LTE-FDD與TD-LTE系統共存干擾分析

呂艷玲 李嶸崢 陳驍

(1.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司無線通信設計二部,河南鄭州 450007;2.中國聯合網絡通信有限公司蘇州分公司網絡建設部,江蘇蘇州 215000)

LTE-FDD與TD-LTE系統共存干擾分析

呂艷玲1李嶸崢1陳驍2

(1.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司無線通信設計二部,河南鄭州 450007;2.中國聯合網絡通信有限公司蘇州分公司網絡建設部,江蘇蘇州 215000)

本文主要研究了LTE-FDD系統在1800MHz頻段與TD-LTE系統在F頻段共存時由系統間干擾引起的性能損失,并分別在地理位置偏移和功控參數維度對其進行仿真分析,最后給出了減小干擾的建議措施。

LTE-FDD TD-LTE 共存 干擾 ACIR 吞吐量

1 前言

GSA(Global Mobile Suppliers Association)2013年4月7日更新了其《LTE演進(Evolution to LTE)》報告，確認全球已有67個國家共163張LTE商用網絡，包含15張TD-LTE網絡，預計到2013年底全球商用的LTE網絡總數將增至87個國家，共248張LTE網絡。國內廣受關注的4G牌照發放期限終于在7月12日召開的國務院常務會議上被正式確定，LTE-FDD與TD-LTE混合組網難以避免，運營商在進行網絡規劃時，必須慎重考慮兩個系統問的干擾問題，盡量減小共存帶來的系統吞吐量損失，從而更有效地利用頻譜資源。

本文主要研究了LTE-FDD在1800M頻段與TD-LTE系統在F頻段共存時由系統間干擾引起的性能損失，并分別在地理位置偏移和功控參數對其進行仿真分析，最后給出了減小干擾的建議措施。

2 鄰頻干擾原理和場景分析

2.1 鄰頻干擾原理

鄰頻干擾，即指干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機通帶內造成的干擾，影響鄰頻干擾的大小有兩個主要的因素：鄰頻共存的干擾抑制比ACIR和基站間偏移。

通常用鄰道泄漏比ACLR來衡量鄰道發射信號落入到接收機通帶內的能力，定義為發射功率與相鄰信道上的測得功率之比。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，同時接收機也存在非線性帶來的損失。用鄰道選擇性ACS來衡量存在相鄰信道信號時，接收機在其指定信道頻率上接收有用信號的能力，定義為接收機濾波器在指定信道上的衰減與在相鄰信道上的衰減的比值。

ACLR和ACS共同作用的結果用鄰道干擾比ACIR來表示：

由此可見，要提高鄰頻的兩個系統共存時的系統性能，抑制鄰頻干擾，可以通過改善發射機的發射性能和接收機的接收性能兩個方面來綜合考慮。

單系統時由于子載波的正交性，占用不同信道的用戶間將不存在干擾。干擾僅存在于不同扇區內占用相同信道的用戶之間，稱為共信道干擾(Co-channel Interference)。在不存在外系統干擾時，接收機信干噪比SINR計算公式為：

當兩個LTE系統共存時，來自外系統的干擾信號除了受到路徑損耗和陰影衰落之外還要額外衰減一個ACIR，所有來自外系統的干擾為：

圖1 LTE-FDD與TD-LTE鄰頻干擾示意圖

圖2 LTE-FDD下行平均相對吞吐量損失

表1 LTE-FDD與TD-LTE鄰頻干擾分析

表2 功率控制參數集

表3 其他仿真關鍵參數

由于LTE系統同時并行發送多路信號，系統內每路信號都會對鄰頻系統造成干擾，而信道間隔的不同將導致干擾程度的不同，用ACIR值來衡量干擾的程度。信道間隔越大，干擾越小，相應ACIR值越大。

2.2 LTE-FDD與TD-LTE鄰頻場景分析

中國聯通LTE-FDD實驗網采用1800MHz的FDD頻段(1755-1785MHz／1850-1880MHz)；中國移動TD-LTE實驗網中F頻段

(1880-1900MHz)用于實現網絡的連續覆蓋，D頻段(2575-2615MHz)用于增加數據業務熱點區域的網絡容量，E頻段(2330-2370MHz)用于室內數據業務熱點。因D頻段和E頻段與中國聯通LTE-FDD實驗網頻段較遠，鄰頻干擾幾乎可以忽略，本文主要研究分析TD-LTE的F頻段(1880-1900MHz)與LTE-FDD(1755-1785／1850-1880MHz)共存條件下的鄰頻干擾。TD-LTE(1880-1900MHz)只與LTE-FDD(1710-1785／1850-1880MHz)下行相鄰，鄰頻干擾示意和分析如（圖1）。

可以看到，兩系統間可能存在基站和終端之間的干擾、基站和基站之間的干擾，由于終端與終端間的干擾通常只有終端發射時且在小區邊界時才會發生，而在其他情況下干擾幾乎可以忽略，所以認為此類干擾可以忽略（表1）。

相關研究表明，由于TD-LTE系統下行采用滿功率發射，所以LTE-FDD基站受TD-LTE基站干擾較大，在網絡規劃時需要著重考慮，本文主要對TD-LTE基站對LTE-FDD終端的干擾展開分析，LTE-FDD干擾TD-LTE的仿真與TD-LTE干擾LTE-FDD的仿真類似，本文暫不作研究。

3 仿真平臺設計與參數

本文通過蒙特卡羅仿真方法進行系統共存研究，該方法將對基站和移動臺的發射功率、基站的負載等情況進行仿真，將整個系統的運轉區間劃分為若干個間隔，每兩個間隔之間為一個快照(Snap Shot)取樣時刻，將所有快照時刻的取樣結果進行記錄，用統計方法加以分析，產生所需要的結果，所以這種方法又稱為靜態快照方法。

3.1 仿真描述

本文主要通過基于MATLAB進行仿真，研究TD-LTE干擾LTE-FDD的場景。首先仿真得到LTE-FDD單系統平均吞吐量，然后對于給定的ACIR值，引入TD-LTE干擾系統，仿真得到外系統干擾下的LTE-FDD系統平均吞吐量，進而得到在某個特定的ACIR值(也稱為隔離度)下的LTE-FDD系統的性能降級。改變不同的ACIR值進行雙系統仿真，即可以得到在不同隔離度下LTE-FDD系統的平均相對吞吐量損失。每次系統仿真運行足夠多的快照來得到統計平均結果。仿真中根據不同的無線幀結構用上、下行時間因子來區分TD-LTE和LTE-FDD系統。對于被干擾系統，計算出來自于外系統的干擾值，乘以時間因子作為外系統的干擾。當TD-LTE系統作為干擾系統時，其上、下行干擾值分別乘以2/5作為外系統干擾。

表4 10MHzUE的ACLR和ACS的最低要求

表5 TD-LTE基站干擾LTE-FDD終端時的ACIR值

3.2 網絡拓撲結構

本文主要研究宏蜂窩網絡下兩個LTE系統的干擾共存問題。仿真中采用正六邊形宏蜂窩結構19小區；采用不分扇區的小區模型，基站位于小區中央，小區半徑R=433m，站間距I為了消除邊界效應，仿真中采用Wrap around技術。為了使結果更加全面合理，仿真中考慮了不同的系統間地理偏移量D(D=0、R/2、R三種典型情況)，不同的載波頻率及不同的功控參數對結果的影響。

3.3 傳播模型

在宏蜂窩城區環境下，基站到移動臺的傳播模型采用：

3.4 控制控制算法

LTE下行鏈路中，沒有功率控制，基站滿功率發射，給每個RB分配相同的功率；上行功率控制使用以下公式：

研究中用到的兩組不同參數集如（表2）。

3.5 吞吐量計算

由于LTE是一個以數據業務為主的系統，所以在LTE干擾共存研究中，主要以吞吐量表征系統性能。根據參考文獻[6]，采用Shannon公式修正截短的形式把SINR映射為吞吐量。對于一個給定的SINR，可以通過下式近似得出吞吐量：

3.6 評估準則

在LTE的共存研究中，采用5%相對吞吐量損失作為其所受外系統攝大干擾的評估準則。每次仿真結束后統計各RB上的，根據公式(7)的映射方法，將映射為各RB吞吐量，累加得到一次仿真的系統吞吐量。多次仿真取平均得到系統平均吞吐量。平均相對吞吐量損失表示為：

3.7 資源分配方案

LTE資源分配的最小單位稱為一個資源塊，頻域上為180KHz。在不同信道帶寬下，系統可用的資源塊的數目不同。10MHz帶寬下，可傳輸的資源塊數目是50個。

對于下行鏈路，個用戶只占用一個資源塊；而對于上行鏈路，每個用戶可占用多個資源塊。上行鏈路仿真中，我們把所有資源塊均分給調度上的所有用戶。比如10MHz帶寬下，若上行鏈路每次調度5個用戶，則每個用戶分配10個資源塊。

3.8 其他仿真參數

如(表3)所示。

4 仿真結果與分析

本文主要對TD-LTE系統在F頻段(1880-1900MHz)與LTEFDD在1800MHz頻段(1710-1785／1850-1880MHz)的干擾展開分析，主要是TD-LTE基站干擾LTE-FDD終端。

[7]給出的10MHz帶寬下，終端的ACLR和ACS的最低要求如(表4)所示：

參照文獻[8]中基站的ACLR和ACS的取值，根據公式(1)可以求出各干擾鏈路的ACLR值，如（表5）所示：

結合以上協議指標，對TD-LTE系統干擾下的LTE-FDD系統的平均相對吞吐率結果如(圖2）：

當TD-LTE頻帶與LTE-FDD下行頻帶相鄰時，TD-LTE基站會對LTE-FDD終端的造成干擾。LTE-FDD下行在不同的系統間地理位置偏移下的平均相對吞吐量損失曲線如（表6）所示。由于（表5）中UE的ACS值取的是協議的最低要求，而實際的產品指標會比協議的最低要求大一些，從而在無頻率保護間隔時的ACIR值應該大于33dB，從（表6）可知，基站間距為0、R/2和R時平均相對吞吐量損失均在5%左右。所以當TD-LTE頻帶與LTE-FDD下行頻帶相鄰于1880MHz時，無論是共站還是不共站都無需再加頻率保護間隔。

5 結論與建議

因TD-LTE的D頻段和E頻段與LTE-FDD的1800MHz頻段較遠，鄰頻干擾幾乎可以忽略，本文主要研究分析TD-LTE的F頻段

(1880-1900MHz)與LTE-FDD(1755-1785／1850-1880MHz)共存條件下的鄰頻干擾。本文采用系統級仿真方法對兩個LTE系統(F頻段TD-LTE和1800MHz LTE-FDD系統)在同一地理區域相鄰頻段下共存的情況進行了研究，分析了地理位置偏移和功控參數對于兩個LTE系統共存時相對吞吐量損失的影響。

研究表明，當TD-LTE頻帶與LTE-FDD下行頻帶相鄰于1880MHz時，目前LTE系統的射頻指標基本可以滿足共存要求，無論是共站還是不共站都無需再加頻率保護間隔。而對于其他干擾場景，也可以通過小區間干擾協調技術、增加天線隔離度、外接濾波器等方法來減小系統間干擾。

參考文獻:

[1]3GPP TS 36.21l V8.6.O:E-UTRA Physical Channels and Modulation(Release 8)[S].2009.

[2]3GPP TS 36.213 V8.6.O:E-UTRA Physical layer procedures (Release 8)[S].2009.

[3]3GPP TS 36.104 V8.5.0:E-UTRA Base Station(BS) radio wansmission and reception(Release 8)[S].2009.

[4]王靜,張欣,房英龍等.TD-LTE和LTE-FDD系統共存的干擾分析[J].移動通信.2009.

[5]王東,楊家瑋.TD-LTE和LTE-FDD在2.6GHz頻段共存的干擾分析[J].2009年全國無線電應用與管理學術會議論文集.2009.

[6]3GPP TR 36.942 V8.2.O:E-UTRA Radio Frequency(RF) system scenarios (Release 8)[S].2009.

[7]3GPP TS 36.101 V8.5.1:E-UTRA User Equipment(UE)radio transmission and reception(Release 8)[S].2009.

[8]TC5-WG8-2009-044B-2.6GHz頻段LTE系統之間共存研究[S].華為技術有限公司.2009.

呂艷玲,畢業于西安電子科技大學,工程師,碩士,于中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司工作,主要從事移動通信無線網絡咨詢、規劃和設計工作。李嶸崢,畢業于北京郵電大學,工程師,碩士,于中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司工作,主要從事移動通信無線網絡咨詢、規劃和設計工作。陳驍,畢業于浙江大學,工程師,學士,于中國聯合網絡通信有限公司蘇州分公司工作,主要從事移動通信網絡建設維護及運營工作。