淺析TD-LTE在地鐵中的干擾

【摘要】 簡(jiǎn)述TD-LTE車地?zé)o線系統(tǒng)在地鐵應(yīng)用中的基本架構(gòu)，根據(jù)目前商用的頻段進(jìn)行分析，指出可能存在的干擾源。首先進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)干擾分析并計(jì)算隔離度，再進(jìn)行系統(tǒng)間干擾分析，根據(jù)干擾規(guī)避準(zhǔn)則，分別計(jì)算存在干擾的系統(tǒng)間隔離度。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 雜散干擾 阻塞干擾 隔離度 地鐵

一、引言

根據(jù)工信部無(wú)【2015】65號(hào)文的規(guī)定，明確1785～1805MHz頻段作為時(shí)分雙工（TDD）方式無(wú)線接入系統(tǒng)的使用頻率，主要用于城市軌道交通、電力、石油等行業(yè)專用通信網(wǎng)，因此，分析TD-LTE在地鐵中的干擾，對(duì)軌道交通車地?zé)o線通信的發(fā)展和應(yīng)用都尤為必要。

二、TD-LTE車地?zé)o線系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

主要包含核心網(wǎng)、車站子系統(tǒng)中的基站、以及車載子系統(tǒng)中的TAU（車載接入單元）和車載天線等。其中車站子系統(tǒng)一般采用分布式基站，由BBU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）和RRU（基帶處理單元）組成，BBU放置于車站弱電設(shè)備室，地鐵隧道兩側(cè)分別部署一套R(shí)RU，與泄露電纜連接實(shí)現(xiàn)隧道覆蓋。

三、干擾頻段分析

主要商用頻段如下：

1、中國(guó)電信：CDMA800（下行870～880MHz，上行825～835MHz）、CDMA 2000（下行2110～2125MHz，上行1920～1935MHz）、PHS（1900-1920MHz）、FDD-LTE（下行1850-1880MHz，上行1755-1785MHz）。

2、中國(guó)移動(dòng)：GSM900（下行935～960MHz ，上行885～915MHz）、DCS1800（下行1805～1850MHz，上行1710～1755MHz）、TD-SCDMA（下行2010～2025MHz、上行 1900～1920MHz）、TD-LTE（1880～1900MHz （F頻段）、2320-2370 MHz （E頻段）、2570-2630MHz（D頻段））。

3、中國(guó)聯(lián)通：GSM900（下行954～960MHz，上行909～915MHz）、DCS1800（下行1830～1850MHz，上行1735～1755MHz）、WCDMA（下行2130～2145MHz，上行1940～1955MHz）。

4、其他：WLAN（2400～2483.5MHz）、專用無(wú)線集群TETRA（下行851～866MHz，上行806～821MHz）、TD-LTE車地?zé)o線系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱車地?zé)o線系統(tǒng)）（1785～1805MHz）。

根據(jù)頻段劃分，中國(guó)移動(dòng)的DCS1800下行頻段、中國(guó)電信的FDD-LTE上行頻段與車地?zé)o線系統(tǒng)鄰頻，對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)有較強(qiáng)的干擾，相互之間的隔離是需要重點(diǎn)考慮。中國(guó)移動(dòng)的TD-LTE頻段與車地?zé)o線系統(tǒng)頻段間隔較大，根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的規(guī)劃，F(xiàn)和D頻段將用在室外，E頻段將用在室內(nèi)，那么，TD-LTE系統(tǒng)在地鐵中的頻段最有可能的是E頻段，與車地?zé)o線系統(tǒng)頻率間隔520MHz。另外車地?zé)o線系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有可能會(huì)存在同頻干擾。

四、系統(tǒng)內(nèi)干擾分析

由于大多地鐵都采用泄露電纜的覆蓋方案，當(dāng)列車停靠站臺(tái)時(shí)，有可能受到站臺(tái)對(duì)面小區(qū)的同頻干擾。假設(shè)車載終端距離同側(cè)漏纜的距離約為W1，距離對(duì)側(cè)漏纜的距離約為 W2。由于TD-LTE上下行同頻，所以只考慮下行覆蓋，按終端距離鄰區(qū)最近的點(diǎn)計(jì)算，忽略RRU和漏纜起始點(diǎn)之間連接電纜的損耗，那么：

終端接收到本小區(qū)的信號(hào)為：S1=設(shè)備輸出功率+終端增益-傳輸損耗-95%耦合損耗-寬度因子1-衰落余量-接頭損耗。終端接收到鄰小區(qū)的信號(hào)為：S2=設(shè)備輸出功率+終端增益-傳輸損耗-95%耦合損耗-寬度因子2-衰落余量-接頭損耗-車體、墻體損耗（假設(shè)為a）。兩側(cè)小區(qū)信號(hào)隔離度=S1-S2=20lg（W1/2）-20lg （W2/2）+a。

五、系統(tǒng)間干擾分析

5.1系統(tǒng)間主要干擾和規(guī)避準(zhǔn)則

系統(tǒng)間干擾主要分為雜散干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾。其中互調(diào)干擾受限于電路、器件的性能以及使用的頻率，且在設(shè)備不改變的前提下，可調(diào)整系統(tǒng)頻率來(lái)減少互調(diào)干擾，以下不做討論。

為避免系統(tǒng)間干擾，系統(tǒng)間隔離度應(yīng)遵守以下兩條準(zhǔn)則：1）、雜散干擾規(guī)避準(zhǔn)則：被干擾基站從干擾基站接收到的雜散輻射信號(hào)強(qiáng)度比它的接收機(jī)噪聲基底低7dB（敏降0.8dB）；被干擾終端接收到的雜散輻射信號(hào)強(qiáng)度比它的接收機(jī)噪聲基底低（敏降3dB）。2）、阻塞干擾規(guī)避準(zhǔn)則：被干擾基站從干擾基站接收到的總載波功率應(yīng)比接收機(jī)的1dB壓縮點(diǎn)低5dB。

5.2隔離度指標(biāo)計(jì)算方法

根據(jù)干擾規(guī)避準(zhǔn)則，可以計(jì)算系統(tǒng)間隔離度MCL=MAX（Is，Ib）， Is[dB]為雜散干擾隔離度要求，Ib[dB]為阻塞干擾隔離度要求。鄰頻雜散干擾隔離度Is1= PTxACLR-10lg（BWTx/ BWRx）-N-D，PTx[dBm]為干擾系統(tǒng)功率，ACLR[dB]為鄰道泄漏功率比，BWTx[HZ]為干擾系統(tǒng)雜散指標(biāo)的測(cè)量帶寬，BWRx[HZ]為被干擾系統(tǒng)的工作帶寬，N[dBm]為被干擾系統(tǒng)的底噪，D[dB]為被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的干擾保護(hù)準(zhǔn)則。

非鄰頻雜散干擾隔離度Is2=E-10lg（BWTx/ BWRx）-N-D，E[dBm]為干擾系統(tǒng)雜散指標(biāo)。阻塞干擾隔離度Ib=PTx-Eb，PTx[dBm]為干擾系統(tǒng)功率，Eb[dBm]為被干擾系統(tǒng)的阻塞指標(biāo)。

5.3 DCS1800與車地?zé)o線系統(tǒng)的隔離度

DCS1800 對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的鄰頻雜散干擾隔離度：若DCS1800的發(fā)射功率為45dBm/45MHz，車地?zé)o線系統(tǒng)的底噪為-93.5dBm/10MHz[NF（基站接收噪聲系數(shù)）=5dB]，D=-7dB，兩系統(tǒng)間的保護(hù)帶5MHz，DCS1800的ACLR按照45dB，那么，相應(yīng)的鄰頻雜散隔離度為：45-45-10lg（45/10）-（-93.5）-（-7）=93.97dB。

DCS1800 對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的阻塞干擾隔離度：若DCS1800的發(fā)射功率為45dBm，車地?zé)o線系統(tǒng)的帶內(nèi)阻塞指標(biāo)為-43dBm，相應(yīng)阻塞干擾所需要的隔離為45-（-43）=88dB。

車地?zé)o線系統(tǒng)對(duì)DCS1800 的鄰頻雜散干擾隔離度：若車地?zé)o線系統(tǒng)的發(fā)射功率為33dBm/10MHz，DCS1800的底噪為-121 dBm/100KHz（NF=5dB）， D=-7 dB，車地?zé)o線系統(tǒng)的ACLR為45dB，那么，相應(yīng)的干擾隔離度為：33-45-10lg（10/0.1）-（-121）-（-7）=96dB。車地?zé)o線系統(tǒng)對(duì)DCS1800 的阻塞干擾隔離度：若車地?zé)o線系統(tǒng)的發(fā)射功率為33dBm， DCS1800帶內(nèi)抗阻塞能力為-43dBm， 相應(yīng)阻塞干擾所需要的隔離為33-（-43）=76dB。

因此，DCS1800與車地?zé)o線系統(tǒng)間隔離度MCL=MAX（Is，Ib）=MAX（93.97 dB，88 dB，96dB，76 dB）=96 dB，中國(guó)電信的FDD-LTE上行頻段1755-1785MHz與車地?zé)o線系統(tǒng)的隔離度計(jì)算方法同上，故不再細(xì)述。

5.4中國(guó)移動(dòng)TD-LTE（E頻段）與車地?zé)o線系統(tǒng)的隔離度

中移TD-LTE 對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的非鄰頻雜散干擾隔離度：若中移TD-LTE在車地?zé)o線系統(tǒng)的雜散指標(biāo)為-88dBm/MHz，車地?zé)o線系統(tǒng)基站接收機(jī)底噪為-93.5dBm/10MHz（NF=5dB），D=-7 dB，因此，規(guī)避中移TD-LTE對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的雜散干擾所需要的隔離度為：-88-10lg（1/10）-（-93.5）-（-7）=22.5dB。

中移TD-LTE 對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的阻塞干擾隔離度：若中移TD-LTE的發(fā)射功率為43dBm，車地?zé)o線系統(tǒng)的在帶外抗阻塞能力為16dBm，相應(yīng)阻塞干擾所需要的隔離為43-16=27dB。

車地?zé)o線系統(tǒng)對(duì)中移TD-LTE 的非鄰頻雜散干擾隔離度：若車地?zé)o線系統(tǒng)在中移TD-LTE的雜散指標(biāo)為-52dBm/MHz，中移TD-LTE基站接收機(jī)底噪為-93.5dBm/20MHz（NF=5dB），D=-7 dB，因此，規(guī)避中移TD-LTE對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)的雜散干擾所需要的隔離度為：-52-10lg（1/20）-（-93.5）-（-7）=61.51dB。

車地?zé)o線系統(tǒng)對(duì)中移TD-LTE 的阻塞隔離度：若車地?zé)o線系統(tǒng)的發(fā)射功率為46dBm，中移TD-LTE系統(tǒng)的帶外抗阻塞能力為16dBm，相應(yīng)阻塞干擾所需要的隔離為46-16=30dB。

因此，中國(guó)移動(dòng)TD-LTE與車地?zé)o線系統(tǒng)間隔離度MCL=MAX（Is，Ib）=MAX（22.5dB，27 dB，61.51dB，30 dB）=61.51 dB。

六、結(jié)束語(yǔ)

TD-LTE在地鐵中的干擾規(guī)避根本點(diǎn)是要滿足多系統(tǒng)共存的基本條件，即系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)必須達(dá)到相應(yīng)隔離度要求。系統(tǒng)間的干擾可用分析的方法來(lái)算出減低干擾的隔離要求，一般采用最壞的情況來(lái)分析，得到的結(jié)果趨于保守，與實(shí)際情況還有出入。

系統(tǒng)隔離度增強(qiáng)的方式主要有直接合路方式、后端合路方式、空間隔離方式、加裝帶通濾波器、提高信源設(shè)備射頻性能等。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]高澤華、高峰、林海濤等.室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)——GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN[M]。北京：人民郵電出版社，2013.1.

[2]（美）蘇信豐 著，朗訊科技（中國(guó)）有限公司無(wú)線工程組譯.UMTS空中接口與無(wú)線工程[M].北京：人民郵電出版社，2006.9.

[3]3GPP TS 36.104 V12.7.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Base Station （BS） radio transmission and reception（Release 12）.2015.3.