TD-LTE与TD-SCDMA邻频干扰的分析✴

冀常鹏，黄云霏（.辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛505；.辽宁工程技术大学研究生学院，辽宁葫芦岛505）

TD-LTE与TD-SCDMA邻频干扰的分析✴

冀常鹏1，黄云霏2
（1.辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛125105；2.辽宁工程技术大学研究生学院，辽宁葫芦岛125105）

分析了2.35 GHz频段的TD-LTE与TD-SCDMA系统宏小区干扰时的性能损耗，建立了基于Monte Carlo仿真方法的系统模型，给出了3个干扰场景下的仿真结果。通过改进ACIR模型和干扰算法模型，进而保证网络质量，使得系统容量最大化，令仿真结果科学可信，使之适合分析TDLTE与TD-SCDMA系统的共存问题。通过分析地理位置偏移、带宽和功率控制参数对共存系统性能损耗的影响，得出不同参数设置对TD-LTE与TD-SCDMA系统共存时的影响，给出两系统共存时ACIR建议值。研究结果为异系统混合组网及网络优化提供了参考依据。

TD-LTE；TD-SCDMA；邻频干扰；性能损耗；网络优化

1 引言

随着消费者对于蜂窝通信及大量其他无线应用需求的扩大，需要增加基本的物理资源——频谱。信号范围和频谱利用率决定覆盖率和容量，从而决定所需基站个数和资金支出。各区域的不同需求和不同历史因素造成的频谱分配现状，因此不能保证对于特定技术存在全球通用的频谱。依靠这个背景，3GPP长期演进（LTE）［1］的关键设计定位为可部署于各个频谱环境范围内，包括带宽、上下行双工间隔和上下行不对称性等。既支持成对频谱分配也支持孤立非成对分配，可以避免浪费宝贵的频谱资源。我国自主知识产权TD-SCDMA系统的演进方案——TD-LTE已在国内开始规模试验网建设。由于频率资源紧缺，难免会出现TD-LTE与已大规模部署的TD-SCDMA系统在同一地理区域邻频共存的情形，共站址规划必然会产生一定程度的干扰。无线干扰信号给基站覆盖区域内的移动通信带来许多问题，如掉话、通话质量差、信道拥塞等［2］。因此，减小系统间干扰，提高系统性能，确保TD-LTE与TD -SCDMA系统共存是无线网络规划的重要课题。

研究无线通信系统间干扰的传统方案是基于最小耦合损耗计算方法和Monte Carlo仿真方法［3］，分析基站间距、地理位置偏移和功率控制参数对系统共存干扰的影响［4］，并分析系统共存时互干扰的成因，提出的工程实施解决方案值得借鉴应用［5］，但分析方法单一，算法理想化。因此，本文提出改进的ACIR模型和干扰算法模型，将其应用于仿真实验中，分析TD-LTE系统数据业务与TD-SCDMA系统12.2 kbit／s语音业务间的干扰，采用循环调度算法［6］。重点研究TD-LTE与TD-SCDMA系统共存时的性能损耗，统计分析得出两系统共存时所需的ACIR值，为干扰保护提供指导性建议。

2 系统模型

2.1 网络结构与传播模型

本文研究的网络结构为由19个三扇区小区组成的正六边形宏蜂窝组网模式。D为小区站间距，基站偏移d=0代表两系统共站，d=D为干扰基站处于被害系统小区的边缘。为准确模拟系统中的干扰，采用Wrap Around技术，即用有限的蜂窝结构覆盖全平面。基站到用户之间的路径损耗选用UMTS 30.03中车载传播模型，基站间的路径损耗采用双斜率模型［7］。

2.2 ACIR模型

TD-LTE系统上行链路中，邻近信道干扰比ACIR值由用户的邻信道泄漏比ACLR值决定，ACLR模型［8-9］见表1。X为仿真步长（dB），实验中，X=…，-10，-5，0，5，10，…。在下行链路中，为计算系统间干扰，全部频率资源块采用相等的ACIR值，仿真中为得到不同的系统性能损失，ACIR变化范围为30～45 dB，且变化步长为3 dB。

2.3 干扰模型

TD-LTE系统的信干比（Signal to Interference Ratio，SINR）计算如式（1）所示：

式中，N为热噪声；Prx，n是用户n的接收功率，由式（2）可得出：

式中，Ptx，n表示在上行链路中用户n的发射功率或下行链路中服务基站对用户n的发射功率，Gn表示天线增益，Ln是用户n与其服务基站间的路径损耗。

Iintra，n是TD-LTE系统内用户n受到的干扰，通过式（3）可得出。由于子载波的正交性，来自移动台的干扰和用户n占用相同的RB位置。Iinter，n表示TD-SCDMA系统对TD-LTE的干扰，见式（3）：

其中，Lk，n为干扰用户k到被干扰用户n的服务基站m之间的路径损耗。ACIRn是WCDMA系统中用户n对TD-LTE系统中用户k的ACIR线性值。

在TD-SCDMA系统中，用户n的SINR计算式见式（4）：

式中，Prx，n的计算与TD-LTE计算相似，见式（2）。

TD-SCDMA系统内用户n受到的干扰为Iintra，n，Iinter，n为TD-LTE系统对用户n的干扰，见式（5）：

式中，α为联合检测因子，Lk，m、Lj，m为干扰用户k、j到被干扰用户n的服务基站m之间的路径损耗。

2.4 功率控制

TD-LTE系统上行功率控制如式（6）所示：

式中，Rmin=Pmax／Pmin，Pmax、Pmin分别表示用户最大和最小发射功率，Rmin可防止拥有良好信道条件的用户发送功率低；L为用户与基站间的路径损耗；且提前将路径损耗值设定为Lx-ile；通过式（6）可使路径损耗最严重的x%的用户发射功率达到Pmax。γ为拥有良好信道条件的用户和没有良好信道条件的用户的平衡因子，0＜γ≤1。实验中，系统带宽为10 MHz时，两组功率控制参数为：set1：γ=1，Lx-ile= 112；set2：γ=0.8，Lx-ile=129，系统带宽为5 MHz时，两组功率控制参数为：set1：γ=1，Lx-ile=115；set2：γ=0.8，Lx-ile=133。

而对下行链路，不采取功率控制，且基站以最大功率发射，全部资源块均分总功率。

TD-SCDMA功率控制技术在共存干扰仿真平台中上下行功率控制均采用理想的基于SINR的功率控制方法［10］，调整迭代公式为式（7）：

式（7）中，A+B=1，且A、B≤1，试验中一般A =1，B=0；t为迭代次数；Pmax和Pmin分别为用户发射功率的上下限。

3 实验仿真

3.1 仿真参数

TD-LTE与TD-SCDMA系统仿真参数见表2。

3.2 评估准则

对TD-LTE系统，以相对吞吐量损失达到5%作为评估准则。通过仿真得到资源块上的SINR，采用Shannon修正公式，将SINR映射成各资源块的吞吐量，多次快照后，得到系统平均吞吐量，进而计算平均相对吞吐量［8］。

对TD-SCDMA系统达到5%掉话率时的用户数作为上行极限容量，95%满意率用户数作为下行极限容量。

3.3 仿真流程

采用文献［7］建议的蒙特卡罗仿真方法，进行多次快照模拟实际系统中用户各种位置的可能性，且每次快照取样服从均匀分布，由于达到一定的仿真次数，就可模拟真实系统性能，得出系统间干扰大小，仿真结果合理可信。以TD-SCDMA用户干扰TD-LTE基站说明仿真中每次快照的流程。

（1）初始化TD-LTE系统。生成19小区蜂窝拓扑结构，初始化参数，随机分布各TD-LTE用户。

（2）计算用户到基站间的链路增益，并将其记录到系统内链路增益矩阵G中，对系统进行切换及功率控制，计算干扰模型，根据G可知通信质量最好的链路，其所属的扇区即是用户的扇区。

（3）分别对两种功率控制参数set1和set2仿真，功率控制步长为1 dB，记录用户发射功率。

（4）数据统计。功率控制循环调整得到的用户数使得TD-LTE系统上行平均相对吞吐量损失达到5%，得到TD-LTE单系统上行平均吞吐量。

（5）选取一个ACIR值，ACIR值选取的步长为5 dB，改变ACIR值进行多次仿真。将TD-SCDMA系统作为干扰源，TD-LTE为被干扰系统。

（6）初始化TD-SCDMA系统及计算链路增益。生成拓扑结构并对参数初始化，每扇区撒10个用户，计算系统内部的链路增益。

（7）调用TD-SCDMA功率控制函数，记录用户位置和发射功率，计算TD-SCDMA用户到TDLTE基站的G。

（8）引入TD-SCDMA系统后，进行双系统仿真，TD-LTE系统重复步骤1～3。此时，步骤3所得到的即为TD-LTE系统受干扰时的上行平均吞吐量。

统计仿真得到的系统数据，便可得到系统的平均相对吞吐量损失和平均相对容量损失。

4 仿真分析

4.1 TD-LTE用户干扰TD-SCDMA基站

建立5 MHz的TD-LTE用户干扰TD-SCDMA基站的系统仿真平台［11］，平均相对容量损失如图1所示。由图可知，TD-LTE使用同一功率控制参数时，d增大，TD-SCDMA基站所受干扰也增大。因为TD-LTE系统的边缘用户会随着偏移距离增大而靠近TD-SCDMA系统基站，TD-LTE系统的边缘用户发射功率较中心用户大，导致TD-SCDMA基站受干扰程度加大。

相对偏移距离相同，对TD-LTE功率控制参数取set1时，发射功率大的用户增多，可提高TD-LTE系统性能，但对TD-SCDMA系统产生的干扰比功率控制参数取set2时大，而干扰源为功率控制参数set2的TD-LTE系统时，对不同偏移距离，TDSCDMA系统的平均相对容量损失低于5%。因此，选取set2更有利于两系统共存。

4.2 TD-LTE基站干扰TD-SCDMA用户

建立5 MHz的TD-LTE下行干扰TD-SCDMA上行的系统仿真平台，TD-LTE系统的功率控制方式为set1，小区站间距D和地理位置相对偏移值d对TD-SCDMA系统上行平均相对容量损失的影响如图2所示。

由图2可知，当D分别为750 m、1 000 m和2 500 m时，使TD-SCDMA系统上行平均相对容量损失低于5%所需的ACIR值分别为40.3 dB、36.2 dB、32.4 dB。这是因为站间距D增加，路径损耗随之增加，对接收端的干扰便降低。因此，小区站间距D增大，TD-SCDMA容量损失减小，所受干扰降低。

当D=1 000 m时，相对偏移d越大，TD-SCDMA系统平均相对容量损失越大，系统所受干扰越大。为使TD-SCDMA系统上行的平均相对容量损失低于5%，d=577 m的ACIR值比d=0的ACIR值高4 dB。d=577 m为两系统共存时最糟糕的情况即TD-LTE基站位于被害系统小区边缘，此时TDSCDMA的边缘用户受干扰严重。

4.3 TD-SCDMA用户干扰TD-LTE基站

TD-SCDMA用户干扰TD-LTE基站的仿真结果如图3所示，其中B为TD-LTE系统带宽，d= 433 m。可以得出，功率控制参数相同时，大带宽TD

-LTE系统平均相对吞吐量损失小，受干扰小。对于5 MHz TD-LTE系统，为使吞吐量损失不高于5%，功率控制参数取set1和set2时所需ACIR值分别为6.5 dB和18.5 dB。当TD-LTE系统采用功率控制参数set2时，平均相对吞吐量损失大，受外系统干扰影响大。

5 结论

将改进的ACIR模型和干扰算法模型应用于Monte Carlo仿真方法中，对宏小区中TD-LTE与TD -SCDMA系统于2.35 GHz频段的共存干扰进行研究，分析了地理位置偏移、TD-LTE系统带宽及其功率控制参数对共存系统容量和吞吐量损失的影响。通过分析及仿真发现，TD-LTE基站干扰TD-SCDMA用户时，站间距越大，产生的干扰越小，TD-LTE基站位于被害系统小区边缘为两系统共存时最糟糕的情况，需要更严格的ACIR来解决系统共存问题，为保证系统性能，必须使两系统的天线隔离度适宜，最大程度减低干扰导致的不利影响；TD-SCDMA用户干扰TD-LTE基站时，大带宽TD-LTE系统受干扰小；TD-LTE移动台干扰TD-SCDMA基站时，采用功率控制参数set2更有利于系统共存。可通过提高发射机和接收机性能，适当提高ACIR值，来消除系统间共存干扰。故在实际布站中，应综合考虑各个因素进行合理规划。本文提出的仿真平台稍加改动即可研究其他无线系统共存问题，有较强的扩展性。

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JIChang-peng was born in Harbin，Heilongjiang Province，in 1970.He received the M.S.degree from Liaoning Technical U-niversity in 2002.He is now a professor and also the instructor of graduate student，a senior member of the WASE and IACSIT.His research interests include computer communication，wireless communication.

黄云霏（1987—），女，辽宁本溪人，2010年于辽宁工程技术大学获学士学位，现为硕士研究生，主要研究方向为无线网络。

HUANG Yun-fei was born in Benxi，Liaoning Province，in 1987.She received the B.S.degree from Liaoning Technical University in 2010.She is now a graduate student.Her research direction is wireless communication.

Email：hyunfei1987＠163.com

Interference Analysis of TD-LTE and TD-SCDMA in Adjacent Frequency Band

JI Chang-peng1，HUANG Yun-fei2
（1.School of Electronics and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao 125105，China；2.Institute of Graduate，Liaoning Technical University，Huludao 125105，China）

The performance loss of interference between TD-LTE and TD-SCDMA systems at 2.35 GHz frequency is analysed.The coexistence interference is simulated only in a macro-to-macro cell scenario considering based on Monte Carlo.Then the simulation results of the three scenarios are presented.To ensure the quality of the network，maximize the system capacity，and make the simulation results scientific and credible，ACIR and interference models are improved to accommodate to the coexistence research of TD-LTE and TDSCDMA systems.Then performance loss is discussed in detail with different carrier frequencies，geographic location offsets，bandwidths，and power control parameters.What′s more，ACIR values are provided aboutsystem coexistence.It provides valuable reference for the research of hybrid network planning and optimizing.

TD-LTE；TD-SCDMA；adjacent frequency interference；performance loss；network optimization

The Scientific Research Foundation of Higher Education Institutions of Education Bureau of Liaoning Province（No. 202183385）

TN929.5

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.004

冀常鹏（1970—），男，黑龙江哈尔滨人，2002年于辽宁工程技术大学获计算机工程专业硕士学位，现为教授、硕士生导师，WASE和IACSIT的高级会员，主要研究方向为计算机通信、无线网络；

1001-893X（2012）02-0142-05

2011-11-04；

2011-12-22

辽宁省教育厅高等学校科学研究项目（202183385）