異系統對TD-LTE系統（F頻段）的干擾分析

潘廣津，趙明偉，卿春，姜宏偉

（中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司，中山 528403）

異系統對TD-LTE系統（F頻段）的干擾分析

潘廣津，趙明偉，卿春，姜宏偉

（中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司，中山 528403）

干擾是影響移動通信網絡質量的關鍵因素。本文從移動通信系統間干擾的基本原理、干擾的原因、分類以及分析方法出發，討論了TD-LTE作為新的無線通信標準制式，如何克服異系統間各種干擾，并詳細分析了異系統(主要是DCS1800和GSM900系統)對F頻段的TD-LTE系統的干擾問題，并提出解決方案。

TD-LTE；GSM/DCS；干擾；共存

TD-LTE作為正在蓬勃發展中的移動通信標準制式，有著美好的前景，但在實際商用中還有一些問題。其中之一就是如何能在2G、3G及以后新制式中生存、發展。目前，為了降低建網成本，在建設TD-LTE系統時多數會選擇共站的建網方案，一方面為減低成本，另一方面為提高工程建設效率。但是，TD-LTE標準作為一個后來者，在考慮TD-LTE網絡不對現有無線通信網絡造成干擾的同時，也要考慮現有各制式的無線通信網絡不會對新建的TD-LTE網絡造成干擾。

下面分析異系統(主要是DCS1800和GSM900系統)對F頻段的LTE系統共存時的干擾問題。

1 系統間干擾的基本原理

1.1 3GPP頻譜分布情況分析

以下圖1頻譜是3GPP給出的需要考慮共存共站的各標準無線制式的頻譜分布情況。

通過以上3GPP給出的頻譜分布分析，在各系統間，不可避免地存在各種類型的干擾，包括共站雜散、共存雜散、共站阻塞等，都是3GPP協議36.104中所要求的。本文主要分析F頻段的TD-LTE系統和異系統(主要是DCS1800和GSM900系統)共存時的干擾分析。

圖1 3GPP頻譜分布圖

1.2 系統間互干擾的原因

干擾產生的原因是多種多樣的。頻率資源劃分不明確、網絡配置不當、收發濾波器的性能、小區重疊、環境、電磁兼容（EMC）以及有意干擾，都是移動通信網絡射頻干擾產生的原因。

不同系統之間的干擾，與干擾和被干擾兩個系統之間的特點以及射頻指標緊緊相關。但從最基本來看，不同頻率系統間的共存干擾，是由于發射機和接收機的非完美性造成的。發射機在發射有用信號時會產生帶外輻射，接收機在接收有用信號的同時，落入信道內的干擾信號可能會引起接收機靈敏度的損失，落入接收帶寬內的干擾信號可能會引起帶內阻塞。

圖2給出了兩個射頻站間互干擾原理圖，主要用于共址基站間的干擾分析。與干擾強度相關的重要射頻器件包括干擾站的發放大器、發濾波器和被干擾站的收濾波器、接收機。天線隔離度指的是兩個天線終端間的路徑損耗，即從干擾站發單元輸出端口到被干擾站收單元輸入口的路徑損耗。

1.3 系統間干擾分類

系統間干擾分類干擾分為內部干擾和外部干擾，而外部干擾又包括系統間干擾及其它隨機干擾，針對系統間干擾，類型主要有雜散、阻塞、交調以及鄰頻干擾，分析說明如下。

圖2 兩個射頻基站間干擾的示意圖

雜散干擾：射頻分量除了在載波及其發射帶寬附近處的調制分量外，在離散頻率上或在窄頻帶內有一顯著分量的信號，包括諧波和非諧波以及寄生分量，如果干擾基站的帶外雜散落入被干擾站的帶內，就會導致被干擾站接收機靈敏度降低。TD-LTE的雜散指標約束包括一般雜散、共存雜散、共站雜散，在協議中已經都有明確的要求。一般只要滿足協議要求，TD-LTE在其它制式網絡中布網，不會存在太大問題。但是，共站雜散指標要求還是比較苛刻的，其他無線網絡產生的雜散對TD-LTE的影響就不能忽視，由于2G、3G網絡在布網的時候還沒有其它制式出現，因此在指標考慮中可能就沒有那么完善，例如在F頻段的TD-LTE制式，GSM900和GSM1800產生的雜散或者二次諧波就可能會使TD-LTE（F頻段）受到比較嚴重的干擾。

阻塞干擾：當接收機接收到的總信號功率太大，就會導致接收機過載，使它的放大增益下降。阻塞問題一般由于這種干擾方式不是帶內干擾，因此直接由于阻塞導致基站不能工作的案例還是比較少，只有一些特殊場景可能會出現，比如說不同制式的共站，以及天線安裝方向face to face的情況等。作為TDLTE基站，只要滿足協議要求的下行指標，一般沒有太大風險。

交調干擾：當接收到的干擾載波功率很強時，由于接收機增益傳遞函數有一定的非線性，就會在接收機中（或者說前級低噪放后）產生互調干擾并在輸出端體現。有時互調干擾會比較強，如果它們落在被干擾系統的接收帶寬內，就會導致干擾并降低接收機的性能。在TD-LTE協議中是有互調干擾指標約束的，一般滿足36.104的協議要求，一般不會出現大的問題，風險較小。

鄰頻干擾：鄰頻干擾是指兩個系統沒有過渡帶或者過渡帶很小情況下，不同的系統工作在相鄰的頻段上，就會產生鄰頻干擾。一般系統對于鄰頻干擾考慮比較少，因為很少有不同制式的網絡在一個地區進行鄰頻布網的，但是對于TD-LTE，由于各不同組織頻譜劃分的不同，就可能出現FDDLTE和TD-LTE、WIMAX和TD-LTE存在鄰頻布網的情況。

1.4 系統間干擾分析方法

通常分析系統間的干擾時主要關注雜散、阻塞以及互調，雜散和阻塞分析方法如下。

對于雜散和阻塞的分析，一般基于36.104和36.101協議所規定的指標來進行，以下對雜散和阻塞進行推導。

舉例說明，對于TD-LTE，20MHz帶寬，協議要求的-101.5dBm靈敏度，基站通常采用0.8dB靈敏度損失為評估準則。

參考靈敏度（PREFSENS）是指接收機在理想傳播環境下接收微弱信號的能力。LTE協議對其定義是：對于指定的參考測量信道，系統吞吐量不小于最大吞吐量95%的條件下，天線連接口處輸入的最低信號電平。

接收靈敏度的計算公式為：S=Pn+ NF+SNR式中，Pn=10lg(KTB)為接收機輸入端的熱噪聲，K=1.381×10-23W/Hz/K為波爾茲曼常數，T=290K；B為射頻載波帶寬(Hz)，協議制定靈敏度指標時規定的資源塊數目為25RB，即占用帶寬為4.5MHz；故接收機輸入端的熱噪聲功率Pn=-174+10lg（4.5MHz)= -107.5dBm。NF為接收鏈路（從天線端口到解調器端口）的系統噪聲系數；SNR為解調信噪比門限。通常將Pt=Pn+NF稱為接收機底噪。目前對于TD-LTE可估算出接收機的噪聲系數NF應小于4dB。

1.4.1 雜散

基底噪聲一般用每MHz來衡量，可以對應到對其它系統雜散的要求，基本都用dBm/MHz來表示。那么接收機的基底噪聲就是-174dBm/MHz+60dBm/ MHz+4dBm/MHz=-110dBm/MHz。按照系統可容忍的0.8dB的靈敏度損失，也就是說允許底噪再抬高0.8dB。通過計算可以得到允許其它系統的雜散在本系統帶寬內的干擾功率為-116.9dBm/MHz。因此，在靈敏度損失的容忍度范圍內，其它系統雜散在TDLTE系統天線入口處在工作頻段內所產生噪聲應該小于-116.9dBm/MHz，才能夠滿足要求。

對于不同的場景，最小耦合損耗（MCL）的設定值不同，假設共站的MCL設為30dB，共存的MCL設為70dB。對于共存來說，其它無線通信系統比如GSM、UMTS等的雜散要求就是-116.9dBm/MHz+ 70dBm/MHz=-46.9dBm/MHz。協議上對于帶外共存雜散的要求是不同的，不過大概都在-47dBm/MHz左右，所以我們的推導也是符合協議對異系統干擾的考慮。

對于共站的最壞情況考慮，共站的異系統的輻射雜散要求即為-116.9dBm/MHz+30dBm=-86.9dBm/MHz。基本接近于協議對共站雜散的要求-98dBm/100kHz。

1.4.2 阻塞

對于阻塞，一般系統的功率大約在46dBm左右，協議在考慮共站雜散其實就是系統的最大發射功率減去共站最小耦合損耗（MCL），即46dBm-30dBm= 16dBm。

波段內阻塞性能要求為-43dBm則是考慮到對系統中頻濾波器性能的約束；波段外-15dBm則是考慮到對系統中頻濾波器和腔體濾波器性能的約束。這個一般不在互干擾分析中體現。

圖3 無委核準的DCS1800設備頻段

2 DCS/GSM系統對F頻段LTE系統干擾理論分析

目前國內F頻段TD-LTE的工作頻點為1880～1900MHz，這涉及到GSM1800對F頻段的TD-LTE的雜散干擾、GSM900的二次諧波干擾以及聯通移動的DCS1800對TD-LTE的互調干擾。

2.1 DCS1800對F頻段TD-LTE的雜散干擾

移動DCS1800和聯通DCS與1880MHz分別隔了65MHz和30MHz，協議規定DCS下行工作頻段為1805～1880MHz，無委核準的DCS1800設備頻段為1805～1850MHz，也有少量的設備頻段為1805～1880MHz，核準的工作頻段頻段為1805～1880MHz，如圖3所示。

如果DCS1800基站工作頻段在1805～1880MHz，當DCS1800的濾波器性能差，設計沒有考慮與F頻段系統設備共址要求設計時，會對F頻段TD-LTE產生比較嚴重的雜散，F頻段LTE和DCS1800基站共址就難了。根據協議對DCS帶外雜散定義可以計算出1880～1900MHz帶寬內產生的干擾為-7.2dBm，其中1880～1890MHz中產生的干擾為-8dBm，1890～1900MHz內產生的干擾為-15dBm，TD-LTE 20MHz帶寬中前后10MHz相差7dB左右。

考慮到1.5m的空間隔離，MCL約為42dB，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾為：

-7.2-42-2+2×(18-25）= -65.2dBm/20MHz

以某地試驗網后臺的測量結果為例，如圖4所示。

圖4 試驗網后臺測量干擾情況

后臺測量最差的情況是干擾為-85dBm/RB，其次差的是-87dBm/RB，以-87dBm/RB為允許的干擾量，那么：-87dBm/RB = -67dBm/20MHz，理論計算值-65.2dBm/20MHz和實際的干擾量-67dBm/MHz非常接近；同時通過掃頻儀測試結果20MHz帶寬內前后10MHz相差10dB左右，和理論計算相差7dB左右也比較接近。因此，可以推出DCS1800對F頻段的雜散干擾較大，所以要優化DCS1800濾波器的性能。

若要避免干擾，則允許的干擾量為：

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

表1 DCS1800互調分量表

則還需額外隔離：

2.2 三階互調干擾TD-LTE

2.2.1 三階接收互調干擾

聯通的DCS1800下行頻段為1840～1850MHz，移動的DCS1800下行頻段為1805～1820MHz，互調計算如表1所示。

通過表1發現，可能存在接受的三階互調，特別是使用1850～1860MHz的頻點時，三階互調完全落入F頻段1880～1900MHz頻帶內。三階互調干擾可能產生于天線口，也可能產生于接收機內部。

由于協議沒有規定這個頻點的接收機互調指標，假設根據3GPP LTE的接收機互調指標為-52dBm，DCS1800的功率為46dBm時，1.5m的空間隔離(MCL約為42dB)，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾信號強度為：

高于允許的信號強度-52dBm，若聯通DCS1800和移動DCS1800和LTE基站相距2m左右，LTE接收機內部有可能產生互調干擾。若指標為-52dBm，則還需額外增加隔離度：

具體的指標可以測試得出來。

如果互調產生于天線口附近，一般無源器件的互調指標起碼有120dBc，則可以大致估算互調干擾強度為：

46-1+2×(18-25)-42-120=-131dBm

明顯低于TD-LTE低噪很多，這樣在天線口的互調干擾可以不考慮。

2.2.2 三階發射互調干擾

根據協議，DCS1800三階發射機互調在頻率偏置大于6MHz時候，互調產物為-36dBm@300kHz，互調產物的頻點剛好落入雜散頻帶內，所以，同時必須滿足雜散要求，很顯然，兩者互調指標相對嚴格一些。三階發射階互調的分析基本和雜散分析一致，考慮了雜散干擾就不用考慮三階發射互調。

2.3 GSM900二次諧波干擾TD-LTE

GSM900下行頻點為935～954MHz，二次諧波為1870～1908MHz，剛好落在F頻段TD-LTE的工作頻帶1880～1900MHz內。

協議沒有規定二次諧波指標，二次諧波指標可當做雜散來考慮，滿足相應雜散即可。若GSM900基站滿足和F頻段設備共址要求的話，基本沒有二次諧波的問題，否則，GSM900的二次諧波會干擾TD-LTE，干擾指標為GSM雜散指標-30dBm/300kHz。

假設1.5m的空間隔離，MCL約為42dB，兩邊的饋線接口損耗共2dB，天線增益18dB，天線90°增益-25，則理論算出來的干擾為：

這個結果也和測試結果相近。

若要不產生干擾，則允許干擾量為：

則還需額外隔離：

3 DCS/GSM對F頻段TD-LTE干擾解決方案

根據以上分析，接收互調因低于TD-LTE底噪很多而不予考慮，同時考慮了雜散就不用考慮三階發射互調，二次諧波可當做雜散來處理，因此，DCS/GSM對F頻段LTE的干擾主要為雜散干擾，為避免這種干擾，可以使用如下解決方案。

3.1 空間隔離方案

3.1.1 空間隔離理論

空間隔離估算是干擾判斷的重要階段，通過系統間天線的距離、主瓣指向等計算得到理論的空間隔離度，從理論上確定系統受干擾的程度。減小干擾的辦法，主要是兩基站天線應有足夠的空間距離，濾除帶內干擾和帶外信道噪聲。

3.1.2 水平隔離度

水平空間隔離度計算公式：IH[dB]=28+40lg(dh/ λ)。

其中：IH[dB]：收發天線之間的水平隔離度；dh[m]：收發天線之間的水平距離； λ[m]：接收頻段范圍內的無線電波長。

根據MCL=28+40lg（d/λ），可以計算出，需水平相隔117m，才可以滿足79dB的隔離度要求。

3.1.3 垂直隔離度

垂直空間隔離度計算公式：IV[dB]=22+20lg(dv/λ)。

其中： IV[dB]：收發天線之間的隔離度要求；dv[m]：收發天線之間的垂直距離； λ[m]：接收頻段范圍內的無線電波長。

根據MCL=22+20lg(d/λ），可以計算出，需垂直相隔3m，才可以滿足79.4dB的隔離度要求。

一般說來，MCL為67dB就是共存了，從隔離度的計算看，水平117m基本難以共址了，垂直相隔3m也很難實現，因此，純空間隔離基本難以滿足DCS1800的雜散對F頻段TD-LTE隔離要求。

3.2 濾波器方案

可以考慮外置對F頻段37.4dB以上隔離度濾波器，也可以考慮更換DCS1800濾波器，使得DCS1800濾波器在F頻段隔離79.4dB以上。并督促廠家保證濾波器的性能穩定。

3.3 站點更換

更換站點，使得新站滿足和F頻段設備共址建設要求。

4 總結

干擾是影響網絡質量的關鍵因素之一，對通話質量、掉話、切換、擁塞以及網絡的覆蓋、容量等均有顯著影響。如何降低或消除干擾是網絡規劃、優化的重要任務之一。

本文通過對GSM/DCS系統對共站的F頻段TDLTE系統的干擾進行了分析，并提出克服雜散干擾是解決干擾問題的關鍵，并提出若干解決方案。希望以此作為參考，在分析其它系統與TD-LTE之間的干擾時能使用類似的方法，從而找到不同移動通信系統間干擾的解決之道。

[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] 中國移動通信企業標準-QB-A-003-2010，TD-LTE網絡性能測試規范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