3G頻段LTE系統(tǒng)與WCDMA系統(tǒng)干擾共存分析v20

1、北京郵電大學(xué)3g頻段lte與wcdma系統(tǒng)干擾共存分析寬帶無線移動頻譜規(guī)劃與干擾分析版本號 2.0信息與電子技術(shù)研究室2010-04-13版本控制版本號作者修改說明1.0熊瑤 王犇進(jìn)行了lte與wcdma之間的確定性分析2.0熊瑤 王犇修正了acs計算中的錯誤目錄1.概述12.確定性分析12.1.研究內(nèi)容12.2.分析方法12.3.lte系統(tǒng)對wcdma系統(tǒng)的干擾分析22.3.1.干擾分析參數(shù)22.3.2.確定性計算結(jié)果和分析52.4.wcdma系統(tǒng)對lte系統(tǒng)的干擾分析52.4.1.干擾分析參數(shù)52.4.2.確定性計算結(jié)果和分析73.蒙特卡洛仿真7正文1. 概述目前3 g 移動通信產(chǎn)業(yè)正迅猛

2、發(fā)展，wcdma 系統(tǒng)已在全國進(jìn)行了大規(guī)模布站。由于站址有限，可以預(yù)見，在lte網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期不可避免的要與wcdma共用站址。同時，由于頻譜資源日益緊缺，不同移動通信制式在同一地理區(qū)域鄰頻共存的局面很可能出現(xiàn)。由于移動通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非理想性，彼此之間一定會產(chǎn)生不同程序的干擾。根據(jù)2002年10月國家信息產(chǎn)業(yè)部下發(fā)文件關(guān)于第三代公眾移動通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃問題的通知(信息產(chǎn)業(yè)部無委會2002479號)中的規(guī)定：未來移動通信系統(tǒng)fdd方式主要工作頻段為1920-1980mhz/2110-2170mhz；tdd方式主要工作頻段為1880- 1920mhz和2010-2025mhz。補(bǔ)充工作頻段

3、fdd方式為1755-1785mhz/1850-1880mhz；tdd方式為2300-2400mhz。針對上述頻段可能出現(xiàn)的lte fdd/tdd與wcdma系統(tǒng)共存的情況，本報告分析了可能出現(xiàn)的干擾給系統(tǒng)性能帶來的影響，并給出了相應(yīng)的系統(tǒng)間隔離的建議。2. 確定性分析2.1. 研究內(nèi)容確定性分析方法基于鏈路預(yù)算原則，通過數(shù)值計算得出兩系統(tǒng)共存所需隔離度，但由于一般選取干擾最嚴(yán)重的鏈路，確定性分析所得干擾結(jié)果比較悲觀。在移動通信系統(tǒng)中，確定性通常用于分析基站和基站之間的干擾。同時，由于郊區(qū)宏蜂窩場景下，lte和wcdma系統(tǒng)基站的發(fā)射功率最大，干擾較為嚴(yán)重。為了對干擾最嚴(yán)重的情況展開分析，研究

4、中以10mhz lte系統(tǒng)為例，對郊區(qū)宏蜂窩場景下lte基站與wcdma系統(tǒng)基站間的鄰頻干擾展開分析。2.2. 分析方法衡量兩個系統(tǒng)能否共存的重要指標(biāo)是被干擾系統(tǒng)能夠正常運(yùn)營所需的額外隔離度(additional-isolation)。該值可從理論上進(jìn)行估算，估算方法如下：additional-isolation=ptr_max-mcl-acir-imax (1)其中，ptr_max為基站最大發(fā)射功率，mcl為基站間的最小耦合損耗，acir為鄰道干擾抑制比，imax為接收機(jī)能夠忍受的最大干擾門限。最小耦合損耗mcl為接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間由于距離和天線增益帶來的基本隔離值。當(dāng)不同系統(tǒng)的基站共站共址

5、或共覆蓋時，基站之間的mcl為定值。當(dāng)兩個基站非共站共址時，mcl的計算公式如下：mcl=pathloss(r)-gaintxgainrx (2)其中，passloss(r)為基站之間的路徑損耗，gaintx和gainrx分別為發(fā)射端和接收端的天線增益。acir為發(fā)射端鄰道泄漏功率比（aclr）和接收端鄰信道選擇性acs的綜合效果。acir表示的是干擾系統(tǒng)發(fā)射功率與被干擾系統(tǒng)信道內(nèi)接收到的干擾信號功率之比。acir的計算公式為：acir= 1/(1/aclr+1/acs) (3)在移動通信系統(tǒng)的共存研究中，將干擾造成靈敏度損失達(dá)到0.8db作為確定性計算時判斷基站是否發(fā)生干擾的門限1。靈敏度損

6、失與干擾門限imax之間的關(guān)系如下： (4)其中，prefsens為參考靈敏度電平，nthermal為熱噪聲功率，nf為噪聲系數(shù)。2.3. lte系統(tǒng)對wcdma系統(tǒng)的干擾分析2.3.1. 干擾分析參數(shù)2.3.1.1. 傳播模型根據(jù)2，基站間的傳播模型采用雙折線視距傳播模型，如下所示： (5)其中，f為載波頻率（mhz），d為基站間距離(km)。dbreak為第一菲涅爾半徑，當(dāng)基站間距離小于第一菲涅耳半徑時，采用自由空間傳播模型，否則衰減系數(shù)加倍，dbreak為： (6)其中，htx和hrx為收發(fā)機(jī)高于反射面的高度，為波長。lte郊區(qū)宏蜂窩天線高度為15m3，wcdma郊區(qū)宏蜂窩天線高度為20

7、m2。采用上述參數(shù)計算得到的菲涅耳半徑為7600m。在研究中，載波頻率f統(tǒng)一取1900mhz，對于部署在不同頻段的系統(tǒng)，需要根據(jù)實(shí)際的工作中心頻率與1900mhz的差額對分析結(jié)果進(jìn)行修正。2.3.1.2. 天線增益在研究中，郊區(qū)宏蜂窩下，lte基站天線增益為15db3，wcdma基站天線增益為14db2。2.3.1.3. 最小耦合損耗根據(jù)2，在郊區(qū)宏蜂窩場景下，基站共站共址的最小耦合損耗為30db；基站共覆蓋的最小耦合損耗為74db；非共站共址時根據(jù)式(1)計算結(jié)果如表 1所示：表 1 非共站共址時的最小耦合損耗基站間距離(m)2050100200400600800pathloss(db)64

8、.172.178.184.190.193.696.1mcl(db)35.1043.0549.0855.1061.1264.6467.142.3.1.4. lte系統(tǒng)基站的無用發(fā)射根據(jù)5中所給lte的帶外發(fā)射頻率模板，如表 2所示，可以通過該頻率發(fā)射模板計算lte對wcdma相鄰信道的aclr。計算公式如下4： (7) (8)其中，p(f)為發(fā)射功率譜密度，poob為發(fā)射機(jī)帶外泄漏功率，pt為發(fā)射機(jī)發(fā)射功率。表 2 5mhz以上帶寬，1ghz頻段下e-utra bs的帶外發(fā)射頻率模板測量濾波器-3db邊緣到信道邊緣的頻率間隔 df測量濾波器中心到信道邊緣的頻率間隔f_offset帶外發(fā)射最低要求

9、測量濾波器帶寬0 mhz df 5 mhz0.05 mhz f_offset 5.05 mhz100 khz5 mhz df min(10 mhz, dfmax)5.05 mhz f_offset min(10.05 mhz, f_offsetmax)-14 dbm100 khz10 mhz df dfmax10.5 mhz f_offset f_offsetmax-13 dbm1mhz在研究中，以wcdma系統(tǒng)的信道帶寬5mhz為間隔，每隔5mhz計算一次lte基站對相鄰wcdma基站信道的aclr值，計算結(jié)果如表 3所示。表 3 不同頻率隔離下的1ghz以上頻段5mhz以上帶寬的lte基站

10、對wcdma系統(tǒng)的aclr信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520aclr(db)39.0543.0152.0152.0152.012.3.1.5. wcdma系統(tǒng)基站的鄰信道抑制根據(jù)測得的在一定誤碼率和有用信號平均功率下的最大干擾信號平均功率，可以得到接收機(jī)在干擾信號所在頻段上的acs。假設(shè)接收機(jī)參考靈敏度為prefsens，測量時輸入的有用信號平均功率在prefsens的基礎(chǔ)上提高xdb，最大干擾信號平均功率為i，接收機(jī)底噪功率與噪聲系數(shù)之和為n。則根據(jù)上述測量方法，有以下關(guān)系： (9)根據(jù)6，wcdma系統(tǒng)的鄰道抑制特性要求歸納如表 4所示。表 4 wcdma基站wide area場景

11、下的鄰道抑制特性要求干擾信號中心頻率到載波中心頻率偏移干擾信號平均功率有用信號平均功率參考靈敏度干擾信號帶寬5 mhz-52dbm-115 dbm-121dbm5mhz10mhz20mh或-20mhz-10mhz-40dbm-115 dbm-121dbm5mhz20mhz-15dbm-115 dbm-121dbm5mhz根據(jù)2，wcdma系統(tǒng)熱噪聲功率譜密度為-174dbm/hz，工作帶寬為3.84mhz，噪聲系數(shù)為5db，可以算得基站接收端噪聲為-103.2dbm。根據(jù)式(9)，每隔5mhz計算一次wcdma基站10mhz lte基站的acs值，計算結(jié)果如表 5所示。表 5 不同頻率隔離下w

12、cdma基站對10mhz lte基站的acs信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520acs(db)49.1658.4158.4161.4183.412.3.1.6. lte基站對wcdma基站的acir根據(jù)表 3和表 5的，利用式(3)可得lte基站對wcdma基站的acir，如表 6所示表 6 lte基站干擾wcdma基站時不同頻率隔離下的acir的值信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520acir(db)38.6542.8951.1251.5452.012.3.1.7. wcdma基站干擾門限則根據(jù)式(4)得wcdma基站干擾門限為-110.1 dbm。2.3.2. 確定性計算結(jié)果根據(jù)

13、上述干擾分析參數(shù)，lte基站以最大發(fā)射功率46dbm進(jìn)行發(fā)射時，利用式(1)計算后的所得的額外隔離度如表 7所示。表 7 lte基站干擾wcdma基站時的隔離度分析(單位：db)信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520共址額外隔離度87.4583.2174.9874.5674.09共覆額外蓋隔離度43.4539.2130.9830.5630.0920m額外隔離度82.3578.1169.8869.4668.9950m額外隔離度74.4070.1661.9361.5161.04100m額外隔離度68.3764.1355.9055.4855.01200m額外隔離度62.3558.1149.884

14、9.4648.99400m額外隔離度56.3352.0943.8643.4442.97600m額外隔離度52.8148.5740.3439.9239.45800m額外隔離度50.3146.0737.8437.4236.95以上分析基于1900mhz的中心頻率，考慮到實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署時，lte tdd可能部署的頻段為1880-1920，2010-2025，2300-2400mhz；lte fdd下行可能部署的頻段1850-1880，2110-2170mhz。因此，在lte在上述頻段部署時，需要對表 7中的額外隔離度進(jìn)行修正，如表 8所示。表 8 lte基站干擾wcdma基站分析結(jié)果隔離度修正部署頻

15、段(mhz)2300-24002110-21702010-20251880-19201850-1880修正值(db)-1.7-0.9-0.50+0.22.4. wcdma系統(tǒng)對lte系統(tǒng)的干擾分析2.4.1. 干擾分析參數(shù)2.4.1.1. 傳播模型見2.3.1.1。2.4.1.2. 天線增益見2.3.1.22.4.1.3. 最小耦合損耗見2.3.1.3。2.4.1.4. wcdma系統(tǒng)基站的無用發(fā)射計算方法同2.3.1.4，wcdma系統(tǒng)基站頻率發(fā)射模板如表 9所示。表 9 wcdma基站最大發(fā)射功率 p= 43 dbm的帶外發(fā)射頻率模板6測量濾波器-3db邊緣與載波中心頻率間隔df測量濾波器

16、中心與載波中心頻率間隔f_offset帶外發(fā)射最低要求測量帶寬2.5 mhzdf 2.7mhz2.515mhzf_offset 2.715mhz-14 dbm30 khz2.7 mhz df 3.5mhz2.715mhz f_offset 3.515mhz-14dbm-15foffsetmhz-2.715db30 khz3.5 mhz df dfmax4.0 mhz f_offset = 43 dbm時不同頻率隔離下的aclr的值信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520aclr(db)42.6846.0046.0046.0046.002.4.1.5. lte系統(tǒng)基站的鄰信道抑制特性其計算方法

17、與2.3.1.5中wcdma基站acs的計算方法相同。對于10mhz的lte系統(tǒng)，對于lte系統(tǒng)，接收機(jī)工作帶寬為9mhz ，則基站端噪聲為n=-174+10*lg(10*106)+ 5=-99db。根據(jù)5，lte基站的鄰道抑制特性要求歸納如表 11所示。表 11 5mhz以上lte基站wide area場景下的鄰道抑制特性要求干擾信號中心頻率到載波中心頻率偏移干擾信號平均功率有用信號平均功率干擾信號帶寬5 mhz-52dbmprefsens+6 dbm5mhz10mhz20mh或-20mhz-10mhz-43dbmprefsens+6 dbm5mhz20mhz-15dbmprefsens+6

18、 dbm5mhz根據(jù)式(9)，每隔5mhz計算一次lte基站的acs值，計算結(jié)果如表 12所示。表 12不同頻率隔離下lte基站對wcdma基站的acs信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520acs(db)42.2651.2651.2651.2679.262.4.1.6. wcdma系統(tǒng)干擾lte系統(tǒng)時的acir根據(jù)acir計算公式，可得表 13。表 13 wcdma基站干擾lte基站時不同頻率隔離下的acir的值信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520acir(db)39.4544.8744.8744.8746.002.4.1.7. lte系統(tǒng)干擾門限根據(jù)式(4)得lte基站干擾門限為-

19、105.9dbm2.4.2. 確定性計算結(jié)果根據(jù)上述干擾分析參數(shù)，wcdma基站以最大發(fā)射功率43dbm進(jìn)行發(fā)射時，利用式(1)計算后的所得的額外隔離度如表 14所示。表 14 wcdma基站干擾10mhz lte基站時的隔離度分析(單位：db)信道邊緣頻率間隔(mhz)05101520共址額外隔離度79.4974.0774.0774.0772.94共覆額外蓋隔離度35.4930.0730.0730.0728.9420m額外隔離度74.3968.9768.9768.9767.8450m額外隔離度66.4461.0261.0261.0259.89100m額外隔離度60.4154.9954.9954.9953.86200m額外隔離度54.3948.9748.9748.9747.84400m額外隔離度48.3742.9542.9542.9541.8260