姜峰 李國(guó)梁 邊慶利

【摘要】 本文主要研究了同一地理區(qū)域中，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)與TD LTE系統(tǒng)在相鄰頻段下共存時(shí)由系統(tǒng)間干擾引起的系統(tǒng)性能損失，給出了在不同的基站位置偏移、載波頻率和功控參數(shù)下的仿真結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 LTE 干擾 容量

UTRA的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)存在FDD LTE和TD LTE兩種標(biāo)準(zhǔn)。從全球看，目前FDD LTE系統(tǒng)的商用網(wǎng)絡(luò)要多于TD LTE系統(tǒng)，但是TD LTE網(wǎng)絡(luò)的部署數(shù)量正在快速增加。

我國(guó)的三家電信運(yùn)營(yíng)商均已獲得TD LTE的運(yùn)營(yíng)牌照。考慮到TD LTE與FDD LTE融合組網(wǎng)的可能性，本文深入研究?jī)上到y(tǒng)共存中的干擾成因及規(guī)避問題。

一、TD LTE與FDD LTE干擾產(chǎn)生原理

無線電干擾是指在無線電通信過程中發(fā)生的，導(dǎo)致有用信號(hào)接收質(zhì)量下降、損害或阻礙的狀態(tài)及事實(shí)，可分為同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。

（1）同頻干擾：干擾信號(hào)的載頻與有用信號(hào)的載頻相同，并對(duì)接收同頻道有用信號(hào)的接收機(jī)造成的干擾。

（2）鄰頻干擾：干擾臺(tái)鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾，稱為鄰頻干擾。在鄰頻干擾中，雜散干擾是主要的干擾形式。雜散發(fā)射可以分為兩種：傳導(dǎo)型雜散發(fā)射和輻射性雜散發(fā)射。傳導(dǎo)型雜散發(fā)射（Conducted SpuriousEmission）是指由天線連接器處和電源引線引起的任何雜散發(fā)射；輻射型雜散發(fā)射（Radiated Spurious Emission）貝JJ是指由機(jī)柜或設(shè)備的結(jié)構(gòu)而引起的任何雜散發(fā)射。

（3）互調(diào)干擾：互調(diào)干擾可分為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾和接收機(jī)互調(diào)干擾。在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，較嚴(yán)重的通常是三階互調(diào)干擾。

（4）阻塞干擾：接收微弱的有用信號(hào)時(shí)，受到接收頻率兩旁、高頻回路帶內(nèi)一強(qiáng)干擾信號(hào)的干擾，稱為阻塞干擾。阻塞干擾輕則降低接收機(jī)靈敏度，重則通信中斷。

由于TD LTE和FDD LTE不會(huì)使用相同頻段，所以不會(huì)產(chǎn)生同頻干擾；另外，可以通過頻率分配等方法降低互調(diào)干擾的影響。因此，本文重點(diǎn)考慮鄰頻干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

二、鄰頻干擾計(jì)算方法

鄰頻干擾的產(chǎn)生是由干擾系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和被干擾系統(tǒng)的接收機(jī)濾波特性的不完善造成的，可以分別用發(fā)射機(jī)的鄰信道泄漏功率比 （Adjacent Channel Leakage powerRatio，ACLR）和接收機(jī)的鄰信道選擇性 （Adjacent Channel Selectivity，ACS）來表征。通常用鄰道干擾功率比ACIR（Adjacent Channel Interference Power Ratio），表示干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率與被干擾系統(tǒng)接收機(jī)接收到的干擾功率之比。

2.1鄰信道泄漏功率比

鄰信道泄漏功率比ACLR可以表示為：

其中，PTx_f2表示干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，PRx_f1表示被干擾系統(tǒng)接收機(jī)經(jīng)過濾波器接收到的干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的泄露功率。

2.2鄰信道選擇性

鄰信道選擇性ACS定義為接收機(jī)濾波器在指定信道的衰減與在相鄰信道上的衰減的比值計(jì)算方法如下：

其中，Af1?為被干擾系統(tǒng)的接收機(jī)濾波器在n的衰減，Af2為被干擾系統(tǒng)的接收機(jī)濾波器在鄰信道f2的衰減。

2.3鄰信道干擾功率比

為鄰信道干擾功率比ACIR，定義為干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率與被干擾系統(tǒng)接收機(jī)接收到的總的干擾功率，計(jì)算方法如下：

三、信干噪比SINR計(jì)算方法

信號(hào)與干擾加噪聲比 （Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）是指接收到的有用信號(hào)的強(qiáng)度與接收到的干擾信號(hào)（噪聲和干擾）的強(qiáng)度的比值；可以簡(jiǎn)單的理解為“信噪比”。在不存在外系統(tǒng)干擾時(shí)，接收機(jī)信干噪比SINR計(jì)算公式為：

其中，PRx表示接收到的功率，No是熱噪聲功率。ICj表示從第i個(gè)共道發(fā)射機(jī)接收到的共道干擾，Nc表示共信道干擾發(fā)射機(jī)數(shù)目。

當(dāng)兩個(gè)LTE系統(tǒng)共存時(shí)，來自外系統(tǒng)的干擾信號(hào)除了受到路徑損耗和陰影衰落之外還要額外衰減一個(gè)ACIR，所有來自外系統(tǒng)的干擾計(jì)算如下：

其中，L，J表示來自第j個(gè)鄰頻干擾發(fā)射機(jī)的經(jīng)過ACIR衰減后的干擾，NA是鄰道干擾發(fā)射機(jī)數(shù)目。PL表示路徑損耗和陰影衰落之和，GA表示收發(fā)天線增益之和。因此，存在外系統(tǒng)干擾時(shí)，SINR的計(jì)算公式為：

四、吞吐量計(jì)算

目前，LTRE網(wǎng)絡(luò)以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，本文采用Shannon公式修正截短的形式，把SINR映射為吞吐量，計(jì)算方法如下：

五、仿真分析

5.1仿真參數(shù)與環(huán)境設(shè)置

仿真中采用宏蜂窩六邊形小區(qū)模型，共29個(gè)基站，每基站3扇區(qū)。基站間500米，使用WrapAround技術(shù)消除邊緣效應(yīng)。仿真參數(shù)見表1。

當(dāng)TD LTE采用1880～1920MHz；FDD LTE上行采用1710-1785MHz，下行采用1805-1880MHz）時(shí)，兩系統(tǒng)基站之間的干擾。

表1 仿真中使用的各項(xiàng)參數(shù)及取值

參數(shù) 值

小區(qū)結(jié)構(gòu) 站間距500m

載頻帶寬 20MHz

帶寬使用率 0.9

每用戶占用RB數(shù) 上行10PR/用戶；下行8RB/用戶

天線高度 30m（基站）；1.5m（終端）

天線類型 全向

天線增益 15dBi（基站）；0dBi（終端）

基站最大發(fā)生功率 46dBm

終端發(fā)射功率 23dBm（Pmax）

接收機(jī)噪聲系數(shù) 5dB（基站）；9dB（終端）

傳播模型如下：

其中，中R為基站到移動(dòng)臺(tái)之間的距離，f為載波頻率，Dhb是基站高于房頂?shù)母叨取Ａ硗膺€要附加標(biāo)準(zhǔn)偏差為10dB的對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落影響。

LTE下行鏈路中，沒有功率控制，基站滿功率發(fā)射，給每個(gè)RB分配相同的功率；上行功率控制使用以下公式：

其中，Pmax為終端最大發(fā)射功率，Rmin是最小功率降低比；PL是終端的路徑損耗，PLx-ile是x%點(diǎn)的路徑損耗（含陰影衰落）值。上式中，路徑損耗最大的前x%用戶將以最大發(fā)射功率尸r懈發(fā)射，O<γ<1為信道條件好的終端和信道條件差的終端之間的平衡因子。

5.2仿真結(jié)果分析

圖1是TD.LTE基站干擾FDD LTE基站場(chǎng)景下，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)上行平均相對(duì)吞吐量損失的仿真結(jié)果。從圖中可以看出，增大兩系統(tǒng)地理位置偏移后，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)上行的平均相對(duì)吞吐量損失減小。這是因?yàn)殡S著兩系統(tǒng)基站偏移增大，其干擾鏈路的路徑損耗也隨之增大，系統(tǒng)問干擾降低，故被干擾系統(tǒng)的相對(duì)吞吐量損失隨之減小。基站位置偏移D=0、R/2、R三種情況下的曲線比較接近，這是因?yàn)長(zhǎng)TE系統(tǒng)下行不采用功率控制，所有TD.LTE基站滿功率發(fā)射，導(dǎo)致來自外系統(tǒng)的干擾主要受兩系統(tǒng)基站問路徑損耗的影響，因此三條曲線趨勢(shì)明顯但相差不大。

圖1 FDD LTE系統(tǒng)上行平均相對(duì)吞吐量損失

（干擾源：TD-LTE基站）