TD-LTE与WCDMA系统共存的干扰研究

李 超，滕建辅，李瑞杰，徐大为

(天津大学电子信息工程学院，天津300072)

1 引言

W-CDMA是ITU(国际电信联盟)的一个标准，从码分多址(CDMA)演变而来，被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而WCDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。

WCDMA作为一种第三代无线通信技术，已经在中国成功商用。相较于2G系统，WCDMA采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。另外，WCDMA还采用了智能天线和波束成形技术。智能天线技术提高了目标用户的接收信号功率。有较高的扩频增益、发展空间、全球漫游能力和技术成熟性。目前，中国联通正采用此标准。

为提高3G无线网络的性能，3GPP提出了一项新的标准，即长期演进(LTE，Long Term Evolution)，LTE可以分为TDD和FDD两种模式。在无线接入网(RAN)侧，将由CDMA技术改变为能够更有效对抗宽带系统多径干扰的OFDM(正交频分调制)技术。而上行采用单载波频分多工(SC-FDMA)技术。为进一步提高频谱效率，多输入/多输出(MIMO)技术也成为LTE的必选技术。MIMO技术利用多天线系统的空间信道特性，能同时传输多个数据流，从而有效提高数据速率和频谱效率。TD-LTE是TD-SCDMA系统的长期演进系统，是迈向4G通信系统的里程碑。LTE具有更高的容量、更大的覆盖、更小的时间延迟和灵活的频率带。TD-LTE兼具TD-SCDMA的优点，例如高频率利用率、高系统容量、小损耗［1］。

将来，WCDMA与TD-LTE将可能共存于同一区域，这将产生相互干扰。虽然两系统处于不同的频带，但仍将存在某些干扰，例如阻塞干扰、杂散干扰和邻频干扰。一般使用最小耦合损耗法(MCL)和蒙特卡罗静态仿真法来分析不同系统间的干扰。相较于蒙特卡罗方法［2］，MCL 法［3-4］更简单，并且能得出最恶劣情况下的链路预算。此文使用MCL方法分析WCDMA与TD-LTE系统间的干扰。为有效地抑制相互间的干扰，此文还研究了相关的天线安装技术［5-7］。

2 MCL方法

MCL方法简单易行，且能计算出最恶劣情况［3］下的干扰程度。首先计算隔离度(单位:dB)。然后根据隔离度，通过选择合适的路径损耗模型，可获得物理隔离。最小耦合损耗由(1)可得:

其中，Ptransmit是施扰系统的发射功率，MCL是两系统间的耦合损耗，而Imax是被干扰系统能承受的最大干扰。隔离度由(2)可得:

其中，Isolation代表两系统间的隔离度，GR是被干扰系统的天线增益，GT是施扰系统的天线增益。根据隔离度值与传播模型，可得出隔离距离。

3 共存场景

3GPP标准已经为每种标准划分了不同的频率带。WCDMA的上行频段为1920-1980MHz。而TD-LTE 可能使用1880-1920MHz频段［9］，则两系统会在频点1920MHz处共存，产生的干扰相对比较严重。

两系统共存时的相互干扰可分为四类。此文主要研究基站间的干扰。因为基站位置是固定的，所以这种场景比其他场景更适合使用MCL法。

由于WCDMA在1920MHz附近为上行，故存在的邻频干扰有WCDMA终端对TD系统的干扰和TD系统对WCDMA Node B的干扰。此处仅研究TD-LTE Node B对WCDMA Node B的干扰。

4 干扰类型

两系统间的相互干扰主要可以分为3类，邻频干扰、杂散干扰和阻塞干扰。

4.1 杂散干扰

杂散干扰［10］:指干扰设备发射的带外噪声落入被干扰接收机的接收频带内，形成对有用信号的同道干扰。杂散干扰造成接收机噪声基底的增加，从而导致接收机灵敏度降低。

4.2 邻频干扰

邻频干扰是由于收发设备滤波特性的非理想化导致相邻频道的发射机将信号泄露到被干扰接收机的工作频带内，影响工作在相邻频道上的被干扰系统。

4.3 阻塞干扰

阻塞干扰与接收机的通带外抑制能力有关，涉及到干扰信号的载波发射功率、接收机的滤波器特性等，使得被干扰系统的接收机受影响因饱和而无法工作。当 GSM、CDMA、TD-SCDMA、PHS及WLAN信号或其频率组合成分落在这几个系统中某基站接收机接收信道带宽之外，却仍能进入该基站接收机，并且干扰大于标准中所规定的干扰电平时，就会引起接收机灵敏度的下降，恶化接收机的性能，这时就引起了阻塞干扰。

5 隔离度要求

此文考虑TD-LTE BS干扰WCDMA BS。BS的最大发射功率见表1。

表1 BS最大发射功率

5.1 杂散干扰

根据杂散干扰的产生原则，此处可以通过式(1)得到MCL的值:

其中，P为TD-LTE BS的杂散发射功率，IMax为WCDMA BS能承受的最大干扰。杂散功率P根据频谱模板［8］计算，而IMax根据底噪抬高量确定，此处取底噪抬高1dB。且分别使用 IMax=-112dBm，P=-77dBm。

5.2 邻频干扰

邻频干扰(ACI，adjacent channel interference)与邻信道干扰功率比(ACIR，adjacent channel interference ratio)、邻信道泄露比(ACIR，adjacent channel leakage ratio)和邻道选择性(ACS，adjacent channel selectivity)相关。ACIR，ACLR和ACS间的关系见式(3)［2］。

ACS和 ACIR 的参考值见表2［11-12］。

表2 邻频干扰参数

根据(3)，可得ACIR=43.5dB，则ACI可由(4)式计算:

其中P为TD-LTE BS的最大发射功率。

MCL的值可由以下公式计算:

其中，IMax为TD-SCDMA BS能承受的最大干扰，根据底噪抬高量确定，此处取底噪抬高1dB。杂散功率P根据频谱模板计算，而IMax根据底噪抬高量计算。

5.3 阻塞干扰

根据阻塞干扰的产生原则，此处可以根据(1)式计算MCL的值

其中，P为TD-LTE BS的最大发射功率，IMax为WCDMA BS接收机的阻塞特性。

5.4 隔离度要求

表3列出了两系统间相互干扰的隔离要求。TD-LTE对WCDMA系统邻频部署时，邻频干扰是系统间干扰的主要部分。杂散和阻塞干扰的指标要求，相对于邻频干扰的指标都比较宽松，只要两系统之间能够满足对邻频干扰抑制的要求，也都可以满足杂散和阻塞干扰抑制的要求。

表3 TD-LTE BS干扰WCDMA BS的隔离度要求总结

6 天线配置

根据表5可知，当两系统共存时，相互间的干扰难以完全避免。为此，必须采用其他有效方法，例如天线配置技术，添加滤波器等方法。

此文主要研究天线配置技术，天线配置技术主要包括水平隔离和垂直隔离。水平隔离Sh可以通过(4)式计算:

其中，d为两天线间的水平距离，λ为载波波长。GTx和GRx分别为发射天线与接收天线的天线增益。

垂直隔离Sv可以通过(5)式计算:

其中，d为两天线间的水平距离，λ为载波波长。

总隔离度St可以通过(6)式计算:

其中θ为天线间的垂直夹角。

图1描述了总隔离度与天线的水平间隔、垂直间隔间的关系。可以发现，垂直间隔比水平间隔更有效。所以在实际天线安装时，应首先考虑垂直隔离，再考虑水平隔离。从图1可以发现，当垂直间隔达到25米时，两系统间的干扰可完全避免。

图1 总隔离度与水平、垂直间隔的关系

7 结束语

研究了TD-LTE系统与WCDMA系统间的相互干扰。主要采用MCL法分析隔离度要求。所有发射机与接收机的参数均可从3GPP标准中获取。最后，使用天线配置技术解决系统间的干扰。其他的分析方法，如蒙特卡罗仿真等，将在今后进一步研究。

［1］ R Ratasuk，A Ghosh，W Xiao，et al.TDD design for UMTS Long-Term Evolution［C］.PIMRC 2008，Sept.2008:1-5

［2］ 3GPP TR 36.942 V10.2.0..Evolved universal terrestrial radio access(EUTRA);radio frequency(RF)system scenarios［S］.December.2010.

［3］ European RadiocommunicationsCommittee(ERC)Report 101.A Comparison of Minimum Coupling Loss Method，Enhanced Minimum Coupling Loss Method and the Monte-Carlo Simulation［R］.Menton，1999.

［4］ J HS，Y HG，L JW，et al.An Advanced MCL Method for AssessingInterference PotentialofOFDM - Based Systems beyond 3G with Dynamic Power Allocation［C］.The 9th European Conference on Wireless Technology，2006:39-42.

［5］ ITU-R M.2045.Mitigatingtechniquestoaddress coexistence between IMT-2000 time division duplex and frequency division duplex radio interface technologies within the frequency range 2 500-2 690 MHz operating in adjacent bands and in the same geographical area［S］，2004.

［6］ B Li，D Xie，S Cheng，et al.Recent advances on TDSCDMA in China，IEEE Communications Magazine［C］.JAN 2005:30-37.

［7］ WiMAX Forum.Service Recommendatio-ns to support technology neutralallocationsFDD/TDD Coexistence［C］.2007.

［8］3GPP TS 25.102 V10.3.0 User Equipment(UE)radio transmission and reception(TDD)［S］.September，2011.

［9］ 3GPP TS 36.101 V10.4.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)radio transmission and reception［S］.September.2011.

［10］ ITU-R SM.329-10，Unwanted emissions in the spurious domain［S］.2003.

［11］ 3GPP TS 25.104 V10.3.0，Base Station(BS)radio transmission and reception(FDD)［S］.Sept.2011.

［12］ 3GPP TS 36.104 V10.4.0，Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Base Station(BS)radio transmission and reception［S］.September.2011.