WLAN與TD—LTE基站間干擾分析

譚洪利+李壽鵬

【摘 要】處理好TD-LTE與WLAN的干擾是解決中國移動四網協同的重要問題，主要對TD-LTE與WLAN基站間的干擾進行分析。首先分析了干擾的類型，然后具體介紹了WLAN與TD-LTE的干擾分類及規避措施，最后結合測試得出兩系統的隔離措施。

【關鍵詞】TD-LTE WLAN 干擾 隔離

中圖分類號：TN929.532 文獻標識碼：B 文章編號：1006-1010（2014）-20-

Interference Analysis of WLAN and TD-LTE Base Stations

TAN Hong-li， LI Shou-peng

（China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.， Shandong Branch， Jinan 250101， China）

[Abstract] The interference between TD-LTE and WLAN is a very important problem for four-network coordination of China Mobile. The interference among TD-LTE and WLAN base stations is mainly analyzed. The types of interference are firstly introduced， and then the interference classification and avoiding measures of WLAN and TD-LTE are presented in detail. Finally， the isolation measures of the two systems are obtained through the tests.

[Key words]TD-LTE WLAN interference isolation

1 引言

在中國移動的室分系統中，GSM、TD-SCDMA、TD-LTE與WLAN四網將會長期共存，處理好四網協同問題是非常重要的。在四網協同中，TD-LTE在室內使用的是E頻段（2 320—2 370MHz），WLAN使用

2 400—2 483.5MHz頻段，兩者使用的頻段接近。同時，兩者均為TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）系統，且兩系統的上下行時隙無法對齊，所以兩系統間將產生干擾。

2 WLAN與LTE的干擾類型及隔離度

WLAN與LTE之間的干擾分基站與基站間的互干擾及基站與終端間的互干擾。由于基站與終端間的空間隔離較大，所以一般情況下基站與終端間的互干擾較小。終端間的互干擾與用戶數量、分布、上網行為、是否同時使用2個系統等相關，而且用戶行為無法人為約束，因此終端間的互干擾本文不作重點分析，將主要研究WLAN與LTE基站間的干擾。

兩者之間的干擾類型主要有互調干擾、雜散干擾、阻塞干擾等。其中，互調干擾是由于WLAN系統1、11這2個頻點的三階互調產物落在LTE室分系統頻帶內，導致WLAN對TD-LTE室分的干擾，可以通過LTE室分頻點選擇來規避；雜散干擾和阻塞干擾是實際工程中最常見的干擾，對網絡性能影響也最大，因此本文將重點分析。

2.1 雜散干擾

由于發射機中的功放、混頻器和濾波器等器件的非線性，會在工作頻帶以外很寬的范圍內產生輻射信號分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉換產物和互調產物等。當這些發射機產生的干擾信號落在被干擾系統接收機的工作帶內時，抬高了接收機的底噪，從而減低了接收靈敏度，稱為雜散干擾。以下為雜散隔離度的計算：

（1）雜散干擾到達接收機端的功率與接收機底噪之間的關系計算

1dB的接收機靈敏度降低為可接受的干擾水平。設接收機底噪為Pn（mW），到達接收機的雜散干擾為Pspurious（mW），則滿足的關系式為：

10lg（Pn+Pspurious）-10lgPn=1dB （1）

Pspurious=0.259Pn，換算為dB，意為Pspurious比Pn小5.867dB。

通過計算，若雜散干擾導致接收機靈敏度降低1dB，則該雜散干擾到達接收機端的功率應比接收機底噪約低6dB。

（2）采用的協議指標WLAN：關于調整2.4GHz頻段發射功率限值及有關問題的通知（信部無[2002]353號）。

雜散發射（輻射）功率（對應載波±2.5倍信道帶寬以外）：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

LTE：根據協議3GPP TS 36.104中的指標，LTE在WLAN頻段范圍內的雜散指標為-30dBm/MHz。

基站雜散發射限值如表1所示：

表1 基站雜散發射限值，B類（Category B）

頻率 最大值 測量帶寬

9kHz←→150kHz -36dBm 1kHz

150kHz←→30MHz -36dBm 10kHz

30MHz←→1GHz -36dBm 100kHz

1GHz←→12.75GHz -30dBm 1MHz

（3）以20MHz信道帶寬的TD-LTE、WLAN帶寬為22MHz為例

1）TD-LTE對WLAN的干擾

◆WLAN基站接收機底噪計算

Nfloor（dBm）=No（dBm/Hz）+W（dBHz）+ NF（dB） （2）endprint

其中，No為噪聲譜密度，是由于電子的熱運動產生的，計算公式為No=KT；K為波爾茲曼常數（1.38×10-23J/K），T為絕對溫度（290K），由于J=W×s，1W=1000mW=30dBm，將KT轉換成dBm可得No=KT=10lg（1.38×10-23×290）+30dBm×s= -174dBm×s；NF為WLAN接收機的噪聲系數，屬于接收機本身的屬性，用于度量信號通過接收機后SNR降低的程度，WLAN基站接收機的噪聲系數為5dB左右。因此，WLAN基站接收機的噪聲基底為：Nfloor=-174+10lg（22×1000000）+5=-96dBm。

◆TD-LTE對WLAN雜散隔離度

MCL≥雜散輻射功率-（底噪-6）+天線增益+10lg（BandWidth-Rx） （3）

TD-LTE基站發射機雜散特性：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

BandWidth-Rx：被干擾接收機工作帶寬。

則：MCL≥-30dBm+10lg22-（-96-6）+2=88dB。

2）WLAN對TD-LTE的影響

TD-LTE基站接收機底噪：Nfloor（dBm）=-174+73+5=-96dBm。

WLAN基站發射機雜散特性：≤-30dBm/1MHz（其它1—12.75GHz）。

則：MCL≥-30dBm+10lg20-（-96-6）+2=87dB。

3）統計以上兩組計算，取最大者88dB。

2.2 阻塞干擾

當強的干擾信號與有用信號同時加入接收機時，強干擾會使接收機鏈路的非線性器件產生非線性失真甚至飽和，造成受害接收機靈敏度損失，嚴重時將無法正常接收有用信號，稱為阻塞干擾。

阻塞干擾的隔離度：以規范規定的阻塞干擾信號指標為準，將干擾系統在天線口的發射功率與規范規定的阻塞干擾信號指標相減，即可得到避免阻塞干擾所需要的隔離度。

根據協議3GPP TS 36.104中的指標，LTE在和WLAN系統共存時CW阻塞指標為-15dBm。

WLAN沒有統一的阻塞指標要求，根據WLAN設備廠商提供的數據，27dBm設備的阻塞指標為-20dBm@50MHz、-40dBm@30MHz。

阻塞隔離度要求如圖1所示：

圖1 阻塞隔離度要求

（1）WLAN下行對LTE上行的阻塞干擾容限：WLAN基站最大發射功率為27dBm，可得到WLAN不對LTE基站產生阻塞干擾所需的隔離度為MCL=27-（-15）=42dB；考慮到WLAN為高峰均比的寬帶信號，此MCL可再提高至約57dB。

（2）LTE下行對WLAN上行的阻塞干擾容限：假設LTE基站發射功率為46dBm，則LTE不對WLAN基站產生阻塞干擾所需的隔離度為MCL=46-（-40）=86dB。

2.3 小結

根據上述計算，兩系統間所需的最小耦合損耗MCL如表2所示：

表2 兩系統間所需的最小耦合損耗MCL 雜散干擾/dB 阻塞干擾/dB

TD-LTE基站對WLAN基站 88 86

WLAN基站對TD-LTE基站 87 57

由此可見，因為沒有特殊保護，WLAN與TD-LTE間的雜散干擾以及TD-LTE基站對WLAN AP在30MHz隔離帶時的阻塞干擾為基站間干擾的主導因素，需保證88dB的MCL才可共站。此隔離可以通過合路器、濾波器、室分系統損耗、空間隔離等方式實現。

3 測試驗證

3.1 雙路LTE系統與放裝型AP間干擾

當雙路LTE系統與放裝型AP共存時，將LTE設備從關閉到開啟后功率逐漸變化，測試兩系統的吞吐量變化情況，此時WLAN終端與LTE終端距離4m，兩系統天線間距1m。

測試過程中，由于LTE終端的下載速率保持在80Mbps，比較穩定，所以WLAN系統對LTE的干擾較小，可忽略。但是，WLAN終端的下載速率隨著LTE基站功率的調整會產生變化，如圖2所示：

表3 不同LTE發射功率下的測試結果

LTE設備發射功率/W WLAN測試下載速率/Mbps

關閉 22

20 11

8 16

4 22

2 21

同時，根據上文的理論計算分析，也可以通過增加系統間的空間隔離來減小干擾。增加空間隔離可通過調整兩系統間的天線間距來實現。圖3給出了天線間距分別為1m、2m、3m情況下的WLAN終端下載速率情況。

圖3 不同天線間距下的WLAN終端下載速率截圖

通過表4的測試結果表明，采用空間隔離可以有效控制兩系統間的干擾。獨立放裝的AP盡量與LTE天線距離2～3m以上。

表4 不同天線間距下的測試結果天線間距/m WLAN測試下載速率/Mbps

1 14.68

2 17

3 17.17

3.2 WLAN饋入單路LTE

當WLAN通過合路器饋入LTE室分系統時，兩系統間便增加了合路器的隔離，只要合路器指標達到設計指標要求（一般要求E頻段與WLAN頻段隔離度為88dB），理論上是可以避免系統間干擾的。本測試也驗證了這個結論，具體如表5所示：

表5 WLAN饋入單路LTE測試結果

場景 WLAN下載速率/Mbps

只開啟WLAN系統 15.23

開啟LTE室分系統 17.38

根據測試結果，LTE設備開啟前后，WLAN終端下載速率相當，可見當兩系統共用室分系統時，通過合路器的隔離作用能有效規避系統間干擾。endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據測試例1和2分析，WLAN對LTE干擾可忽略，LTE對WLAN的干擾可以通過合路器有效規避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時也是應該沒有干擾的。不過這種場景在實際建網中比較常見，所以也進行了測試驗證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動范圍內測試結果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測試結果

場景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設備輸出功率8W 16.76

LTE設備輸出功率40W 17.11

4 總結

根據理論分析和測試驗證，LTE基站與WLAN系統之間存在一定的干擾，可通過以下措施進行規避：

（1）頻率協調，LTE室分選用E頻段中的低頻點，可以有效規避WLAN對TD-LTE的互調干擾。

（2）當TD-LTE與WLAN同區域覆蓋時，應優先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統組網，此時可以通過88dB以上隔離度的合路器進行干擾隔離與規避。

（3）若兩者采用獨立建設方式，則可通過在LTE發射機端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨立建設方式且未增加濾波器時，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當降低LTE系統的輸出功率，從而降低LTE系統對WLAN系統的干擾；或者TD-LTE天線與獨立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[2] 孫鏡華. TD-LTE與其他系統室內分布干擾分析探討[J]. 數學技術與應用， 2012（7）.

[3] 李新. TD-LTE室內分布系統的規劃與建設[J]. 電信快報： 網絡與通信， 2012（10）： 7-9.

[4] 沈嘉，索士強，全海洋，等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統干擾分析[J]. 數字技術與應用， 2013（6）： 52-53.endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據測試例1和2分析，WLAN對LTE干擾可忽略，LTE對WLAN的干擾可以通過合路器有效規避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時也是應該沒有干擾的。不過這種場景在實際建網中比較常見，所以也進行了測試驗證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動范圍內測試結果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測試結果

場景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設備輸出功率8W 16.76

LTE設備輸出功率40W 17.11

4 總結

根據理論分析和測試驗證，LTE基站與WLAN系統之間存在一定的干擾，可通過以下措施進行規避：

（1）頻率協調，LTE室分選用E頻段中的低頻點，可以有效規避WLAN對TD-LTE的互調干擾。

（2）當TD-LTE與WLAN同區域覆蓋時，應優先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統組網，此時可以通過88dB以上隔離度的合路器進行干擾隔離與規避。

（3）若兩者采用獨立建設方式，則可通過在LTE發射機端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨立建設方式且未增加濾波器時，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當降低LTE系統的輸出功率，從而降低LTE系統對WLAN系統的干擾；或者TD-LTE天線與獨立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻：

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[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統干擾分析[J]. 數字技術與應用， 2013（6）： 52-53.endprint

3.3 WLAN饋入雙路LTE中的一路

根據測試例1和2分析，WLAN對LTE干擾可忽略，LTE對WLAN的干擾可以通過合路器有效規避。那么，WLAN饋入雙路LTE中的一路時也是應該沒有干擾的。不過這種場景在實際建網中比較常見，所以也進行了測試驗證，如表6所示。WLAN下載速率在一定的波動范圍內測試結果與理論分析一致。

表6 WLAN饋入雙路LTE中的一路測試結果

場景 WLAN下載速率/Mbps

LTE設備輸出功率8W 16.76

LTE設備輸出功率40W 17.11

4 總結

根據理論分析和測試驗證，LTE基站與WLAN系統之間存在一定的干擾，可通過以下措施進行規避：

（1）頻率協調，LTE室分選用E頻段中的低頻點，可以有效規避WLAN對TD-LTE的互調干擾。

（2）當TD-LTE與WLAN同區域覆蓋時，應優先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統組網，此時可以通過88dB以上隔離度的合路器進行干擾隔離與規避。

（3）若兩者采用獨立建設方式，則可通過在LTE發射機端和WLAN AP端增加濾波器（88dB以上）的方式加以解決。

（4）若兩者采用獨立建設方式且未增加濾波器時，則可在滿足覆蓋要求的前提下，適當降低LTE系統的輸出功率，從而降低LTE系統對WLAN系統的干擾；或者TD-LTE天線與獨立放裝的AP保持2～3m以上空間隔離，也可以有效降低兩者間干擾。

參考文獻：

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[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系統干擾分析[J]. 數字技術與應用， 2013（6）： 52-53.endprint