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，通過設置相關的仿真條件和假設， 對PHS系統(tǒng)干擾WCDMA 進行了MonteCarlo 仿真，得到被干擾系統(tǒng)容量損失和ACIR 間的關系，最后提出了解決干擾的方案。

1 頻率干擾原理分析

移動通信系統(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系統(tǒng)內發(fā)射機和接收機特性的不完善造成的。發(fā)射機在發(fā)射有用信號時會產(chǎn)生帶外輻射，帶外輻射包括由于調制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機在接收有用信號的同時，落入信道內的干擾信號可能會引起接收機靈敏度的損失，落入接收帶寬內的干擾信號可能會引起帶內阻塞；同時接收機也存在非線性帶來的非完美性，帶外信號（發(fā)射機有用信號）會引起接收機的帶外阻塞。發(fā)射機和接收機間的干擾還取決于兩個系統(tǒng)工作頻段的間隔和收發(fā)信機空間隔離等因素。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，因此會存在PHS 和WCDMA 的干擾問題�？赡艿母蓴_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：確定性計算方法和MonteCarlo仿真方法。

(1)確定性計算方法

當PHS 系統(tǒng)基站在發(fā)射信息，同時在相鄰的小區(qū)中WCDMA 系統(tǒng)基站以臨近的頻率接收時，就會出現(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和分析，得出的結論不太符合實際系統(tǒng)，但該方法簡單高效，容易計算。

(2)MonteCarlo 仿真方法

對基站和移動臺的發(fā)射功率、基站的負載等情況進行仿真，得出近似真實環(huán)境下的干擾情況。該方法目前應用最廣泛，也是公認的行之有效的方法，但該方法隨著系統(tǒng)的復雜，運算量和系統(tǒng)資源需求會急劇增加。確定性計算方法主要是對兩個系統(tǒng)基站間干擾的最壞情況進行研究，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

3.1 傳播模型

（ 1） BS<—>MS

這個模型應用在城市或郊區(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）傳播的情況。各種情況下計算出的路徑損耗均不應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，應該強制其為自由空間的路徑損耗值。

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

3.2 仿真原理和仿真假設

PHS 系統(tǒng)的仿真頻率選在1905～1920MHz 范圍內，每個基站采用二個載波，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WCDMA 系統(tǒng)的基站被4 個PHS 基站所包圍。PHS 系統(tǒng)采用隨機分配頻率的方式，即每個基站均可以使用5MHz 頻率中的任意兩個不相鄰的頻率，可以使用同一載波的相鄰時隙（每個載波最多4 個用戶），這時PHS 基站的平均發(fā)射功率為2W（依每載波實際接入的用戶數(shù)量而定）。當PHS 滿足所需的載干比（C/I）時，系統(tǒng)不切換；當C/I 不滿足通信要求時則發(fā)起切換，有兩種切換方式：

◆若電平大于25dBu 時就T-channel switch；
◆若電平小于25dBu 時就Handover。

（1）拓撲結構假設

WCDMA 系統(tǒng)的拓撲結構為整齊排列的64 個正六邊形小區(qū)，PHS 的拓撲結構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)目對應取64 個；如果r ＝R/2，則1 個WCDMA 系統(tǒng)的基站被4 個PHS 基站所包圍，所以PHS 基站數(shù)量為256個，下面的仿真結果也是在這兩種情況下給出的。

（2）干擾假設

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條件：

◆ PHS 系統(tǒng)容量以5％的阻塞率為標準衡量；
◆ 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 對應的不同的容量。

4 仿真結果

考慮到PHS 系統(tǒng)協(xié)議簡單且不嚴格，而WCDMA 技術規(guī)范完備，本文主要仿真PHS 基站和手機對WCDMA 基站的干擾。

4.1 PHS UE 干擾WCDMA BS 時的情況

PHS UE 干擾WCDMA BS 時的系統(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，WCDMA 基站覆蓋區(qū)內的PHS UE 數(shù)目很大，PHS 移動臺對WCDMA BS 的干擾也比較大，當ACIR=60dB 以上時，WCDMA 基站的容量損失才能控制在5% 之內。

4.2 PHS BS 干擾WCDMA BS 的情況

PHS BS 干擾WCDMA BS 在“ r ＝R” 時存在運營商之間的位置關系，且不共站的情況干擾一定會比共站的時候小。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。當兩系統(tǒng)共站時，PHS 基站與WCDMA 基站之間的隔離應為ACIR =100dB；當“r ＝R/2”時，PHS基站與WCDMA 基站之間的隔離應為ACIR =90dB。

圖2 PHS BS 干擾WCDMA BS

5 結論及建議

從以上仿真的結果可知，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，對實際網(wǎng)絡兩系統(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)濟有效的方法，通過適當?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置的靈活性。

（2）采用濾波器方法。

在原有設備的無線系統(tǒng)的基礎上，通過附加濾波器來進一步提高發(fā)射機或接收機的濾波特性，達到系統(tǒng)間共存所需的隔離度。

（3）頻率保護帶

保護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)射機信號落入被干擾接收機接受帶寬內的分量減少，同時接收機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。