LTE系統(tǒng)與2G、3G系統(tǒng)共站址共存問題分析

張忠皓（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，北京100048）

0 前言

2.6 GHz頻段（2 570~2 620 MHz）是國(guó)際上 LTE 系統(tǒng)部署的主流頻段［1］。在中國(guó)，CCSA已經(jīng)對(duì)2.6 GHz頻段的分配給出了建議，工業(yè)與信息化部已經(jīng)將該頻段中的2 570~2 620 MHz頻段劃分給TDD-LTE使用，并且近期將對(duì)2.6 GHz頻段的剩余頻段進(jìn)行分配。2.6 GHz頻段是中國(guó)最先用于LTE部署的頻段［2］。

由于站址資源日益緊缺，新增站址很困難，LTE系統(tǒng)很可能采用與現(xiàn)有通信系統(tǒng)共站址部署的方案。在共站址的情況下，基站對(duì)基站的干擾問題會(huì)較嚴(yán)重，需要對(duì)共站址情況下的共存情況和基站天線的隔離距離需求進(jìn)行分析。

3GPP會(huì)議已經(jīng)對(duì)LTE與2G和3G系統(tǒng)的共存需求進(jìn)行了分析［3］，并制定了LTE系統(tǒng)的射頻指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化文件［4］。但是其分析的基礎(chǔ)是共覆蓋場(chǎng)景，不是共站址場(chǎng)景。根據(jù)LTE系統(tǒng)、GSM系統(tǒng)和UMTS系統(tǒng)的射頻指標(biāo)，LTE系統(tǒng)與2G、3G系統(tǒng)在共站址的情況下無法滿足共存需求，還需要采用其他的工程隔離方法。

在這種情況下，本文首先給出了干擾分析的一般原理和工程中的一般解決方法，然后，對(duì)2.6 GHz頻段LTE系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)和UMTS系統(tǒng)的共存問題進(jìn)行分析，得到了額外隔離度需求，并且根據(jù)額外隔離度需求和工程隔離方法，計(jì)算得到了LTE系統(tǒng)部署與2G、3G系統(tǒng)共站址時(shí)的天線隔離距離，最后給出了LTE系統(tǒng)與2G、3G系統(tǒng)共站址時(shí)的天線隔離距離建議。

1 干擾原理和工程解決方法

1.1 干擾原理

干擾的產(chǎn)生是多種多樣的，原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、發(fā)信機(jī)自身設(shè)置問題、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。工作于不同頻率的系統(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，帶外輻射包括由于調(diào)制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。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。

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的干擾取決于2個(gè)系統(tǒng)工作頻段的間隔和收發(fā)信機(jī)空間隔離等因素。

1.2 工程中的干擾解決方法

工程中主要有2種干擾解決方法。

a）基站間距方法：基站間距方法對(duì)解決干擾是有利的，但此方法受到站址資源匱乏和多運(yùn)營(yíng)商共存情況等的限制，具體工程實(shí)施難度較大。

b）天線安裝方法：天線安裝包括天線傾角、方位角及水平和垂直隔離等，可以提高天線間的耦合損失，降低干擾。

其中，天線水平隔離方法是通過將2個(gè)天線在水平方向上隔離一定距離以滿足保護(hù)要求（見圖1）。在下面的分析中，將以采用水平隔離方法為例，對(duì)共存問題進(jìn)行分析。

水平空間隔離為

式中：

IH——水平隔離時(shí)，發(fā)射天線與接收天線之間的隔離度要求

dh——發(fā)射天線與接收天線之間的水平距離

λ——接收頻段范圍內(nèi)的無線電波長(zhǎng)

圖1 天線間水平隔離示意圖

GTx——發(fā)射天線在干擾頻率上的增益

GRx——接收天線在干擾頻率上的增益

P（φ）Tx——發(fā)射天線在兩天線中心連線的角度方向上的副瓣電平 （相對(duì)于主瓣方向，為負(fù)值）

P（θ）Rx——接收天線在兩天線中心連線的角度方向上的副瓣電平（相對(duì)于主瓣方向，為負(fù)值）

2 LTE與GSM系統(tǒng)間干擾分析

LTE與GSM間的干擾場(chǎng)景可以分為4種：LTE基站對(duì)GSM終端的干擾、GSM基站對(duì)LTE終端的干擾、LTE基站對(duì)GSM基站的干擾、GSM基站對(duì)LTE基站的干擾（見圖2）。

圖2 LTE與UMTS干擾共存場(chǎng)景示意圖

在2G系統(tǒng)中，GSM900與LTE 2.6 GHz系統(tǒng)頻率相距很遠(yuǎn)，根據(jù)文獻(xiàn)［3］中的7.1.3.3節(jié)分析，即使隔離度需求為0 dB，GSM900與LTE系統(tǒng)間的干擾也可以忽略不計(jì)。所以在這里只分析DCS1800系統(tǒng)與LTE系統(tǒng)的共存干擾。并且在共站址共存中，主要考慮基站與基站間的干擾問題。

2.1 GSM基站對(duì)LTE基站的干擾

根據(jù)文獻(xiàn)［4］，20 MHz的LTE系統(tǒng)基站底噪為

式中：

W——系統(tǒng)帶寬

R——帶寬利用率，一般取90%N——熱噪聲指數(shù)，一般LTE基站取5，終端取9

按照干擾標(biāo)準(zhǔn)，如果底噪抬升0.6 dB，則最大允許干擾功率為

從文獻(xiàn)［5］可知，在DCS1800系統(tǒng)帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統(tǒng)對(duì)LTE系統(tǒng)的干擾符合要求，需要額外30 dB的隔離度。DCS1800基站對(duì)LTE基站的干擾需要額外的工程方法進(jìn)行隔離。

2.2 LTE基站對(duì)GSM基站的干擾

從文獻(xiàn)［5］可知，DCS1800的靈敏度為-102 dBm/200 kHz。允許最大干擾功率為

由文獻(xiàn)［4］可知，在2.6 GHz的LTE系統(tǒng)帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統(tǒng)對(duì)LTE系統(tǒng)的干擾符合要求，需要額外的18 dB隔離度。共站址情況下，UMTS基站對(duì)LTE基站的干擾需要額外的工程方法進(jìn)行隔離。

3 LTE與UMTS系統(tǒng)間干擾分析

LTE與UMTS間的干擾場(chǎng)景可以分為4種：LTE基站對(duì)UMTS終端的干擾、UMTS基站對(duì)LTE終端的干擾、LTE基站對(duì)UMTS基站的干擾、UMTS基站對(duì)LTE基站的干擾，如圖3所示。在共站址共存中，主要考慮基站與基站間的干擾問題。

圖3 LTE與UMTS干擾共存場(chǎng)景示意圖

3.1 UMTS基站對(duì)LTE基站的干擾

根據(jù)文獻(xiàn)［4］，20 MHz的LTE系統(tǒng)基站底噪可按式（2）計(jì)算。各參數(shù)取值同2.1節(jié)，則

按照干擾標(biāo)準(zhǔn)，如果底噪抬升0.8 dB，則最大允許干擾功率為

由文獻(xiàn)［4］可知，在2.1 GHz的UMTS系統(tǒng)帶外雜散為-98 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統(tǒng)對(duì)LTE系統(tǒng)的干擾符合要求，需要額外的28 dB隔離度。

所以UMTS基站對(duì)LTE基站的干擾需要額外的工程方法進(jìn)行隔離。

3.2 LTE基站對(duì)UMTS基站的干擾

根據(jù)文獻(xiàn) ［4］，3.84 MHz的UMTS系統(tǒng)基站底噪可按式（2）計(jì)算。一般WCDMA基站熱噪聲指數(shù)取4，其他參數(shù)取值同2.1節(jié)，則

按照干擾標(biāo)準(zhǔn)，如果底噪抬升0.8 dB，則允許最大干擾功率為

由文獻(xiàn)［4］可知，在2.6 GHz的LTE系統(tǒng)帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統(tǒng)對(duì)LTE系統(tǒng)的干擾符合要求，需要額外的30.8 dB隔離度。共站址情況下，LTE基站對(duì)UMTS基站的干擾需要額外的工程方法進(jìn)行隔離。

4 工程隔離需求

4.1 LTE基站與GSM基站的工程隔離需求

通過第3章分析，如果共站址部署，DCS1800基站與LTE基站間需要采用工程隔離的方法增加額外隔離度。

將DCS1800基站對(duì)LTE基站水平隔離需求代入式（1），有

式中：

GL——LTE天線增益

當(dāng)LTE天線與DCS天線同向布置時(shí)，LTE側(cè)面對(duì)DCS側(cè)面，假設(shè)LTE天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.56 m。

將LTE基站對(duì)DCS1800基站水平隔離需求代入式（1）有

式中：

GD——DCS1800天線增益

LTE天線與DCS1800天線同向布置時(shí)，DCS1800側(cè)面對(duì)LTE側(cè)面，假設(shè)DCS1800天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.098 m。

綜上，LTE基站與DCS1800基站共站址部署時(shí)，如果天線保持同向布置，則兩系統(tǒng)天線間距應(yīng)為0.56 m。

4.2 LTE基站與UMTS基站的工程隔離需求

通過第3章分析，如果共站址部署，UMTS基站與LTE基站間需要采用工程隔離的方法增加額外隔離度。

將LTE基站對(duì)UMTS基站水平隔離需求代入式（1）有

式中：

GU——UMTS天線增益

當(dāng)在LTE天線與UMTS天線同向布置時(shí)，UMTS側(cè)面對(duì)LTE側(cè)面，假設(shè)UMTS天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.426 m。

將DCS1800基站對(duì)LTE基站水平隔離需求代入式（1）有

當(dāng)LTE天線與DCS天線同向布置時(shí)，LTE側(cè)面對(duì)DCS側(cè)面，假設(shè)LTE天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.382 m。

綜上，LTE基站與UMTS基站共站址部署時(shí)，如果天線保持同向布置，則兩系統(tǒng)天線間距應(yīng)為0.426 m。

5 結(jié)束語

本文對(duì)LTE系統(tǒng)與2G、3G系統(tǒng)的共站址共存的情況進(jìn)行了理論分析。通過對(duì)LTE系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)間的雜散干擾情況的分析，得到了在共站址共存的情況下，LTE系統(tǒng)天線與GSM系統(tǒng)天線的水平隔離距離需要大于0.56 m；通過對(duì)LTE系統(tǒng)與UMTS系統(tǒng)間的雜散干擾情況的分析，得到了在共站址共存的情況下，LTE系統(tǒng)天線與UMTS系統(tǒng)天線的水平隔離距離需要大于0.426 m。

在理論分析中，采用了3GPP規(guī)范中基站設(shè)備的雜散要求，該雜散指標(biāo)是設(shè)備需要滿足的最低要求，實(shí)際設(shè)備的性能都要優(yōu)于該指標(biāo)，所以在實(shí)際中隔離需求將小于理論計(jì)算得到的數(shù)值。本文中，只分析了多系統(tǒng)天線同向部署的場(chǎng)景，如果天線夾角發(fā)生變化，工程隔離距離也將發(fā)生變化。以后將進(jìn)一步對(duì)天線夾角對(duì)隔離距離的影響進(jìn)行分析。

［1］ITU-R M.1036-3國(guó)際移動(dòng)通信2000（IMT-2000）的地面部分所需的頻譜安排［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1036-3-200707-I!!PDF-C.pdf.

［2］3GPP TS 25.942 Radio Frequency （RF）system scenarios ［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25942.htm.

［3］3GPP TS 36.104 Base Station （BS）radio transmission and reception［S/OL］. ［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36104.htm.

［4］ETSI GSM 05.05 Digital cellular telecommunications system Radio transmission and reception［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.etsi.org/deliver/etsi_i_ets/300900_300999/300910/01_40_60/ets_300910e01o.pdf.