PHS與WCDMA系統(tǒng)共存干擾問題研究

摘要：文章分析了PHS 和WCDMA 系統(tǒng)共存下的干擾問題，通過設(shè)置相關(guān)的仿真條件和假設(shè)， 對PHS系統(tǒng)干擾WCDMA 進(jìn)行了MonteCarlo 仿真，得到被干擾系統(tǒng)容量損失和ACIR 間的關(guān)系，最后提出了解決干擾的方案。

1 頻率干擾原理分析

移動(dòng)通信系統(tǒng)的干擾主要有：同頻干擾、鄰頻干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。工作于不同頻率的系統(tǒng)產(chǎn)生共存干擾是由于兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)特性的不完善造成的。發(fā)射機(jī)在發(fā)射有用信號時(shí)會(huì)產(chǎn)生帶外輻射，帶外輻射包括由于調(diào)制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機(jī)在接收有用信號的同時(shí)，落入信道內(nèi)的干擾信號可能會(huì)引起接收機(jī)靈敏度的損失，落入接收帶寬內(nèi)的干擾信號可能會(huì)引起帶內(nèi)阻塞；同時(shí)接收機(jī)也存在非線性帶來的非完美性，帶外信號（發(fā)射機(jī)有用信號）會(huì)引起接收機(jī)的帶外阻塞。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的干擾還取決于兩個(gè)系統(tǒng)工作頻段的間隔和收發(fā)信機(jī)空間隔離等因素。由于PHS 系統(tǒng)和WCDMA 系統(tǒng)的頻率間隔很近，因此兩系統(tǒng)間存在著干擾的可能性，本文仿真分析了PHS 對WCDMA 系統(tǒng)的干擾及容量損失的關(guān)系。

2 干擾類型及分析方法

2.1 干擾類型

在1920MHz 頻段，由于PHS 與WCDMA 的上行處于鄰頻段，因此會(huì)存在PHS 和WCDMA 的干擾問題。可能的干擾情況有：WCDMA 終端干擾PHS 基站，WCDMA 終端干擾PHS 終端， PHS 終端干擾WCDMA 基站， PHS 基站干擾WCDMA 基站�；蛘吒鶕�(jù)無線信號的上下行關(guān)系，將以上四種干擾情形表示為：

◆ WCDMA UL —>PHS UL；
◆ WCDMA UL —>PHS DL；
◆ PHS UL —>WCDMA UL；
◆ PHS DL —>WCDMA UL。

2.2 分析方法

根據(jù)3GPP 規(guī)范，干擾分析主要有兩種方法：確定性計(jì)算方法和MonteCarlo仿真方法。

(1)確定性計(jì)算方法

當(dāng)PHS 系統(tǒng)基站在發(fā)射信息，同時(shí)在相鄰的小區(qū)中WCDMA 系統(tǒng)基站以臨近的頻率接收時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)基站之間的干擾。避免這種干擾的最好的方法是通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，使得基站之間有足夠的耦合損耗。

最小耦合損耗（MCL）＝干擾功率- 鄰道衰減- 鄰道

其中：干擾功率為干擾源的發(fā)射功率，鄰道干擾電平指落入接受頻帶內(nèi)的干擾電平功率， 鄰道衰減指的就是鄰道干擾比ACIR。這種方法只適用于理論上估計(jì)和分析，得出的結(jié)論不太符合實(shí)際系統(tǒng)，但該方法簡單高效，容易計(jì)算。

(2)MonteCarlo 仿真方法

對基站和移動(dòng)臺的發(fā)射功率、基站的負(fù)載等情況進(jìn)行仿真，得出近似真實(shí)環(huán)境下的干擾情況。該方法目前應(yīng)用最廣泛，也是公認(rèn)的行之有效的方法，但該方法隨著系統(tǒng)的復(fù)雜，運(yùn)算量和系統(tǒng)資源需求會(huì)急劇增加。確定性計(jì)算方法主要是對兩個(gè)系統(tǒng)基站間干擾的最壞情況進(jìn)行研究，采用確定性分析得到額外需要的隔離度。因此建議對研究基站與基站間、基站與終端間和終端與終端間干擾采用MonteCarlo仿真方法。

3 仿真及假設(shè)

3.1 傳播模型

（ 1） BS<—>MS

這個(gè)模型應(yīng)用在城市或郊區(qū)的環(huán)境，這些環(huán)境中建筑物有相似的高度，沒有突出的高度。公式為：

考慮到載波頻率為2000MHz，基站的天線的高度為15米，公式變?yōu)椋?/p>

LMS-BS = 37.6lg (R)+15.3式中R 單位為米。

（2）室外到室內(nèi)傳播模型L = 149.0 + 40lg (R)式中R 單位為公里。

（3）自由空間的路徑損耗L=-27.6+20lg(f)+20lg(d)

其中，d 表示間隔距離（m），f 是載波頻率（MHz）。該模型適用于短距離（幾十米以內(nèi)）傳播的情況。各種情況下計(jì)算出的路徑損耗均不應(yīng)該小于自由空間的路徑損耗，如果小于自由空間路徑損耗的話，應(yīng)該強(qiáng)制其為自由空間的路徑損耗值。

（4）傳播模型的應(yīng)用
◆ WCDMA 宏蜂窩基站和移動(dòng)臺（包括WCDMA 系統(tǒng)移動(dòng)臺和PHS 移動(dòng)臺）之間的路徑損耗計(jì)算采用BS<—>MS 模型；
◆ PHS 基站與其移動(dòng)臺之間的路徑損耗計(jì)算采用“室外到室內(nèi)傳播模型”；
◆ PHS 基站與WCDMA 基站處于NLOS 時(shí)， 它們之間的路徑損耗計(jì)算采用BS<—>MS 模型；
◆ PHS 基站與WCDMA 基站處于LOS 時(shí)，它們之間的路徑損耗計(jì)算采用自由空間傳播模型。

3.2 仿真原理和仿真假設(shè)

PHS 系統(tǒng)的仿真頻率選在1905～1920MHz 范圍內(nèi)，每個(gè)基站采用二個(gè)載波，即1C7T 的工作方式。小區(qū)半徑為250米，全向天線覆蓋，基站之間的平均間距為500 米。WCDMA系統(tǒng)的小區(qū)半徑為577 米，1 個(gè)WCDMA 系統(tǒng)的基站被4 個(gè)PHS 基站所包圍。PHS 系統(tǒng)采用隨機(jī)分配頻率的方式，即每個(gè)基站均可以使用5MHz 頻率中的任意兩個(gè)不相鄰的頻率，可以使用同一載波的相鄰時(shí)隙（每個(gè)載波最多4 個(gè)用戶），這時(shí)PHS 基站的平均發(fā)射功率為2W（依每載波實(shí)際接入的用戶數(shù)量而定）。當(dāng)PHS 滿足所需的載干比（C/I）時(shí)，系統(tǒng)不切換；當(dāng)C/I 不滿足通信要求時(shí)則發(fā)起切換，有兩種切換方式：

◆若電平大于25dBu 時(shí)就T-channel switch；
◆若電平小于25dBu 時(shí)就Handover。

（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)假設(shè)

WCDMA 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為整齊排列的64 個(gè)正六邊形小區(qū)，PHS 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是正六邊形的小區(qū)，數(shù)目的多少由PHS 小區(qū)半徑相對于WCDMA 小區(qū)半徑的大小而定。本文假設(shè)WCDMA 小區(qū)半徑R 為577m 且保持不變，PHS 的半徑r 可取r ＝R 和r ＝R/2。如果PHS 的半徑r ＝R，則PHS的基站數(shù)目對應(yīng)取64 個(gè)；如果r ＝R/2，則1 個(gè)WCDMA 系統(tǒng)的基站被4 個(gè)PHS 基站所包圍，所以PHS 基站數(shù)量為256個(gè)，下面的仿真結(jié)果也是在這兩種情況下給出的。

（2）干擾假設(shè)

本文中只給出PHS 對WCDMA 干擾的仿真情況，沒有討論WCDMA 對PHS 的干擾仿真。在仿真中主要有如下的假設(shè)條件：

◆ PHS 系統(tǒng)容量以5％的阻塞率為標(biāo)準(zhǔn)衡量；
◆ WCDMA 系統(tǒng)基站位于小區(qū)中間，使用全向天線模型；
◆由于WCDMA 小區(qū)半徑不變，只改變PHS 的小區(qū)半徑，從而小靈通的分布密度不同，針對不同的PHS BS/UE分布密度，得出不同ACIR 對應(yīng)的不同的容量。

4 仿真結(jié)果

考慮到PHS 系統(tǒng)協(xié)議簡單且不嚴(yán)格，而WCDMA 技術(shù)規(guī)范完備，本文主要仿真PHS 基站和手機(jī)對WCDMA 基站的干擾。

4.1 PHS UE 干擾WCDMA BS 時(shí)的情況

PHS UE 干擾WCDMA BS 時(shí)的系統(tǒng)性能如圖1 所示。

圖1 PHS UE 干擾WCDMA BS

從圖中可以看出，PHS 小區(qū)半徑小時(shí)，WCDMA 基站覆蓋區(qū)內(nèi)的PHS UE 數(shù)目很大，PHS 移動(dòng)臺對WCDMA BS 的干擾也比較大，當(dāng)ACIR=60dB 以上時(shí)，WCDMA 基站的容量損失才能控制在5% 之內(nèi)。

4.2 PHS BS 干擾WCDMA BS 的情況

PHS BS 干擾WCDMA BS 在“ r ＝R” 時(shí)存在運(yùn)營商之間的位置關(guān)系，且不共站的情況干擾一定會(huì)比共站的時(shí)候小。從圖2 知，曲線“r ＝R/2”性能要比“r ＝R(共基站)”的好，但是要比“r ＝R(相距R)”和“r ＝R(相距R/2)”的差。由此我們知道，系統(tǒng)間BS 之間的距離對WCDMA 的性能影響較大。當(dāng)兩系統(tǒng)共站時(shí)，PHS 基站與WCDMA 基站之間的隔離應(yīng)為ACIR =100dB；當(dāng)“r ＝R/2”時(shí)，PHS基站與WCDMA 基站之間的隔離應(yīng)為ACIR =90dB。

圖2 PHS BS 干擾WCDMA BS

5 結(jié)論及建議

從以上仿真的結(jié)果可知，PHS 系統(tǒng)和WCDMA 系統(tǒng)之間需要有較大的隔離才能避免干擾，對實(shí)際網(wǎng)絡(luò)兩系統(tǒng)的共存提出了較高的要求。建議采用以下幾種解決方案。

（1）增加天線間的耦合損失。

增加天線間的耦合損失是最經(jīng)濟(jì)有效的方法，通過適當(dāng)?shù)牟贾茫ㄋ�平或垂直隔離），天線間的最小耦合損失(MCL)可以從30dB 提高到50～60dB 而不犧牲基站位置設(shè)置的靈活性。

（2）采用濾波器方法。

在原有設(shè)備的無線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過附加濾波器來進(jìn)一步提高發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的濾波特性，達(dá)到系統(tǒng)間共存所需的隔離度。

（3）頻率保護(hù)帶

保護(hù)帶解決方法就是通過頻率規(guī)劃，使得干擾系統(tǒng)的發(fā)射頻段和被干擾系統(tǒng)的接收頻段在頻域上得到一定的距離。隨著隔離的增大，干擾系統(tǒng)發(fā)射機(jī)信號落入被干擾接收機(jī)接受帶寬內(nèi)的分量減少，同時(shí)接收機(jī)接受濾波器對干擾系統(tǒng)信號的衰落加大，因此系統(tǒng)間干擾減少。