TD-LTE无线网络与既有网络的干扰分析
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1 前言
2G3G4G是一个长期演进的过程，而且在每一代通信技术中又存在多种通信体制。我国现存的和近期将要商用的无线通信系统包括GSM、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等，td-lte作为最新部署的高速数据无线接入网络，必然要考虑系统间共存、共址情况下的干扰问题。干扰会导致系统整体性能下降，如覆盖减小、吞吐量降低、掉话、通话质量差、信道拥塞等，严重时系统甚至无法工作，因此研究如何隔离甚至避免干扰对组网实施有着重要意义。
2 干扰类型
移动通信系统中的干扰类型主要包括噪声、系统内干扰和系统间干扰。
(1)噪声。按照来源分为接收机内部噪声和外部噪声。接收机内部噪声包括导体的热噪声和放大器的噪声放大。外部噪声是指来自接收机以外的非移动通信发射机的电磁波信号，分为自然噪声和人为噪声。
(2)系统内干扰。指本移动通信系统内各无线网元收发单元之间的干扰。分为多址干扰、交叉时隙和邻频干扰。其中多址干扰为采用了CDMA技术的通信系统特有的干扰类型，交叉时隙干扰为TDD系统特有的干扰类型，而邻频干扰发生在任何工作于相邻频段的无线通信系统间。
(3)系统间干扰。系统间干扰包括邻频干扰、杂散干扰、阻塞干扰和交调干扰。后文详细介绍。
3 系统间干扰概述
3.1系统间互干扰分析模型
如图1，作为干扰站的发射机，有重要影响的指标包括邻道泄漏比(ACLR)和杂散辐射；作为扰站的接收机，有重要影响的指标包括邻道选择性(ACS)、互调抑制和阻塞。当不同的系统工作在相邻的频率，工程上通常采用邻道干扰功率比(ACIR)来综合ACLR和ACS的共同作用。
3.2系统间干扰场景
移动通信系统问的干扰模式如图2、图3所示：
根据这些干扰模式，分以下几种场景进行分析：
(1)BS to UE和UE to BS。由于基站与移动台的距离较远，如果施扰系统和受扰系统间有一定的保护频带或频带相距较远，则基站和移动台间的干扰非常小。
(2)UE to UE。移动台的发射功率较低，位置的随机性很大，路径损耗和空间隔离距离是变化的，两个移动台互相靠近的概率很低；另外，由于体积和成本的限制，移动台的邻道杂散抑制性能难以达到很高，一旦出现两个移动台相距很近的情况，干扰可能会比较严重；但又不可能给移动台加装外部滤波器，这时可以考虑在网络侧采用一定的资源调度和功率控制来抑制干扰。
(3)基站间的干扰是相对固定的和可预测的，而且发射功率高，天线位置也一般较高，空间传播环境好，因此通常更注重基站间的干扰分析。
(4)基站间的干扰分为共址干扰和共存干扰，由于共址时干扰更加严重，因此通常假设场景为基站共址。
3.3系统间干扰规避准则和隔离措施
为了减小系统问的干扰，基站间的天线必须要有足够的隔离度。天线隔离度是指发射基站到接收基站之间的路径损耗，包括天线增益和馈线损耗，天线间所需的最小隔离度称为MCL。
为了得到足够的隔离度，需要遵守三条规避准则：
(1)杂散干扰规避准则：扰基站从干扰基站接收到的杂散辐射信号强度应比它的接收机噪底低7dB，扰终端的接收机噪底可容忍抬高3dB；
(2)互调干扰规避准则：在扰基站生成的三阶互调干扰电平比它的接收机噪底低7dB；
(3)阻塞干扰规避准则：扰基站从干扰基站接收到的总载波功率应比接收机的1dB压缩点低5dB。
如果满足了这个隔离度，扰基站的接收机灵敏度只下降0.8dB，这对于绝大多数系统都是可以接受的。
工程上和网规中常用的干扰隔离措施有如下几种：
(1)发射和接收天线保证足够的空间隔离，二者必须在距离上保持足够远；
(2)合理利用地形地物阻挡或使用隔离板；
(3)调整干扰基站天线的倾角或水平方向角；
(4)在干扰基站发射口增加外部带通滤波器，但这会增加额外的插损和故障点，同时增加了成本；
(5)减低干扰基站的发射功率，但会降低覆盖；
(6)在扰基站的接收端增加带通滤波器，但会增加接收机的噪声系数，降低灵敏度；
(7)修改频率规划，使干扰系统的下行频率和扰系统的上行频率之间保留足够的保护带。
3.4系统间干扰的分析方法
干扰分析的方法有很多，最主要的有两种：
(1)确定性计算方法
亦称为最小允许耦合损耗MCL计算方法，简单易行，可以较容易地获得理论估计结果。所计算出的结果对应于最恶劣的情况，对应的MCL要求较严格。
(2)仿真模拟方法
此方法是对干扰系统和扰系统的基站、终端的发射功率、基站的负载等情况进行设定，通过仿真得出设定环境下系统间的干扰情况。它考虑了功率控制、用户分布等对系统间干扰的影响，所以对系统问的干扰分析比较全面，尤其是涉及到终端干扰的情况。
由于允许一定概率的最恶劣干扰情况发生，所以仿真模拟方法的结果较为乐观。但由于需要大量的仿真时间，目前大部分结果还未得出。本文主要采用确定性计算方法进行干扰分析。
4 TD―LTE与其他系统间干扰
4.1 TD-LTE与TD-SCDMA系统间干扰共存分析举例
由于TD-LTE与TD-SCDMA都是TDD系统，需要区分两系统上下行时隙切换同步和不同步两种情况。当两系统上下行时隙完全同步时，只会出现基站与uE之间的干扰；当两系统上下行时隙不同步时，除了以上干扰，还存在基站问的干扰和UE间的干扰。
当TD-LTE与TD-SCDMAT作于同频段时，如同时工作于F频段或E频段，则它们之间存在着邻频干扰；当TD-LTE与TD-SCDMAT作于不同频段时，由于频率间隔比较大，它们之间的干扰主要为杂散和阻塞干扰。
(1)TD-LTE与TD-SCDMA系统时隙对齐的情况
TD―LTE与TD-SCDMA系统时隙对齐时，参考TD-LTE与TD―SCDMA帧对齐方式。通过系统静态互干扰仿真，结果得到TD―LTE系统干扰TD-SCDMA系统时的ACIR需求如表1、表2。
可见，无论TD-LTE和TD-SCDMA是否邻频，只要上下行时隙对齐，就完全满足共存要求而互不干扰。
(2)TD-LTE与TD-SCDMA系统时隙不对齐的情况
显而易见，当TD―LTE和TD-SCDMA邻频(同时位于F频段或E频段)且上下行时隙不对齐时，它们之间存在严重的邻频干扰，无法共存。因此下面着重分析两系统位于不同频段的情况。
根据前面的分析，这里分析最恶劣的情况：不同步时基站问的杂散干扰与阻塞干扰。
TD-SCDMA下行对LTE上行的杂散干扰
在3GPP 25.105中规定了TD-SCDMA在2300MHz-2400MHz范围内与TDD系统共存的杂散-76dBm／ 1.28MHz，最新的TD―SCDMA设备规范已将此标准加严至86dBm／MHz。假设TD-LTE接收机的噪声系数为5dB，则在1.28MHz带宽内的底噪为：
-174+10Ig(108)+5=-109dBm
按照规避准则一，发射杂散信号经空间耦合后应比接收机哚底低7dB，则所需最小空间耦合MCL：
MCL=-86-(-109-7)=30dB
TD-SCDMA下行对LTE上行的阻塞干扰
根据3GPP36.104中的指标，频段在2300MHz一2400MHz间的LTE在和工作于2010MHz～2025MHz的系统共存时的阻塞指标为+16dBm。需要说明的是，当LTE基站满足此阻塞指标时，必然已满足规避准则三。
假设TD-SCDMA基站最大发射功率46dBm，可得到TD不对LTE基站产生阻塞干扰所需要的隔离度为：
MCL=46-16=30dB
LTE下行对TD-SCDMA上行的杂散干扰
根据3GPP36.104中的指标，LTE在2010MHz～2025MHz范围内的杂散指标为-96dBm门00kHz。假设TD-SCDMA接收机的噪声系数为5dB，则在1 00kHz带宽内的底噪为：
-174+101g(100*103)+5=-119dBm
按照规避准则一，发射杂散信号经空间耦合后应比接收机噪底低7dB，则所需最小空间耦合MCL为：
MCL=-96-(-119-7)=30dB
LTE下行对TD―SCDMA上行的阻塞干扰
根据协议指标，频段在2010MHz～2025MHz间的TD和2.3G的LTE系统共存下的阻塞指标为-15dBm，最新的TD―SCDMA设备规范已将此标准加严至+16dBm。假设LTE基站最大发射功率46dBm，可得到LTE不对TD基站产生阻塞干扰所需要的隔离度为：
MCL=46-16=30dB
从以上分析可以看出，TD与LTE系统间干扰的比较小，所需最小耦合衰落为30dB。
根据天线隔离度公式可以算出，如果两基站使用65度定向天线，平行放置，增益18dBj，则所需的天线间水平空间隔离距离为0.4米，或垂直隔离为0.2米；如果两基站使用全向天线，增益11dBj，则所需的天线间水平空间隔离距离为4.7米，或垂直隔离为0.2米。
如这两个系统共用一个双频或宽频天线，则必须在TD-SCDMA和TD-LTE基站的发射输出加装一个异频合路器，合路后再连至天线。此异频合路器的TD-SCDMA通路在TD―LTE频段的带外抑制要达到30dB以上即可。当然，如果能够保证两系统上下行时隙切换同步，则不需要这些隔离措施。
4.2工作于E频段时与其它系统间干扰共存分析
TD―LTE工作于E频段时，与其它系统(包括GSM900／1800、WCDMA、CDMA2000和PHS等)相隔较远，其干扰分析与上面的TD-SCDMA交叉时隙情况下的干扰分析相似，这里就不――赘述。它们互干扰所需的MCL汇总如表3所示。
目前我国2.3G频段只能应用于室内部署，当TD-LTE与其它系统共用室分系统时，所用异频合路器的频段间的隔离度满足上表中的MCL值即可。
如3.1节所述，当TD-LTE与TD-SCDMA位于同频段邻频部署时，必须保证上下行时隙同步。
4.3工作于D频段时与其它系统间干扰共存分析
D频段TD-LTE射频指标与E一致，因此对于非邻频系统间的干扰，可以直接采用E频段的分析结果(3.2节结论)。由于目前确定D频段TD-LTE仅用于室外部署，因此只需关注室外场景即可。
目前我国D频段存在无线电定位(军用雷达)和MMDS系统和TD-LTE试验网分配的频率存在同频干扰，在产生干扰的地区需要双方协调解决。
未来我国2.6G频段很可能同时部署TD―LTE和LTEFDD两种系统，建议TD-LTE D频段和FDD LTE频段间满足共存指标即可，以目前产品实现能力此时两系统频谱间仍然需要10M过渡带。TDD Offset方案可以有效提高TDD频谱的利用率，但需要对设备硬件和层1、层2的协议做相应改动。
4.4工作于F频段时与其它系统间干扰共存分析
目前1，9G频段主要应用于TD-SCDMA系统，未来有可能同时部署TD-LTE系统。TD-LTE与其它系统间异频段的干扰，以及与TD-SCDMA同频段邻频的干扰情况与2.3G频段的分析结果相同，可参考3.3节结论。
另外，F频段还有些独特的干扰情况。当TD―LTE工作于F频段时，会与其它系统(包括GSM900／1800、WCDMA、CDMA2000和PHS等)具有特殊的频率关系，它们之间的干扰情况较为复杂。
(1)和小灵通系统的干扰
目前小灵通名义上占用A频段的1900MHz～1920MHz，但实际的带外杂散非常高，对工作于邻频1880MHz～1900MHz的TD-LTE系统造成严重的杂散和阻塞干扰。PHS基站室外分布密集，从工程角度也不易完全规避小灵通的干扰。促进国家使用行政命令等手段迫使小灵通尽快退频是目前最有效的措施。
(2)对CDMA2000 EV-DO系统的干扰
根据3G频段的分配，电信CDMA2000 EV-DO系统的上行频段为1920MHz～1935MHz，当与A频段的TD系统共存共址时，会受到TD基站下行杂散信号的干扰。根据目前设备实现能力，在与EV-DO满足共存要求的情况下，F频段的TD-LTE设备需至少回退5MHz～10MHz作为滤波器的过渡带。若需满足共址要求，则需要更多的过渡带，将大大损失F频段频谱资源，建议不做此要求。
(3)和DCS1800频段系统的干扰
目前移动和联通的DCS1800下行频率为1805MHz～1850MHz，但滤波器多为1805MHz一，1880MHz共75M，与F频段的TD-LTE系统邻频，它们共存共址时，会对TD基站的上行链路造成杂散和阻塞干扰。建议TD-LTE尽量工作于F频段高端，可一定程度减小DCSl 800的杂散干扰，或者利用工程手段，如空间隔离和加装滤波器来规避干扰。
(4)GSMg00系统的干扰
GSM900系统的二次谐波和二阶互调会落在A频段，对A频段TD系统会产生干扰，尤其是共室分情况下由于室分合路器二阶互调指标较差，会导致GSM900的干扰加剧。建议通过频率规划、加严合路器指标、TD―LTE末端合路以及分室分等措施来规避干扰。
(5)和3G FDD补充频段系统的干扰
根据3G频率规划，3G FDD补充频段的下行频率为1850MHz～1880MHz，当与A频段的TD系统共存共址时，会对TD基站的上行链路造成邻频杂散和阻塞干扰。3GPP标准已经把此频带定为过渡带(行标未修改)，目前我国尚无使用，因此建议国内尽快明确此频段的过渡带地位。
4.5影响干扰分析的其它因素
(1)由于GSM、CDMA、WCDMA及PHS的规范中并没有定义TD-LTE频段的杂散发射指标，上面都是以规定指标进行计算的。实际的性能可能比标准规定值更好，将使隔离度要求降低，但需要大量的抽样测量才能得到数据，从而相应放宽对MCL的要求。
(2)如果TD―LTE和TD-SCDMA系统使用MIMO技术，则在计算天线间距时再加上分集增益，将会使隔离度要求更高。
(3)如果TD-LTE和TD-SCDMA系统使用智能天线技术，根据仿真结果，智能天线的使用对于扰系统的性能提高有明显作用，平均吞吐量损失为5％时所需ACIR值比不使用智能天线实时了约14dB，从而使各指标要求降低。
(4)如果在同一站址有多个基站工作，还要考虑干扰的累加，需要增加相应的余量，将会使隔离度要求更高。
(5)考虑到不同系统的基站天线的幅频特性不同，它们在施扰或受扰信号的工作频段的增益会减小，在计算天线间距需减小相应的值，这需要天线厂家提供数据或实测得到；但在实际工程应用中，我们也可以忽略这种影响，将其差异计作隔离度的余量。
(6)加装外部滤波器的方法能够抑制干扰，但也会带来额外的差损，从而影响小区原有的覆盖范围，可能需要采用微调天线倾角和增加发射功率(如果发射功率有余量)等手段来补偿；另外还要考虑滤波器的成本问题，过高的成本也是不可接受的。
5 结束语
本文主要使用确定性计算的方法，并结合实测结果，对TD-LTE系统与其它系统间基站到基站的共址干扰进行了分析，定量地给出了工程上减小这些干扰的有效措施。根据分析结果，工作于E频段和D频段的TD-LTE系统与其它既有网络系统间的干扰相对较小，工程上较易实现所需的最小空间隔离；而工作于F频段的TD-LTE系统与其它既有网络系统问的干扰比较复杂，需要借助更多的手段来规避干扰，如增加天线空间距离、加装外部滤波器、保留过渡带、加严设备指标、频率规划等。