异系统对TD-LTE系统（F频段）的干扰分析

潘广津，赵明伟，卿春，姜宏伟

（中国移动通信集团广东有限公司中山分公司，中山 528403）

异系统对TD-LTE系统（F频段）的干扰分析

潘广津，赵明伟，卿春，姜宏伟

（中国移动通信集团广东有限公司中山分公司，中山 528403）

干扰是影响移动通信网络质量的关键因素。本文从移动通信系统间干扰的基本原理、干扰的原因、分类以及分析方法出发，讨论了TD-LTE作为新的无线通信标准制式，如何克服异系统间各种干扰，并详细分析了异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)对F频段的TD-LTE系统的干扰问题，并提出解决方案。

TD-LTE；GSM/DCS；干扰；共存

TD-LTE作为正在蓬勃发展中的移动通信标准制式，有着美好的前景，但在实际商用中还有一些问题。其中之一就是如何能在2G、3G及以后新制式中生存、发展。目前，为了降低建网成本，在建设TD-LTE系统时多数会选择共站的建网方案，一方面为减低成本，另一方面为提高工程建设效率。但是，TD-LTE标准作为一个后来者，在考虑TD-LTE网络不对现有无线通信网络造成干扰的同时，也要考虑现有各制式的无线通信网络不会对新建的TD-LTE网络造成干扰。

下面分析异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)对F频段的LTE系统共存时的干扰问题。

1 系统间干扰的基本原理

1.1 3GPP频谱分布情况分析

以下图1频谱是3GPP给出的需要考虑共存共站的各标准无线制式的频谱分布情况。

通过以上3GPP给出的频谱分布分析，在各系统间，不可避免地存在各种类型的干扰，包括共站杂散、共存杂散、共站阻塞等，都是3GPP协议36.104中所要求的。本文主要分析F频段的TD-LTE系统和异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)共存时的干扰分析。

图1 3GPP频谱分布图

1.2 系统间互干扰的原因

干扰产生的原因是多种多样的。频率资源划分不明确、网络配置不当、收发滤波器的性能、小区重叠、环境、电磁兼容（EMC）以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。

不同系统之间的干扰，与干扰和被干扰两个系统之间的特点以及射频指标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，是由于发射机和接收机的非完美性造成的。发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞。

图2给出了两个射频站间互干扰原理图，主要用于共址基站间的干扰分析。与干扰强度相关的重要射频器件包括干扰站的发放大器、发滤波器和被干扰站的收滤波器、接收机。天线隔离度指的是两个天线终端间的路径损耗，即从干扰站发单元输出端口到被干扰站收单元输入口的路径损耗。

1.3 系统间干扰分类

系统间干扰分类干扰分为内部干扰和外部干扰，而外部干扰又包括系统间干扰及其它随机干扰，针对系统间干扰，类型主要有杂散、阻塞、交调以及邻频干扰，分析说明如下。

图2 两个射频基站间干扰的示意图

杂散干扰：射频分量除了在载波及其发射带宽附近处的调制分量外，在离散频率上或在窄频带内有一显著分量的信号，包括谐波和非谐波以及寄生分量，如果干扰基站的带外杂散落入被干扰站的带内，就会导致被干扰站接收机灵敏度降低。TD-LTE的杂散指标约束包括一般杂散、共存杂散、共站杂散，在协议中已经都有明确的要求。一般只要满足协议要求，TD-LTE在其它制式网络中布网，不会存在太大问题。但是，共站杂散指标要求还是比较苛刻的，其他无线网络产生的杂散对TD-LTE的影响就不能忽视，由于2G、3G网络在布网的时候还没有其它制式出现，因此在指标考虑中可能就没有那么完善，例如在F频段的TD-LTE制式，GSM900和GSM1800产生的杂散或者二次谐波就可能会使TD-LTE（F频段）受到比较严重的干扰。

阻塞干扰：当接收机接收到的总信号功率太大，就会导致接收机过载，使它的放大增益下降。阻塞问题一般由于这种干扰方式不是带内干扰，因此直接由于阻塞导致基站不能工作的案例还是比较少，只有一些特殊场景可能会出现，比如说不同制式的共站，以及天线安装方向face to face的情况等。作为TDLTE基站，只要满足协议要求的下行指标，一般没有太大风险。

交调干扰：当接收到的干扰载波功率很强时，由于接收机增益传递函数有一定的非线性，就会在接收机中（或者说前级低噪放后）产生互调干扰并在输出端体现。有时互调干扰会比较强，如果它们落在被干扰系统的接收带宽内，就会导致干扰并降低接收机的性能。在TD-LTE协议中是有互调干扰指标约束的，一般满足36.104的协议要求，一般不会出现大的问题，风险较小。

邻频干扰：邻频干扰是指两个系统没有过渡带或者过渡带很小情况下，不同的系统工作在相邻的频段上，就会产生邻频干扰。一般系统对于邻频干扰考虑比较少，因为很少有不同制式的网络在一个地区进行邻频布网的，但是对于TD-LTE，由于各不同组织频谱划分的不同，就可能出现FDDLTE和TD-LTE、WIMAX和TD-LTE存在邻频布网的情况。

1.4 系统间干扰分析方法

通常分析系统间的干扰时主要关注杂散、阻塞以及互调，杂散和阻塞分析方法如下。

对于杂散和阻塞的分析，一般基于36.104和36.101协议所规定的指标来进行，以下对杂散和阻塞进行推导。

举例说明，对于TD-LTE，20MHz带宽，协议要求的-101.5dBm灵敏度，基站通常采用0.8dB灵敏度损失为评估准则。

参考灵敏度（PREFSENS）是指接收机在理想传播环境下接收微弱信号的能力。LTE协议对其定义是：对于指定的参考测量信道，系统吞吐量不小于最大吞吐量95%的条件下，天线连接口处输入的最低信号电平。

接收灵敏度的计算公式为：S=Pn+ NF+SNR式中，Pn=10lg(KTB)为接收机输入端的热噪声，K=1.381×10-23W/Hz/K为波尔兹曼常数，T=290K；B为射频载波带宽(Hz)，协议制定灵敏度指标时规定的资源块数目为25RB，即占用带宽为4.5MHz；故接收机输入端的热噪声功率Pn=-174+10lg（4.5MHz)= -107.5dBm。NF为接收链路（从天线端口到解调器端口）的系统噪声系数；SNR为解调信噪比门限。通常将Pt=Pn+NF称为接收机底噪。目前对于TD-LTE可估算出接收机的噪声系数NF应小于4dB。

1.4.1 杂散

基底噪声一般用每MHz来衡量，可以对应到对其它系统杂散的要求，基本都用dBm/MHz来表示。那么接收机的基底噪声就是-174dBm/MHz+60dBm/ MHz+4dBm/MHz=-110dBm/MHz。按照系统可容忍的0.8dB的灵敏度损失，也就是说允许底噪再抬高0.8dB。通过计算可以得到允许其它系统的杂散在本系统带宽内的干扰功率为-116.9dBm/MHz。因此，在灵敏度损失的容忍度范围内，其它系统杂散在TDLTE系统天线入口处在工作频段内所产生噪声应该小于-116.9dBm/MHz，才能够满足要求。

对于不同的场景，最小耦合损耗（MCL）的设定值不同，假设共站的MCL设为30dB，共存的MCL设为70dB。对于共存来说，其它无线通信系统比如GSM、UMTS等的杂散要求就是-116.9dBm/MHz+ 70dBm/MHz=-46.9dBm/MHz。协议上对于带外共存杂散的要求是不同的，不过大概都在-47dBm/MHz左右，所以我们的推导也是符合协议对异系统干扰的考虑。

对于共站的最坏情况考虑，共站的异系统的辐射杂散要求即为-116.9dBm/MHz+30dBm=-86.9dBm/MHz。基本接近于协议对共站杂散的要求-98dBm/100kHz。

1.4.2 阻塞

对于阻塞，一般系统的功率大约在46dBm左右，协议在考虑共站杂散其实就是系统的最大发射功率减去共站最小耦合损耗（MCL），即46dBm-30dBm= 16dBm。

波段内阻塞性能要求为-43dBm则是考虑到对系统中频滤波器性能的约束；波段外-15dBm则是考虑到对系统中频滤波器和腔体滤波器性能的约束。这个一般不在互干扰分析中体现。

图3 无委核准的DCS1800设备频段

2 DCS/GSM系统对F频段LTE系统干扰理论分析

目前国内F频段TD-LTE的工作频点为1880～1900MHz，这涉及到GSM1800对F频段的TD-LTE的杂散干扰、GSM900的二次谐波干扰以及联通移动的DCS1800对TD-LTE的互调干扰。

2.1 DCS1800对F频段TD-LTE的杂散干扰

移动DCS1800和联通DCS与1880MHz分别隔了65MHz和30MHz，协议规定DCS下行工作频段为1805～1880MHz，无委核准的DCS1800设备频段为1805～1850MHz，也有少量的设备频段为1805～1880MHz，核准的工作频段频段为1805～1880MHz，如图3所示。

如果DCS1800基站工作频段在1805～1880MHz，当DCS1800的滤波器性能差，设计没有考虑与F频段系统设备共址要求设计时，会对F频段TD-LTE产生比较严重的杂散，F频段LTE和DCS1800基站共址就难了。根据协议对DCS带外杂散定义可以计算出1880～1900MHz带宽内产生的干扰为-7.2dBm，其中1880～1890MHz中产生的干扰为-8dBm，1890～1900MHz内产生的干扰为-15dBm，TD-LTE 20MHz带宽中前后10MHz相差7dB左右。

考虑到1.5m的空间隔离，MCL约为42dB，两边的馈线接口损耗共2dB，天线增益18dB，天线90°增益-25，则理论算出来的干扰为：

-7.2-42-2+2×(18-25）= -65.2dBm/20MHz

以某地试验网后台的测量结果为例，如图4所示。

图4 试验网后台测量干扰情况

后台测量最差的情况是干扰为-85dBm/RB，其次差的是-87dBm/RB，以-87dBm/RB为允许的干扰量，那么：-87dBm/RB = -67dBm/20MHz，理论计算值-65.2dBm/20MHz和实际的干扰量-67dBm/MHz非常接近；同时通过扫频仪测试结果20MHz带宽内前后10MHz相差10dB左右，和理论计算相差7dB左右也比较接近。因此，可以推出DCS1800对F频段的杂散干扰较大，所以要优化DCS1800滤波器的性能。

若要避免干扰，则允许的干扰量为：

-174+10lg(18M)+4-7=-104.4dBm/20MHz

表1 DCS1800互调分量表

则还需额外隔离：

2.2 三阶互调干扰TD-LTE

2.2.1 三阶接收互调干扰

联通的DCS1800下行频段为1840～1850MHz，移动的DCS1800下行频段为1805～1820MHz，互调计算如表1所示。

通过表1发现，可能存在接受的三阶互调，特别是使用1850～1860MHz的频点时，三阶互调完全落入F频段1880～1900MHz频带内。三阶互调干扰可能产生于天线口，也可能产生于接收机内部。

由于协议没有规定这个频点的接收机互调指标，假设根据3GPP LTE的接收机互调指标为-52dBm，DCS1800的功率为46dBm时，1.5m的空间隔离(MCL约为42dB)，两边的馈线接口损耗共2dB，天线增益18dB，天线90°增益-25，则理论算出来的干扰信号强度为：

高于允许的信号强度-52dBm，若联通DCS1800和移动DCS1800和LTE基站相距2m左右，LTE接收机内部有可能产生互调干扰。若指标为-52dBm，则还需额外增加隔离度：

具体的指标可以测试得出来。

如果互调产生于天线口附近，一般无源器件的互调指标起码有120dBc，则可以大致估算互调干扰强度为：

46-1+2×(18-25)-42-120=-131dBm

明显低于TD-LTE低噪很多，这样在天线口的互调干扰可以不考虑。

2.2.2 三阶发射互调干扰

根据协议，DCS1800三阶发射机互调在频率偏置大于6MHz时候，互调产物为-36dBm@300kHz，互调产物的频点刚好落入杂散频带内，所以，同时必须满足杂散要求，很显然，两者互调指标相对严格一些。三阶发射阶互调的分析基本和杂散分析一致，考虑了杂散干扰就不用考虑三阶发射互调。

2.3 GSM900二次谐波干扰TD-LTE

GSM900下行频点为935～954MHz，二次谐波为1870～1908MHz，刚好落在F频段TD-LTE的工作频带1880～1900MHz内。

协议没有规定二次谐波指标，二次谐波指标可当做杂散来考虑，满足相应杂散即可。若GSM900基站满足和F频段设备共址要求的话，基本没有二次谐波的问题，否则，GSM900的二次谐波会干扰TD-LTE，干扰指标为GSM杂散指标-30dBm/300kHz。

假设1.5m的空间隔离，MCL约为42dB，两边的馈线接口损耗共2dB，天线增益18dB，天线90°增益-25，则理论算出来的干扰为：

这个结果也和测试结果相近。

若要不产生干扰，则允许干扰量为：

则还需额外隔离：

3 DCS/GSM对F频段TD-LTE干扰解决方案

根据以上分析，接收互调因低于TD-LTE底噪很多而不予考虑，同时考虑了杂散就不用考虑三阶发射互调，二次谐波可当做杂散来处理，因此，DCS/GSM对F频段LTE的干扰主要为杂散干扰，为避免这种干扰，可以使用如下解决方案。

3.1 空间隔离方案

3.1.1 空间隔离理论

空间隔离估算是干扰判断的重要阶段，通过系统间天线的距离、主瓣指向等计算得到理论的空间隔离度，从理论上确定系统受干扰的程度。减小干扰的办法，主要是两基站天线应有足够的空间距离，滤除带内干扰和带外信道噪声。

3.1.2 水平隔离度

水平空间隔离度计算公式：IH[dB]=28+40lg(dh/ λ)。

其中：IH[dB]：收发天线之间的水平隔离度；dh[m]：收发天线之间的水平距离； λ[m]：接收频段范围内的无线电波长。

根据MCL=28+40lg（d/λ），可以计算出，需水平相隔117m，才可以满足79dB的隔离度要求。

3.1.3 垂直隔离度

垂直空间隔离度计算公式：IV[dB]=22+20lg(dv/λ)。

其中： IV[dB]：收发天线之间的隔离度要求；dv[m]：收发天线之间的垂直距离； λ[m]：接收频段范围内的无线电波长。

根据MCL=22+20lg(d/λ），可以计算出，需垂直相隔3m，才可以满足79.4dB的隔离度要求。

一般说来，MCL为67dB就是共存了，从隔离度的计算看，水平117m基本难以共址了，垂直相隔3m也很难实现，因此，纯空间隔离基本难以满足DCS1800的杂散对F频段TD-LTE隔离要求。

3.2 滤波器方案

可以考虑外置对F频段37.4dB以上隔离度滤波器，也可以考虑更换DCS1800滤波器，使得DCS1800滤波器在F频段隔离79.4dB以上。并督促厂家保证滤波器的性能稳定。

3.3 站点更换

更换站点，使得新站满足和F频段设备共址建设要求。

4 总结

干扰是影响网络质量的关键因素之一，对通话质量、掉话、切换、拥塞以及网络的覆盖、容量等均有显著影响。如何降低或消除干扰是网络规划、优化的重要任务之一。

本文通过对GSM/DCS系统对共站的F频段TDLTE系统的干扰进行了分析，并提出克服杂散干扰是解决干扰问题的关键，并提出若干解决方案。希望以此作为参考，在分析其它系统与TD-LTE之间的干扰时能使用类似的方法，从而找到不同移动通信系统间干扰的解决之道。

[1] 3GPP TS 36.201 LTE Physical Layer-General Description[S].

[2] 3GPP TS 36.214 Physical Layer-Measurements[S].

[3] 3GPP TS 36.300 Overall Description[S].

[4] 3GPP TS36.211，Physical Channels and Modulation[S].

[5] 3GPP TS36.331，Radio Resource Control (RRC) Protocol Specification[S].

[6] 中国移动通信企业标准-QB-A-003-2010，TD-LTE网络性能测试规范v1.0.0[S].

Analysis of inter-system interference to TD-LTE system (F band)

PAN Guang-jin, ZHAO Ming-wei, QING Chun, JIANG Hong-wei
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Zhongshan Branch, Zhongshan 528403, China)

In this article, it is discussed on how to overcome various interference problems between different systems and TD-LTE. This discussion is based on the perspective of basic principles, causes, classification & analysis methods of interference among mobile communication systems. This article analyzes the problems that F band TD-LTE system interfering with different systems (mainly DCS1800 and GSM900) and promote solutions.

TD-LTE; GSM/DCS; interference; coexist

TN929.5

A

1008-5599（2012）10-0010－06

2012-09-10