TD-LTE与WLAN系统干扰研究

陈 霞

（中国移动通信集团上海有限公司 上海200060）

1 引言

随着无线通信技术的发展，我国已正式步入第3代移动通信（3G）时代。移动用户数量的与日俱增以及用户对数据业务要求的日益提高，正推动着移动业内技术向更高的方向发展。因此，3GPP组织作为推动移动通信技术及其标准化的组织，在R8标准中推出了长期演进技术（long term evolution，LTE），意在进一步提高无线空中接口的传输速率。2009年3月，3GPP正式冻结了LTE版本R9，这意味着LTE的主要技术和规范已经完善，为LTE的商业化部署创造了条件。

虽然目前国内TD-LTE的牌照还未发放，TD-LTE频段分配还未最终确定，但目前工业和信息化产业部和中国移动通信集团公司（以下简称中国移动）所承担的国家重大项目TD-LTE规模技术试验中，TD-LTE的室内频段采用了 2 300～2 400 MHz或者确切的是 2 350～2 370 MHz。除了TD-LTE，2 GHz频段附近还集中了所有的3G技术和WLAN技术，使得在该频段内，异系统间的相互干扰影响尤为严重。而WLAN的频段在2 400～2 483 MHz，WLAN和TD-LTE的干扰将是所有干扰系统中最严重的系统间干扰。

本文首先对TD-LTE与WLAN之间的干扰进行了确定性分析，然后给出了TD-LTE与WLAN分别在独立部署场景和合路建设场景下的干扰测试结果，最后给出了TD-LTE和WLAN的干扰结论以及共存部署建设建议。

2 TD-LTE与WLAN干扰分析

系统间的干扰包括邻频干扰、杂散干扰、阻塞干扰以及互调干扰。假设TD-LTE使用的频段为E-UTRAN 38号频带（2 300～2 400 MHz），而 WLAN 的工作频段为 2 400～2 483 MHz，只要TD-LTE不使用 2 380～2 400 MHz这个频段，TD-LTE和WLAN之间就不会有邻频干扰。TD-LTE与WLAN之间不会产生二阶互调，而与WLAN的三阶互调比较复杂，仅在极少的频点会产生。因此下面将主要分析杂散干扰和阻塞干扰。

2.1 干扰的模式

TD-LTE与其他系统的干扰模式可以分别从TD-LTE对其他系统的干扰和其他系统对TD-LTE的干扰两个角度展开。TD-LTE对其他系统的干扰如图1所示，包括以下4种：

·TD-LTE基站对其他系统基站的干扰，表现为下行对上行的干扰；

·TD-LTE基站对其他系统移动台的干扰，表现为下行对下行的干扰；

·TD-LTE移动台对其他系统基站的干扰，表现为上行对上行的干扰；

·TD-LTE移动台对其他系统移动台的干扰，表现为上行对上行的干扰；

同样地，其他系统对TD-LTE的干扰如图2所示，也包括以下4种干扰：

·其他系统基站对TD-LTE的干扰；

·其他系统基站对TD-LTE移动台的干扰；

·其他系统移动台对TD-LTE基站的干扰；

·其他系统移动台对TD-LTE移动台的干扰。

2.2 确定性干扰

本节将通过确定性分析，也称为最小允许耦合损耗（minimum coupling loss，MCL）计算方法，计算出干扰对系统的影响降低到适当程度时所需要的隔离度。系统间隔离度要求在不同系统共存时，在各系统均能满足各自的技术指标的前提下，能可靠工作而不相互干扰所需要采取的防护度。发射机各指标定义的参考面是发射机的天线端口，接收机各指标定义的参考面是接收机的天线端口，隔离度是指这两个参考面之间信号的隔离度，用最小耦合损耗来表示。

（1）阻塞干扰隔离度计算方法

在设计移动通信系统的接收机时，为了保证系统的可靠工作，通常考虑接收机的输入1 dB压缩点远高于系统的阻塞指标要求。只要保证到达接收机输入端的强干扰信号的功率不超过系统指标要求的阻塞电平，系统就能可靠工作。

系统间所需的阻塞干扰隔离度计算方法为：

其中，P0为干扰发射机的输出功率；Pb为接收机的阻塞电平指标。

通常在系统实现时，在接收放大器的前端都会用带通滤波器来保护放大器不受带外的强干扰信号的阻塞，所以滤波器的带外衰减提供了所需的隔离度。

（2）杂散干扰隔离度计算方法

为了工程计算简便，通常假定发射机带外杂散干扰为加性白噪声，它对接收机的影响是通过与原系统的噪声功率相加，从而把系统接收噪声电平抬高来实现的。按照功率相加的原理，可以得出原系统接收灵敏度恶化到一定程度时，干扰电平强度需低于原系统接收机底噪的数值，如表1所示。

因此，发射机带外杂散所需要的隔离度可以表示为：

其中，Pspu为干扰基站发射的杂散信号功率；Pn为接收系统的带内热噪声值；Nf为接收机的噪声系数。

干扰信号余量为表1中根据不同接收机灵敏度的恶化值所选取的干扰信号与接收机底噪的差值。

表1 干扰电平与接收机灵敏度恶化关系

根据设备协议标准规范，WLAN基站的最大发射功率为27 dBm，WLAN在LTE频段的杂散指标为-30 dBm/MHz，WLAN设备没有统一的阻塞干扰需求，根据WLAN设备厂商提供的数据，27 dBm WLAN基站的阻塞指标为-40 dBm@30 MHz，LTE基站的最大发射功率 46 dBm，LTE在WLAN频段的杂散指标为-30 dBm/MHz，LTE和WLAN系统共存时的CW阻塞指标为-15 dBm。因此根据上面的确定性分析方法，可以获得TD-LTE和WLAN共存的杂散和阻塞指标如表2所示。

表2 TD-LTE和WLAN的确定性分析结果

可见由于没有特殊保护，WLAN与TD-LTE间的杂散干扰以及TD-LTE基站对WLAN AP在30 MHz隔离带时的阻塞干扰为两系统间干扰的主导因素，需保证86 dB的MCL才可共站，如果仅通过空间隔离来规避的话，则WLAN基站和TD-LTE基站的天线水平天线间距需要达到200 m，可见完全通过空间隔离规避干扰是不可行的。这是最严格条件下得到的隔离度要求，实际系统中由于室内布线损耗，隔离度要求可适当放宽。

3 TD-LTE与WLAN合路场景测试

本测试中的测试场景是：TD-LTE和WLAN进行合路建设，且共室内分布。TD-LTE的发射功率为39 dBm，WLAN的发射功率为27 dBm，天线口发射功率约为10 dBm。合路器的隔离度指标大于80 dB，插入损耗小于1 dB，驻波比小于1.21。由于受定制合路器频段的限制，合路测试中 TD-LTE采用的频段是 2 330～2 350 MHz，WLAN锁定在第1个信道。另外，由于受到合路器个数的限制，只将TD-LTE和WLAN进行单路合路。

测试结果如下。

（1）TD-LTE对WLAN的干扰测试结果

TD-LTE对WLAN的干扰测试结果如表3～表6所示。

（2）WLAN对TD-LTE的干扰测试结果

WLAN对TD-LTE的干扰测试结果如表7～表10所示。

表3 LTE基站对WLAN AP的干扰

表4 LTE基站对WLAN终端的干扰

表5 LTE终端对WLAN AP的干扰

表6 LTE终端对WLAN终端的干扰

表7 WLAN AP对LTE基站的干扰

表8 WLAN终端对LTE基站的干扰

表9 WLAN AP对LTE终端的干扰

表10 WLAN终端对LTE终端的干扰

从以上的测试结果可以看出，TD-LTE和WLAN合路后，WLAN对TD-LTE基本没有产生干扰。而TD-LTE对WLAN，除了发现TD-LTE终端对WLAN终端产生了干扰外，TD-LTE基站对WLAN基站、TD-LTE基站对WLAN终端或者TD-LTE终端对WLAN基站都没发现干扰。从测试数据上可以看出，在近点的时候，也就是无线环境比较好的情况下，TD-LTE终端也不会对WLAN终端产生干扰。但在中点的时候，两个终端离得比较近的时候，比如0.1 m时，性能损失了96%，直到两者相距1.5 m时，才恢复至零干扰的水平。在远点的时候，TD-LTE终端对WLAN终端产生了明显的干扰。两个终端离得比较近的时候比如0.1 m时，性能损失了93%，直到两者间距2.5 m时，WLAN的速率才达到零干扰时的速率。

4 TD-LTE和WLAN独立部署场景测试

本测试例中的测试环境是：TD-LTE和WLAN各自独立部署，不共室内分布。TD-LTE的机顶发射功率为39 dBm，天线口发射功率约为10 dBm。WLAN的发射功率20 dBm。TD-LTE采用双通道，两通道天线间距在1 m左右。TD-LTE的频段为2 350～2 370 MHz，WLAN的频率锁定在第1个信道。

（1）TD-LTE对WLAN的干扰测试结果

TD-LTE对WLAN的干扰测试结果如表11～表14所示。

表11 TD-LTE基站对WLAN终端的干扰

表12 TD-LTE终端对WLAN AP的干扰

表13 TD-LTE基站对WLAN AP的干扰

表14 TD-LTE终端对WLAN终端的干扰

（2）WLAN对TD-LTE的干扰测试结果

WLAN对TD-LTE的干扰测试结果如表15～表18所示。

从以上的测试结果可以看出，TD-LTE和WLAN独立部署时和合路部署一样，WLAN基本不会对TD-LTE产生干扰。但独立部署时，TD-LTE对WLAN系统的干扰更加严重，包括TD-LTE基站对WLAN终端的干扰、TD-LTE基站对WLAN AP的干扰以及TD-LTE终端对WLAN终端的干扰。

（1）TD-LTE基站对WLAN终端的干扰

TD-LTE基站对WLAN终端的干扰，即TD-LTE的下行对WLAN的下行产生的干扰。从数据上可以看到，即使在近点、无线环境比较好的时候，TD-LTE基站对WLAN AP离得较近，比如在0.1 m时，WLAN的速率就损失了近75%；直到TD-LTE基站对WLAN AP的距离大于1.5 m，WLAN的速率才基本恢复至零干扰的水平。在中点，当TD-LTE基站与WLAN AP离得较近时，WLAN甚至无法接入或者掉线，但在两者相距1.5 m时，WLAN的速率基本恢复零干扰的水准。但在远点，干扰情况更为严重，频频出现无法接入或者掉线情况。即使两者相聚4.5 m，WLAN的速率也无法恢复至零干扰时的水平。

表15 WLAN AP对TD-LTE基站的干扰

表16 WLAN终端对TD-LTE终端的干扰

表17 WLAN AP对TD-LTE终端的干扰

表18 WLAN终端对TD-LTE基站的干扰

（2）TD-LTE基站对WLAN AP的干扰

TD-LTE基站对WLAN AP的干扰，也就是TD-LTE的下行对WLAN的上行产生的干扰。同样，从测试数据可以看出，TD-LTE基站对WLAN AP的干扰比较严重。在近点，两者相距0.1 m时，WLAN的速率损失达到了97%；相距0.5 m的时候，速率损失也达到了81.4%；直到两者相距1.5 m时，WLAN速率才恢复至零干扰时的水平。在中点，当TD-LTE基站与WLAN AP离得比较近时，WLAN甚至无法接入或者直接掉线，即使两者相距4.5 m的时候，干扰还是较为严重，WLAN的速率损失达到了66.4%。在远点的时候，干扰更加严重，相距1 m之内，WLAN基本无法接入；在相距4.5 m的时候，速率损失也达到了98%左右。

（3）TD-LTE终端对WLAN终端的干扰

TD-LTE终端对WLAN终端的干扰，也就是TD-LTE上行对WLAN下行的影响。从测试数据上可以看出，在近点的时候，也就是无线环境比较好的情况下，TD-LTE终端不会对WLAN终端产生干扰。但在中点的时候，两个终端离得比较近的时候，比如0.1 m时，性能损失了72.5%；直到两者相距1.5 m时，才恢复至零干扰的水平。在远点的时候，TD-LTE终端对WLAN终端产生了明显的干扰。两个终端离得比较近的时候，如0.1 m时，性能损失了90.6%；直至两者间距1.5 m，WLAN的速率才达到零干扰时的速率。

5 结束语及建议

从上面的测试结果可以看出，TD-LTE和WLAN独立部署时，TD-LTE对WLAN的干扰严重。TD-LTE和WLAN合路部署时，由于经过了室内分布系统损耗，两系统的干扰得到了一定程度的遏制。无论是合路还是独立部署，终端间的干扰都将存在。只能通过增加终端间距规避干扰，建议终端的间距1.5 m以上。

因此TD-LTE和WLAN共存时，建议应优先考虑WLAN与TD-LTE共室内分布系统组网，这样可以通过提高合路器隔离度至86 dB以上或采用WLAN末端合路方式，通过分布系统间的损耗进行干扰规避。而独立部署时，可在LTE发射机端和WLAN AP端增加滤波器（带外抑制度应根据具体情况核算）。

1 3GPP TS 36.104 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：Base Station(BS)RadioTransmissionandReception,2010

2 3GPP TS 36.101 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception,2010

3 IEEE Standard 802_11b.Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications,1999