TD-LTE與LTE FDD系統(tǒng)間干擾分析及射頻技術(shù)指標(biāo)

方箭，黃標(biāo)，伉沛川，許穎

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

TD-LTE與LTE FDD系統(tǒng)間干擾分析及射頻技術(shù)指標(biāo)

方箭，黃標(biāo)，伉沛川，許穎

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

對(duì)鄰頻部署1.9 GHz頻段TD-LTE與1.8 GHz/2.1 GHz頻段LTE FDD系統(tǒng)間干擾情況進(jìn)行研究，分析了干擾產(chǎn)生的機(jī)理和干擾場(chǎng)景，并將重點(diǎn)聚焦于基站與基站之間的干擾。結(jié)合確定性分析和仿真研究?jī)煞N方法的干擾計(jì)算結(jié)果，給出了TD-LTE與LTE FDD系統(tǒng)間共存時(shí)基站設(shè)備和終端的射頻技術(shù)指標(biāo)與組網(wǎng)要求，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和外場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)上述指標(biāo)和組網(wǎng)要求進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)新的干擾情況展開(kāi)進(jìn)一步分析，為4G系統(tǒng)國(guó)內(nèi)使用和臺(tái)站協(xié)同提供依據(jù)。

LTE；系統(tǒng)間干擾；射頻指標(biāo)；MCL；隔離度

1 引言

2012年，我國(guó)發(fā)布4G頻率規(guī)劃（工信部無(wú)〔2012〕436號(hào)）：“將1 755～1 785 MHz/1 850～1 880 MHz頻段規(guī)劃給FDD系統(tǒng)，將1 880～1 920 MHz頻段規(guī)劃給TDD系統(tǒng)。具體技術(shù)指標(biāo)、頻率分配以及臺(tái)站管理規(guī)定需要另行制定和發(fā)布”；2013年12月，TD-LTE牌照發(fā)放；2015年2月發(fā)放了LTE FDD牌照，將1 765～1780 MHz/1860～1875 MHz和1 750～1 765 MHz/1 845～1 860 MHz分別分配給中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通用于部署LTE FDD系統(tǒng)[1,2]；另外，在工信部無(wú)函﹝2014﹞574號(hào)文中，允許中國(guó)電信對(duì)1 920～1 935 MHz/ 2 110～2 125 MHz頻段進(jìn)行重耕，并在南京等7個(gè)城市進(jìn)行LTE FDD混合組網(wǎng)試驗(yàn)。至此，1.8 GHz頻段、1.9 GHz頻段和2.1 GHz頻段作為我國(guó)4G商用部署的頻段，既部署有TD-LTE系統(tǒng)，也部署有LTE FDD系統(tǒng)。為了促進(jìn)系統(tǒng)的快速發(fā)展，保證系統(tǒng)安全有效運(yùn)行，必須在各系統(tǒng)商用前解決它們之間的干擾問(wèn)題[3]。

2 干擾機(jī)理及分析方法

2.1 干擾機(jī)理

LTE系統(tǒng)鄰頻或者近頻部署時(shí)，其發(fā)射機(jī)濾波器和接收機(jī)濾波器的非理想性造成了LTE系統(tǒng)間的主要干擾。首先，發(fā)射機(jī)濾波器非理想性導(dǎo)致其在帶外和雜散域產(chǎn)生無(wú)用發(fā)射，帶外無(wú)用發(fā)射用鄰信道泄漏功率比（adjacent channel leakage ratio，ACLR）或頻譜帶外模板（MASK）來(lái)衡量，雜散發(fā)射用雜散輻射限值衡量。其次，接收機(jī)濾波器非理想性導(dǎo)致鄰頻其他系統(tǒng)的信號(hào)被接收，從而造成干擾，通常用鄰道選擇性（adjacent channel selectivity，ACS）或來(lái)阻塞電平衡量。

接收機(jī)和發(fā)射機(jī)濾波器的非理想性構(gòu)成主要干擾因素，通常用鄰信道干擾功率比（adjacent channel interference power ratio，ACIR）來(lái)綜合表征，計(jì)算式如下：

2.2 干擾場(chǎng)景

1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規(guī)劃和分配現(xiàn)狀如圖1所示。詳情見(jiàn)表1。

表1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規(guī)劃和分配情況

圖1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規(guī)劃情況

在1 880 MHz、1 920 MHz頻點(diǎn)處均存在潛在干擾風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)以往研究結(jié)果，基站和終端之間由于MCL（minimuon coupling loss，最小耦合損耗值）較大，它們之間的干擾要遠(yuǎn)小于基站與基站之間以及終端與終端之間的干擾。本文主要聚焦于基站與基站之間的干擾分析，如圖2所示。

圖2 基站間干擾

2.3 分析方法

在系統(tǒng)共存研究方法中，主要有確定性分析、仿真分析以及測(cè)試和試驗(yàn)3種方法。

（1）確定性分析

確定性分析方法基于鏈路預(yù)算原則，通過(guò)理論計(jì)算來(lái)衡量?jī)上到y(tǒng)能否共存。通常采用一定的底噪抬升（或稱(chēng)靈敏度損失）作為評(píng)估準(zhǔn)則確定最大允許的外系統(tǒng)干擾強(qiáng)度。確定性分析方法得出的結(jié)果往往比較嚴(yán)格，可以為蒙特卡洛仿真提供理論指導(dǎo)和校驗(yàn)依據(jù)。本文利用確定性計(jì)算分析LTE系統(tǒng)基站之間干擾時(shí)，假設(shè)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)濾波器理想，并對(duì)其分別進(jìn)行研究。具體而言，在分析帶外或雜散干擾時(shí)，假設(shè)被干擾LTE系統(tǒng)接收機(jī)為理想濾波器。在分析阻塞干擾時(shí)，假設(shè)干擾LTE系統(tǒng)發(fā)射機(jī)為理想濾波器。最后綜合考慮兩者的影響，這與設(shè)備的測(cè)試規(guī)范是相適應(yīng)的。

（2）仿真分析

移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，為了對(duì)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的性能進(jìn)行較為精確的描述，就需要通過(guò)系統(tǒng)級(jí)仿真來(lái)模擬這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部工作機(jī)制和所承載的業(yè)務(wù)。在系統(tǒng)級(jí)仿真中，主要采用蒙特卡洛仿真方法[4]，即3GPP TR36.942中描述的快照式仿真[5]。蒙特卡洛仿真方法是目前干擾共存研究中應(yīng)用廣泛并且行之有效的經(jīng)典研究方法，通過(guò)對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的抽象模型進(jìn)行有限次的抓拍（snapshot）來(lái)模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)情況。一般來(lái)說(shuō)，仿真分析主要應(yīng)用在基站與移動(dòng)臺(tái)之間以及移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的干擾計(jì)算，基站之間干擾仿真為確定性計(jì)算結(jié)論提供一定佐證，同時(shí)可以為站址協(xié)調(diào)等工作服務(wù)。

（3）測(cè)試和試驗(yàn)

測(cè)試包括實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和外場(chǎng)測(cè)試。通?？稍诰W(wǎng)絡(luò)建設(shè)前，在實(shí)驗(yàn)室利用儀器儀表對(duì)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行干擾測(cè)量。由于硬件條件限制，一般只能測(cè)試單/多個(gè)終端對(duì)單個(gè)基站的干擾、單個(gè)基站對(duì)單個(gè)終端或單個(gè)基站的干擾等[6]。另外，也可在現(xiàn)網(wǎng)中或搭建試驗(yàn)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)間干擾進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。總體而言，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試一般聚焦定量結(jié)論，外場(chǎng)測(cè)試環(huán)境則與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署更加接近，可以有效驗(yàn)證相關(guān)結(jié)論。

3 干擾分析及射頻指標(biāo)建議

3.1 典型參數(shù)

在干擾分析研究中，主要參數(shù)參考3GPP相關(guān)規(guī)范中的宏小區(qū)參數(shù)。由于TDD與FDD系統(tǒng)參數(shù)有相似性，故選取1 880～1 920 MHz為主要工作頻段，干擾分析參數(shù)[7,8]見(jiàn)表2。

3.2 基站間干擾

采用第2.3節(jié)中所描述的方法，分析基站發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在不同情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兼容所需的額外隔離和射頻指標(biāo)。表3和表4給出了確定性分析方法的相關(guān)計(jì)算過(guò)程，表5和圖3給出了蒙特卡洛仿真結(jié)果。

表3 無(wú)用發(fā)射分析（確定性分析方法）

表4 阻塞干擾分析（確定性分析方法）

表5 LTE-FDD基站干擾TD-LTE基站的仿真結(jié)果

圖3 基站干擾基站的仿真

從圖3和表5可以看出，共站（MCL=30 dB）時(shí)，所需的ACIR值為87 dB，如果考慮ACLR與ACS平均作用，則需要ACLR至少為90 dB，其要求的絕對(duì)功率譜密度為46 dBm/(20 MHz)-90 dB=-57 dBm/MHz。

以上分析了基站與基站之間的干擾問(wèn)題。在實(shí)際制定射頻技術(shù)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)綜合考慮基站無(wú)用發(fā)射指標(biāo)、接收機(jī)阻塞指標(biāo)、基站間距3個(gè)方面的問(wèn)題。無(wú)用發(fā)射指標(biāo)、接收機(jī)阻塞指標(biāo)的規(guī)范關(guān)系到廠商的設(shè)計(jì)成本和保護(hù)帶的設(shè)置，基站間距則與運(yùn)營(yíng)商實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署相關(guān)?；谏鲜隹紤]給出的建議如下。

·設(shè)臺(tái)建議：FDD系統(tǒng)和TDD系統(tǒng)基站間最小耦合損耗不小于50 dB。

·發(fā)射機(jī)指標(biāo)建議：根據(jù)確定性分析結(jié)果和仿真結(jié)果，綜合考慮廠商實(shí)現(xiàn)能力，建議基站發(fā)射機(jī)在5 MHz保護(hù)帶情況下每通道的帶外發(fā)射限值為-65 dBm/MHz。對(duì)于TD-LTE系統(tǒng)，基站一般8通道發(fā)射，相當(dāng)于-56 dBm的無(wú)用發(fā)射，與MCL=30 dB時(shí)的仿真結(jié)果大致相當(dāng)。這個(gè)取值介于MCL=50 dB時(shí)的確定性結(jié)果和MCL=30 dB時(shí)的仿真結(jié)果之間。

·接收機(jī)指標(biāo)建議：基于MCL=50 dB，發(fā)射功率為43 dBm/(5 MHz)時(shí)，并考慮到廠商能力和余量，建議接收機(jī)阻塞電平為-5 dBm。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)室干擾性能測(cè)試驗(yàn)證

為驗(yàn)證在1 880 MHz處FDD對(duì)TDD基站的共存條件，通過(guò)設(shè)置射頻濾波器和載波的不同位置，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了FDD對(duì)TDD的阻塞干擾測(cè)試和雜散干擾測(cè)試，以明確1.9 GHz頻段TDD和FDD系統(tǒng)鄰頻共存的可行性。測(cè)試框架如圖4所示。

圖4 干擾測(cè)試框架

通過(guò)不同濾波器和載波位置的測(cè)試，對(duì)以下5種干擾場(chǎng)景得出結(jié)論見(jiàn)表6。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，在5 MHz保護(hù)帶寬情況下，所建議的射頻指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)TDD與FDD系統(tǒng)間干擾共存，同時(shí)，不同帶寬和濾波器配置條件下的結(jié)論也為運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)解決干擾問(wèn)題提供依據(jù)。

表6 實(shí)驗(yàn)室干擾測(cè)試結(jié)果

4.2外場(chǎng)干擾測(cè)試驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證第3.2節(jié)中給出的射頻技術(shù)指標(biāo)的可行性，聯(lián)合三大運(yùn)營(yíng)商在武漢、天津和南京等城市配置了滿(mǎn)足所述設(shè)備射頻指標(biāo)的1.9 GHz頻段IMT TDD設(shè)備和FDD設(shè)備進(jìn)行外場(chǎng)干擾測(cè)試。

（1）測(cè)試區(qū)域

測(cè)試區(qū)域如圖5所示，區(qū)域內(nèi)共有94個(gè)TD-LTE扇區(qū)，129個(gè)LTE FDD扇區(qū)，是典型的城區(qū)布網(wǎng)場(chǎng)景。

圖5 測(cè)試區(qū)域基站分布

（2）測(cè)試方法

對(duì)測(cè)試區(qū)域內(nèi)LTE FDD系統(tǒng)的全部扇區(qū)分時(shí)段進(jìn)行空載、50%加載、70%加載配置，TD-LTE基站通過(guò)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)分別記錄底噪的抬升情況，TDD系統(tǒng)底噪在-110 dBm/資源塊 （RB）以下時(shí)判定沒(méi)有干擾，并選擇可能被干擾的TDD扇區(qū)進(jìn)行了FDD設(shè)備關(guān)斷時(shí)底噪抬升統(tǒng)計(jì)。

（3）測(cè)試結(jié)論

按上述方法進(jìn)行加載和干擾統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖6所示。在選定區(qū)域內(nèi)，F(xiàn)DD系統(tǒng)加載時(shí)，TDD基站被干擾比例大約1%。對(duì)被干擾基站上站勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)是FDD與TDD基站間的MCL無(wú)法滿(mǎn)足50 dB導(dǎo)致。經(jīng)調(diào)整基站天線隔離度使MCL大于50 dB后，干擾得到消除。

圖6 典型受干擾站底噪統(tǒng)計(jì)

通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試表明，建議的基站無(wú)用發(fā)射指標(biāo)、接收機(jī)阻塞指標(biāo)、基站間距3方面合理可行。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于1.9 GHz頻段 TD-LTE和LTE FDD系統(tǒng)鄰頻部署的干擾問(wèn)題，綜合采用理論計(jì)算、仿真分析、實(shí)驗(yàn)室半實(shí)物測(cè)試等方法，得到TDD和FDD系統(tǒng)鄰頻混合組網(wǎng)時(shí)的干擾情況，根據(jù)研究結(jié)果提出了TDD和FDD系統(tǒng)基站設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和組網(wǎng)要求，并通過(guò)基于運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)的外場(chǎng)測(cè)試對(duì)技術(shù)指標(biāo)和組網(wǎng)要求進(jìn)行了驗(yàn)證。本文結(jié)論有效支撐了我國(guó)4G混合組網(wǎng)中LTE FDD商用網(wǎng)絡(luò)頻率分配文件和多個(gè)規(guī)范性文件，為我國(guó)4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)企業(yè)優(yōu)化基站建設(shè)、規(guī)避干擾風(fēng)險(xiǎn)提供了指導(dǎo)性方案和措施，保證了運(yùn)營(yíng)企業(yè)投資的長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性，確保了我國(guó)4G技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)業(yè)的推廣和應(yīng)用。

[1]GSA.EvolutiontoLTEreport,4Gmarket&technologyupdate[EB/OL]. [2016-08-15].http://gsacom.com/paper/global-lte-networkdeployments-480-commercially-launched-in-157-countries/5.

[2]工業(yè)和信息化部.2015年 12月通信業(yè)主要情況[EB/OL]. [2016-08-15].http://www.miit.gov.cn/n1146312/n1146904/ n1648372/c4610245/content.htmll.

[3]ITU.Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000:Recommendation ITU-R M.1645[R].[S.l.:s.n.],2003.

[4]ITU.Spectrum requirements for the future development of IMT? 2000 and IMT-Advanced:Report ITU-R M.2078 [R].[S.l.:s.n.], 2006.

[5]3GPP.Radio frequency (RF)system scenarios:TR36.942 V9.2.0[R].[S.l.:s.n.],2009.

[6]ETSI.Universalmobile telecommunication system (UMTS): selection procedures forthe choice ofradio transmission technologies of the UMTS:TR 101 112(V3.2.0)[R].[S.l.:s.n.],1998.

[7]ITU.Characteristics of terrestrial IMT-2000 systems for frequency sharing/interference analyses:ReportITU-R M. 2039-1[R].[S.l.:s.n.],2009.

[8]3GPP.Base station radio transmission and reception:TS 36.104 V9.2.0[R].[S.l.:s.n.],2009.

方箭（1986-），男，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心高級(jí)工程師，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)TC5頻率組副組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)和參與國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、“863”計(jì)劃等多個(gè)科研項(xiàng)目。主要從事無(wú)線電頻譜規(guī)劃、系統(tǒng)間電磁兼容分析、認(rèn)知無(wú)線電等方面的研究工作。

黃標(biāo)（1967-），男，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心副總工程師、高級(jí)工程師，中國(guó)IMT-2020推進(jìn)組專(zhuān)家兼頻率組組長(zhǎng)，全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)專(zhuān)家，長(zhǎng)期從事無(wú)線電頻率規(guī)劃和系統(tǒng)間干擾共存等方面的研究工作。

伉沛川（1988-），男，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心工程師，主要從事無(wú)線電頻譜規(guī)劃、系統(tǒng)間電磁兼容分析等方面的研究工作。

許穎（1987-），女，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心工程師，主要從事頻譜共享技術(shù)、頻譜價(jià)值評(píng)估等方面的研究工作。

Interference analysis and radio frequency requirement of TD-LTE and LTE FDD systems

FANG Jian,HUANG Biao,KANG Peichuan,XU Ying
State Radio Monitoring Center,Beijing 100037,China

The system interference of 1.9 GHz TD-LTE and 1.8 GHz/2.1 GHz LTE FDD was studied.Firstly,the interference mechanisms and scenarios were analyzed,which focused on the interference of BS-BS.Moreover,the radio frequency requirements of TD-LTE and LTE FDD coexistence were given as the result of deterministic analysis and simulation calculations.The RF requirements were finally verified through lab tests as well as extensive field tests.The conclusion provides meaningful reference of 4G system utilization and BS coordination in China.

LTE,system interference,radio frequency requirement,minimum coupling loss,isolation degree

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016318

2016-11-10；

2016-12-14

伉沛川，kangpeichuan@srrc.org.cn

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（No.2014ZX03001027）

Foundation Item:The National Science and Technology Major Special Project of China(No.2014ZX03001027)