TD-LTE與LTE FDD系統間干擾分析及射頻技術指標

方箭，黃標，伉沛川，許穎

（國家無線電監測中心，北京 100037）

TD-LTE與LTE FDD系統間干擾分析及射頻技術指標

方箭，黃標，伉沛川，許穎

（國家無線電監測中心，北京 100037）

對鄰頻部署1.9 GHz頻段TD-LTE與1.8 GHz/2.1 GHz頻段LTE FDD系統間干擾情況進行研究，分析了干擾產生的機理和干擾場景，并將重點聚焦于基站與基站之間的干擾。結合確定性分析和仿真研究兩種方法的干擾計算結果，給出了TD-LTE與LTE FDD系統間共存時基站設備和終端的射頻技術指標與組網要求，并通過實驗室測試和外場試驗，對上述指標和組網要求進行驗證，同時對現網新的干擾情況展開進一步分析，為4G系統國內使用和臺站協同提供依據。

LTE；系統間干擾；射頻指標；MCL；隔離度

1 引言

2012年，我國發布4G頻率規劃（工信部無〔2012〕436號）：“將1 755～1 785 MHz/1 850～1 880 MHz頻段規劃給FDD系統，將1 880～1 920 MHz頻段規劃給TDD系統。具體技術指標、頻率分配以及臺站管理規定需要另行制定和發布”；2013年12月，TD-LTE牌照發放；2015年2月發放了LTE FDD牌照，將1 765～1780 MHz/1860～1875 MHz和1 750～1 765 MHz/1 845～1 860 MHz分別分配給中國電信和中國聯通用于部署LTE FDD系統[1,2]；另外，在工信部無函﹝2014﹞574號文中，允許中國電信對1 920～1 935 MHz/ 2 110～2 125 MHz頻段進行重耕，并在南京等7個城市進行LTE FDD混合組網試驗。至此，1.8 GHz頻段、1.9 GHz頻段和2.1 GHz頻段作為我國4G商用部署的頻段，既部署有TD-LTE系統，也部署有LTE FDD系統。為了促進系統的快速發展，保證系統安全有效運行，必須在各系統商用前解決它們之間的干擾問題[3]。

2 干擾機理及分析方法

2.1 干擾機理

LTE系統鄰頻或者近頻部署時，其發射機濾波器和接收機濾波器的非理想性造成了LTE系統間的主要干擾。首先，發射機濾波器非理想性導致其在帶外和雜散域產生無用發射，帶外無用發射用鄰信道泄漏功率比（adjacent channel leakage ratio，ACLR）或頻譜帶外模板（MASK）來衡量，雜散發射用雜散輻射限值衡量。其次，接收機濾波器非理想性導致鄰頻其他系統的信號被接收，從而造成干擾，通常用鄰道選擇性（adjacent channel selectivity，ACS）或來阻塞電平衡量。

接收機和發射機濾波器的非理想性構成主要干擾因素，通常用鄰信道干擾功率比（adjacent channel interference power ratio，ACIR）來綜合表征，計算式如下：

2.2 干擾場景

1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規劃和分配現狀如圖1所示。詳情見表1。

表1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規劃和分配情況

圖1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz頻段的規劃情況

在1 880 MHz、1 920 MHz頻點處均存在潛在干擾風險。根據以往研究結果，基站和終端之間由于MCL（minimuon coupling loss，最小耦合損耗值）較大，它們之間的干擾要遠小于基站與基站之間以及終端與終端之間的干擾。本文主要聚焦于基站與基站之間的干擾分析，如圖2所示。

圖2 基站間干擾

2.3 分析方法

在系統共存研究方法中，主要有確定性分析、仿真分析以及測試和試驗3種方法。

（1）確定性分析

確定性分析方法基于鏈路預算原則，通過理論計算來衡量兩系統能否共存。通常采用一定的底噪抬升（或稱靈敏度損失）作為評估準則確定最大允許的外系統干擾強度。確定性分析方法得出的結果往往比較嚴格，可以為蒙特卡洛仿真提供理論指導和校驗依據。本文利用確定性計算分析LTE系統基站之間干擾時，假設接收機和發射機濾波器理想，并對其分別進行研究。具體而言，在分析帶外或雜散干擾時，假設被干擾LTE系統接收機為理想濾波器。在分析阻塞干擾時，假設干擾LTE系統發射機為理想濾波器。最后綜合考慮兩者的影響，這與設備的測試規范是相適應的。

（2）仿真分析

移動通信系統是一個非常復雜的系統，為了對這個復雜系統的性能進行較為精確的描述，就需要通過系統級仿真來模擬這個系統內部工作機制和所承載的業務。在系統級仿真中，主要采用蒙特卡洛仿真方法[4]，即3GPP TR36.942中描述的快照式仿真[5]。蒙特卡洛仿真方法是目前干擾共存研究中應用廣泛并且行之有效的經典研究方法，通過對實際網絡的抽象模型進行有限次的抓拍（snapshot）來模擬實際網絡的運營情況。一般來說，仿真分析主要應用在基站與移動臺之間以及移動臺與移動臺之間的干擾計算，基站之間干擾仿真為確定性計算結論提供一定佐證，同時可以為站址協調等工作服務。

（3）測試和試驗

測試包括實驗室測試和外場測試。通常可在網絡建設前，在實驗室利用儀器儀表對實際設備進行干擾測量。由于硬件條件限制，一般只能測試單/多個終端對單個基站的干擾、單個基站對單個終端或單個基站的干擾等[6]。另外，也可在現網中或搭建試驗環境對系統間干擾進行測試和驗證。總體而言，實驗室測試一般聚焦定量結論，外場測試環境則與實際網絡部署更加接近，可以有效驗證相關結論。

3 干擾分析及射頻指標建議

3.1 典型參數

在干擾分析研究中，主要參數參考3GPP相關規范中的宏小區參數。由于TDD與FDD系統參數有相似性，故選取1 880～1 920 MHz為主要工作頻段，干擾分析參數[7,8]見表2。

3.2 基站間干擾

采用第2.3節中所描述的方法，分析基站發射機和接收機在不同情況下實現系統兼容所需的額外隔離和射頻指標。表3和表4給出了確定性分析方法的相關計算過程，表5和圖3給出了蒙特卡洛仿真結果。

表3 無用發射分析（確定性分析方法）

表4 阻塞干擾分析（確定性分析方法）

表5 LTE-FDD基站干擾TD-LTE基站的仿真結果

圖3 基站干擾基站的仿真

從圖3和表5可以看出，共站（MCL=30 dB）時，所需的ACIR值為87 dB，如果考慮ACLR與ACS平均作用，則需要ACLR至少為90 dB，其要求的絕對功率譜密度為46 dBm/(20 MHz)-90 dB=-57 dBm/MHz。

以上分析了基站與基站之間的干擾問題。在實際制定射頻技術指標時，應綜合考慮基站無用發射指標、接收機阻塞指標、基站間距3個方面的問題。無用發射指標、接收機阻塞指標的規范關系到廠商的設計成本和保護帶的設置，基站間距則與運營商實際網絡部署相關。基于上述考慮給出的建議如下。

·設臺建議：FDD系統和TDD系統基站間最小耦合損耗不小于50 dB。

·發射機指標建議：根據確定性分析結果和仿真結果，綜合考慮廠商實現能力，建議基站發射機在5 MHz保護帶情況下每通道的帶外發射限值為-65 dBm/MHz。對于TD-LTE系統，基站一般8通道發射，相當于-56 dBm的無用發射，與MCL=30 dB時的仿真結果大致相當。這個取值介于MCL=50 dB時的確定性結果和MCL=30 dB時的仿真結果之間。

·接收機指標建議：基于MCL=50 dB，發射功率為43 dBm/(5 MHz)時，并考慮到廠商能力和余量，建議接收機阻塞電平為-5 dBm。

4 試驗驗證

4.1 實驗室干擾性能測試驗證

為驗證在1 880 MHz處FDD對TDD基站的共存條件，通過設置射頻濾波器和載波的不同位置，在實驗室進行了FDD對TDD的阻塞干擾測試和雜散干擾測試，以明確1.9 GHz頻段TDD和FDD系統鄰頻共存的可行性。測試框架如圖4所示。

圖4 干擾測試框架

通過不同濾波器和載波位置的測試，對以下5種干擾場景得出結論見表6。

實驗室測試表明，在5 MHz保護帶寬情況下，所建議的射頻指標能夠實現TDD與FDD系統間干擾共存，同時，不同帶寬和濾波器配置條件下的結論也為運營商現網解決干擾問題提供依據。

表6 實驗室干擾測試結果

4.2外場干擾測試驗證

為了進一步驗證第3.2節中給出的射頻技術指標的可行性，聯合三大運營商在武漢、天津和南京等城市配置了滿足所述設備射頻指標的1.9 GHz頻段IMT TDD設備和FDD設備進行外場干擾測試。

（1）測試區域

測試區域如圖5所示，區域內共有94個TD-LTE扇區，129個LTE FDD扇區，是典型的城區布網場景。

圖5 測試區域基站分布

（2）測試方法

對測試區域內LTE FDD系統的全部扇區分時段進行空載、50%加載、70%加載配置，TD-LTE基站通過后臺統計分別記錄底噪的抬升情況，TDD系統底噪在-110 dBm/資源塊 （RB）以下時判定沒有干擾，并選擇可能被干擾的TDD扇區進行了FDD設備關斷時底噪抬升統計。

（3）測試結論

按上述方法進行加載和干擾統計，結果如圖6所示。在選定區域內，FDD系統加載時，TDD基站被干擾比例大約1%。對被干擾基站上站勘測，發現是FDD與TDD基站間的MCL無法滿足50 dB導致。經調整基站天線隔離度使MCL大于50 dB后，干擾得到消除。

圖6 典型受干擾站底噪統計

通過現網測試表明，建議的基站無用發射指標、接收機阻塞指標、基站間距3方面合理可行。

5 結束語

基于1.9 GHz頻段 TD-LTE和LTE FDD系統鄰頻部署的干擾問題，綜合采用理論計算、仿真分析、實驗室半實物測試等方法，得到TDD和FDD系統鄰頻混合組網時的干擾情況，根據研究結果提出了TDD和FDD系統基站設備技術指標和組網要求，并通過基于運營商現網的外場測試對技術指標和組網要求進行了驗證。本文結論有效支撐了我國4G混合組網中LTE FDD商用網絡頻率分配文件和多個規范性文件，為我國4G網絡運營企業優化基站建設、規避干擾風險提供了指導性方案和措施，保證了運營企業投資的長期性和穩定性，確保了我國4G技術及設備產業的推廣和應用。

[1]GSA.EvolutiontoLTEreport,4Gmarket&technologyupdate[EB/OL]. [2016-08-15].http://gsacom.com/paper/global-lte-networkdeployments-480-commercially-launched-in-157-countries/5.

[2]工業和信息化部.2015年 12月通信業主要情況[EB/OL]. [2016-08-15].http://www.miit.gov.cn/n1146312/n1146904/ n1648372/c4610245/content.htmll.

[3]ITU.Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000:Recommendation ITU-R M.1645[R].[S.l.:s.n.],2003.

[4]ITU.Spectrum requirements for the future development of IMT? 2000 and IMT-Advanced:Report ITU-R M.2078 [R].[S.l.:s.n.], 2006.

[5]3GPP.Radio frequency (RF)system scenarios:TR36.942 V9.2.0[R].[S.l.:s.n.],2009.

[6]ETSI.Universalmobile telecommunication system (UMTS): selection procedures forthe choice ofradio transmission technologies of the UMTS:TR 101 112(V3.2.0)[R].[S.l.:s.n.],1998.

[7]ITU.Characteristics of terrestrial IMT-2000 systems for frequency sharing/interference analyses:ReportITU-R M. 2039-1[R].[S.l.:s.n.],2009.

[8]3GPP.Base station radio transmission and reception:TS 36.104 V9.2.0[R].[S.l.:s.n.],2009.

方箭（1986-），男，國家無線電監測中心高級工程師，中國通信標準化協會TC5頻率組副組長，負責和參與國家科技重大專項、“863”計劃等多個科研項目。主要從事無線電頻譜規劃、系統間電磁兼容分析、認知無線電等方面的研究工作。

黃標（1967-），男，國家無線電監測中心副總工程師、高級工程師，中國IMT-2020推進組專家兼頻率組組長，全國無線電干擾標準化委員會專家，長期從事無線電頻率規劃和系統間干擾共存等方面的研究工作。

伉沛川（1988-），男，國家無線電監測中心工程師，主要從事無線電頻譜規劃、系統間電磁兼容分析等方面的研究工作。

許穎（1987-），女，國家無線電監測中心工程師，主要從事頻譜共享技術、頻譜價值評估等方面的研究工作。

Interference analysis and radio frequency requirement of TD-LTE and LTE FDD systems

FANG Jian,HUANG Biao,KANG Peichuan,XU Ying
State Radio Monitoring Center,Beijing 100037,China

The system interference of 1.9 GHz TD-LTE and 1.8 GHz/2.1 GHz LTE FDD was studied.Firstly,the interference mechanisms and scenarios were analyzed,which focused on the interference of BS-BS.Moreover,the radio frequency requirements of TD-LTE and LTE FDD coexistence were given as the result of deterministic analysis and simulation calculations.The RF requirements were finally verified through lab tests as well as extensive field tests.The conclusion provides meaningful reference of 4G system utilization and BS coordination in China.

LTE,system interference,radio frequency requirement,minimum coupling loss,isolation degree

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016318

2016-11-10；

2016-12-14

伉沛川，kangpeichuan@srrc.org.cn

國家科技重大專項基金資助項目（No.2014ZX03001027）

Foundation Item:The National Science and Technology Major Special Project of China(No.2014ZX03001027)