LTE系統與2G、3G系統共站址共存問題分析

張忠皓（中訊郵電咨詢設計院有限公司，北京100048）

0 前言

2.6 GHz頻段（2 570~2 620 MHz）是國際上 LTE 系統部署的主流頻段［1］。在中國，CCSA已經對2.6 GHz頻段的分配給出了建議，工業與信息化部已經將該頻段中的2 570~2 620 MHz頻段劃分給TDD-LTE使用，并且近期將對2.6 GHz頻段的剩余頻段進行分配。2.6 GHz頻段是中國最先用于LTE部署的頻段［2］。

由于站址資源日益緊缺，新增站址很困難，LTE系統很可能采用與現有通信系統共站址部署的方案。在共站址的情況下，基站對基站的干擾問題會較嚴重，需要對共站址情況下的共存情況和基站天線的隔離距離需求進行分析。

3GPP會議已經對LTE與2G和3G系統的共存需求進行了分析［3］，并制定了LTE系統的射頻指標的標準化文件［4］。但是其分析的基礎是共覆蓋場景，不是共站址場景。根據LTE系統、GSM系統和UMTS系統的射頻指標，LTE系統與2G、3G系統在共站址的情況下無法滿足共存需求，還需要采用其他的工程隔離方法。

在這種情況下，本文首先給出了干擾分析的一般原理和工程中的一般解決方法，然后，對2.6 GHz頻段LTE系統與GSM系統和UMTS系統的共存問題進行分析，得到了額外隔離度需求，并且根據額外隔離度需求和工程隔離方法，計算得到了LTE系統部署與2G、3G系統共站址時的天線隔離距離，最后給出了LTE系統與2G、3G系統共站址時的天線隔離距離建議。

1 干擾原理和工程解決方法

1.1 干擾原理

干擾的產生是多種多樣的，原有的專用無線電系統占用現有頻率資源、不同運營商網絡配置不當、發信機自身設置問題、小區重疊、環境、電磁兼容（EMC）以及有意干擾，都是移動通信網絡射頻干擾產生的原因。工作于不同頻率的系統間的共存干擾，是由于發射機和接收機的非完美性造成的。發射機在發射有用信號時會產生帶外輻射，帶外輻射包括由于調制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機在接收有用信號的同時，落入信道內的干擾信號可能會引起接收機靈敏度的損失。

發射機和接收機間的干擾取決于2個系統工作頻段的間隔和收發信機空間隔離等因素。

1.2 工程中的干擾解決方法

工程中主要有2種干擾解決方法。

a）基站間距方法：基站間距方法對解決干擾是有利的，但此方法受到站址資源匱乏和多運營商共存情況等的限制，具體工程實施難度較大。

b）天線安裝方法：天線安裝包括天線傾角、方位角及水平和垂直隔離等，可以提高天線間的耦合損失，降低干擾。

其中，天線水平隔離方法是通過將2個天線在水平方向上隔離一定距離以滿足保護要求（見圖1）。在下面的分析中，將以采用水平隔離方法為例，對共存問題進行分析。

水平空間隔離為

式中：

IH——水平隔離時，發射天線與接收天線之間的隔離度要求

dh——發射天線與接收天線之間的水平距離

λ——接收頻段范圍內的無線電波長

圖1 天線間水平隔離示意圖

GTx——發射天線在干擾頻率上的增益

GRx——接收天線在干擾頻率上的增益

P（φ）Tx——發射天線在兩天線中心連線的角度方向上的副瓣電平 （相對于主瓣方向，為負值）

P（θ）Rx——接收天線在兩天線中心連線的角度方向上的副瓣電平（相對于主瓣方向，為負值）

2 LTE與GSM系統間干擾分析

LTE與GSM間的干擾場景可以分為4種：LTE基站對GSM終端的干擾、GSM基站對LTE終端的干擾、LTE基站對GSM基站的干擾、GSM基站對LTE基站的干擾（見圖2）。

圖2 LTE與UMTS干擾共存場景示意圖

在2G系統中，GSM900與LTE 2.6 GHz系統頻率相距很遠，根據文獻［3］中的7.1.3.3節分析，即使隔離度需求為0 dB，GSM900與LTE系統間的干擾也可以忽略不計。所以在這里只分析DCS1800系統與LTE系統的共存干擾。并且在共站址共存中，主要考慮基站與基站間的干擾問題。

2.1 GSM基站對LTE基站的干擾

根據文獻［4］，20 MHz的LTE系統基站底噪為

式中：

W——系統帶寬

R——帶寬利用率，一般取90%N——熱噪聲指數，一般LTE基站取5，終端取9

按照干擾標準，如果底噪抬升0.6 dB，則最大允許干擾功率為

從文獻［5］可知，在DCS1800系統帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統對LTE系統的干擾符合要求，需要額外30 dB的隔離度。DCS1800基站對LTE基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

2.2 LTE基站對GSM基站的干擾

從文獻［5］可知，DCS1800的靈敏度為-102 dBm/200 kHz。允許最大干擾功率為

由文獻［4］可知，在2.6 GHz的LTE系統帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統對LTE系統的干擾符合要求，需要額外的18 dB隔離度。共站址情況下，UMTS基站對LTE基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

3 LTE與UMTS系統間干擾分析

LTE與UMTS間的干擾場景可以分為4種：LTE基站對UMTS終端的干擾、UMTS基站對LTE終端的干擾、LTE基站對UMTS基站的干擾、UMTS基站對LTE基站的干擾，如圖3所示。在共站址共存中，主要考慮基站與基站間的干擾問題。

圖3 LTE與UMTS干擾共存場景示意圖

3.1 UMTS基站對LTE基站的干擾

根據文獻［4］，20 MHz的LTE系統基站底噪可按式（2）計算。各參數取值同2.1節，則

按照干擾標準，如果底噪抬升0.8 dB，則最大允許干擾功率為

由文獻［4］可知，在2.1 GHz的UMTS系統帶外雜散為-98 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統對LTE系統的干擾符合要求，需要額外的28 dB隔離度。

所以UMTS基站對LTE基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

3.2 LTE基站對UMTS基站的干擾

根據文獻 ［4］，3.84 MHz的UMTS系統基站底噪可按式（2）計算。一般WCDMA基站熱噪聲指數取4，其他參數取值同2.1節，則

按照干擾標準，如果底噪抬升0.8 dB，則允許最大干擾功率為

由文獻［4］可知，在2.6 GHz的LTE系統帶外雜散為-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系統對LTE系統的干擾符合要求，需要額外的30.8 dB隔離度。共站址情況下，LTE基站對UMTS基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

4 工程隔離需求

4.1 LTE基站與GSM基站的工程隔離需求

通過第3章分析，如果共站址部署，DCS1800基站與LTE基站間需要采用工程隔離的方法增加額外隔離度。

將DCS1800基站對LTE基站水平隔離需求代入式（1），有

式中：

GL——LTE天線增益

當LTE天線與DCS天線同向布置時，LTE側面對DCS側面，假設LTE天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.56 m。

將LTE基站對DCS1800基站水平隔離需求代入式（1）有

式中：

GD——DCS1800天線增益

LTE天線與DCS1800天線同向布置時，DCS1800側面對LTE側面，假設DCS1800天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.098 m。

綜上，LTE基站與DCS1800基站共站址部署時，如果天線保持同向布置，則兩系統天線間距應為0.56 m。

4.2 LTE基站與UMTS基站的工程隔離需求

通過第3章分析，如果共站址部署，UMTS基站與LTE基站間需要采用工程隔離的方法增加額外隔離度。

將LTE基站對UMTS基站水平隔離需求代入式（1）有

式中：

GU——UMTS天線增益

當在LTE天線與UMTS天線同向布置時，UMTS側面對LTE側面，假設UMTS天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.426 m。

將DCS1800基站對LTE基站水平隔離需求代入式（1）有

當LTE天線與DCS天線同向布置時，LTE側面對DCS側面，假設LTE天線在90°方向增益為0.5 dBi，則水平隔離距離為0.382 m。

綜上，LTE基站與UMTS基站共站址部署時，如果天線保持同向布置，則兩系統天線間距應為0.426 m。

5 結束語

本文對LTE系統與2G、3G系統的共站址共存的情況進行了理論分析。通過對LTE系統與GSM系統間的雜散干擾情況的分析，得到了在共站址共存的情況下，LTE系統天線與GSM系統天線的水平隔離距離需要大于0.56 m；通過對LTE系統與UMTS系統間的雜散干擾情況的分析，得到了在共站址共存的情況下，LTE系統天線與UMTS系統天線的水平隔離距離需要大于0.426 m。

在理論分析中，采用了3GPP規范中基站設備的雜散要求，該雜散指標是設備需要滿足的最低要求，實際設備的性能都要優于該指標，所以在實際中隔離需求將小于理論計算得到的數值。本文中，只分析了多系統天線同向部署的場景，如果天線夾角發生變化，工程隔離距離也將發生變化。以后將進一步對天線夾角對隔離距離的影響進行分析。

［1］ITU-R M.1036-3國際移動通信2000（IMT-2000）的地面部分所需的頻譜安排［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1036-3-200707-I!!PDF-C.pdf.

［2］3GPP TS 25.942 Radio Frequency （RF）system scenarios ［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25942.htm.

［3］3GPP TS 36.104 Base Station （BS）radio transmission and reception［S/OL］. ［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36104.htm.

［4］ETSI GSM 05.05 Digital cellular telecommunications system Radio transmission and reception［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.etsi.org/deliver/etsi_i_ets/300900_300999/300910/01_40_60/ets_300910e01o.pdf.