對TD—LTE系統(tǒng)干擾進行分析

　　1 概述

　　隨著TD-LTE標準的凍結(jié)、設(shè)備的成熟以及移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，TD-LTE已經(jīng)成為業(yè)界的關(guān)注焦點。而TD-LTE系統(tǒng)內(nèi)外干擾問題是網(wǎng)絡(luò)部署時必須要考慮的關(guān)鍵問題之一。

　　TD-LTE系統(tǒng)面臨的干擾包括噪聲Pn、系統(tǒng)內(nèi)干擾Iintra-system和系統(tǒng)間干擾Iinter-system，下面將分別對這三種干擾進行分析。

　　2 噪聲

　　噪聲可以按照來源分為接收機內(nèi)部噪聲和外部噪聲。接收機內(nèi)部噪聲包括導(dǎo)體的熱噪聲和放大器的噪聲放大;外部噪聲是指來自接收機以外的非移動通信發(fā)射機的電磁波信號，可以分為自然噪聲和人為噪聲。

　　一般在進行分析時主要考慮接收機內(nèi)部噪聲，可通過以下式子計算得到：

　　Pn=KTB+NF (1)

　　其中：

　　K：波爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant)，1.380662×10-23JK-1;

　　T：開爾文絕對溫度，一般計算中取常溫290K;

　　B：接收機有效帶寬;

　　NF：接收機的噪聲系數(shù)，標準中一般取基站的噪聲系數(shù)分別為7dB。

　　由于LTE系統(tǒng)帶寬在1.4MHz～20MHz可變，并且采用OFDMA/SC-FDMA的多址方式，用戶實際只占用系統(tǒng)帶寬中的一部分。因此，信道的熱噪聲水平也會隨著占用帶寬的變化而變化。

　　3 系統(tǒng)內(nèi)干擾

　　系統(tǒng)內(nèi)干擾是本移動通信系統(tǒng)內(nèi)各無線網(wǎng)元收發(fā)單元之間的干擾。

　　3.1 同頻干擾

　　TD-LTE系統(tǒng)同小區(qū)下的不同用戶下行采用OFDMA、上行采用SC-FDMA的多址方式，不同用戶占用不同的、相互正交的子載波，因此不存在3G系統(tǒng)中的同小區(qū)不同用戶的多址干擾問題。LTE系統(tǒng)中的同頻干擾主要是同頻的其他小區(qū)的干擾，這也是LTE系統(tǒng)中干擾協(xié)調(diào)、抑制技術(shù)要解決的問題。

　　3.2 LTE TDD系統(tǒng)上下行鏈路間干擾

　　LTE TDD系統(tǒng)采用時分雙工的方式，上下行信道工作在相同的頻點，通過上下行轉(zhuǎn)換點設(shè)置上下行信道可占用的時隙。上行與下行之間由于時間轉(zhuǎn)換點不一致、基站之間不同步或無線信號傳播時延等，可能出現(xiàn)“重疊”(同時存在上行鏈路和下行鏈路)的時間點，引起eNode B小區(qū)間或終端用戶間的干擾。

　　(1)相鄰小區(qū)間或同小區(qū)不同頻率間的上下行轉(zhuǎn)換點不一致

　　如果相鄰小區(qū)第二轉(zhuǎn)換點設(shè)置不同，在上下行配置不同的時隙，會出現(xiàn)一個小區(qū)eNodeB發(fā)射時，另一個小區(qū)eNode B正在接收的情況，因而將出現(xiàn)比較嚴重的上下行鏈路間干擾，如圖1所示：

　　為了避免該類干擾，規(guī)劃中應(yīng)注意：

　　1)結(jié)合各區(qū)域的上下行業(yè)務(wù)量需求特點，盡量在成片的區(qū)域內(nèi)采用同一時隙分配方案;

　　2)在采用不同時隙分配方案的區(qū)域交界處，相鄰兩個采用不同時隙分配方案的小區(qū)中，應(yīng)有一個閉塞發(fā)生重疊的時隙，或者兩個相鄰小區(qū)通過檢測重疊時隙上的干擾強度，決定是否將用戶繼續(xù)分配在該重疊時隙上。

　　(2)相鄰小區(qū)間失同步

　　在相鄰的小區(qū)之間同步基準不一致時，即使小區(qū)間采用相同的轉(zhuǎn)換點設(shè)置方案，由于起始時刻不同，也會有“重疊”時間點出現(xiàn)，如圖2所示：

　　LTE的eNode B之間一般采用外接參考時鐘源(如GPS或伽利略衛(wèi)星系統(tǒng))實現(xiàn)同步。當外接參考時鐘源故障，以及同步過程誤差過大時，都有可能出現(xiàn)Node B之間失同步。根據(jù)3GPP TS36.133要求，采用相同頻率、且有重疊覆蓋區(qū)域的相鄰Node B之間，幀起點的時間誤差應(yīng)小于或等于3μs(覆蓋距離小于3km);如果滿足該要求，則相鄰小區(qū)間的上下行干擾時間很短，對網(wǎng)絡(luò)的性能影響不大。

　　在規(guī)劃LTE TDD系統(tǒng)的基站間同步時，應(yīng)滿足該要求。

　　(3)無線傳播時延大于轉(zhuǎn)換點保護時隙

　　在無線信號傳播過程中，隨著傳播距離的增加會形成傳播時延。此外，在采用移動通信直放站延伸小區(qū)覆蓋距離時，也會引入直放站設(shè)備的時延。傳播距離產(chǎn)生的時延為：

　　Δτ=d/c (2)

　　其中，d是傳播距離，c是光速。

　　在一個小區(qū)內(nèi)如果傳播時延過大，也會引起終端的上行鏈路對附近其他終端的下行鏈路接收形成干擾。為了在eNode B接收端實現(xiàn)各終端的上行信號同步，終端必須提前一定的時間發(fā)送上行的UpPTS和子幀2。如圖3所示，以eNode B發(fā)射端的時間作為基準，該時間提前量應(yīng)該等于終端到eNode B的無線傳輸時延τ，也就等于Node B發(fā)射的下行信號到達終端的無線傳輸時延。如果以終端接收到的下行信號時間作為基準，該時間提前量就是兩倍的無線傳輸時延(2τ)。

　　相對于接收到的下行信號基準，由于終端需要以2τ的時間提前量發(fā)送上行UpPTS和子幀2，如果2τ大于DwPTS和UpPTS之間的保護間隔GP，就會引起該終端的上行UpPTS信道干擾附近其他終端接收來自Node B的DwPTS信道。

　　其中，tgap是保護時間間隔。

　　根據(jù)標準中的特殊子幀配置，可計算得出不同特殊子幀配置格式下TD-LTE基站的最大覆蓋距離，如表1所示：

　　如果存在移動通信直放站等轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，由于直放站設(shè)備內(nèi)部的濾波器件固有時延和光纖介質(zhì)中的信號傳播時延，會導(dǎo)致上述時延保護間隔對應(yīng)的最大覆蓋距離進一步縮小。

　　考慮到該干擾信號經(jīng)過遠距離的傳播損耗后，信號功率已經(jīng)比較微弱，工程中一般較少考慮該干擾的影響。

　　(4)鄰頻干擾

　　由于設(shè)備濾波特性的非理想性，干擾也存在于使用相鄰頻率的各方之間。

　　假設(shè)不同頻率上的終端數(shù)量和位置分布相同，從3GPP標準中對接收機的ACS和ACLR指標要求來看(一般在30dB以上)，相對于同頻干擾，鄰頻干擾對接收機的影響小30dB以上，即鄰頻干擾比同頻干擾弱1000倍以上，可以忽略。

　　4 系統(tǒng)間干擾

　　4.1 系統(tǒng)間干擾類型

　　從形成機理角度可分為鄰頻干擾、雜散輻射、接收機互調(diào)干擾和阻塞干擾。

　　(1)鄰頻干擾(ACI)

　　如果不同的系統(tǒng)分配了相鄰的頻率，就會發(fā)生鄰頻干擾。由于收發(fā)設(shè)備濾波性能的非完美性，工作在相鄰頻道的發(fā)射機會泄漏信號到被干擾接收機的工作頻段內(nèi);同時被干擾接收機也會接收到工作頻段以外其他發(fā)射機的工作信號。決定該干擾的關(guān)鍵特性指標是發(fā)射機的ACLR和接收機的ACS。

　　(2)雜散輻射(Spurious emissions)

　　由于發(fā)射機中的功放、混頻、濾波等部分工作特性非理想，會在工作帶寬以外很寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射信號分量(不包括帶外輻射規(guī)定的頻段)，包括電子熱運動產(chǎn)生的熱噪聲、各種諧波分量、寄生輻射、頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)物以及發(fā)射機互調(diào)等。

　　鄰頻干擾和雜散輻射不同，鄰頻干擾中所考慮的干擾發(fā)射機泄漏信號指的是被干擾接收機所處頻段距離干擾發(fā)射機工作頻段較近，尚未達到雜散輻射的規(guī)定頻段的情況，即有效工作帶寬2.5倍以上(或者工作帶寬上下邊界10MHz以外的頻段)。當兩系統(tǒng)的工作頻段相差帶寬2.5倍以上(或者相隔10MHz以上)時，濾波器非理想性將主要表現(xiàn)為雜散干擾。

　　(3)接收機互調(diào)干擾

　　接收機互調(diào)干擾包括多干擾源形成的互調(diào)、發(fā)射分量與干擾源形成的互調(diào)(TxIMD)、交叉調(diào)制(XMD)干擾。

　　多干擾源形成的互調(diào)是由于被干擾系統(tǒng)接收機的射頻器件非線性，在兩個以上干擾信號分量的強度比較高時所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。

　　發(fā)射分量與干擾源形成的互調(diào)是由于雙工器濾波特性不理想，所引起的被干擾系統(tǒng)的發(fā)射分量泄漏到接收端，從而與干擾源在非線性器件上形成互調(diào)。

　　交叉調(diào)制也是由于接收機非線性引起的，在非線性的接收器件上，被干擾系統(tǒng)的調(diào)幅發(fā)射信號，與靠近接收頻段的窄帶干擾信號相混合，將產(chǎn)生交叉調(diào)制。

　　(4)阻塞干擾

　　阻塞干擾并不是落在被干擾系統(tǒng)接收帶寬內(nèi)的。但由于干擾信號功率太強，而將接收機的低噪聲放大器(LNA)推向飽和區(qū)，使其不能正常工作。被干擾系統(tǒng)可允許的阻塞干擾功率一般要求低于LNA的1dB壓縮點10dB。

　　根據(jù)不同干擾形成的特性，鄰頻干擾、雜散干擾、互調(diào)干擾都是落在被干擾系統(tǒng)接收機內(nèi)，被其接收而惡化通信質(zhì)量的;阻塞干擾則是在被干擾系統(tǒng)接收帶寬以外，通過將被干擾系統(tǒng)接收機推向飽和而阻礙通信的。

　　對于落在被干擾系統(tǒng)的接收帶寬內(nèi)的干擾，可以進行功率上的相加。總的干擾功率為：

　　其中，PACI、PSE、PIMD分別為鄰頻干擾、雜散干擾、互調(diào)干擾，單位為dBm。

　　一般情況下，三種干擾的強度相差較大;合成的干擾功率將主要取決于其中最大的一項。即使在最極端的情況下，三種干擾強度相等，總的干擾功率增加4.5dB，仍符合一般情況下干擾指標留有的余量要求。因此工程中一般分別核算各干擾情況是否滿足系統(tǒng)指標要求，以簡化分析。

　　4.2 系統(tǒng)間干擾分析方法

　　干擾分析的方法很多，3GPP TR36.942中提到有兩種：確定性計算方法和仿真模擬方法。

　　(1)確定性計算方法

　　也稱最小允許耦合損耗MCL(Minimum Coupling Loss)計算方法。確定性計算方法的優(yōu)點是簡單易行，可以較容易地獲得理論估計結(jié)果，所計算的結(jié)果對應(yīng)于最惡劣的情況，對應(yīng)的MCL要求較嚴格。

　　確定性計算方法是基于干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，計算出系統(tǒng)間要實現(xiàn)必要的干擾抑制所需要的最小允許耦合損耗MCL。一般MCL采用以下公式計算：

　　MCL=干擾源輸出功率-衰減-允許的干擾電平

　　根據(jù)收發(fā)設(shè)備的ACS/ACLR或者雜散信號功率、互調(diào)抑制要求等指標，結(jié)合其工作帶寬和發(fā)射功率，可以計算出達到一定干擾抑制要求的MCL。

　　1)衰減

　　對不同的干擾類型取定為不同的參數(shù)：

　　對鄰道干擾是ACIR;

　　對互調(diào)干擾是互調(diào)抑制比。

　　2)允許的干擾電平

　　對帶內(nèi)干擾一般可以根據(jù)允許的接收靈敏度惡化程度確定(后續(xù)計算中取惡化量為1dB);

　　對帶外阻塞干擾一般由接收設(shè)備LNA的1dB壓縮點確定。

　　3)其他增益和衰減

　　由于收發(fā)設(shè)備的指標是按“天線連接處”定義的，因此耦合損耗CL包括天線間相對增益、天線間空間損耗、外加濾波器的信號衰減、饋線及接頭的衰減等部分，在增加了外部濾波設(shè)備時，還包括濾波設(shè)備的信號衰減。

　　4)仿真模擬方法

　　仿真模擬方法是對干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)的基站、終端的發(fā)射功率、基站的負載等情況進行設(shè)定，通過仿真得出設(shè)定環(huán)境下的系統(tǒng)間干擾情況。仿真模擬方法考慮了功率控制、用戶分布等對系統(tǒng)間干擾情況的影響，故對系統(tǒng)間的干擾分析比較全面，尤其是涉及到終端的干擾場景。

　　4.3 系統(tǒng)間隔離度要求

　　根據(jù)標準中的接收機和發(fā)射機性能要求，運用確定性計算方法得出LTE和其他系統(tǒng)(包括不同運營商的LTE系統(tǒng))的隔離度要求，如表2所示：

　　對應(yīng)上述計算結(jié)果，在實際系統(tǒng)中應(yīng)用時需注意以下兩點：

　　(1)以上確定性計算結(jié)果是按照單載波發(fā)射機考慮的。如果干擾系統(tǒng)實際配置了N載波，假設(shè)各載波的最大發(fā)射功率相同，則干擾功率會成倍增加，因此隔離度要求也需相應(yīng)增加lgN(dB)。

　　(2)上述的干擾隔離度計算結(jié)果都是按照標準最低要求進行的，實際系統(tǒng)設(shè)備的性能(如CDMA基站的雜散抑制水平)應(yīng)優(yōu)于標準的要求，因此實際組網(wǎng)當中，基站的隔離度要求還應(yīng)結(jié)合具體設(shè)備的性能指標進行核算。

　　4.4 系統(tǒng)間干擾解決方案

　　總體上，系統(tǒng)間干擾解決方案主要有兩種：天線空間隔離和加裝隔離濾波器。此外，如果頻譜資源相對比較寬裕的話，可以靈活配置載波獲得保護頻帶。

　　(1)天線空間隔離

　　天線空間隔離是使干擾系統(tǒng)的發(fā)射天線與被干擾系統(tǒng)的接收天線保持一定的物理空間距離(角度)，使得發(fā)射天線的電波經(jīng)空間衰減后滿足到達接收天線端的惡化電平程度。

　　根據(jù)工程施工的實際環(huán)境，可以利用鐵塔或天面的不同平臺、不同位置進行天線的空間隔離，具體可以采用水平隔離、垂直隔離和混合隔離這三種方式。