NR與異系統(tǒng)共址天線隔離度分析

1 研究背景和意義

為了進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)，初期運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)采取5G與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共站址的部署方式，新系統(tǒng)的引入不可避免對(duì)現(xiàn)有民用通信系統(tǒng)（CDMA 800M 、GSM900、DCS1800、WCDMA、TD-SCDMA、LTE）產(chǎn)生相互干擾，需要通過頻率、空間的隔離或增加濾波器等手段減低干擾的影響。

本文通過分析5G和其它系統(tǒng)之間的雜散、阻塞干擾，獲得系統(tǒng)之間的天線隔離度要求，計(jì)算出5G天線與其它系統(tǒng)之間的安裝隔離距離，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際工程建設(shè)。

2 現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)頻率使用情況

當(dāng)前移動(dòng)、聯(lián)通、電信3家運(yùn)營(yíng)商有GSM900、DCS1800、CDMA、WCDMA、TDSCDMA、TD-LTE、FDD LTE等制式的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式及頻率范圍如表1所示。

3 雜散干擾分析

雜散干擾是一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散發(fā)射落入到另一個(gè)系統(tǒng)的工作頻段中而可能造成的干擾，當(dāng)這種干擾信號(hào)電平超過被干擾系統(tǒng)的接收靈敏度一定比例時(shí)，會(huì)降低系統(tǒng)的接收靈敏度。

避免雜散干擾而要求的天線隔離度按照公式（1）進(jìn)行分析。

表1 現(xiàn)網(wǎng)各運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率使用情況

其中，干擾系統(tǒng)雜散功率，通常是協(xié)議里定義的某種系統(tǒng)干擾另一種系統(tǒng)的雜散指標(biāo)。當(dāng)靈敏度損失1 dB時(shí)，被干擾系統(tǒng)允許接收到的最大干擾電平（各系統(tǒng)干擾基站雜散輻射在被干擾基站的接收機(jī)處引入的噪聲功率上限）Ni：

其中，Nf是噪聲系數(shù)，BW是接收系統(tǒng)帶寬。

3.1 NR對(duì)異系統(tǒng)的雜散干擾

以對(duì)LTE宏基站的干擾為例，進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。3GPP協(xié)議38.104[1]定義了NR基站與其他基站共站時(shí)的雜散指標(biāo)要求，其中NR干擾LTE系統(tǒng)雜散功率要求是-96 dBm/100 kHz。

被干擾系統(tǒng)LTE子載波帶寬15 kHz，根據(jù)公式2，被干擾系統(tǒng)允許接收到的最大干擾電平：Ni=-174+Nf+10*log（BW）- 6，其中Nf根據(jù)主流廠家的設(shè)備情況一般取值3 dB，BW取值15 kHz，結(jié)果為-135 dBm/15 kHz,折算為-127 dBm/100 kHz,根據(jù)上面的天線隔離度計(jì)算公式1，天線隔離度為31 dB。

NR對(duì)其他系統(tǒng)雜散干擾的隔離度計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 NR對(duì)異系統(tǒng)雜散干擾隔離度計(jì)算結(jié)果

3.2 異系統(tǒng)對(duì)NR的雜散干擾

計(jì)算方法與3.1章節(jié)相同，但需注意WCDMA、LTE對(duì)NR的雜散指標(biāo)要求，分別在3GPP協(xié)議25.104[2]和36.104[3]有明確定義，但CDMA、GSM、TDSCDMA等系統(tǒng)對(duì)NR的雜散指標(biāo)，協(xié)議未有定義，根據(jù)設(shè)備廠家的調(diào)研反饋情況，其雜散指標(biāo)取值可暫參照LTE系統(tǒng)。

表3 異系統(tǒng)對(duì)NR雜散干擾隔離度計(jì)算結(jié)果

4 阻塞干擾分析

阻塞干擾主要是由于進(jìn)入接收機(jī)的干擾信號(hào)過強(qiáng)，使有源器件飽和進(jìn)入非線性區(qū)引起的。即使干擾系統(tǒng)不產(chǎn)生任何帶外雜散，如果被干擾系統(tǒng)的濾波器對(duì)干擾系統(tǒng)發(fā)射抑制能力不夠，也將使強(qiáng)信號(hào)落入到后者的接收機(jī)上，使接收機(jī)飽和，從而引起阻塞干擾。

為了避免被干擾系統(tǒng)受到阻塞干擾，計(jì)算所需的天線隔離度公式為：

其中被干擾系統(tǒng)允許接收到阻塞功率按協(xié)議定義。

4.1 NR對(duì)異系統(tǒng)阻塞干擾

根據(jù)阻塞干擾的天線隔離度計(jì)算公式3，NR對(duì)異系統(tǒng)阻塞干擾的隔離度計(jì)算結(jié)果如表4所示。需要注意：

（1）16 dBm的阻塞信號(hào)要求是CW信號(hào)，并不代表是全部100 MHz的寬帶信號(hào)的功率積分，會(huì)使用WB信號(hào)（5 MHz帶寬）作為參考；以AAU為例，NR干擾系統(tǒng)5 MHz上的積分功率大約40 dBm。

（2）WCDMA、LTE對(duì)NR的阻塞功率指標(biāo)，分別在3GPP協(xié)議25.104和36.104有明確定義，但CDMA、GSM、TDSCDMA等系統(tǒng)對(duì)NR的阻塞功率指標(biāo)，協(xié)議未有定義。表4中的計(jì)算取值暫參照LTE系統(tǒng)的。

表4 NR對(duì)異系統(tǒng)阻塞干擾隔離度計(jì)算結(jié)果

4.2 異系統(tǒng)對(duì)NR阻塞干擾

根據(jù)阻塞干擾的天線隔離度計(jì)算公式3，異系統(tǒng)對(duì)NR的阻塞干擾隔離度計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 異系統(tǒng)對(duì)NR阻塞干擾隔離度計(jì)算結(jié)果

5 天線隔離度和隔離距離

天線隔離度區(qū)分水平方向和垂直方向的隔離度。

垂直方向隔離度計(jì)算公式：

其中d：發(fā)射天線與接收天線垂直距離，x：被干擾載波波長(zhǎng)

水平方向隔離度計(jì)算公式：

其中d：發(fā)射天線與接收天線水平距離，x：被干擾載波波長(zhǎng)，GT：發(fā)射天線在干擾頻率上的增益，GR接收天線在干擾頻率上的增益

分別根據(jù)垂直和水平方向上的隔離度計(jì)算公式（4）和公式（5），可以推導(dǎo)出兩個(gè)方向上的天線安裝距離，結(jié)果如表6所示。

6 結(jié)論

根據(jù)本文對(duì)NR和異系統(tǒng)間雜散干擾和阻塞干擾的分析，5G和異系統(tǒng)之間需滿足至少31 dB的隔離度要求。在與異系統(tǒng)共站址安裝時(shí)，要注意天線垂直和水平方向上的安裝間距。例如，與LTE1.8 G共站址安裝，天線水平間距要求至少48 cm，天線邊緣間的垂直間距要求至少20 cm。

表6 系統(tǒng)間天線隔離度和隔離距離