足表1要求。

TD-LTE與WLAN同區(qū)域覆蓋時，應(yīng)優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統(tǒng)組網(wǎng)，當(dāng)兩系統(tǒng)合路建設(shè)時，可以通過提高合路器的隔離度至88dB以上或采用WLAN末端合路方式,通過分布系統(tǒng)間的損耗進(jìn)行干擾規(guī)避。

表1 TD-LTE系統(tǒng)與其它系統(tǒng)干擾的隔離度要求

如二者采用獨(dú)立建設(shè)方式，則可通過在LTE發(fā)射機(jī)端、WLAN AP端增加濾波器，同時保證水平隔離距離（建議在2m以上）的方式加以解決。

6 結(jié)論

本文通過對TD-LTE同其他系統(tǒng)的干擾分析研究，給出了多頻段組網(wǎng)時TD-LTE在室外F頻段、室外D頻段以及室分系統(tǒng)中所受到的異系統(tǒng)隔離度計算方法和隔離距離。論文結(jié)論可直接指導(dǎo)TD-LTE工程實(shí)施，為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的快速發(fā)展解決了重要理論問題。

[1]信無函[2007]22號, 信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局關(guān)于發(fā)布《2GHz頻段TD-SCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)設(shè)備射頻技術(shù)要求(試行)》的通知[Z].

[2]信部無[2002]353號, 關(guān)于調(diào)整2.4GHz頻段發(fā)射功率限值及有關(guān)問題的通知[Z].

[3]朱強(qiáng)，胡恒杰，楊夢涵，衛(wèi)娜. TD-LTE頻率復(fù)用與干擾協(xié)調(diào)[J].移動通信, 2010,(5)

[4]沈曉冬，劉光毅，王競，李男. TD-LTE系統(tǒng)內(nèi)抗干擾技術(shù)[J].電信科學(xué), 2010,(11)

[5]董江波，李楠，高鵬. 從系統(tǒng)設(shè)計分析LTE系統(tǒng)覆蓋與容量規(guī)劃[J]. 電信科學(xué), 2010,(8).

[6]胡恒杰，趙旭凇，徐德平，張華，張炎炎. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃若干問題探討[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2010,(11).

[7]趙旭凇，張新程，徐德平，張炎炎. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及性能分析[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2010,(11).