1.8GHz 行業應用頻段干擾規避方法研究

樊成軍 楊乾 周蕓 李燕春

(1.寧夏回族自治區無線電管理委員會辦公室,寧夏銀川 750000;2.華信咨詢設計研究院有限公司,浙江杭州 310012)

0 前言

隨著各廠商不斷發力物聯網產業,寬帶無線接入技術和短距離無線技術相繼涌現,無線接入技術發展已呈多樣化,如LoRa、SigFox、NwaveOnRamp、Weightless-NP、NB-IoT等眾多通訊技術,LPWA網絡協議已呈現多家爭鳴的狀態,不同的無線接入技術在不同的業務模式下表現出來的技術差異是巨大的,而目前產業運用中絕大多數并不是大連接、大寬帶或是低時延高可靠的極致場景,而是融合了多種業務的綜合需求,用戶期望一張網絡同時滿足語音、數據和視頻等業務,在此背景下eLTE寬帶集群技術正滿足了此類客戶的需求而被廣泛運用。為科學規劃與合理配置頻譜資源,管好無線電臺站和設備,有效維護空中電波秩序,保障各類無線電業務各行其道、互不干擾,論文從頻譜精細化管理及系統間干擾規避兩方面進行深入研究,做到事前審核、事中監測、事后評估的全過程頻譜監管體系。

1 精細化頻譜管理

圖1 行業應用頻段劃分Fig.1 Frequency band division of industry application

合理的分配頻譜資源是規避系統內干擾的最基本手段。集群通信的需求從語音發展到數據,進而有“百聞不如一見”的視頻要求,甚至要求實現超越標清的高清視頻。因此,寬帶集群系統需要提供語音調度、數據調度、視頻調度等多種業務協同的融合調度功能[1]。不同的業務對系統能力需求差異是巨大的,而申請單位往往按需求最大化申請寬帶,這就需要頻譜管理人員根據用頻單位提供的業務需求類型、終端規模、網絡架構和技術特性等,計算出合量的帶寬需求,在滿足覆蓋、容量需求的前提下在在1.4 M、3M、5M、10M、15M、20M等可變帶寬內靈活的規劃授權帶寬,最大程度上規避用戶間干擾,提升頻譜利用率[2]。

2 系統間干擾抑制

工行部發布的1785-1805MHz作為城市軌道交通、電力、石油等行業運用專用頻段,技術體系為TDD時分雙工的方式,與此相鄰的1.8GHz商用運用的頻段有DCS1800(上行)1710-1735MHz,DCS1800(下行)1805-1830MHz為中國移動DCS1800工作頻段,1735-1755MHz(上行),1830-1850MHz(下行)為中國聯通DCS1800工作頻段,如圖1所示。

1785-1805MHz頻段介于1.8GHz上下頻段之間,其下方是1755-1785MHz的FDD上行頻段(即手機發射頻率),上方是1805-1830MH的DCS1800下行頻段(即基站發射頻率),因為上述頻段之間完全相鄰,其中1830MHz頻段以上間隔較大,因此主要關注T D D-L T E行業運用頻段(以下簡稱“eLTE”)與DCS1800系統間的干擾,即中國移動1805-1830MHz的DCS1800基站下行發射頻率對1785-1805MHz的eLTE基站上行接收干擾;中國移動1805-1830MHz的DCS1800基站下行發射頻率對1785-1805MHz的eLTE基站下行接收干擾;同樣1785-1805MH的eLTE基站下行發射頻段和上行發射頻段對1805-1830MHz的DCS1800下行接收機的干擾也同樣存在。

通過精細化頻譜管理,使系統間有足夠的隔離帶,通過各自濾波器對干擾系統的功率進行抑制,來實現干擾隔離,濾波器的抑制邊帶是一條滾降曲線,一般為保證生產的可實現性,在通帶邊的1-2 M H z 處是沒有抑制作用的,只有偏離5MHz以上才會獲得40dB以上的衰減,因此一般情況下至少需5MHz隔離帶來考慮,因此精細化分配eLTE行業運用頻帶尤為重要,在滿足業務需求前提下分配10MHz,5MHz甚至3M的帶寬可以充分避開鄰頻頻段,如分配給地鐵、軌道交通使用1790-1800MHz頻段,利用1 80 0-18 0 5M Hz 的5M Hz 頻率作為系統隔離帶,相應的DCS1800系統仍然可以從1805MHz開始配置載波,其發射濾波器的邊帶從1805MHz開始,符合運營商現網頻譜規劃通用做法。

2.1 DCS1800基站對eLTE的基站的雜散干擾

DCS1800發射功率按40W(46dBm)考慮,根據GSM規范(3GPPTS05.05v8.20.0)對DCS1800發射機的雜散電平應小于等于-96dBm/100KHz[3]。系統工作信道帶寬內熱噪聲功率計算公式:

接收靈敏度一般以10log(KTB)+NF計算,NF為系統噪聲系數(TD-LTE基站接受機噪聲系數為5dB),B為系統載波寬帶(eLTE配置5MHz載波帶寬)。干擾容限以接收機靈敏度下降0.8dB計算,即干擾比系統接收靈敏度低7dB。在常溫17℃下,對任何帶寬的噪聲功率計算:

要使DCS1800基站對eLTE的干擾不受影響,eLTE所容忍的干擾容限為:-174+10log(5000000)+5-7=-109dBm。用最小耦合損耗(MCL)計算法計算干擾源系統發射指標和被干擾系統接收指標之間的隔離度要求:

其中:Pr為干擾系統的雜散干擾信號強度,BWAF表示帶寬調整因子,它的公式定義:

BandWidth_Rx:被干擾接收機工作帶寬

BandWidth_Measure:干擾電平可測量帶寬

當被干擾系統工作帶寬與測量帶寬不一致時,需要進行帶寬轉換。地面基站共存按照MCL為67dB的隔離度要求,BWAF=10×log50=17dB,則DCS1800發射機的雜散電平應為-96dBm/100KHz=-79dBm/5MHz,隔離度=-79-(-109)=30dB。在MCL=67dB時,則DCS1800與eLTE專網共址建設時能滿足雜散隔離度要求。

2.2 DCS1800基站對eLTE基站的阻塞干擾

阻塞干擾是將接收機的低噪放大器LNA推向飽和區,使其不能正常工作的強功率帶外干擾。與鄰道和雜散干擾信號不同,阻塞干擾并不落在被干擾系統接收帶寬內的,而是在接收帶寬和鄰頻帶寬外的,用于描述遠離接收信道的干擾,在遠離接收機工作頻帶部分,雖然阻塞與雜散有頻率上的重疊,但阻塞干擾一般指干擾信號為窄帶信號或確定系統的調制信號。一般要求阻塞干擾功率比LNA的1dB壓縮點低10dB。

DCS1800的發射功率按照40W(46dBm)考慮,TD-LTE的帶外抗阻塞能力為-47dBm(3GPP25.104 Table7.5)[4],類似雜散干擾的情況,阻塞隔離度的公式:

Pr為干擾系統的發射功率,PB為TD-LTE帶外阻塞電平,Fs為濾波器抑制能力。

TDD-LTE與DCS1800共存時,按照MCL=67dB,則隔離度要求:

67=46-Fs-(-47)得出Fs=26,在5M隔離帶下,加裝濾波器可以滿足eLTE帶外阻塞電平要求。

2.3 DCS1800基站對eLTE基站的互調干擾

互調干擾是由傳輸信道中非線性電路產生的,當兩個或多個不同頻率的信號輸入到非線性電路時,由于非線性器件的作用,會產生很多諧波和組合頻率分量,其中與所需要的信號頻率ω0 相接近的組合頻率分量會順利通過接收機而形成干擾,這種干擾稱為互調干擾。互調干擾特性取決于收發機的非線性器件,兩個頻率以上的作用,互調產物的頻率落入接收機內才造成干擾,使信噪比下降。如果干擾的信號頻率為f1,f2,f3,其互調產物的頻率將為f=pf1+qf2+rf3+…,|p|+|q|+|r|為互調產物的階次,據此可列出干擾頻率f1、f2的兩個干擾信號的互調產物:

二階互調:f1±f2或f2±f1

三階互調:2×f2±f1或2×f1±f2

四階互調:2×f1±2×f2或3×f1±f2

期中三階互調影響最大。

接收端的互調產物強度:PIMD=3×Pi－2×IIP3,期中IIP3是三階輸入截取點,一般直接給出接收機所允許的互調干擾源強度指標,如圖2所示。

DCS1800的工作頻率為1805-1830MHz,如DCS1800低頻中心頻率f1=1810MHz,最高中心頻率為f2=1830MHz,則2F1-F2=1790MHz,落在專用頻段1785-1805MHz內,根據3GPP 25.105中對GMSK基站對G M S K 互調干擾的要求, 在對應-115dBm所需要信號功率水平,單頻(CW)干擾信號不能高于-47dBm,由于DCS1800信號帶寬與TDD-LTE專網信號帶寬接近,可參考G S M K 基站對e L T E 基站的互調要求,MCL應滿足46-MCL≤-47dBm,則MCL要求大于83dBm。在共址建設時MCL=67dB,5M隔離帶下,加裝濾波器可以滿足eLTE帶外阻塞電平要求。

3 結語

通過DCS1800與eLTE系統間的三種典型頻率干擾現象進行了深入的分析得出以下結論:(1)在分配頻段時需要進行與已有1.8GHz系統(例如McWiLL)的共存和兼容(例如后進系統需要與已有系統的時隙對齊)等考慮。(2)1.8GHz帶寬分配策略,應該優先考慮5MHz帶寬,這樣既可以提高1.8GHz的利用率,又容易滿足與已有系統的兼容性。(3)1.8GHz頻段設備品種繁多,類型多樣,并廣泛分布在全國各地,因此建議對不符合要求的系統和設備進行整頓和清理。

近幾年來,隨著介質濾波器工藝的不斷進步,介質工藝逐漸成熟,成本也逐漸降低。對于一些雜散發射抑制要求較高的場合,建議考慮介質濾波器并輔以必要的工程技術手段,保證eLTE系統的可靠工作。

圖2 諧波和組合頻率分量Fig.2 Harmonic and combined frequency components