梁童，陳偉輝，張冬晨

（1 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080；2 中國人民解放軍96669部隊(duì)，北京 102208)

1 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)和市場(chǎng)飛速發(fā)展，LTE以其數(shù)字化、寬帶化、高速率、高質(zhì)量等特點(diǎn)受到各大運(yùn)營商的青睞。目前，全球已有多個(gè)國家開始了LTE商用進(jìn)程，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及和2G、3G用戶的逐步遷移，LTE網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)量將大大提升，現(xiàn)有2G頻譜使用率將大大降低。為了充分利用頻譜資源，全球大多數(shù)國家都在考慮將頻段低、傳播特性優(yōu)異的2G網(wǎng)絡(luò)頻率部分重整后用于發(fā)展LTE，以提升LTE業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。將2G頻譜的部分頻率同時(shí)用于發(fā)展LTE，必將帶來2G網(wǎng)絡(luò)與LTE的共存問題，在制定頻率分配方案時(shí)需預(yù)留充足的頻率保護(hù)間隔，避免LTE網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)之間的相互干擾，這也是頻率重用技術(shù)所需要解決的關(guān)鍵問題之一。

2 干擾原因及場(chǎng)景分析

2.1 干擾原因分析

工作于相鄰頻率的系統(tǒng)間的干擾，本質(zhì)上都是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非完美性造成的。發(fā)射機(jī)的非理想性會(huì)造成發(fā)射信號(hào)信道外泄露，落入接收機(jī)工作信道內(nèi)，造成干擾的主要原因有以下幾點(diǎn)：脈沖成形濾波器帶外雜散、功率放大器的非線性、射頻濾波器的鄰頻抑制能力等。發(fā)射機(jī)的帶外發(fā)射指標(biāo)可以用頻譜發(fā)射模板MASK和鄰道泄漏比ACLR、帶外雜散等指標(biāo)進(jìn)行衡量。頻譜發(fā)射模板MASK主要用一組參數(shù)或者圖示規(guī)定了測(cè)量發(fā)信機(jī)發(fā)射頻譜的“輪廓”，以保證主信道外沒有過多的功率發(fā)射，而鄰道泄漏比ACLR是指鄰道發(fā)射信號(hào)落入到接收機(jī)通帶內(nèi)的能力，定義為發(fā)射功率與相鄰信道上的測(cè)得功率之比。發(fā)信機(jī)的雜散指標(biāo)規(guī)定了邊帶以及鄰道以外離散頻率上的輻射，也是衡量發(fā)射機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。

接收機(jī)的非理想性造成接收信道外信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，因而造成干擾。造成的干擾主要原因有以下幾點(diǎn)：接收機(jī)射頻濾波器的鄰頻抑制能力，接收機(jī)功率放大器的非線性等。接收機(jī)的帶外抑制能力可以用接收機(jī)鄰道選擇性ACS、阻塞指標(biāo)等進(jìn)行衡量。鄰道選擇性ACS是指在相鄰信道信號(hào)存在的情況下，接收機(jī)在其指定信道頻率上接收有用信號(hào)的能力，定義為接收機(jī)濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減的比值。阻塞指標(biāo)規(guī)定了接收機(jī)抗阻塞的能力，從而規(guī)定了帶外干擾信號(hào)不能超過該門限值。

2.2 干擾場(chǎng)景分析

TD-LTE采用時(shí)分雙工，上、下行采用相同的頻率，LTE-FDD采用頻分雙工，上下行之間存在保護(hù)間隔，由于制式差異，在考慮與GSM網(wǎng)絡(luò)干擾時(shí)，如果將GSM的部分頻率用于TD-LTE系統(tǒng)，GSM的上、下行頻率中將有對(duì)稱的頻率分配給TD-LTE，主要干擾包括基站間干擾和基站對(duì)終端的干擾，終端見干擾主要為L(zhǎng)TE終端對(duì)GSM終端接收的干擾。GSM網(wǎng)絡(luò)與LTE-FDD同為FDD網(wǎng)絡(luò)，因此，將GSM頻率部分用于LTE-FDD后，將不會(huì)存在GSM基站與LTEFDD基站及GSM終端與LTE-FDD終端之間的相互干擾。

GSM網(wǎng)絡(luò)與LTE-FDD同為FDD網(wǎng)絡(luò)，由于上下行之間存在較大的保護(hù)間隔，因此，將GSM頻率部分用于LTE-FDD后，將不會(huì)存在GSM基站與LTE-FDD基站及GSM終端與LTE-FDD終端之間的相互干擾。

3 研究方法

本文中采用確定性計(jì)算和仿真分析方法分析GSM與LTE系統(tǒng)間的干擾，其中確定性計(jì)算方法基于鏈路預(yù)算原則，簡(jiǎn)單高效，通過數(shù)值計(jì)算得出兩系統(tǒng)共存所需隔離度，主要用于分析“最惡劣”情況下的干擾。系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)仿真方法通過仿真建立多個(gè)小區(qū)的蜂窩無線通信系統(tǒng)，考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)選擇、用戶特性和業(yè)務(wù)特性等多個(gè)方面的因素，盡可能真實(shí)的模擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，能夠較為準(zhǔn)確的評(píng)估實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的干擾情況。

3.1 確定性計(jì)算

確定性計(jì)算方法從理論上分析最差鏈路條件下的干擾情況，得出系統(tǒng)共存所需額外隔離度要求：

其中，ISO為需要的隔離度 (dB)，PT為干擾源設(shè)備在被干擾設(shè)備接收帶寬內(nèi)的發(fā)射功率值(dBm)，GT為干擾源的發(fā)射天線增益 (dBi)，GR為被干擾設(shè)備的接收天線在干擾源發(fā)射信號(hào)方向上的接收增益(dBi)，LT和LR分別為發(fā)射端和接收端的插入損耗 (dB)，Imax為被干擾端所允許的最大干擾值 (dB)。Imax采用接收機(jī)靈敏度準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，在LTE基站與GSM基站很可能出現(xiàn)共站共存的情況，即天線架設(shè)在同一個(gè)鐵塔的不同天面上，此時(shí)所需額外隔離度需要考慮最小交叉耦合損耗（MCL）的影響，具體計(jì)算方法為：

3.2 系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)仿真方法

系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)仿真方法可以提供完整的網(wǎng)絡(luò)容量與覆蓋分析，對(duì)于移動(dòng)臺(tái)一側(cè)是用戶的業(yè)務(wù)過程以及狀態(tài)的仿真，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)一側(cè)來說是實(shí)時(shí)的無線資源管理仿真，該方法涉及到整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。

在多系統(tǒng)共存的網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，一般存在共覆蓋共存或共站共存兩種不同的部署方式，兩種方式的網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示，LTE系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)均為宏蜂窩且采用相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)基站分為3個(gè)扇區(qū)。同時(shí)，為了用有限的蜂窩結(jié)構(gòu)覆蓋全平面，消除邊界效應(yīng)，仿真中采用Wrap around技術(shù)。

4 參數(shù)配置及研究結(jié)果

4.1 參數(shù)配置

LTE設(shè)備參數(shù)參照3GPP TS 36.101和36.104中的規(guī)定，GSM設(shè)備參數(shù)參考3GPP TS 45.005，主要參數(shù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要參數(shù)

4.2 確定性計(jì)算結(jié)果

在進(jìn)行干擾分析過程中， LTE系統(tǒng)帶寬以20 MHz進(jìn)行分析?？紤]GSM干擾LTE系統(tǒng)時(shí)，GSM載波帶寬為200 kHz，在GSM與LTE系統(tǒng)緊鄰頻共存時(shí)，LTE系統(tǒng)10 MHz帶寬時(shí)的有效帶寬為9 MHz，與GSM載波之間仍有0.5 MHz的頻率隔離，GSM為窄帶系統(tǒng)，其濾波器能夠使功率泄漏在0.5 MHz以外有很大程度的降低，而LTE接收機(jī)性能成為影響GSM干擾LTE系統(tǒng)的決定性因素。類似的，當(dāng)LTE干擾GSM系統(tǒng)時(shí)，LTE在GSM載波內(nèi)的功率泄漏是影響LTE干擾GSM的決定性因素。

4.2.1 帶外干擾隔離度要求

圖1 LTE系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)部署示意圖

本節(jié)分析了LTE與GSM系統(tǒng)間隔離帶寬分別為0 kHz、200 kHz、1 MHz和5 MHz時(shí)，除現(xiàn)有設(shè)備間等效ACIR之外的額外隔離度要求。從以上分析可以看出，基站間的干擾最為嚴(yán)重，在鄰頻的情況下需要較大的額外隔離，在實(shí)際情況中，我們可以通過設(shè)置基站主瓣方向、增加射頻濾波器、設(shè)置隔離帶寬和隔離距離來降低干擾。在確定性計(jì)算中，我們考慮的是天線主瓣正對(duì)的情況，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，基站的扇區(qū)天線方向會(huì)對(duì)干擾值產(chǎn)生影響，運(yùn)營商可以通過設(shè)置LTE系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)基站扇區(qū)天線的指向降低兩系統(tǒng)基站間的干擾。基站和終端間干擾的場(chǎng)景，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中由于基站和終端之間的距離較遠(yuǎn)，其隔離度要求可以通過距離隔離來滿足。終端間的干擾所需要的隔離度最低，在網(wǎng)絡(luò)中也可以通過距離隔離來滿足要求。對(duì)于LTE與GSM基站共站場(chǎng)景下的額外隔離度要求，表2給出了確定性分析的結(jié)果。

表2 LTE與GSM基站共站共存隔離度要求（單位：dB)

確定性分析方法考慮的是在最嚴(yán)格的保護(hù)要求情況下，對(duì)隔離度的要求。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中考慮信號(hào)強(qiáng)度、天線方向、距離隔離和功率控制等多方面的因素，隔離度要求相比確定性分析結(jié)果有很大程度的降低，因此，考慮多種因素影響的仿真分析相比確定性分析更能準(zhǔn)確分析網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際干擾情況。

4.2.2 阻塞干擾隔離度要求

由于LTE系統(tǒng)工作帶寬較寬，相對(duì)而言GSM系統(tǒng)為窄帶信號(hào)，GSM與LTE基站信號(hào)有可能造成對(duì)方接收機(jī)的阻塞，LTE基站的發(fā)射會(huì)阻塞GSM基站的接收，因此為保證GSM基站的正常工作，在MCL=50 dB的基礎(chǔ)上，LTE基站與GSM基站間至少需要設(shè)置36 dB的額外隔離。

4.3 仿真結(jié)果

仿真中LTE系統(tǒng)采用同頻組網(wǎng)，載波帶寬為20 MHz，GSM系統(tǒng)采用4×12×3的頻率復(fù)用方式，777的載波配置。不同干擾場(chǎng)景的仿真分析結(jié)果如下。

4.3.1 TD-LTE干擾GSM系統(tǒng)

如圖2所示，LTE下行干擾GSM上行場(chǎng)景下，在共站部署時(shí)，一般情況下不同系統(tǒng)采用不同的天面，天線間存在較大的垂直隔離度，因此在LTE基站與GSM基站共站部署時(shí)不存在干擾。在共覆蓋部署時(shí)，由于基站發(fā)射功率較大，同時(shí)考慮基站架設(shè)高度高，傳播損耗較小，因此干擾較為嚴(yán)重。

圖2 LTE干擾GSM的仿真結(jié)果

圖3 GSM干擾LTE的仿真結(jié)果

LTE下行干擾GSM下行的場(chǎng)景，在共覆蓋共存時(shí)，LTE基站位于GSM小區(qū)的邊緣，將對(duì)GSM小區(qū)邊緣用戶的性能產(chǎn)生較大影響，因此共覆蓋部署時(shí)干擾較為嚴(yán)重，需要等效ACIR約為43 dB，共站部署時(shí)的干擾相對(duì)較小，ACIR約為28 dB。LTE上行干擾GSM上行的結(jié)果與LTE下行干擾GSM下行的場(chǎng)景類似，在共覆蓋部署時(shí)，LTE系統(tǒng)邊緣用戶距離GSM基站較近，同時(shí)距離服務(wù)基站較遠(yuǎn)，由于功率控制的影響，LTE邊緣用戶發(fā)射功率較大，因此對(duì)GSM基站接收的干擾比共站共存時(shí)嚴(yán)重。但由于基站與終端之間的距離較遠(yuǎn)，鄰頻共存時(shí)設(shè)備間存在一定的ACIR隔離，因此LTE終端對(duì)GSM基站基本沒有干擾。LTE上行干擾GSM下行即LTE終端干擾GSM終端的場(chǎng)景，從分析結(jié)果可以看出，LTE終端與GSM終端之間基本不存在干擾。

4.3.2 GSM干擾LTE系統(tǒng)

如圖3所示，GSM下行干擾LTE上行的結(jié)果與LTE下行干擾GSM上行類似，在共站部署時(shí)，由于天線間垂直隔離度的影響，LTE基站與GSM基站共站部署時(shí)不存在干擾。在共覆蓋部署時(shí)，干擾較為嚴(yán)重。GSM下行干擾LTE下行的場(chǎng)景，在共覆蓋共存時(shí)，GSM基站位于LTE小區(qū)的邊緣，將對(duì)LTE小區(qū)邊緣用戶的性能產(chǎn)生較大影響，因此共覆蓋部署時(shí)干擾較為嚴(yán)重。

GSM上行干擾LTE上行的場(chǎng)景，在共覆蓋部署時(shí)，GSM系統(tǒng)邊緣用戶距離LTE基站較近，邊緣用戶發(fā)射功率較大，因此對(duì)LTE基站接收的干擾比共站共存時(shí)嚴(yán)重。但由于基站與終端之間的距離較遠(yuǎn)，鄰頻共存時(shí)設(shè)備間存在一定的ACIR隔離，因此LTE終端對(duì)GSM基站基本沒有干擾。GSM上行干擾LTE下行即GSM終端干擾LTE終端的場(chǎng)景，與LTE終端干擾GSM終端的結(jié)果類似，GSM終端與LTE終端之間基本不存在干擾。

通過仿真研究，可以得到LTE系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)鄰頻共存時(shí)所需要的隔離度。設(shè)備現(xiàn)有ACIR指標(biāo)的選取參考確定性計(jì)算分析中的設(shè)備指標(biāo)。僅基站間的干擾需要額外的隔離度要求，其余干擾場(chǎng)景現(xiàn)有的設(shè)備指標(biāo)即可達(dá)到共存要求。其中GSM基站對(duì)LTE系統(tǒng)基站的干擾較為嚴(yán)重，主要原因是LTE工作帶寬較寬，現(xiàn)有規(guī)定的接收機(jī)鄰道抑制能力較差造成的。由于LTE系統(tǒng)帶寬較寬，增加49.3 dB的額外隔離需要較大的隔離帶寬。對(duì)于LTE基站干擾GSM基站的場(chǎng)景，干擾的主要原因是LTE鄰道泄露功率落入GSM接收機(jī)帶內(nèi)造成的，若滿足12.24 dB的額外隔離要求，需要10MHz以上的頻率隔離。

從干擾場(chǎng)景可以看出， 基站間的干擾僅存在于GSM與TD-LTE系統(tǒng)之間，GSM與LTE-FDD系統(tǒng)共存時(shí)不存在基站間干擾。因此當(dāng)GSM頻率部分給LTE-FDD網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)，兩系統(tǒng)間不需要頻率隔離，當(dāng)GSM頻率部分用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在不改變?cè)O(shè)備現(xiàn)有射頻指標(biāo)的前提下，兩系統(tǒng)共存需要10MHz以上的頻率隔離。

5 結(jié)論及建議

結(jié)合確定性分析和仿真分析的結(jié)果，將2G頻譜的部分頻率用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)后，TD-LTE系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)間至少需要10～15 MHz的頻率隔離，需要通過提升設(shè)備射頻指標(biāo)，增加額外的射頻濾波器的方式對(duì)LTE基站進(jìn)行改造。而將2 GHz頻譜部分頻率用于LTE-FDD網(wǎng)絡(luò)后，GSM與LTE-FDD系統(tǒng)間基本不需要頻率隔離，相比用于TD-LTE系統(tǒng)，頻譜使用率大大提高。

[1] 3GPP TS 45.005 V10.0.0,3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Radio Transmission and Reception (Release 10)[S].

[2] 3GPP TS 36.101 V9.8.0, 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);User Equipment (UE) Radio Transmission and Reception (Release 9)[S].

[3] 3GPP TS 36.104 V9.1.0, 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) Radio Transmission and Reception (Release 9)[S].

[4] 3GPP TR 25.816 V8.0.0, 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; UMTS 900 MHz Work Item Technical Report (Release 8)[S].

[5] 3GPP TR 25.942 V10.0.0, 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; Radio Frequency(RF) System Scenarios (Release 10)[S].

[6] 3GPP TR 36.942 V8.2.0, 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios; (Release 8)[S].

[7] ICS 33.060, Technical Requirements for Co-location and Sharing of the Telecommunication Infrastructure: Part 1:Communication Steel Tower and Mast[S].