移動通信系統(tǒng)FDD/TDD之間頻率干擾研究(上)

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  概述

  由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD模式,上下行鏈路在一子幀中都存在,而WCDMA或CDMA2000系統(tǒng)采用的是FDD模式,如果兩種系統(tǒng)都使用ITU建議的2G頻段,則TD-SCDMA系統(tǒng)與WCDMA或CDMA2000系統(tǒng)的上行鏈路可能會存在干擾。研究兩者的干擾只能基于TDD系統(tǒng)的不同時隙進行,當TD-SCDMA系統(tǒng)處于上行鏈路通信狀態(tài)時,此時的干擾主要是TDD UE對FDD BS的干擾,以及FDD UE對TDD BS的干擾。而當TDD系統(tǒng)處于下行鏈路通信狀態(tài)時,此時的干擾主要是TDD BS對FDD BS的干擾,以及FDD UE對TDD BS的干擾。本報告將基于這兩種情形研究TD-SCDMA和FDD系統(tǒng)間的干擾,由于TD-SCDMA建議采用智能天線技術,所以本仿真報告分成兩大部分,第一部分重點研究全向天線技術下TD-SCDMA和FDD干擾共存問題,而第二部分則重點研究智能天線技術下TD-SCDMA和FDD干擾共存問題。

  基本干擾模式

  FDD/TDD之間的共存研究不僅考慮基站和移動臺之間的干擾,也要考慮基站和基站以及移動臺和移動臺之間的干擾。

  1.1 基站對移動臺的干擾

  基站對移動臺的干擾包括FDD基站對TDD移動臺的干擾和TDD基站對FDD移動臺的干擾,如圖1所示。



  1.2 移動臺對基站的干擾

  移動臺對基站的干擾包括FDD移動臺對TDD基站的干擾和TDD移動臺對FDD基站的干擾,如圖2所示。



  1.3 移動臺對移動臺的干擾

  不論FDD系統(tǒng)還是TDD系統(tǒng),其移動臺時時在移動,因此兩個不同系統(tǒng)的移動臺可能靠得很近(<1米),這時可能會發(fā)生移動臺對移動臺的干擾情況,如圖3所示。



  1.4 基站對基站的干擾情況

  當FDD基站和TDD基站共站址或兩基站距離不遠時,由于基站的帶外發(fā)射或阻塞,很可能發(fā)生基站對基站之間的干擾;緦镜母蓴_包括FDD基站和TDD基站之間的相互干擾,如圖4所示。



  對于工作在1920 MHz頻率附近的兩種系統(tǒng),只會發(fā)生TDD MS干擾FDD BS、TDD BS干擾FDD BS、FDD MS干擾TDD MS和FDD MS干擾TDD BS等情況,而工作在2500 MHz頻段的兩種系統(tǒng),則會產(chǎn)生上述所有干擾情況。

  WCDMA系統(tǒng)與TD-SCDMA系統(tǒng)之間的干擾分析

  當WCDMA系統(tǒng)的載波與TD-SCDMA系統(tǒng)的載波相鄰且只考慮1920 MHz頻段時,根據(jù)WCDMA與TD-SCDMA的載波頻率配置,WCDMA載波中心頻率與TD-SCDMA的載波中心頻率間的間隔至少為:

  載波間隔=1/2*(WCDMA載波5MHz)+0.200MHz

  +1/2*(TD-SCDMA載波1.6MHz)=3.5 MHz

  具體頻率配置如圖5所示,這時只會發(fā)生WCDMA移動臺干擾TD-SCDMA基站和移動臺以及TD-SCDMA基站和移動臺干擾WCDMA基站。



  2.1 WCDMA系統(tǒng)對TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾研究

  2.1.1 ACIR的確定

  2.1.1.1 WCDMA系統(tǒng)移動臺的ACLR

  WCDMA系統(tǒng)與TD-SCDMA系統(tǒng)干擾時,WCDMA系統(tǒng)移動臺的ACLR值可根據(jù)其頻譜發(fā)射掩模計算,此時WCDMA帶外泄漏功率為:



  2.1.1.2 TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺ACS的確定

  參見3GPP TS 25.102, TD-SCDMA UE的ACS的值見表1:



  2.1.1.4 WCDMA系統(tǒng)對TD-SCDMA系統(tǒng)干擾時的ACIR

  根據(jù)以上計算,我們可以計算出WCDMA系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)在不同頻率偏置時的ACIR值,見表3。



  2.1.2 全向天線時WCDMA移動臺對TD-SCDMA移動臺和基站的干擾

  在仿真WCDMA移動臺對TD-SCDMA基站和移動臺的干擾時,不考慮TD-SCDMA對WCDMA系統(tǒng)的干擾。仿真環(huán)境為Macro環(huán)境,小區(qū)半徑均為577m的全向小區(qū),對于運營商間的距離共仿真了三種情況:運營商間距離為0、288.5m(小區(qū)半徑/2)、577m(小區(qū)半徑)。WCDMA系統(tǒng)上行鏈路的用戶數(shù)為單WCDMA系統(tǒng)能夠支持的滿意用戶數(shù)的75%,即在仿真時始終保持WCDMA系統(tǒng)噪聲升高6dB。干擾仿真結果見圖6和圖7。



  從圖6和圖7可以看出,當WCDMA移動臺對TD-SCDMA基站和移動臺的干擾時:



  1. TD-SCDMA系統(tǒng)上下行容量損失均隨著ACIR值的增大而減小,但對于TD-SCDMA系統(tǒng)的下行鏈路,ACIR可設定為任意值,容量損失均小于5%。

  2. 運營商間的距離對系統(tǒng)性能的影響也很大。當運營商間的距離為0即共基站時,上下行的容量損失最小,運營商間的干擾最小;而運營商間的距離為577m(小區(qū)半徑)時運營商間的干擾最大,上下行容量損失也最大。

  3. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔雖然有3.5 MHz,但在頻率偏置為3.5 MHz時WCDMA移動臺對TD-SCDMA上行鏈路和下行鏈路的ACIR值分別為30.6 dB和30.8 dB,可見在基站間隔為0、R/2和R時,WCDMA移動臺均不會對TD-SCDMA移動臺和基站的接收造成干擾。

  2.1.3 智能天線時WCDMA移動臺對TD-SCDMA移動臺和基站的干擾

  在智能天線情況下,由于智能天線增益可達8 dB以上,此時TD-SCDMA系統(tǒng)資源受限(12.2 kbit/s話音時最大可傳輸8路話音,而通過單系統(tǒng)仿真可見TD-SCDMA系統(tǒng)的上下行容量均超過8路),所以此時智能天線時WCDMA移動臺對TD-SCDMA基站和移動臺的干擾可以忽略(R<1500m)。

  2.1.4 結論

  從以上的仿真結果可以看出,當WCDMA與TD-SCDMA鄰頻工作時,在全向天線時不論兩系統(tǒng)的基站如何不知,WCDMA的移動臺均不會對TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺和基站產(chǎn)生有害干擾;在智能天線情況下,由于智能天線增益可達8dB以上,雖然TD-SCDMA系統(tǒng)的容量大大提高,但仍資源受限,這時WCDMA的移動臺也不會對TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺和基站產(chǎn)生有害干擾。

  2.2 TD-SCDMA系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)的干擾研究

  在1920 MHz頻段時,只會發(fā)生TD-SCDMA基站和移動臺干擾WCDMA基站的情況。

  2.2.1 ACIR的確定

  2.2.1.1 TD-SCDMA基站的ACLR

  根據(jù)3GPP TS 25.105,基站的發(fā)射功率大于34dBm時,其帶外發(fā)射將不超過表4所規(guī)定的限值。



  當TD-SCDMA基站使用1900~1920 MHz時,且與WCDMA共存時或共址時要求TD-SCDMA的帶外發(fā)射不超過表5的限值。當基站發(fā)射功率為34 dBm時,則共址時的ACLR為114 dBc,共存時的ACLR為70 dBc。



  一般UE發(fā)射將不超過表6所規(guī)定的發(fā)射限值。

  此時TD-SCDMA UE帶外泄漏功率為:



  2.2.1.3 WCDMA基站的ACS

  前已計算,WCDMA基站在5 MHz和10 MHz頻率偏置時,WCDMA基站的ACS分別為45 dB和57 dB。

  2.2.1.4 TD-SCDMA系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)干擾時的ACIR

  根據(jù)以上計算,我們可以計算出WCDMA系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)在不同頻率偏置時的ACIR值,見表7。



  2.2.2 TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的影響

  2.2.2.1 全向天線時TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的影響

  2.2.2.1.1 系統(tǒng)容量與ACIR,系統(tǒng)間基站間隔距離

  在仿真TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的干擾時,不考慮WCDMA對TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾。仿真環(huán)境為Macro環(huán)境,小區(qū)半徑均為577m的全向小區(qū),對于運營商間的距離共仿真了三種情況:運營商間距離為0、288.5m(小區(qū)半徑/2)、577m(小區(qū)半徑)。TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺(上行鏈路)的用戶數(shù)為單TD-SCDMA系統(tǒng)在95%的用戶滿意度時能夠支持用戶數(shù)的75%。干擾仿真結果見如圖8。(圖9 給出了TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺(上行鏈路)的用戶數(shù)設置為單TD-SCDMA系統(tǒng)在95%的用戶滿意度時能夠支持用戶數(shù)時WCDMA BS的容量,僅供參考)。



  從圖8可以看出:

  1. WCDMA系統(tǒng)上行容量損失均隨著ACIR值的增大而減小。當ACIR≥50dB時,容量損失隨ACIR值的增大而趨于平衡。

  2. 運營商間的距離對系統(tǒng)性能的影響也很大。當運營商間的距離為0即共基站時,上行的容量損失最小,運營商間的干擾最小;而運營商間的距離為577m(小區(qū)半徑)時運營商間的干擾最大,上下行容量損失也最大。但當ACIR≥50dB,容量損失基本不隨運營商基站距離的變化。

  3. 為了保證系統(tǒng)容量損失小于5%,在小區(qū)半徑為577米時,上行鏈路的ACIR至少應為34dB。

  4. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,此時TD-SCDMA移動臺與WCDMA基站之間的ACIR值為37.5 dB,可見TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)在基站間隔為0、R/2和R時,TD-SCDMA移動臺不會對與WCDMA基站的接收造成干擾。

  2.2.2.1.2 系統(tǒng)容量與ACIR,小區(qū)半徑

  上面的結果顯示了在小區(qū)半徑為577米,兩系統(tǒng)基站間隔距離分別為0、R/2和R時,WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移動臺干擾時隨ACIR的變化情況。下面的仿真結果顯示了在小區(qū)半徑為1000米和3000米時WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移動臺干擾時隨ACIR的變化情況(見圖10、圖11、圖12)。




  從圖10~圖12可以看出,

  1. 隨著小區(qū)半徑的增大,WCDMA上行容量損失隨著增大,當ACIR≥50dB時,容量損失基本不隨半徑的變化而變化。

  2. 當小區(qū)半徑在1000米和577米時,WCDMA上行容量損失基本相同,即當小區(qū)半徑小于1000米,WCDMA上行容量損失不隨小區(qū)半徑的增大而變化。

  3. 當小區(qū)半徑等于3000米時WCDMA上行容量損失比小區(qū)半徑小于1000米時WCDMA上行容量損失要小得多,這主要由于3000米半徑時,小區(qū)容量明顯減少之故。

  4. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時, TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)不論基站間隔為0、R/2和R,還是小區(qū)半徑為577米、1000米和3000米,TD-SCDMA移動臺均不會對WCDMA基站的接收造成干擾。

  2.2.2.1.3 小結

  以上分析了TD-SCDMA在全向天線時,TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的影響。在TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,TD-SCDMA移動臺與WCDMA基站之間的ACIR值為37.5 dB,不論TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)的基站如何設置,也不論小區(qū)半徑的大小,TD-SCDMA移動臺均不會對WCDMA基站的接收造成干擾。

  2.2.2.2 智能天線時TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的影響

  2.2.2.2.1 系統(tǒng)容量與ACIR及系統(tǒng)間基站間隔距離

  在仿真TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的干擾時,不考慮WCDMA對TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾。仿真環(huán)境為Macro環(huán)境,小區(qū)半徑均為577m的全向小區(qū),對于運營商間的距離共仿真了三種情況:運營商間距離為0、288.5m(小區(qū)半徑/2)、577m(小區(qū)半徑)。TD-SCDMA系統(tǒng)移動臺(上行鏈路)的用戶數(shù)為單TD-SCDMA系統(tǒng)在95%的用戶滿意度時能夠支持用戶數(shù)的75%。干擾仿真結果見圖13。



  從圖中可以看出:

  1. WCDMA系統(tǒng)上行容量損失均隨著ACIR值的增大而減小。

  2. 運營商間的距離對系統(tǒng)性能的影響也很大。當運營商間的距離為10米即共站址時,WCDMA系統(tǒng)上行容量損失最小,運營商間的干擾最小;而運營商間的距離為577m(小區(qū)半徑)時運營商間的干擾最大,上行容量損失也最大。

  3. 為了保證WCDMA系統(tǒng)上行容量損失小于5%,在小區(qū)半徑為577米時,TD-SCDMA 移動臺與WCDMA基站(WCDMA為上行鏈路)的ACIR至少應為36dB。

  4. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,此時TD-SCDMA移動臺與WCDMA基站之間的ACIR值為37.5 dB,可見TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)的基站不管如何設置,TD-SCDMA移動臺均不會對WCDMA基站的接收造成干擾。

  2.2.2.2.2 系統(tǒng)容量與ACIR及小區(qū)半徑

  上面的結果顯示了在小區(qū)半徑為577米,兩系統(tǒng)基站間隔距離分別為0、R/2和R時,WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA移動臺干擾時隨ACIR的變化情況。下面的圖14仿真結果顯示了在小區(qū)半徑為3000米時WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA干擾時隨ACIR的變化關系。



  從圖14中可以看出,在智能天線情況下其干擾結果與全向天線情況下相似,即當小區(qū)半徑等于3000米時WCDMA上行容量損失比小區(qū)半徑小于1000米時WCDMA上行容量損失要小得多,因此只要滿足小區(qū)半徑577米時的干擾要求就行了。

  2.2.2.2.3 小結

  以上分析了TD-SCDMA在智能天線時,TD-SCDMA移動臺對WCDMA基站的影響,其結果與全向天線時的相似,即在TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,TD-SCDMA移動臺與WCDMA基站之間的ACIR值為37.5dB,不論TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)的基站如何設置,也不論小區(qū)半徑的大小,TD-SCDMA移動臺均不會對WCDMA基站的接收造成干擾。

  2.2.2.3 結論

  從以上仿真可知,在TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,TD-SCDMA移動臺不會對WCDMA基站的接收造成干擾。

  3.2.3 TD-SCDMA基站對WCDMA基站的影響

  3.2.3.1 全向天線時TD-SCDMA基站對WCDMA基站的影響

  3.2.3.1.1 系統(tǒng)容量與ACIR及系統(tǒng)間基站間隔距離

  在仿真TD-SCDMA基站對WCDMA基站的干擾時,不考慮WCDMA對TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾。仿真環(huán)境為Macro環(huán)境,小區(qū)半徑均為577m的全向小區(qū),對于運營商間的距離共仿真了三種情況:運營商間距離為0、288.5m(小區(qū)半徑/2)、577m(小區(qū)半徑)。TD-SCDMA系統(tǒng)基站(下行鏈路)的用戶數(shù)為單TD-SCDMA系統(tǒng)在95%的用戶滿意度時能夠支持的用戶數(shù)。干擾仿真結果見圖15~圖17。



  從圖中可以看出:

  1. WCDMA系統(tǒng)上行容量損失均隨著ACIR值的增大而減小。

  2. 運營商間的距離對系統(tǒng)性能的影響也很大。

  3. 為了保證系統(tǒng)容量損失小于5%,在小區(qū)半徑為577米時,共址時TD-SCDMA基站與WCDMA基站(WCDMA上行鏈路)的ACIR至少應為78dB;當基站的間隔距離為小區(qū)半徑時,所需的ACIR至少應為60dB以上;當基站的間隔距離為小區(qū)半徑的一半時,所需的ACIR也至少應為60dB以上。

  4. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,此時TD-SCDMA移動臺與WCDMA基站之間的ACIR值為45dB,可見TD-SCDMA與WCDMA兩系統(tǒng)在基站間隔為0、R/2和R時,TD-SCDMA基站會對WCDMA基站的接收造成干擾。為了避免干擾,在基站間隔為R時,需要34dB的額外隔離,或適當增加保護帶寬。

  2.2.3.1.2 系統(tǒng)容量與ACIR及小區(qū)半徑

  圖15~圖17 也顯示了小區(qū)半徑不同時的仿真結果。從圖中可以看出:

  1. 當兩系統(tǒng)共基站時,半徑為3000米時的容量損失比半徑為577米的容量損失大;當兩系統(tǒng)基站間隔為R和R/2時,半徑為3000米時的容量損失比半徑為577米的容量損失小;而當兩系統(tǒng)基站間隔為R和R/2,半徑為1000米時的容量損失要大,這主要由于基站的發(fā)射功率變大所致。

  2. 當兩系統(tǒng)共基站時,在小區(qū)半徑為3000米時, TD-SCDMA基站與WCDMA基站(WCDMA上行鏈路)的ACIR至少應為90dB左右;當兩系統(tǒng)基站間隔為R和R/2時,TD-SCDMA基站與WCDMA基站(WCDMA上行鏈路)的ACIR至少應為70dB左右。

  2.2.3.1.3 小結

  以上分析了TD-SCDMA在全向天線時,TD-SCDMA基站對WCDMA基站的影響。當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,TD-SCDMA基站與WCDMA基站之間的ACIR值為45dB,而在小區(qū)半徑為577米時,共址時TD-SCDMA基站與WCDMA基站(WCDMA上行鏈路)的ACIR至少應為78dB,需附加衰減33dB;在3000米時ACIR至少應為90dB。當兩系統(tǒng)基站間隔為R和R/2時,TD-SCDMA基站與WCDMA基站(WCDMA上行鏈路)的ACIR至少應為70dB左右。

  3.2.3.2 智能天線時TD-SCDMA基站對WCDMA基站的影響

  3.2.3.2.1 系統(tǒng)容量與ACIR及系統(tǒng)間基站間隔距離

  在仿真TD-SCDMA基站對WCDMA基站的干擾時,不考慮WCDMA對TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾。仿真環(huán)境為Macro環(huán)境,小區(qū)半徑均為577m的全向小區(qū),對于運營商間的距離共仿真了三種情況:運營商間距離為0、288.5m(小區(qū)半徑/2)、577m(小區(qū)半徑)。TD-SCDMA系統(tǒng)基站(下行鏈路)的用戶數(shù)為單TD-SCDMA系統(tǒng)在95%的用戶滿意度時能夠支持的用戶數(shù)。干擾仿真結果見圖18。



  1. WCDMA系統(tǒng)上行容量損失均隨著ACIR值的增大而減小。

  2. 運營商間的距離對系統(tǒng)性能的影響也很大。當運營商間的距離為10米即共基站時,上行的容量損失最大,運營商間的干擾最大;而運營商間的距離為577m(小區(qū)半徑)時運營商間的干擾最小,上下行容量損失也最小。

  3. 為了保證WCDMA上行容量損失小于5%,在小區(qū)半徑為577米時,共站時的ACIR至少應為89dB;基站間隔距離為R和R/2時,ACIR至少應為74dB。

  4. 當TD-SCDMA與WCDMA鄰道工作時,WCDMA與TD-SCDMA的載波間隔為3.5 MHz,TD-SCDMA基站與WCDMA基站之間的ACIR值為45 dB,而在小區(qū)半徑為577米時,共站時的ACIR至少應為89 dB,尚需44dB的額外衰減;基站間隔距離為R和R/2時,ACIR至少應為74dB,尚需29dB的額外衰減。

  2.2.3.2.2 系統(tǒng)容量與ACIR及小區(qū)半徑

  上面的結果顯示了在小區(qū)半徑為577米,兩系統(tǒng)基站間隔距離分別為0、R/2和R時,WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干擾時隨ACIR的變化情況。下面的仿真結果顯示了在小區(qū)半徑為3000米時WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干擾時隨ACIR的變化情況,見圖19。



  從圖中可以看出,當運營商間的距離為10米即共基站時,小區(qū)半徑越大,WCDMA的容量損失越大;為了保證WCDMA上行容量損失小于5%,共站時的ACIR至少應為89dB。
作者:彭木根 黃標   來源:中國無線電管理

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