FD-LTE與WCDMA雙模室內(nèi)分布系統(tǒng)的干擾研究

劉暢遠 京信通信技術(shù)（廣州）有限公司

1 引言

LTE是以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)，可以被看作“準4G”技術(shù)。其在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行326Mbps、上行86Mbps的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間低于100ms；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25MHz～20MHz多種帶寬。

目前中國聯(lián)通在國內(nèi)的WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐漸成熟，3G用戶數(shù)目突飛猛進。一些建筑尤其是在大型高層辦公、住宅，室內(nèi)存在一個運營商運營不同分布系統(tǒng)或者不同運營商的不同分布系統(tǒng)。WCDMA、FD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)是中國聯(lián)通的建設(shè)重點，雙模系統(tǒng)勢必存在共建共享、鄰頻共存的情況。由于移動通信系統(tǒng)收發(fā)信機的非線性，彼此之間會產(chǎn)生不同程度的干擾，因此有必要深入研究WCDMA、FD-LTE干擾以及與其他室內(nèi)分布系統(tǒng)之間的干擾問題[1]。

2 雙模系統(tǒng)的干擾分析

FD-LTE頻譜資源可選擇性很大，在859MHz、900MHz、2100MHz、2600MHz等頻段都有定義，這些頻譜與現(xiàn)有2G、3G頻譜非常接近甚至部分重合。因此在共建室內(nèi)分布系統(tǒng)時，LTE與2G、3G網(wǎng)絡(luò)之間將不可避免地存在無線干擾。

2.1 雙模系統(tǒng)間的干擾

兩種不同制式運行于同一系統(tǒng)中，需要同時支持雙模的形式，其相互影響最嚴重。天線前端的濾波器收發(fā)頻段增加一倍，F(xiàn)D-LTE（Band VII）的收發(fā)間隔只有50MHz，隔離度實現(xiàn)難度大，采用腔體濾波器的形式，體積較大；由于功放的非線性以及寬帶功放，器件成本高，采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)也很難同時對消兩個頻段，且這兩個信號同時產(chǎn)生新的互調(diào)，對數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)來說會對失真分量判斷錯誤。而采用兩路功放體積較大，且多為小功率設(shè)計。

2.2 雙模系統(tǒng)與其他室內(nèi)分布系統(tǒng)間的干擾

中國聯(lián)通的FD-LTE采用Band VII下行2620MHz～2690MHz、上行2500MHz～2570MHz頻段，WCDMA采用Band I下行2110MHz～2170MHz、上行1920MHz～1980MHz，與TD-LTE、TD-SCDMA、WLAN（802.11b/g）、CDMA2000頻譜接近，它們之間存在較大的帶外雜散干擾和阻塞干擾等。比如工作于2400MHz～2497MHz的WLAN（802.11b/g）設(shè)備由于發(fā)射機的不完善，其帶外雜散會使FD-LTE基站接收機中產(chǎn)生阻塞干擾；CDMA2000基站在2110MHz～2125MHz發(fā)射功率，會使WCDMA基站接收機中產(chǎn)生阻塞干擾。

2.3 干擾的分析

帶外雜散、阻塞干擾、互調(diào)干擾以及諧波干擾是多系統(tǒng)室內(nèi)覆蓋必須考慮的問題。與室外一樣，各系統(tǒng)間的干擾不僅通過系統(tǒng)內(nèi)的指標優(yōu)化完成，而且通過提高系統(tǒng)間的隔離來解決。本文將以各系統(tǒng)的通信規(guī)劃設(shè)計行業(yè)規(guī)范中規(guī)定的雜散輻射、阻塞電平、接收機靈敏度等指標為基準，對相關(guān)指標進行計算。

（1）帶外輻射

帶外輻射測量范圍是指距離載波中心頻點的必要帶寬之外的一個或多個頻率的發(fā)射，其發(fā)射電平會降低但不致于影響相應(yīng)信息的傳遞，雜散發(fā)射包含諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調(diào)產(chǎn)物以及變頻產(chǎn)物。當雜散干擾電平信號超過干擾信號電平靈敏度一定比例時，會使其接收機的靈敏度下降，從而導(dǎo)致被干擾系統(tǒng)的QoS下降。對CDMA的自干擾系統(tǒng)，鄰區(qū)用戶干擾必然會導(dǎo)致發(fā)射功率增大，從而提高了小區(qū)的擁塞，系統(tǒng)性能會急劇下降。一般頻譜發(fā)射模板指標如表1[2]所示：

表1 頻譜發(fā)射模板值（BS最大輸出功率P<31dBm）

（2）阻塞干擾

主要包含兩種類型：飽和阻塞和線性阻塞。任何接收機都有一定的接收動態(tài)范圍，在接收功率超過接收動態(tài)允許的最大功率時，會導(dǎo)致上行ADC飽和溢出。由此可見，飽和阻塞是由于進入接收機的干擾信號過強，使鏈路中的器件工作在非線性區(qū)所引起的。與互調(diào)干擾類似，線性阻塞是當干擾強信號進入接收機后，與其他信號一起作用于接收機鏈路上產(chǎn)生的非線性信號，將嚴重惡化接收機信噪比。

解決阻塞干擾的主要途徑是：提高被干擾系統(tǒng)的接收濾波器的帶外抑制能力，或者提高接收的動態(tài)范圍、帶內(nèi)抑制能力，如設(shè)計多級AGC的大動態(tài)接收鏈路、選擇高信噪比的ADC或設(shè)計高帶外抑制的帶通濾波器。

（3）互調(diào)干擾

互調(diào)干擾是指存在兩個或多個跟有用信號有特定頻率關(guān)系（它們的互調(diào)產(chǎn)物剛好落在有用信號帶內(nèi)）的干擾信號的情況下的接收能力。

當指配信道有用信號平均功率為-101dBm，兩個干擾信號滿足表2的參數(shù)時，對12.2kbps參考測量信道，其BER不應(yīng)超過0.001。

此外，還應(yīng)考慮無源射頻傳輸系統(tǒng)的無源互調(diào)（PIM，Passive Inter Modulation），這些無源射頻電路元器件包括連接器、濾波器、傳輸線及天線等。由于PIM是因傳輸系統(tǒng)的非線性而產(chǎn)生的，實際的傳輸系統(tǒng)都或多或少存在著非線性，所以PIM的產(chǎn)生是固有的，不因選擇的頻率而變化；PIMP的生成不遵守通常的二次方程定律，與S參數(shù)相比，PIM電平的高低將直接影響到整個系統(tǒng)。表3給出聯(lián)通雙模頻段潛在的PIMP問題：

表2 互調(diào)性能要求

（4）諧波干擾

在諧波干擾中，二次諧波干擾的影響是最大的。通過分析各運營商通信系統(tǒng)的工作頻段可知，部分系統(tǒng)的發(fā)射頻段二次諧波正好落在其他系統(tǒng)的接收頻段上，若干擾系統(tǒng)的發(fā)射機二次諧波分量未能有效抑制，將會影響被干擾系統(tǒng)接收機的正常工作。對于FD-LTE系統(tǒng)來說，可以針對低頻系統(tǒng)的各種可能二次諧波進行研究，從而對FDLTE系統(tǒng)可能采用的頻段以及室分器件的選擇進行分析。

3 FD-LTE共室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾分析方法

常用的干擾分析按照具體內(nèi)容劃分，可分為單站驗證、RF優(yōu)化和性能參數(shù)優(yōu)化三部分。單站驗證的重點是驗證覆蓋（RSCP&Eb/Io）、參數(shù)配置、進行呼叫測試（撥打、切換以及小區(qū)重選等）；RF優(yōu)化主要針對覆蓋和切換進行優(yōu)化，同時需要控制導(dǎo)頻污染和軟切換比例以及解決干擾問題，在一般情況下主要結(jié)合路測數(shù)據(jù)分析覆蓋問題、導(dǎo)頻污染問題和切換問題；性能參數(shù)優(yōu)化的主要措施是調(diào)整無線參數(shù)，主要目標在于通過對路測數(shù)據(jù)、話務(wù)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)以及參數(shù)配置數(shù)據(jù)進行分析，提出參數(shù)優(yōu)化措施來提高網(wǎng)絡(luò)的性能，對于復(fù)雜的問題可能需要結(jié)合信令跟蹤進行定位和解決。

FD-LTE/WCDMA與GSM900由于頻段間隔較遠，所需隔離度較小，F(xiàn)D-LTE與WCDMA兩系統(tǒng)之間頻段間隔較近，所需隔離一般要求50dB以上，一般合路器可以滿足；但與WLAN頻段臨近，基站與基站的干擾、基站與終端間干擾、終端與終端間干擾都較大，三種干擾都需要場景分析[5]。

4 干擾避免措施及驗證

通過上述分析，要減少或避免FD-LTE、WCDMA雙模系統(tǒng)與其他室內(nèi)分布系統(tǒng)之間的干擾，需采取適當?shù)拇胧?，增加天線之間的隔離度、增加濾波器、優(yōu)化小區(qū)及業(yè)務(wù)覆蓋、優(yōu)化鄰區(qū)列表等，還可以通過分析話統(tǒng)、告警和投訴數(shù)據(jù)，優(yōu)化接入、切換、功控和功率配比等參數(shù)。下面給出最優(yōu)干擾避免措施：

（1）考慮雙模系統(tǒng)共用時鏈路預(yù)算要求，合理選擇器件；考慮無源互調(diào)及隔離度的影響，為后續(xù)優(yōu)化擴容建設(shè)留有設(shè)計余量。

（2）系統(tǒng)設(shè)計初期的指標評估應(yīng)盡量考慮多個系統(tǒng)的共存、共址接入，設(shè)計良好的上行抗阻塞鏈路，充分評估下行帶外雜散指標等，保證自系統(tǒng)隔離及與其他系統(tǒng)的隔離。

（3）共建室內(nèi)分布系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單并使用模塊化的合路器，根據(jù)實際共建要求增加單個或幾種制式組合的多頻合路器等。

滿足上述措施對整個系統(tǒng)進行的規(guī)劃設(shè)計，在雙信源限定功率條件下，用WLAN作為雙模系統(tǒng)的干擾源，得到的吞吐量仿真測試數(shù)據(jù)如圖1和圖2所示。

圖1和圖2中的1m～10m表示離干擾源的距離。由此可看出，WLAN對WCDMA/FD-LTE基站，無論WLAN是關(guān)閉還是開啟，對LTE基站的干擾都很?。籛LAN對WCDMA/FD-LTE終端，無論WLAN是關(guān)閉還是開啟，對終端的干擾也不明顯，從而驗證了上述避免干擾措施的有效性。

圖1 WLAN對WCDMA/FD-LTE基站干擾

圖2 WLAN對WCDMA/FD-LTE終端干擾

5 結(jié)束語

目前FD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與布局尚處于起始階段，對于2.6GHz頻段上的FD-LTE規(guī)劃設(shè)計沒有更多經(jīng)驗可以借鑒，許多規(guī)劃設(shè)計的方案還有待驗證。本文對FD-LTE/WCDMA雙模室內(nèi)分布系統(tǒng)與異系統(tǒng)之間干擾的問題進行研究，并依次規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計要點，希望對將來完善聯(lián)通雙模的室內(nèi)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計有所參考。

[1]Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker. LTE-UMTS長期演進理論與實踐[M]. 馬霓,等譯. 北京: 人民郵電出版社, 2009.

[2]中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司. QB/CU 075-2009 中國聯(lián)通WCDMA Home NodeB設(shè)備技術(shù)規(guī)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]中興通訊股份有限公司. WCDMA室內(nèi)覆蓋規(guī)劃解決方案[Z]. 2011. ★