WLAN與TD—LTE基站間干擾分析

譚洪利+李壽鵬

【摘 要】處理好TD-LTE與WLAN的干擾是解決中國移動(dòng)四網(wǎng)協(xié)同的重要問題，主要對(duì)TD-LTE與WLAN基站間的干擾進(jìn)行分析。首先分析了干擾的類型，然后具體介紹了WLAN與TD-LTE的干擾分類及規(guī)避措施，最后結(jié)合測(cè)試得出兩系統(tǒng)的隔離措施。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE WLAN 干擾 隔離

中圖分類號(hào)：TN929.532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1006-1010（2014）-20-

Interference Analysis of WLAN and TD-LTE Base Stations

TAN Hong-li， LI Shou-peng

（China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.， Shandong Branch， Jinan 250101， China）

[Abstract] The interference between TD-LTE and WLAN is a very important problem for four-network coordination of China Mobile. The interference among TD-LTE and WLAN base stations is mainly analyzed. The types of interference are firstly introduced， and then the interference classification and avoiding measures of WLAN and TD-LTE are presented in detail. Finally， the isolation measures of the two systems are obtained through the tests.

[Key words]TD-LTE WLAN interference isolation

1 引言

在中國移動(dòng)的室分系統(tǒng)中，GSM、TD-SCDMA、TD-LTE與WLAN四網(wǎng)將會(huì)長期共存，處理好四網(wǎng)協(xié)同問題是非常重要的。在四網(wǎng)協(xié)同中，TD-LTE在室內(nèi)使用的是E頻段（2 320—2 370MHz），WLAN使用

2 400—2 483.5MHz頻段，兩者使用的頻段接近。同時(shí)，兩者均為TDD（Time Division Duplexing，時(shí)分雙工）系統(tǒng)，且兩系統(tǒng)的上下行時(shí)隙無法對(duì)齊，所以兩系統(tǒng)間將產(chǎn)生干擾。

2 WLAN與LTE的干擾類型及隔離度

WLAN與LTE之間的干擾分基站與基站間的互干擾及基站與終端間的互干擾。由于基站與終端間的空間隔離較大，所以一般情況下基站與終端間的互干擾較小。終端間的互干擾與用戶數(shù)量、分布、上網(wǎng)行為、是否同時(shí)使用2個(gè)系統(tǒng)等相關(guān)，而且用戶行為無法人為約束，因此終端間的互干擾本文不作重點(diǎn)分析，將主要研究WLAN與LTE基站間的干擾。

兩者之間的干擾類型主要有互調(diào)干擾、雜散干擾、阻塞干擾等。其中，互調(diào)干擾是由于WLAN系統(tǒng)1、11這2個(gè)頻點(diǎn)的三階互調(diào)產(chǎn)物落在LTE室分系統(tǒng)頻帶內(nèi)，導(dǎo)致WLAN對(duì)TD-LTE室分的干擾，可以通過LTE室分頻點(diǎn)選擇來規(guī)避；雜散干擾和阻塞干擾是實(shí)際工程中最常見的干擾，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響也最大，因此本文將重點(diǎn)分析。

2.1 雜散干擾

由于發(fā)射機(jī)中的功放、混頻器和濾波器等器件的非線性，會(huì)在工作頻帶以外很寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射信號(hào)分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)物和互調(diào)產(chǎn)物等。當(dāng)這些發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)落在被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的工作帶內(nèi)時(shí)，抬高了接收機(jī)的底噪，從而減低了接收靈敏度，稱為雜散干擾。以下為雜散隔離度的計(jì)算：

（1）雜散干擾到達(dá)接收機(jī)端的功率與接收機(jī)底噪之間的關(guān)系計(jì)算

1dB的接收機(jī)靈敏度降低為可接受的干擾水平。設(shè)接收機(jī)底噪為Pn（mW），到達(dá)接收機(jī)的雜散干擾為Pspurious（mW），則滿足的關(guān)系式為：

10lg（Pn+Pspurious）-10lgPn=1dB （1）

Pspurious=0.259Pn，換算為dB，意為Pspurious比Pn小5.867dB。

通過計(jì)算，若雜散干擾導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度降低1dB，則該雜散干擾到達(dá)接收機(jī)端的功率應(yīng)比接收機(jī)底噪約低6dB。

（2）采用的協(xié)議指標(biāo)WLAN：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（信部無[2002]353號(hào)）。

雜散發(fā)射（輻射）功率（對(duì)應(yīng)載波±2.5倍信道帶寬以外）：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

LTE：根據(jù)協(xié)議3GPP TS 36.104中的指標(biāo)，LTE在WLAN頻段范圍內(nèi)的雜散指標(biāo)為-30dBm/MHz。

基站雜散發(fā)射限值如表1所示：

表1 基站雜散發(fā)射限值，B類（Category B）

頻率 最大值 測(cè)量帶寬

9kHz←→150kHz -36dBm 1kHz

150kHz←→30MHz -36dBm 10kHz

30MHz←→1GHz -36dBm 100kHz

1GHz←→12.75GHz -30dBm 1MHz

（3）以20MHz信道帶寬的TD-LTE、WLAN帶寬為22MHz為例

1）TD-LTE對(duì)WLAN的干擾

◆WLAN基站接收機(jī)底噪計(jì)算

Nfloor（dBm）=No（dBm/Hz）+W（dBHz）+ NF（dB） （2）endprint

其中，No為噪聲譜密度，是由于電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，計(jì)算公式為No=KT；K為波爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K），T為絕對(duì)溫度（290K），由于J=W×s，1W=1000mW=30dBm，將KT轉(zhuǎn)換成dBm可得No=KT=10lg（1.38×10-23×290）+30dBm×s= -174dBm×s；NF為WLAN接收機(jī)的噪聲系數(shù)，屬于接收機(jī)本身的屬性，用于度量信號(hào)通過接收機(jī)后SNR降低的程度，WLAN基站接收機(jī)的噪聲系數(shù)為5dB左右。因此，WLAN基站接收機(jī)的噪聲基底為：Nfloor=-174+10lg（22×1000000）+5=-96dBm。

◆TD-LTE對(duì)WLAN雜散隔離度

MCL≥雜散輻射功率-（底噪-6）+天線增益+10lg（BandWidth-Rx） （3）

TD-LTE基站發(fā)射機(jī)雜散特性：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

BandWidth-Rx：被干擾接收機(jī)工作帶寬。

則：MCL≥-30dBm+10lg22-（-96-6）+2=88dB。

2）WLAN對(duì)TD-LTE的影響

TD-LTE基站接收機(jī)底噪：Nfloor（dBm）=-174+73+5=-96dBm。

WLAN基站發(fā)射機(jī)雜散特性：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

則：MCL≥-30dBm+10lg20-（-96-6）+2=87dB。

3）統(tǒng)計(jì)以上兩組計(jì)算，取最大者88dB。

2.2 阻塞干擾

當(dāng)強(qiáng)的干擾信號(hào)與有用信號(hào)同時(shí)加入接收機(jī)時(shí)，強(qiáng)干擾會(huì)使接收機(jī)鏈路的非線性器件產(chǎn)生非線性失真甚至飽和，造成受害接收機(jī)靈敏度損失，嚴(yán)重時(shí)將無法正常接收有用信號(hào)，稱為阻塞干擾。

阻塞干擾的隔離度：以規(guī)范規(guī)定的阻塞干擾信號(hào)指標(biāo)為準(zhǔn)，將干擾系統(tǒng)在天線口的發(fā)射功率與規(guī)范規(guī)定的阻塞干擾信號(hào)指標(biāo)相減，即可得到避免阻塞干擾所需要的隔離度。

根據(jù)協(xié)議3GPP TS 36.104中的指標(biāo)，LTE在和WLAN系統(tǒng)共存時(shí)CW阻塞指標(biāo)為-15dBm。

WLAN沒有統(tǒng)一的阻塞指標(biāo)要求，根據(jù)WLAN設(shè)備廠商提供的數(shù)據(jù)，27dBm設(shè)備的阻塞指標(biāo)為-20dBm@50MHz、-40dBm@30MHz。

阻塞隔離度要求如圖1所示：

圖1 阻塞隔離度要求

（1）WLAN下行對(duì)LTE上行的阻塞干擾容限：WLAN基站最大發(fā)射功率為27dBm，可得到WLAN不對(duì)LTE基站產(chǎn)生阻塞干擾所需的隔離度為MCL=27-（-15）=42dB；考慮到WLAN為高峰均比的寬帶信號(hào)，此MCL可再提高至約57dB。

（2）LTE下行對(duì)WLAN上行的阻塞干擾容限：假設(shè)LTE基站發(fā)射功率為46dBm，則LTE不對(duì)WLAN基站產(chǎn)生阻塞干擾所需的隔離度為MCL=46-（-40）=86dB。

2.3 小結(jié)

根據(jù)上述計(jì)算，兩系統(tǒng)間所需的最小耦合損耗MCL如表2所示：

表2 兩系統(tǒng)間所需的最小耦合損耗MCL 雜散干擾/dB 阻塞干擾/dB

TD-LTE基站對(duì)WLAN基站 88 86

WLAN基站對(duì)TD-LTE基站 87 57

由此可見，因?yàn)闆]有特殊保護(hù)，WLAN與TD-LTE間的雜散干擾以及TD-LTE基站對(duì)WLAN AP在30MHz隔離帶時(shí)的阻塞干擾為基站間干擾的主導(dǎo)因素，需保證88dB的MCL才可共站。此隔離可以通過合路器、濾波器、室分系統(tǒng)損耗、空間隔離等方式實(shí)現(xiàn)。

3 測(cè)試驗(yàn)證

3.1 雙路LTE系統(tǒng)與放裝型AP間干擾

當(dāng)雙路LTE系統(tǒng)與放裝型AP共存時(shí)，將LTE設(shè)備從關(guān)閉到開啟后功率逐漸變化，測(cè)試兩系統(tǒng)的吞吐量變化情況，此時(shí)WLAN終端與LTE終端距離4m，兩系統(tǒng)天線間距1m。

測(cè)試過程中，由于LTE終端的下載速率保持在80Mbps，比較穩(wěn)定，所以WLAN系統(tǒng)對(duì)LTE的干擾較小，可忽略。但是，WLAN終端的下載速率隨著LTE基站功率的調(diào)整會(huì)產(chǎn)生變化，如圖2所示：

表3 不同LTE發(fā)射功率下的測(cè)試結(jié)果

LTE設(shè)備發(fā)射功率/W WLAN測(cè)試下載速率/Mbps

關(guān)閉 22

20 11

8 16

4 22

2 21

同時(shí)，根據(jù)上文的理論計(jì)算分析，也可以通過增加系統(tǒng)間的空間隔離來減小干擾。增加空間隔離可通過調(diào)整兩系統(tǒng)間的天線間距來實(shí)現(xiàn)。圖3給出了天線間距分別為1m、2m、3m情況下的WLAN終端下載速率情況。

圖3 不同天線間距下的WLAN終端下載速率截圖

通過表4的測(cè)試結(jié)果表明，采用空間隔離可以有效控制兩系統(tǒng)間的干擾。獨(dú)立放裝的AP盡量與LTE天線距離2～3m以上。

表4 不同天線間距下的測(cè)試結(jié)果天線間距/m WLAN測(cè)試下載速率/Mbps

1 14.68

2 17

3 17.17

3.2 WLAN饋入單路LTE

當(dāng)WLAN通過合路器饋入LTE室分系統(tǒng)時(shí)，兩系統(tǒng)間便增加了合路器的隔離，只要合路器指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求（一般要求E頻段與WLAN頻段隔離度為88dB），理論上是可以避免系統(tǒng)間干擾的。本測(cè)試也驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論，具體如表5所示：

表5 WLAN饋入單路LTE測(cè)試結(jié)果

場(chǎng)景 WLAN下載速率/Mbps

只開啟WLAN系統(tǒng) 15.23

開啟LTE室分系統(tǒng) 17.38

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，LTE設(shè)備開啟前后，WLAN終端下載速率相當(dāng)，可見當(dāng)兩系統(tǒng)共用室分系統(tǒng)時(shí)，通過合路器的隔離作用能有效規(guī)避系統(tǒng)間干擾。endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據(jù)測(cè)試?yán)?和2分析，WLAN對(duì)LTE干擾可忽略，LTE對(duì)WLAN的干擾可以通過合路器有效規(guī)避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時(shí)也是應(yīng)該沒有干擾的。不過這種場(chǎng)景在實(shí)際建網(wǎng)中比較常見，所以也進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測(cè)試結(jié)果

場(chǎng)景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設(shè)備輸出功率8W 16.76

LTE設(shè)備輸出功率40W 17.11

4 總結(jié)

根據(jù)理論分析和測(cè)試驗(yàn)證，LTE基站與WLAN系統(tǒng)之間存在一定的干擾，可通過以下措施進(jìn)行規(guī)避：

（1）頻率協(xié)調(diào)，LTE室分選用E頻段中的低頻點(diǎn)，可以有效規(guī)避WLAN對(duì)TD-LTE的互調(diào)干擾。

（2）當(dāng)TD-LTE與WLAN同區(qū)域覆蓋時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統(tǒng)組網(wǎng)，此時(shí)可以通過88dB以上隔離度的合路器進(jìn)行干擾隔離與規(guī)避。

（3）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式，則可通過在LTE發(fā)射機(jī)端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式且未增加濾波器時(shí)，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當(dāng)降低LTE系統(tǒng)的輸出功率，從而降低LTE系統(tǒng)對(duì)WLAN系統(tǒng)的干擾；或者TD-LTE天線與獨(dú)立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[2] 孫鏡華. TD-LTE與其他系統(tǒng)室內(nèi)分布干擾分析探討[J]. 數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用， 2012（7）.

[3] 李新. TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)[J]. 電信快報(bào)： 網(wǎng)絡(luò)與通信， 2012（10）： 7-9.

[4] 沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋，等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統(tǒng)干擾分析[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2013（6）： 52-53.endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據(jù)測(cè)試?yán)?和2分析，WLAN對(duì)LTE干擾可忽略，LTE對(duì)WLAN的干擾可以通過合路器有效規(guī)避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時(shí)也是應(yīng)該沒有干擾的。不過這種場(chǎng)景在實(shí)際建網(wǎng)中比較常見，所以也進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測(cè)試結(jié)果

場(chǎng)景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設(shè)備輸出功率8W 16.76

LTE設(shè)備輸出功率40W 17.11

4 總結(jié)

根據(jù)理論分析和測(cè)試驗(yàn)證，LTE基站與WLAN系統(tǒng)之間存在一定的干擾，可通過以下措施進(jìn)行規(guī)避：

（1）頻率協(xié)調(diào)，LTE室分選用E頻段中的低頻點(diǎn)，可以有效規(guī)避WLAN對(duì)TD-LTE的互調(diào)干擾。

（2）當(dāng)TD-LTE與WLAN同區(qū)域覆蓋時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統(tǒng)組網(wǎng)，此時(shí)可以通過88dB以上隔離度的合路器進(jìn)行干擾隔離與規(guī)避。

（3）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式，則可通過在LTE發(fā)射機(jī)端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式且未增加濾波器時(shí)，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當(dāng)降低LTE系統(tǒng)的輸出功率，從而降低LTE系統(tǒng)對(duì)WLAN系統(tǒng)的干擾；或者TD-LTE天線與獨(dú)立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[2] 孫鏡華. TD-LTE與其他系統(tǒng)室內(nèi)分布干擾分析探討[J]. 數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用， 2012（7）.

[3] 李新. TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)[J]. 電信快報(bào)： 網(wǎng)絡(luò)與通信， 2012（10）： 7-9.

[4] 沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋，等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統(tǒng)干擾分析[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2013（6）： 52-53.endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據(jù)測(cè)試?yán)?和2分析，WLAN對(duì)LTE干擾可忽略，LTE對(duì)WLAN的干擾可以通過合路器有效規(guī)避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時(shí)也是應(yīng)該沒有干擾的。不過這種場(chǎng)景在實(shí)際建網(wǎng)中比較常見，所以也進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測(cè)試結(jié)果

場(chǎng)景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設(shè)備輸出功率8W 16.76

LTE設(shè)備輸出功率40W 17.11

4 總結(jié)

根據(jù)理論分析和測(cè)試驗(yàn)證，LTE基站與WLAN系統(tǒng)之間存在一定的干擾，可通過以下措施進(jìn)行規(guī)避：

（1）頻率協(xié)調(diào)，LTE室分選用E頻段中的低頻點(diǎn)，可以有效規(guī)避WLAN對(duì)TD-LTE的互調(diào)干擾。

（2）當(dāng)TD-LTE與WLAN同區(qū)域覆蓋時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統(tǒng)組網(wǎng)，此時(shí)可以通過88dB以上隔離度的合路器進(jìn)行干擾隔離與規(guī)避。

（3）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式，則可通過在LTE發(fā)射機(jī)端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨(dú)立建設(shè)方式且未增加濾波器時(shí)，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當(dāng)降低LTE系統(tǒng)的輸出功率，從而降低LTE系統(tǒng)對(duì)WLAN系統(tǒng)的干擾；或者TD-LTE天線與獨(dú)立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[2] 孫鏡華. TD-LTE與其他系統(tǒng)室內(nèi)分布干擾分析探討[J]. 數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用， 2012（7）.

[3] 李新. TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)[J]. 電信快報(bào)： 網(wǎng)絡(luò)與通信， 2012（10）： 7-9.

[4] 沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋，等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統(tǒng)干擾分析[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2013（6）： 52-53.endprint