TD-LTE與WCDMA系統共存的干擾研究

李 超，滕建輔，李瑞杰，徐大為

(天津大學電子信息工程學院，天津300072)

1 引言

W-CDMA是ITU(國際電信聯盟)的一個標準，從碼分多址(CDMA)演變而來，被認為是IMT-2000的直接擴展，與現在市場上通常提供的技術相比，它能夠為移動和手提無線設備提供更高的數據速率。輸入信號先被數字化，然后在一個較寬的頻譜范圍內以編碼的擴頻模式進行傳輸。窄帶CDMA使用的是200KHz寬度的載頻，而WCDMA使用的則是一個5MHz寬度的載頻。

WCDMA作為一種第三代無線通信技術，已經在中國成功商用。相較于2G系統，WCDMA采用直接序列擴頻碼分多址(DS-CDMA)、頻分雙工(FDD)方式，碼片速率為3.84Mcps，載波帶寬為5MHz。WCDMA能夠支持移動/手提設備之間的語音、圖象、數據以及視頻通信，速率可達2Mb/s(對于局域網而言)或者384Kb/s(對于寬帶網而言)。另外，WCDMA還采用了智能天線和波束成形技術。智能天線技術提高了目標用戶的接收信號功率。有較高的擴頻增益、發展空間、全球漫游能力和技術成熟性。目前，中國聯通正采用此標準。

為提高3G無線網絡的性能，3GPP提出了一項新的標準，即長期演進(LTE，Long Term Evolution)，LTE可以分為TDD和FDD兩種模式。在無線接入網(RAN)側，將由CDMA技術改變為能夠更有效對抗寬帶系統多徑干擾的OFDM(正交頻分調制)技術。而上行采用單載波頻分多工(SC-FDMA)技術。為進一步提高頻譜效率，多輸入/多輸出(MIMO)技術也成為LTE的必選技術。MIMO技術利用多天線系統的空間信道特性，能同時傳輸多個數據流，從而有效提高數據速率和頻譜效率。TD-LTE是TD-SCDMA系統的長期演進系統，是邁向4G通信系統的里程碑。LTE具有更高的容量、更大的覆蓋、更小的時間延遲和靈活的頻率帶。TD-LTE兼具TD-SCDMA的優點，例如高頻率利用率、高系統容量、小損耗［1］。

將來，WCDMA與TD-LTE將可能共存于同一區域，這將產生相互干擾。雖然兩系統處于不同的頻帶，但仍將存在某些干擾，例如阻塞干擾、雜散干擾和鄰頻干擾。一般使用最小耦合損耗法(MCL)和蒙特卡羅靜態仿真法來分析不同系統間的干擾。相較于蒙特卡羅方法［2］，MCL 法［3-4］更簡單，并且能得出最惡劣情況下的鏈路預算。此文使用MCL方法分析WCDMA與TD-LTE系統間的干擾。為有效地抑制相互間的干擾，此文還研究了相關的天線安裝技術［5-7］。

2 MCL方法

MCL方法簡單易行，且能計算出最惡劣情況［3］下的干擾程度。首先計算隔離度(單位:dB)。然后根據隔離度，通過選擇合適的路徑損耗模型，可獲得物理隔離。最小耦合損耗由(1)可得:

其中，Ptransmit是施擾系統的發射功率，MCL是兩系統間的耦合損耗，而Imax是被干擾系統能承受的最大干擾。隔離度由(2)可得:

其中，Isolation代表兩系統間的隔離度，GR是被干擾系統的天線增益，GT是施擾系統的天線增益。根據隔離度值與傳播模型，可得出隔離距離。

3 共存場景

3GPP標準已經為每種標準劃分了不同的頻率帶。WCDMA的上行頻段為1920-1980MHz。而TD-LTE 可能使用1880-1920MHz頻段［9］，則兩系統會在頻點1920MHz處共存，產生的干擾相對比較嚴重。

兩系統共存時的相互干擾可分為四類。此文主要研究基站間的干擾。因為基站位置是固定的，所以這種場景比其他場景更適合使用MCL法。

由于WCDMA在1920MHz附近為上行，故存在的鄰頻干擾有WCDMA終端對TD系統的干擾和TD系統對WCDMA Node B的干擾。此處僅研究TD-LTE Node B對WCDMA Node B的干擾。

4 干擾類型

兩系統間的相互干擾主要可以分為3類，鄰頻干擾、雜散干擾和阻塞干擾。

4.1 雜散干擾

雜散干擾［10］:指干擾設備發射的帶外噪聲落入被干擾接收機的接收頻帶內，形成對有用信號的同道干擾。雜散干擾造成接收機噪聲基底的增加，從而導致接收機靈敏度降低。

4.2 鄰頻干擾

鄰頻干擾是由于收發設備濾波特性的非理想化導致相鄰頻道的發射機將信號泄露到被干擾接收機的工作頻帶內，影響工作在相鄰頻道上的被干擾系統。

4.3 阻塞干擾

阻塞干擾與接收機的通帶外抑制能力有關，涉及到干擾信號的載波發射功率、接收機的濾波器特性等，使得被干擾系統的接收機受影響因飽和而無法工作。當 GSM、CDMA、TD-SCDMA、PHS及WLAN信號或其頻率組合成分落在這幾個系統中某基站接收機接收信道帶寬之外，卻仍能進入該基站接收機，并且干擾大于標準中所規定的干擾電平時，就會引起接收機靈敏度的下降，惡化接收機的性能，這時就引起了阻塞干擾。

5 隔離度要求

此文考慮TD-LTE BS干擾WCDMA BS。BS的最大發射功率見表1。

表1 BS最大發射功率

5.1 雜散干擾

根據雜散干擾的產生原則，此處可以通過式(1)得到MCL的值:

其中，P為TD-LTE BS的雜散發射功率，IMax為WCDMA BS能承受的最大干擾。雜散功率P根據頻譜模板［8］計算，而IMax根據底噪抬高量確定，此處取底噪抬高1dB。且分別使用 IMax=-112dBm，P=-77dBm。

5.2 鄰頻干擾

鄰頻干擾(ACI，adjacent channel interference)與鄰信道干擾功率比(ACIR，adjacent channel interference ratio)、鄰信道泄露比(ACIR，adjacent channel leakage ratio)和鄰道選擇性(ACS，adjacent channel selectivity)相關。ACIR，ACLR和ACS間的關系見式(3)［2］。

ACS和 ACIR 的參考值見表2［11-12］。

表2 鄰頻干擾參數

根據(3)，可得ACIR=43.5dB，則ACI可由(4)式計算:

其中P為TD-LTE BS的最大發射功率。

MCL的值可由以下公式計算:

其中，IMax為TD-SCDMA BS能承受的最大干擾，根據底噪抬高量確定，此處取底噪抬高1dB。雜散功率P根據頻譜模板計算，而IMax根據底噪抬高量計算。

5.3 阻塞干擾

根據阻塞干擾的產生原則，此處可以根據(1)式計算MCL的值

其中，P為TD-LTE BS的最大發射功率，IMax為WCDMA BS接收機的阻塞特性。

5.4 隔離度要求

表3列出了兩系統間相互干擾的隔離要求。TD-LTE對WCDMA系統鄰頻部署時，鄰頻干擾是系統間干擾的主要部分。雜散和阻塞干擾的指標要求，相對于鄰頻干擾的指標都比較寬松，只要兩系統之間能夠滿足對鄰頻干擾抑制的要求，也都可以滿足雜散和阻塞干擾抑制的要求。

表3 TD-LTE BS干擾WCDMA BS的隔離度要求總結

6 天線配置

根據表5可知，當兩系統共存時，相互間的干擾難以完全避免。為此，必須采用其他有效方法，例如天線配置技術，添加濾波器等方法。

此文主要研究天線配置技術，天線配置技術主要包括水平隔離和垂直隔離。水平隔離Sh可以通過(4)式計算:

其中，d為兩天線間的水平距離，λ為載波波長。GTx和GRx分別為發射天線與接收天線的天線增益。

垂直隔離Sv可以通過(5)式計算:

其中，d為兩天線間的水平距離，λ為載波波長。

總隔離度St可以通過(6)式計算:

其中θ為天線間的垂直夾角。

圖1描述了總隔離度與天線的水平間隔、垂直間隔間的關系。可以發現，垂直間隔比水平間隔更有效。所以在實際天線安裝時，應首先考慮垂直隔離，再考慮水平隔離。從圖1可以發現，當垂直間隔達到25米時，兩系統間的干擾可完全避免。

圖1 總隔離度與水平、垂直間隔的關系

7 結束語

研究了TD-LTE系統與WCDMA系統間的相互干擾。主要采用MCL法分析隔離度要求。所有發射機與接收機的參數均可從3GPP標準中獲取。最后，使用天線配置技術解決系統間的干擾。其他的分析方法，如蒙特卡羅仿真等，將在今后進一步研究。

［1］ R Ratasuk，A Ghosh，W Xiao，et al.TDD design for UMTS Long-Term Evolution［C］.PIMRC 2008，Sept.2008:1-5

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［5］ ITU-R M.2045.Mitigatingtechniquestoaddress coexistence between IMT-2000 time division duplex and frequency division duplex radio interface technologies within the frequency range 2 500-2 690 MHz operating in adjacent bands and in the same geographical area［S］，2004.

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［10］ ITU-R SM.329-10，Unwanted emissions in the spurious domain［S］.2003.

［11］ 3GPP TS 25.104 V10.3.0，Base Station(BS)radio transmission and reception(FDD)［S］.Sept.2011.

［12］ 3GPP TS 36.104 V10.4.0，Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Base Station(BS)radio transmission and reception［S］.September.2011.