TD-LTE與WLAN系統(tǒng)干擾研究

陳 霞

（中國移動通信集團上海有限公司 上海200060）

1 引言

隨著無線通信技術的發(fā)展，我國已正式步入第3代移動通信（3G）時代。移動用戶數(shù)量的與日俱增以及用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務要求的日益提高，正推動著移動業(yè)內(nèi)技術向更高的方向發(fā)展。因此，3GPP組織作為推動移動通信技術及其標準化的組織，在R8標準中推出了長期演進技術（long term evolution，LTE），意在進一步提高無線空中接口的傳輸速率。2009年3月，3GPP正式凍結(jié)了LTE版本R9，這意味著LTE的主要技術和規(guī)范已經(jīng)完善，為LTE的商業(yè)化部署創(chuàng)造了條件。

雖然目前國內(nèi)TD-LTE的牌照還未發(fā)放，TD-LTE頻段分配還未最終確定，但目前工業(yè)和信息化產(chǎn)業(yè)部和中國移動通信集團公司（以下簡稱中國移動）所承擔的國家重大項目TD-LTE規(guī)模技術試驗中，TD-LTE的室內(nèi)頻段采用了 2 300～2 400 MHz或者確切的是 2 350～2 370 MHz。除了TD-LTE，2 GHz頻段附近還集中了所有的3G技術和WLAN技術，使得在該頻段內(nèi)，異系統(tǒng)間的相互干擾影響尤為嚴重。而WLAN的頻段在2 400～2 483 MHz，WLAN和TD-LTE的干擾將是所有干擾系統(tǒng)中最嚴重的系統(tǒng)間干擾。

本文首先對TD-LTE與WLAN之間的干擾進行了確定性分析，然后給出了TD-LTE與WLAN分別在獨立部署場景和合路建設場景下的干擾測試結(jié)果，最后給出了TD-LTE和WLAN的干擾結(jié)論以及共存部署建設建議。

2 TD-LTE與WLAN干擾分析

系統(tǒng)間的干擾包括鄰頻干擾、雜散干擾、阻塞干擾以及互調(diào)干擾。假設TD-LTE使用的頻段為E-UTRAN 38號頻帶（2 300～2 400 MHz），而 WLAN 的工作頻段為 2 400～2 483 MHz，只要TD-LTE不使用 2 380～2 400 MHz這個頻段，TD-LTE和WLAN之間就不會有鄰頻干擾。TD-LTE與WLAN之間不會產(chǎn)生二階互調(diào)，而與WLAN的三階互調(diào)比較復雜，僅在極少的頻點會產(chǎn)生。因此下面將主要分析雜散干擾和阻塞干擾。

2.1 干擾的模式

TD-LTE與其他系統(tǒng)的干擾模式可以分別從TD-LTE對其他系統(tǒng)的干擾和其他系統(tǒng)對TD-LTE的干擾兩個角度展開。TD-LTE對其他系統(tǒng)的干擾如圖1所示，包括以下4種：

·TD-LTE基站對其他系統(tǒng)基站的干擾，表現(xiàn)為下行對上行的干擾；

·TD-LTE基站對其他系統(tǒng)移動臺的干擾，表現(xiàn)為下行對下行的干擾；

·TD-LTE移動臺對其他系統(tǒng)基站的干擾，表現(xiàn)為上行對上行的干擾；

·TD-LTE移動臺對其他系統(tǒng)移動臺的干擾，表現(xiàn)為上行對上行的干擾；

同樣地，其他系統(tǒng)對TD-LTE的干擾如圖2所示，也包括以下4種干擾：

·其他系統(tǒng)基站對TD-LTE的干擾；

·其他系統(tǒng)基站對TD-LTE移動臺的干擾；

·其他系統(tǒng)移動臺對TD-LTE基站的干擾；

·其他系統(tǒng)移動臺對TD-LTE移動臺的干擾。

2.2 確定性干擾

本節(jié)將通過確定性分析，也稱為最小允許耦合損耗（minimum coupling loss，MCL）計算方法，計算出干擾對系統(tǒng)的影響降低到適當程度時所需要的隔離度。系統(tǒng)間隔離度要求在不同系統(tǒng)共存時，在各系統(tǒng)均能滿足各自的技術指標的前提下，能可靠工作而不相互干擾所需要采取的防護度。發(fā)射機各指標定義的參考面是發(fā)射機的天線端口，接收機各指標定義的參考面是接收機的天線端口，隔離度是指這兩個參考面之間信號的隔離度，用最小耦合損耗來表示。

（1）阻塞干擾隔離度計算方法

在設計移動通信系統(tǒng)的接收機時，為了保證系統(tǒng)的可靠工作，通常考慮接收機的輸入1 dB壓縮點遠高于系統(tǒng)的阻塞指標要求。只要保證到達接收機輸入端的強干擾信號的功率不超過系統(tǒng)指標要求的阻塞電平，系統(tǒng)就能可靠工作。

系統(tǒng)間所需的阻塞干擾隔離度計算方法為：

其中，P0為干擾發(fā)射機的輸出功率；Pb為接收機的阻塞電平指標。

通常在系統(tǒng)實現(xiàn)時，在接收放大器的前端都會用帶通濾波器來保護放大器不受帶外的強干擾信號的阻塞，所以濾波器的帶外衰減提供了所需的隔離度。

（2）雜散干擾隔離度計算方法

為了工程計算簡便，通常假定發(fā)射機帶外雜散干擾為加性白噪聲，它對接收機的影響是通過與原系統(tǒng)的噪聲功率相加，從而把系統(tǒng)接收噪聲電平抬高來實現(xiàn)的。按照功率相加的原理，可以得出原系統(tǒng)接收靈敏度惡化到一定程度時，干擾電平強度需低于原系統(tǒng)接收機底噪的數(shù)值，如表1所示。

因此，發(fā)射機帶外雜散所需要的隔離度可以表示為：

其中，Pspu為干擾基站發(fā)射的雜散信號功率；Pn為接收系統(tǒng)的帶內(nèi)熱噪聲值；Nf為接收機的噪聲系數(shù)。

干擾信號余量為表1中根據(jù)不同接收機靈敏度的惡化值所選取的干擾信號與接收機底噪的差值。

表1 干擾電平與接收機靈敏度惡化關系

根據(jù)設備協(xié)議標準規(guī)范，WLAN基站的最大發(fā)射功率為27 dBm，WLAN在LTE頻段的雜散指標為-30 dBm/MHz，WLAN設備沒有統(tǒng)一的阻塞干擾需求，根據(jù)WLAN設備廠商提供的數(shù)據(jù)，27 dBm WLAN基站的阻塞指標為-40 dBm@30 MHz，LTE基站的最大發(fā)射功率 46 dBm，LTE在WLAN頻段的雜散指標為-30 dBm/MHz，LTE和WLAN系統(tǒng)共存時的CW阻塞指標為-15 dBm。因此根據(jù)上面的確定性分析方法，可以獲得TD-LTE和WLAN共存的雜散和阻塞指標如表2所示。

表2 TD-LTE和WLAN的確定性分析結(jié)果

可見由于沒有特殊保護，WLAN與TD-LTE間的雜散干擾以及TD-LTE基站對WLAN AP在30 MHz隔離帶時的阻塞干擾為兩系統(tǒng)間干擾的主導因素，需保證86 dB的MCL才可共站，如果僅通過空間隔離來規(guī)避的話，則WLAN基站和TD-LTE基站的天線水平天線間距需要達到200 m，可見完全通過空間隔離規(guī)避干擾是不可行的。這是最嚴格條件下得到的隔離度要求，實際系統(tǒng)中由于室內(nèi)布線損耗，隔離度要求可適當放寬。

3 TD-LTE與WLAN合路場景測試

本測試中的測試場景是：TD-LTE和WLAN進行合路建設，且共室內(nèi)分布。TD-LTE的發(fā)射功率為39 dBm，WLAN的發(fā)射功率為27 dBm，天線口發(fā)射功率約為10 dBm。合路器的隔離度指標大于80 dB，插入損耗小于1 dB，駐波比小于1.21。由于受定制合路器頻段的限制，合路測試中 TD-LTE采用的頻段是 2 330～2 350 MHz，WLAN鎖定在第1個信道。另外，由于受到合路器個數(shù)的限制，只將TD-LTE和WLAN進行單路合路。

測試結(jié)果如下。

（1）TD-LTE對WLAN的干擾測試結(jié)果

TD-LTE對WLAN的干擾測試結(jié)果如表3～表6所示。

（2）WLAN對TD-LTE的干擾測試結(jié)果

WLAN對TD-LTE的干擾測試結(jié)果如表7～表10所示。

表3 LTE基站對WLAN AP的干擾

表4 LTE基站對WLAN終端的干擾

表5 LTE終端對WLAN AP的干擾

表6 LTE終端對WLAN終端的干擾

表7 WLAN AP對LTE基站的干擾

表8 WLAN終端對LTE基站的干擾

表9 WLAN AP對LTE終端的干擾

表10 WLAN終端對LTE終端的干擾

從以上的測試結(jié)果可以看出，TD-LTE和WLAN合路后，WLAN對TD-LTE基本沒有產(chǎn)生干擾。而TD-LTE對WLAN，除了發(fā)現(xiàn)TD-LTE終端對WLAN終端產(chǎn)生了干擾外，TD-LTE基站對WLAN基站、TD-LTE基站對WLAN終端或者TD-LTE終端對WLAN基站都沒發(fā)現(xiàn)干擾。從測試數(shù)據(jù)上可以看出，在近點的時候，也就是無線環(huán)境比較好的情況下，TD-LTE終端也不會對WLAN終端產(chǎn)生干擾。但在中點的時候，兩個終端離得比較近的時候，比如0.1 m時，性能損失了96%，直到兩者相距1.5 m時，才恢復至零干擾的水平。在遠點的時候，TD-LTE終端對WLAN終端產(chǎn)生了明顯的干擾。兩個終端離得比較近的時候比如0.1 m時，性能損失了93%，直到兩者間距2.5 m時，WLAN的速率才達到零干擾時的速率。

4 TD-LTE和WLAN獨立部署場景測試

本測試例中的測試環(huán)境是：TD-LTE和WLAN各自獨立部署，不共室內(nèi)分布。TD-LTE的機頂發(fā)射功率為39 dBm，天線口發(fā)射功率約為10 dBm。WLAN的發(fā)射功率20 dBm。TD-LTE采用雙通道，兩通道天線間距在1 m左右。TD-LTE的頻段為2 350～2 370 MHz，WLAN的頻率鎖定在第1個信道。

（1）TD-LTE對WLAN的干擾測試結(jié)果

TD-LTE對WLAN的干擾測試結(jié)果如表11～表14所示。

表11 TD-LTE基站對WLAN終端的干擾

表12 TD-LTE終端對WLAN AP的干擾

表13 TD-LTE基站對WLAN AP的干擾

表14 TD-LTE終端對WLAN終端的干擾

（2）WLAN對TD-LTE的干擾測試結(jié)果

WLAN對TD-LTE的干擾測試結(jié)果如表15～表18所示。

從以上的測試結(jié)果可以看出，TD-LTE和WLAN獨立部署時和合路部署一樣，WLAN基本不會對TD-LTE產(chǎn)生干擾。但獨立部署時，TD-LTE對WLAN系統(tǒng)的干擾更加嚴重，包括TD-LTE基站對WLAN終端的干擾、TD-LTE基站對WLAN AP的干擾以及TD-LTE終端對WLAN終端的干擾。

（1）TD-LTE基站對WLAN終端的干擾

TD-LTE基站對WLAN終端的干擾，即TD-LTE的下行對WLAN的下行產(chǎn)生的干擾。從數(shù)據(jù)上可以看到，即使在近點、無線環(huán)境比較好的時候，TD-LTE基站對WLAN AP離得較近，比如在0.1 m時，WLAN的速率就損失了近75%；直到TD-LTE基站對WLAN AP的距離大于1.5 m，WLAN的速率才基本恢復至零干擾的水平。在中點，當TD-LTE基站與WLAN AP離得較近時，WLAN甚至無法接入或者掉線，但在兩者相距1.5 m時，WLAN的速率基本恢復零干擾的水準。但在遠點，干擾情況更為嚴重，頻頻出現(xiàn)無法接入或者掉線情況。即使兩者相聚4.5 m，WLAN的速率也無法恢復至零干擾時的水平。

表15 WLAN AP對TD-LTE基站的干擾

表16 WLAN終端對TD-LTE終端的干擾

表17 WLAN AP對TD-LTE終端的干擾

表18 WLAN終端對TD-LTE基站的干擾

（2）TD-LTE基站對WLAN AP的干擾

TD-LTE基站對WLAN AP的干擾，也就是TD-LTE的下行對WLAN的上行產(chǎn)生的干擾。同樣，從測試數(shù)據(jù)可以看出，TD-LTE基站對WLAN AP的干擾比較嚴重。在近點，兩者相距0.1 m時，WLAN的速率損失達到了97%；相距0.5 m的時候，速率損失也達到了81.4%；直到兩者相距1.5 m時，WLAN速率才恢復至零干擾時的水平。在中點，當TD-LTE基站與WLAN AP離得比較近時，WLAN甚至無法接入或者直接掉線，即使兩者相距4.5 m的時候，干擾還是較為嚴重，WLAN的速率損失達到了66.4%。在遠點的時候，干擾更加嚴重，相距1 m之內(nèi)，WLAN基本無法接入；在相距4.5 m的時候，速率損失也達到了98%左右。

（3）TD-LTE終端對WLAN終端的干擾

TD-LTE終端對WLAN終端的干擾，也就是TD-LTE上行對WLAN下行的影響。從測試數(shù)據(jù)上可以看出，在近點的時候，也就是無線環(huán)境比較好的情況下，TD-LTE終端不會對WLAN終端產(chǎn)生干擾。但在中點的時候，兩個終端離得比較近的時候，比如0.1 m時，性能損失了72.5%；直到兩者相距1.5 m時，才恢復至零干擾的水平。在遠點的時候，TD-LTE終端對WLAN終端產(chǎn)生了明顯的干擾。兩個終端離得比較近的時候，如0.1 m時，性能損失了90.6%；直至兩者間距1.5 m，WLAN的速率才達到零干擾時的速率。

5 結(jié)束語及建議

從上面的測試結(jié)果可以看出，TD-LTE和WLAN獨立部署時，TD-LTE對WLAN的干擾嚴重。TD-LTE和WLAN合路部署時，由于經(jīng)過了室內(nèi)分布系統(tǒng)損耗，兩系統(tǒng)的干擾得到了一定程度的遏制。無論是合路還是獨立部署，終端間的干擾都將存在。只能通過增加終端間距規(guī)避干擾，建議終端的間距1.5 m以上。

因此TD-LTE和WLAN共存時，建議應優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室內(nèi)分布系統(tǒng)組網(wǎng)，這樣可以通過提高合路器隔離度至86 dB以上或采用WLAN末端合路方式，通過分布系統(tǒng)間的損耗進行干擾規(guī)避。而獨立部署時，可在LTE發(fā)射機端和WLAN AP端增加濾波器（帶外抑制度應根據(jù)具體情況核算）。

1 3GPP TS 36.104 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：Base Station(BS)RadioTransmissionandReception,2010

2 3GPP TS 36.101 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception,2010

3 IEEE Standard 802_11b.Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications,1999