TD-LTE与LTE FDD系统间干扰分析及射频技术指标

方箭，黄标，伉沛川，许颖

（国家无线电监测中心，北京 100037）

TD-LTE与LTE FDD系统间干扰分析及射频技术指标

方箭，黄标，伉沛川，许颖

（国家无线电监测中心，北京 100037）

对邻频部署1.9 GHz频段TD-LTE与1.8 GHz/2.1 GHz频段LTE FDD系统间干扰情况进行研究，分析了干扰产生的机理和干扰场景，并将重点聚焦于基站与基站之间的干扰。结合确定性分析和仿真研究两种方法的干扰计算结果，给出了TD-LTE与LTE FDD系统间共存时基站设备和终端的射频技术指标与组网要求，并通过实验室测试和外场试验，对上述指标和组网要求进行验证，同时对现网新的干扰情况展开进一步分析，为4G系统国内使用和台站协同提供依据。

LTE；系统间干扰；射频指标；MCL；隔离度

1 引言

2012年，我国发布4G频率规划（工信部无〔2012〕436号）：“将1 755～1 785 MHz/1 850～1 880 MHz频段规划给FDD系统，将1 880～1 920 MHz频段规划给TDD系统。具体技术指标、频率分配以及台站管理规定需要另行制定和发布”；2013年12月，TD-LTE牌照发放；2015年2月发放了LTE FDD牌照，将1 765～1780 MHz/1860～1875 MHz和1 750～1 765 MHz/1 845～1 860 MHz分别分配给中国电信和中国联通用于部署LTE FDD系统[1,2]；另外，在工信部无函﹝2014﹞574号文中，允许中国电信对1 920～1 935 MHz/ 2 110～2 125 MHz频段进行重耕，并在南京等7个城市进行LTE FDD混合组网试验。至此，1.8 GHz频段、1.9 GHz频段和2.1 GHz频段作为我国4G商用部署的频段，既部署有TD-LTE系统，也部署有LTE FDD系统。为了促进系统的快速发展，保证系统安全有效运行，必须在各系统商用前解决它们之间的干扰问题[3]。

2 干扰机理及分析方法

2.1 干扰机理

LTE系统邻频或者近频部署时，其发射机滤波器和接收机滤波器的非理想性造成了LTE系统间的主要干扰。首先，发射机滤波器非理想性导致其在带外和杂散域产生无用发射，带外无用发射用邻信道泄漏功率比（adjacent channel leakage ratio，ACLR）或频谱带外模板（MASK）来衡量，杂散发射用杂散辐射限值衡量。其次，接收机滤波器非理想性导致邻频其他系统的信号被接收，从而造成干扰，通常用邻道选择性（adjacent channel selectivity，ACS）或来阻塞电平衡量。

接收机和发射机滤波器的非理想性构成主要干扰因素，通常用邻信道干扰功率比（adjacent channel interference power ratio，ACIR）来综合表征，计算式如下：

2.2 干扰场景

1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz频段的规划和分配现状如图1所示。详情见表1。

表1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz频段的规划和分配情况

图1 1.8 GHz、1.9 GHz和2.1 GHz频段的规划情况

在1 880 MHz、1 920 MHz频点处均存在潜在干扰风险。根据以往研究结果，基站和终端之间由于MCL（minimuon coupling loss，最小耦合损耗值）较大，它们之间的干扰要远小于基站与基站之间以及终端与终端之间的干扰。本文主要聚焦于基站与基站之间的干扰分析，如图2所示。

图2 基站间干扰

2.3 分析方法

在系统共存研究方法中，主要有确定性分析、仿真分析以及测试和试验3种方法。

（1）确定性分析

确定性分析方法基于链路预算原则，通过理论计算来衡量两系统能否共存。通常采用一定的底噪抬升（或称灵敏度损失）作为评估准则确定最大允许的外系统干扰强度。确定性分析方法得出的结果往往比较严格，可以为蒙特卡洛仿真提供理论指导和校验依据。本文利用确定性计算分析LTE系统基站之间干扰时，假设接收机和发射机滤波器理想，并对其分别进行研究。具体而言，在分析带外或杂散干扰时，假设被干扰LTE系统接收机为理想滤波器。在分析阻塞干扰时，假设干扰LTE系统发射机为理想滤波器。最后综合考虑两者的影响，这与设备的测试规范是相适应的。

（2）仿真分析

移动通信系统是一个非常复杂的系统，为了对这个复杂系统的性能进行较为精确的描述，就需要通过系统级仿真来模拟这个系统内部工作机制和所承载的业务。在系统级仿真中，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扰共存研究中应用广泛并且行之有效的经典研究方法，通过对实际网络的抽象模型进行有限次的抓拍（snapshot）来模拟实际网络的运营情况。一般来说，仿真分析主要应用在基站与移动台之间以及移动台与移动台之间的干扰计算，基站之间干扰仿真为确定性计算结论提供一定佐证，同时可以为站址协调等工作服务。

（3）测试和试验

测试包括实验室测试和外场测试。通常可在网络建设前，在实验室利用仪器仪表对实际设备进行干扰测量。由于硬件条件限制，一般只能测试单/多个终端对单个基站的干扰、单个基站对单个终端或单个基站的干扰等[6]。另外，也可在现网中或搭建试验环境对系统间干扰进行测试和验证。总体而言，实验室测试一般聚焦定量结论，外场测试环境则与实际网络部署更加接近，可以有效验证相关结论。

3 干扰分析及射频指标建议

3.1 典型参数

在干扰分析研究中，主要参数参考3GPP相关规范中的宏小区参数。由于TDD与FDD系统参数有相似性，故选取1 880～1 920 MHz为主要工作频段，干扰分析参数[7,8]见表2。

3.2 基站间干扰

采用第2.3节中所描述的方法，分析基站发射机和接收机在不同情况下实现系统兼容所需的额外隔离和射频指标。表3和表4给出了确定性分析方法的相关计算过程，表5和图3给出了蒙特卡洛仿真结果。

表3 无用发射分析（确定性分析方法）

表4 阻塞干扰分析（确定性分析方法）

表5 LTE-FDD基站干扰TD-LTE基站的仿真结果

图3 基站干扰基站的仿真

从图3和表5可以看出，共站（MCL=30 dB）时，所需的ACIR值为87 dB，如果考虑ACLR与ACS平均作用，则需要ACLR至少为90 dB，其要求的绝对功率谱密度为46 dBm/(20 MHz)-90 dB=-57 dBm/MHz。

以上分析了基站与基站之间的干扰问题。在实际制定射频技术指标时，应综合考虑基站无用发射指标、接收机阻塞指标、基站间距3个方面的问题。无用发射指标、接收机阻塞指标的规范关系到厂商的设计成本和保护带的设置，基站间距则与运营商实际网络部署相关。基于上述考虑给出的建议如下。

·设台建议：FDD系统和TDD系统基站间最小耦合损耗不小于50 dB。

·发射机指标建议：根据确定性分析结果和仿真结果，综合考虑厂商实现能力，建议基站发射机在5 MHz保护带情况下每通道的带外发射限值为-65 dBm/MHz。对于TD-LTE系统，基站一般8通道发射，相当于-56 dBm的无用发射，与MCL=30 dB时的仿真结果大致相当。这个取值介于MCL=50 dB时的确定性结果和MCL=30 dB时的仿真结果之间。

·接收机指标建议：基于MCL=50 dB，发射功率为43 dBm/(5 MHz)时，并考虑到厂商能力和余量，建议接收机阻塞电平为-5 dBm。

4 试验验证

4.1 实验室干扰性能测试验证

为验证在1 880 MHz处FDD对TDD基站的共存条件，通过设置射频滤波器和载波的不同位置，在实验室进行了FDD对TDD的阻塞干扰测试和杂散干扰测试，以明确1.9 GHz频段TDD和FDD系统邻频共存的可行性。测试框架如图4所示。

图4 干扰测试框架

通过不同滤波器和载波位置的测试，对以下5种干扰场景得出结论见表6。

实验室测试表明，在5 MHz保护带宽情况下，所建议的射频指标能够实现TDD与FDD系统间干扰共存，同时，不同带宽和滤波器配置条件下的结论也为运营商现网解决干扰问题提供依据。

表6 实验室干扰测试结果

4.2外场干扰测试验证

为了进一步验证第3.2节中给出的射频技术指标的可行性，联合三大运营商在武汉、天津和南京等城市配置了满足所述设备射频指标的1.9 GHz频段IMT TDD设备和FDD设备进行外场干扰测试。

（1）测试区域

测试区域如图5所示，区域内共有94个TD-LTE扇区，129个LTE FDD扇区，是典型的城区布网场景。

图5 测试区域基站分布

（2）测试方法

对测试区域内LTE FDD系统的全部扇区分时段进行空载、50%加载、70%加载配置，TD-LTE基站通过后台统计分别记录底噪的抬升情况，TDD系统底噪在-110 dBm/资源块 （RB）以下时判定没有干扰，并选择可能被干扰的TDD扇区进行了FDD设备关断时底噪抬升统计。

（3）测试结论

按上述方法进行加载和干扰统计，结果如图6所示。在选定区域内，FDD系统加载时，TDD基站被干扰比例大约1%。对被干扰基站上站勘测，发现是FDD与TDD基站间的MCL无法满足50 dB导致。经调整基站天线隔离度使MCL大于50 dB后，干扰得到消除。

图6 典型受干扰站底噪统计

通过现网测试表明，建议的基站无用发射指标、接收机阻塞指标、基站间距3方面合理可行。

5 结束语

基于1.9 GHz频段 TD-LTE和LTE FDD系统邻频部署的干扰问题，综合采用理论计算、仿真分析、实验室半实物测试等方法，得到TDD和FDD系统邻频混合组网时的干扰情况，根据研究结果提出了TDD和FDD系统基站设备技术指标和组网要求，并通过基于运营商现网的外场测试对技术指标和组网要求进行了验证。本文结论有效支撑了我国4G混合组网中LTE FDD商用网络频率分配文件和多个规范性文件，为我国4G网络运营企业优化基站建设、规避干扰风险提供了指导性方案和措施，保证了运营企业投资的长期性和稳定性，确保了我国4G技术及设备产业的推广和应用。

[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]工业和信息化部.2015年 12月通信业主要情况[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，国家无线电监测中心高级工程师，中国通信标准化协会TC5频率组副组长，负责和参与国家科技重大专项、“863”计划等多个科研项目。主要从事无线电频谱规划、系统间电磁兼容分析、认知无线电等方面的研究工作。

黄标（1967-），男，国家无线电监测中心副总工程师、高级工程师，中国IMT-2020推进组专家兼频率组组长，全国无线电干扰标准化委员会专家，长期从事无线电频率规划和系统间干扰共存等方面的研究工作。

伉沛川（1988-），男，国家无线电监测中心工程师，主要从事无线电频谱规划、系统间电磁兼容分析等方面的研究工作。

许颖（1987-），女，国家无线电监测中心工程师，主要从事频谱共享技术、频谱价值评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

国家科技重大专项基金资助项目（No.2014ZX03001027）

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