FDD LTE系統(tǒng)與TD LTE系統(tǒng)共存干擾研究

姜峰 李國梁 邊慶利

【摘要】 本文主要研究了同一地理區(qū)域中，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)與TD LTE系統(tǒng)在相鄰頻段下共存時由系統(tǒng)間干擾引起的系統(tǒng)性能損失，給出了在不同的基站位置偏移、載波頻率和功控參數(shù)下的仿真結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 LTE 干擾 容量

UTRA的長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)存在FDD LTE和TD LTE兩種標準。從全球看，目前FDD LTE系統(tǒng)的商用網(wǎng)絡要多于TD LTE系統(tǒng)，但是TD LTE網(wǎng)絡的部署數(shù)量正在快速增加。

我國的三家電信運營商均已獲得TD LTE的運營牌照?？紤]到TD LTE與FDD LTE融合組網(wǎng)的可能性，本文深入研究兩系統(tǒng)共存中的干擾成因及規(guī)避問題。

一、TD LTE與FDD LTE干擾產(chǎn)生原理

無線電干擾是指在無線電通信過程中發(fā)生的，導致有用信號接收質(zhì)量下降、損害或阻礙的狀態(tài)及事實，可分為同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。

（1）同頻干擾：干擾信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻道有用信號的接收機造成的干擾。

（2）鄰頻干擾：干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機通帶內(nèi)造成的干擾，稱為鄰頻干擾。在鄰頻干擾中，雜散干擾是主要的干擾形式。雜散發(fā)射可以分為兩種：傳導型雜散發(fā)射和輻射性雜散發(fā)射。傳導型雜散發(fā)射（Conducted SpuriousEmission）是指由天線連接器處和電源引線引起的任何雜散發(fā)射；輻射型雜散發(fā)射（Radiated Spurious Emission）貝JJ是指由機柜或設備的結(jié)構(gòu)而引起的任何雜散發(fā)射。

（3）互調(diào)干擾：互調(diào)干擾可分為發(fā)射機互調(diào)干擾和接收機互調(diào)干擾。在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，較嚴重的通常是三階互調(diào)干擾。

（4）阻塞干擾：接收微弱的有用信號時，受到接收頻率兩旁、高頻回路帶內(nèi)一強干擾信號的干擾，稱為阻塞干擾。阻塞干擾輕則降低接收機靈敏度，重則通信中斷。

由于TD LTE和FDD LTE不會使用相同頻段，所以不會產(chǎn)生同頻干擾；另外，可以通過頻率分配等方法降低互調(diào)干擾的影響。因此，本文重點考慮鄰頻干擾對系統(tǒng)性能的影響。

二、鄰頻干擾計算方法

鄰頻干擾的產(chǎn)生是由干擾系統(tǒng)的發(fā)射機和被干擾系統(tǒng)的接收機濾波特性的不完善造成的，可以分別用發(fā)射機的鄰信道泄漏功率比 （Adjacent Channel Leakage powerRatio，ACLR）和接收機的鄰信道選擇性 （Adjacent Channel Selectivity，ACS）來表征。通常用鄰道干擾功率比ACIR（Adjacent Channel Interference Power Ratio），表示干擾系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射功率與被干擾系統(tǒng)接收機接收到的干擾功率之比。

2.1鄰信道泄漏功率比

鄰信道泄漏功率比ACLR可以表示為：

其中，PTx_f2表示干擾系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射功率，PRx_f1表示被干擾系統(tǒng)接收機經(jīng)過濾波器接收到的干擾系統(tǒng)發(fā)射機的泄露功率。

2.2鄰信道選擇性

鄰信道選擇性ACS定義為接收機濾波器在指定信道的衰減與在相鄰信道上的衰減的比值計算方法如下：

其中，Af1?為被干擾系統(tǒng)的接收機濾波器在n的衰減，Af2為被干擾系統(tǒng)的接收機濾波器在鄰信道f2的衰減。

2.3鄰信道干擾功率比

為鄰信道干擾功率比ACIR，定義為干擾系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射功率與被干擾系統(tǒng)接收機接收到的總的干擾功率，計算方法如下：

三、信干噪比SINR計算方法

信號與干擾加噪聲比 （Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）是指接收到的有用信號的強度與接收到的干擾信號（噪聲和干擾）的強度的比值；可以簡單的理解為“信噪比”。在不存在外系統(tǒng)干擾時，接收機信干噪比SINR計算公式為：

其中，PRx表示接收到的功率，No是熱噪聲功率。ICj表示從第i個共道發(fā)射機接收到的共道干擾，Nc表示共信道干擾發(fā)射機數(shù)目。

當兩個LTE系統(tǒng)共存時，來自外系統(tǒng)的干擾信號除了受到路徑損耗和陰影衰落之外還要額外衰減一個ACIR，所有來自外系統(tǒng)的干擾計算如下：

其中，L，J表示來自第j個鄰頻干擾發(fā)射機的經(jīng)過ACIR衰減后的干擾，NA是鄰道干擾發(fā)射機數(shù)目。PL表示路徑損耗和陰影衰落之和，GA表示收發(fā)天線增益之和。因此，存在外系統(tǒng)干擾時，SINR的計算公式為：

四、吞吐量計算

目前，LTRE網(wǎng)絡以承載數(shù)據(jù)業(yè)務為主，本文采用Shannon公式修正截短的形式，把SINR映射為吞吐量，計算方法如下：

五、仿真分析

5.1仿真參數(shù)與環(huán)境設置

仿真中采用宏蜂窩六邊形小區(qū)模型，共29個基站，每基站3扇區(qū)。基站間500米，使用WrapAround技術(shù)消除邊緣效應。仿真參數(shù)見表1。

當TD LTE采用1880～1920MHz；FDD LTE上行采用1710-1785MHz，下行采用1805-1880MHz）時，兩系統(tǒng)基站之間的干擾。

表1 仿真中使用的各項參數(shù)及取值

參數(shù) 值

小區(qū)結(jié)構(gòu) 站間距500m

載頻帶寬 20MHz

帶寬使用率 0.9

每用戶占用RB數(shù) 上行10PR/用戶；下行8RB/用戶

天線高度 30m（基站）；1.5m（終端）

天線類型 全向

天線增益 15dBi（基站）；0dBi（終端）

基站最大發(fā)生功率 46dBm

終端發(fā)射功率 23dBm（Pmax）

接收機噪聲系數(shù) 5dB（基站）；9dB（終端）

傳播模型如下：

其中，中R為基站到移動臺之間的距離，f為載波頻率，Dhb是基站高于房頂?shù)母叨?。另外還要附加標準偏差為10dB的對數(shù)正態(tài)陰影衰落影響。

LTE下行鏈路中，沒有功率控制，基站滿功率發(fā)射，給每個RB分配相同的功率；上行功率控制使用以下公式：

其中，Pmax為終端最大發(fā)射功率，Rmin是最小功率降低比；PL是終端的路徑損耗，PLx-ile是x%點的路徑損耗（含陰影衰落）值。上式中，路徑損耗最大的前x%用戶將以最大發(fā)射功率尸r懈發(fā)射，O<γ<1為信道條件好的終端和信道條件差的終端之間的平衡因子。

5.2仿真結(jié)果分析

圖1是TD.LTE基站干擾FDD LTE基站場景下，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)上行平均相對吞吐量損失的仿真結(jié)果。從圖中可以看出，增大兩系統(tǒng)地理位置偏移后，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)上行的平均相對吞吐量損失減小。這是因為隨著兩系統(tǒng)基站偏移增大，其干擾鏈路的路徑損耗也隨之增大，系統(tǒng)問干擾降低，故被干擾系統(tǒng)的相對吞吐量損失隨之減小?；疚恢闷艱=0、R/2、R三種情況下的曲線比較接近，這是因為LTE系統(tǒng)下行不采用功率控制，所有TD.LTE基站滿功率發(fā)射，導致來自外系統(tǒng)的干擾主要受兩系統(tǒng)基站問路徑損耗的影響，因此三條曲線趨勢明顯但相差不大。

圖1 FDD LTE系統(tǒng)上行平均相對吞吐量損失

（干擾源：TD-LTE基站）