異系統(tǒng)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)（F頻段）的干擾分析

潘廣津，趙明偉，卿春，姜宏偉

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，中山 528403）

異系統(tǒng)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)（F頻段）的干擾分析

潘廣津，趙明偉，卿春，姜宏偉

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，中山 528403）

干擾是影響移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文從移動(dòng)通信系統(tǒng)間干擾的基本原理、干擾的原因、分類以及分析方法出發(fā)，討論了TD-LTE作為新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)制式，如何克服異系統(tǒng)間各種干擾，并詳細(xì)分析了異系統(tǒng)(主要是DCS1800和GSM900系統(tǒng))對(duì)F頻段的TD-LTE系統(tǒng)的干擾問題，并提出解決方案。

TD-LTE；GSM/DCS；干擾；共存

TD-LTE作為正在蓬勃發(fā)展中的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制式，有著美好的前景，但在實(shí)際商用中還有一些問題。其中之一就是如何能在2G、3G及以后新制式中生存、發(fā)展。目前，為了降低建網(wǎng)成本，在建設(shè)TD-LTE系統(tǒng)時(shí)多數(shù)會(huì)選擇共站的建網(wǎng)方案，一方面為減低成本，另一方面為提高工程建設(shè)效率。但是，TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)后來者，在考慮TD-LTE網(wǎng)絡(luò)不對(duì)現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)造成干擾的同時(shí)，也要考慮現(xiàn)有各制式的無線通信網(wǎng)絡(luò)不會(huì)對(duì)新建的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)造成干擾。

下面分析異系統(tǒng)(主要是DCS1800和GSM900系統(tǒng))對(duì)F頻段的LTE系統(tǒng)共存時(shí)的干擾問題。

1 系統(tǒng)間干擾的基本原理

1.1 3GPP頻譜分布情況分析

以下圖1頻譜是3GPP給出的需要考慮共存共站的各標(biāo)準(zhǔn)無線制式的頻譜分布情況。

通過以上3GPP給出的頻譜分布分析，在各系統(tǒng)間，不可避免地存在各種類型的干擾，包括共站雜散、共存雜散、共站阻塞等，都是3GPP協(xié)議36.104中所要求的。本文主要分析F頻段的TD-LTE系統(tǒng)和異系統(tǒng)(主要是DCS1800和GSM900系統(tǒng))共存時(shí)的干擾分析。

圖1 3GPP頻譜分布圖

1.2 系統(tǒng)間互干擾的原因

干擾產(chǎn)生的原因是多種多樣的。頻率資源劃分不明確、網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、收發(fā)濾波器的性能、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容（EMC）以及有意干擾，都是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。

不同系統(tǒng)之間的干擾，與干擾和被干擾兩個(gè)系統(tǒng)之間的特點(diǎn)以及射頻指標(biāo)緊緊相關(guān)。但從最基本來看，不同頻率系統(tǒng)間的共存干擾，是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非完美性造成的。發(fā)射機(jī)在發(fā)射有用信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生帶外輻射，接收機(jī)在接收有用信號(hào)的同時(shí)，落入信道內(nèi)的干擾信號(hào)可能會(huì)引起接收機(jī)靈敏度的損失，落入接收帶寬內(nèi)的干擾信號(hào)可能會(huì)引起帶內(nèi)阻塞。

圖2給出了兩個(gè)射頻站間互干擾原理圖，主要用于共址基站間的干擾分析。與干擾強(qiáng)度相關(guān)的重要射頻器件包括干擾站的發(fā)放大器、發(fā)濾波器和被干擾站的收濾波器、接收機(jī)。天線隔離度指的是兩個(gè)天線終端間的路徑損耗，即從干擾站發(fā)單元輸出端口到被干擾站收單元輸入口的路徑損耗。

1.3 系統(tǒng)間干擾分類

系統(tǒng)間干擾分類干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾，而外部干擾又包括系統(tǒng)間干擾及其它隨機(jī)干擾，針對(duì)系統(tǒng)間干擾，類型主要有雜散、阻塞、交調(diào)以及鄰頻干擾，分析說明如下。

圖2 兩個(gè)射頻基站間干擾的示意圖

雜散干擾：射頻分量除了在載波及其發(fā)射帶寬附近處的調(diào)制分量外，在離散頻率上或在窄頻帶內(nèi)有一顯著分量的信號(hào)，包括諧波和非諧波以及寄生分量，如果干擾基站的帶外雜散落入被干擾站的帶內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致被干擾站接收機(jī)靈敏度降低。TD-LTE的雜散指標(biāo)約束包括一般雜散、共存雜散、共站雜散，在協(xié)議中已經(jīng)都有明確的要求。一般只要滿足協(xié)議要求，TD-LTE在其它制式網(wǎng)絡(luò)中布網(wǎng)，不會(huì)存在太大問題。但是，共站雜散指標(biāo)要求還是比較苛刻的，其他無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的雜散對(duì)TD-LTE的影響就不能忽視，由于2G、3G網(wǎng)絡(luò)在布網(wǎng)的時(shí)候還沒有其它制式出現(xiàn)，因此在指標(biāo)考慮中可能就沒有那么完善，例如在F頻段的TD-LTE制式，GSM900和GSM1800產(chǎn)生的雜散或者二次諧波就可能會(huì)使TD-LTE（F頻段）受到比較嚴(yán)重的干擾。

阻塞干擾：當(dāng)接收機(jī)接收到的總信號(hào)功率太大，就會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)過載，使它的放大增益下降。阻塞問題一般由于這種干擾方式不是帶內(nèi)干擾，因此直接由于阻塞導(dǎo)致基站不能工作的案例還是比較少，只有一些特殊場(chǎng)景可能會(huì)出現(xiàn)，比如說不同制式的共站，以及天線安裝方向face to face的情況等。作為TDLTE基站，只要滿足協(xié)議要求的下行指標(biāo)，一般沒有太大風(fēng)險(xiǎn)。

交調(diào)干擾：當(dāng)接收到的干擾載波功率很強(qiáng)時(shí)，由于接收機(jī)增益?zhèn)鬟f函數(shù)有一定的非線性，就會(huì)在接收機(jī)中（或者說前級(jí)低噪放后）產(chǎn)生互調(diào)干擾并在輸出端體現(xiàn)。有時(shí)互調(diào)干擾會(huì)比較強(qiáng)，如果它們落在被干擾系統(tǒng)的接收帶寬內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致干擾并降低接收機(jī)的性能。在TD-LTE協(xié)議中是有互調(diào)干擾指標(biāo)約束的，一般滿足36.104的協(xié)議要求，一般不會(huì)出現(xiàn)大的問題，風(fēng)險(xiǎn)較小。

鄰頻干擾：鄰頻干擾是指兩個(gè)系統(tǒng)沒有過渡帶或者過渡帶很小情況下，不同的系統(tǒng)工作在相鄰的頻段上，就會(huì)產(chǎn)生鄰頻干擾。一般系統(tǒng)對(duì)于鄰頻干擾考慮比較少，因?yàn)楹苌儆胁煌剖降木W(wǎng)絡(luò)在一個(gè)地區(qū)進(jìn)行鄰頻布網(wǎng)的，但是對(duì)于TD-LTE，由于各不同組織頻譜劃分的不同，就可能出現(xiàn)FDDLTE和TD-LTE、WIMAX和TD-LTE存在鄰頻布網(wǎng)的情況。

1.4 系統(tǒng)間干擾分析方法

通常分析系統(tǒng)間的干擾時(shí)主要關(guān)注雜散、阻塞以及互調(diào)，雜散和阻塞分析方法如下。

對(duì)于雜散和阻塞的分析，一般基于36.104和36.101協(xié)議所規(guī)定的指標(biāo)來進(jìn)行，以下對(duì)雜散和阻塞進(jìn)行推導(dǎo)。

舉例說明，對(duì)于TD-LTE，20MHz帶寬，協(xié)議要求的-101.5dBm靈敏度，基站通常采用0.8dB靈敏度損失為評(píng)估準(zhǔn)則。

參考靈敏度（PREFSENS）是指接收機(jī)在理想傳播環(huán)境下接收微弱信號(hào)的能力。LTE協(xié)議對(duì)其定義是：對(duì)于指定的參考測(cè)量信道，系統(tǒng)吞吐量不小于最大吞吐量95%的條件下，天線連接口處輸入的最低信號(hào)電平。

接收靈敏度的計(jì)算公式為：S=Pn+ NF+SNR式中，Pn=10lg(KTB)為接收機(jī)輸入端的熱噪聲，K=1.381×10-23W/Hz/K為波爾茲曼常數(shù)，T=290K；B為射頻載波帶寬(Hz)，協(xié)議制定靈敏度指標(biāo)時(shí)規(guī)定的資源塊數(shù)目為25RB，即占用帶寬為4.5MHz；故接收機(jī)輸入端的熱噪聲功率Pn=-174+10lg（4.5MHz)= -107.5dBm。NF為接收鏈路（從天線端口到解調(diào)器端口）的系統(tǒng)噪聲系數(shù)；SNR為解調(diào)信噪比門限。通常將Pt=Pn+NF稱為接收機(jī)底噪。目前對(duì)于TD-LTE可估算出接收機(jī)的噪聲系數(shù)NF應(yīng)小于4dB。

1.4.1 雜散

基底噪聲一般用每MHz來衡量，可以對(duì)應(yīng)到對(duì)其它系統(tǒng)雜散的要求，基本都用dBm/MHz來表示。那么接收機(jī)的基底噪聲就是-174dBm/MHz+60dBm/ MHz+4dBm/MHz=-110dBm/MHz。按照系統(tǒng)可容忍的0.8dB的靈敏度損失，也就是說允許底噪再抬高0.8dB。通過計(jì)算可以得到允許其它系統(tǒng)的雜散在本系統(tǒng)帶寬內(nèi)的干擾功率為-116.9dBm/MHz。因此，在靈敏度損失的容忍度范圍內(nèi)，其它系統(tǒng)雜散在TDLTE系統(tǒng)天線入口處在工作頻段內(nèi)所產(chǎn)生噪聲應(yīng)該小于-116.9dBm/MHz，才能夠滿足要求。

對(duì)于不同的場(chǎng)景，最小耦合損耗（MCL）的設(shè)定值不同，假設(shè)共站的MCL設(shè)為30dB，共存的MCL設(shè)為70dB。對(duì)于共存來說，其它無線通信系統(tǒng)比如GSM、UMTS等的雜散要求就是-116.9dBm/MHz+ 70dBm/MHz=-46.9dBm/MHz。協(xié)議上對(duì)于帶外共存雜散的要求是不同的，不過大概都在-47dBm/MHz左右，所以我們的推導(dǎo)也是符合協(xié)議對(duì)異系統(tǒng)干擾的考慮。

對(duì)于共站的最壞情況考慮，共站的異系統(tǒng)的輻射雜散要求即為-116.9dBm/MHz+30dBm=-86.9dBm/MHz?；窘咏趨f(xié)議對(duì)共站雜散的要求-98dBm/100kHz。

1.4.2 阻塞

對(duì)于阻塞，一般系統(tǒng)的功率大約在46dBm左右，協(xié)議在考慮共站雜散其實(shí)就是系統(tǒng)的最大發(fā)射功率減去共站最小耦合損耗（MCL），即46dBm-30dBm= 16dBm。

波段內(nèi)阻塞性能要求為-43dBm則是考慮到對(duì)系統(tǒng)中頻濾波器性能的約束；波段外-15dBm則是考慮到對(duì)系統(tǒng)中頻濾波器和腔體濾波器性能的約束。這個(gè)一般不在互干擾分析中體現(xiàn)。

圖3 無委核準(zhǔn)的DCS1800設(shè)備頻段

2 DCS/GSM系統(tǒng)對(duì)F頻段LTE系統(tǒng)干擾理論分析

目前國(guó)內(nèi)F頻段TD-LTE的工作頻點(diǎn)為1880～1900MHz，這涉及到GSM1800對(duì)F頻段的TD-LTE的雜散干擾、GSM900的二次諧波干擾以及聯(lián)通移動(dòng)的DCS1800對(duì)TD-LTE的互調(diào)干擾。

2.1 DCS1800對(duì)F頻段TD-LTE的雜散干擾

移動(dòng)DCS1800和聯(lián)通DCS與1880MHz分別隔了65MHz和30MHz，協(xié)議規(guī)定DCS下行工作頻段為1805～1880MHz，無委核準(zhǔn)的DCS1800設(shè)備頻段為1805～1850MHz，也有少量的設(shè)備頻段為1805～1880MHz，核準(zhǔn)的工作頻段頻段為1805～1880MHz，如圖3所示。

如果DCS1800基站工作頻段在1805～1880MHz，當(dāng)DCS1800的濾波器性能差，設(shè)計(jì)沒有考慮與F頻段系統(tǒng)設(shè)備共址要求設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)對(duì)F頻段TD-LTE產(chǎn)生比較嚴(yán)重的雜散，F(xiàn)頻段LTE和DCS1800基站共址就難了。根據(jù)協(xié)議對(duì)DCS帶外雜散定義可以計(jì)算出1880～1900MHz帶寬內(nèi)產(chǎn)生的干擾為-7.2dBm，其中1880～1890MHz中產(chǎn)生的干擾為-8dBm，1890～1900MHz內(nèi)產(chǎn)生的干擾為-15dBm，TD-LTE 20MHz帶寬中前后10MHz相差7dB左右。

考慮到1.5m的空間隔離，MCL約為42dB，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾為：

-7.2-42-2+2×(18-25）= -65.2dBm/20MHz

以某地試驗(yàn)網(wǎng)后臺(tái)的測(cè)量結(jié)果為例，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)網(wǎng)后臺(tái)測(cè)量干擾情況

后臺(tái)測(cè)量最差的情況是干擾為-85dBm/RB，其次差的是-87dBm/RB，以-87dBm/RB為允許的干擾量，那么：-87dBm/RB = -67dBm/20MHz，理論計(jì)算值-65.2dBm/20MHz和實(shí)際的干擾量-67dBm/MHz非常接近；同時(shí)通過掃頻儀測(cè)試結(jié)果20MHz帶寬內(nèi)前后10MHz相差10dB左右，和理論計(jì)算相差7dB左右也比較接近。因此，可以推出DCS1800對(duì)F頻段的雜散干擾較大，所以要優(yōu)化DCS1800濾波器的性能。

若要避免干擾，則允許的干擾量為：

-174+10lg(18M)+4-7=-104.4dBm/20MHz

表1 DCS1800互調(diào)分量表

則還需額外隔離：

2.2 三階互調(diào)干擾TD-LTE

2.2.1 三階接收互調(diào)干擾

聯(lián)通的DCS1800下行頻段為1840～1850MHz，移動(dòng)的DCS1800下行頻段為1805～1820MHz，互調(diào)計(jì)算如表1所示。

通過表1發(fā)現(xiàn)，可能存在接受的三階互調(diào)，特別是使用1850～1860MHz的頻點(diǎn)時(shí)，三階互調(diào)完全落入F頻段1880～1900MHz頻帶內(nèi)。三階互調(diào)干擾可能產(chǎn)生于天線口，也可能產(chǎn)生于接收機(jī)內(nèi)部。

由于協(xié)議沒有規(guī)定這個(gè)頻點(diǎn)的接收機(jī)互調(diào)指標(biāo)，假設(shè)根據(jù)3GPP LTE的接收機(jī)互調(diào)指標(biāo)為-52dBm，DCS1800的功率為46dBm時(shí)，1.5m的空間隔離(MCL約為42dB)，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾信號(hào)強(qiáng)度為：

高于允許的信號(hào)強(qiáng)度-52dBm，若聯(lián)通DCS1800和移動(dòng)DCS1800和LTE基站相距2m左右，LTE接收機(jī)內(nèi)部有可能產(chǎn)生互調(diào)干擾。若指標(biāo)為-52dBm，則還需額外增加隔離度：

具體的指標(biāo)可以測(cè)試得出來。

如果互調(diào)產(chǎn)生于天線口附近，一般無源器件的互調(diào)指標(biāo)起碼有120dBc，則可以大致估算互調(diào)干擾強(qiáng)度為：

46-1+2×(18-25)-42-120=-131dBm

明顯低于TD-LTE低噪很多，這樣在天線口的互調(diào)干擾可以不考慮。

2.2.2 三階發(fā)射互調(diào)干擾

根據(jù)協(xié)議，DCS1800三階發(fā)射機(jī)互調(diào)在頻率偏置大于6MHz時(shí)候，互調(diào)產(chǎn)物為-36dBm@300kHz，互調(diào)產(chǎn)物的頻點(diǎn)剛好落入雜散頻帶內(nèi)，所以，同時(shí)必須滿足雜散要求，很顯然，兩者互調(diào)指標(biāo)相對(duì)嚴(yán)格一些。三階發(fā)射階互調(diào)的分析基本和雜散分析一致，考慮了雜散干擾就不用考慮三階發(fā)射互調(diào)。

2.3 GSM900二次諧波干擾TD-LTE

GSM900下行頻點(diǎn)為935～954MHz，二次諧波為1870～1908MHz，剛好落在F頻段TD-LTE的工作頻帶1880～1900MHz內(nèi)。

協(xié)議沒有規(guī)定二次諧波指標(biāo)，二次諧波指標(biāo)可當(dāng)做雜散來考慮，滿足相應(yīng)雜散即可。若GSM900基站滿足和F頻段設(shè)備共址要求的話，基本沒有二次諧波的問題，否則，GSM900的二次諧波會(huì)干擾TD-LTE，干擾指標(biāo)為GSM雜散指標(biāo)-30dBm/300kHz。

假設(shè)1.5m的空間隔離，MCL約為42dB，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾為：

這個(gè)結(jié)果也和測(cè)試結(jié)果相近。

若要不產(chǎn)生干擾，則允許干擾量為：

則還需額外隔離：

3 DCS/GSM對(duì)F頻段TD-LTE干擾解決方案

根據(jù)以上分析，接收互調(diào)因低于TD-LTE底噪很多而不予考慮，同時(shí)考慮了雜散就不用考慮三階發(fā)射互調(diào)，二次諧波可當(dāng)做雜散來處理，因此，DCS/GSM對(duì)F頻段LTE的干擾主要為雜散干擾，為避免這種干擾，可以使用如下解決方案。

3.1 空間隔離方案

3.1.1 空間隔離理論

空間隔離估算是干擾判斷的重要階段，通過系統(tǒng)間天線的距離、主瓣指向等計(jì)算得到理論的空間隔離度，從理論上確定系統(tǒng)受干擾的程度。減小干擾的辦法，主要是兩基站天線應(yīng)有足夠的空間距離，濾除帶內(nèi)干擾和帶外信道噪聲。

3.1.2 水平隔離度

水平空間隔離度計(jì)算公式：IH[dB]=28+40lg(dh/ λ)。

其中：IH[dB]：收發(fā)天線之間的水平隔離度；dh[m]：收發(fā)天線之間的水平距離； λ[m]：接收頻段范圍內(nèi)的無線電波長(zhǎng)。

根據(jù)MCL=28+40lg（d/λ），可以計(jì)算出，需水平相隔117m，才可以滿足79dB的隔離度要求。

3.1.3 垂直隔離度

垂直空間隔離度計(jì)算公式：IV[dB]=22+20lg(dv/λ)。

其中： IV[dB]：收發(fā)天線之間的隔離度要求；dv[m]：收發(fā)天線之間的垂直距離； λ[m]：接收頻段范圍內(nèi)的無線電波長(zhǎng)。

根據(jù)MCL=22+20lg(d/λ），可以計(jì)算出，需垂直相隔3m，才可以滿足79.4dB的隔離度要求。

一般說來，MCL為67dB就是共存了，從隔離度的計(jì)算看，水平117m基本難以共址了，垂直相隔3m也很難實(shí)現(xiàn)，因此，純空間隔離基本難以滿足DCS1800的雜散對(duì)F頻段TD-LTE隔離要求。

3.2 濾波器方案

可以考慮外置對(duì)F頻段37.4dB以上隔離度濾波器，也可以考慮更換DCS1800濾波器，使得DCS1800濾波器在F頻段隔離79.4dB以上。并督促?gòu)S家保證濾波器的性能穩(wěn)定。

3.3 站點(diǎn)更換

更換站點(diǎn)，使得新站滿足和F頻段設(shè)備共址建設(shè)要求。

4 總結(jié)

干擾是影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)通話質(zhì)量、掉話、切換、擁塞以及網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量等均有顯著影響。如何降低或消除干擾是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的重要任務(wù)之一。

本文通過對(duì)GSM/DCS系統(tǒng)對(duì)共站的F頻段TDLTE系統(tǒng)的干擾進(jìn)行了分析，并提出克服雜散干擾是解決干擾問題的關(guān)鍵，并提出若干解決方案。希望以此作為參考，在分析其它系統(tǒng)與TD-LTE之間的干擾時(shí)能使用類似的方法，從而找到不同移動(dòng)通信系統(tǒng)間干擾的解決之道。

[1] 3GPP TS 36.201 LTE Physical Layer-General Description[S].

[2] 3GPP TS 36.214 Physical Layer-Measurements[S].

[3] 3GPP TS 36.300 Overall Description[S].

[4] 3GPP TS36.211，Physical Channels and Modulation[S].

[5] 3GPP TS36.331，Radio Resource Control (RRC) Protocol Specification[S].

[6] 中國(guó)移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-QB-A-003-2010，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試規(guī)范v1.0.0[S].

Analysis of inter-system interference to TD-LTE system (F band)

PAN Guang-jin, ZHAO Ming-wei, QING Chun, JIANG Hong-wei
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Zhongshan Branch, Zhongshan 528403, China)

In this article, it is discussed on how to overcome various interference problems between different systems and TD-LTE. This discussion is based on the perspective of basic principles, causes, classification & analysis methods of interference among mobile communication systems. This article analyzes the problems that F band TD-LTE system interfering with different systems (mainly DCS1800 and GSM900) and promote solutions.

TD-LTE; GSM/DCS; interference; coexist

TN929.5

A

1008-5599（2012）10-0010－06

2012-09-10