移动通信系统FDD/TDD之间频率干扰研究(上)

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  概述

  由于TD-SCDMA系统采用TDD模式,上下行链路在一子帧中都存在,而WCDMA或CDMA2000系统采用的是FDD模式,如果两种系统都使用ITU建议的2G频段,则TD-SCDMA系统与WCDMA或CDMA2000系统的上行链路可能会存在干扰。研究两者的干扰只能基于TDD系统的不同时隙进行,当TD-SCDMA系统处于上行链路通信状态时,此时的干扰主要是TDD UE对FDD BS的干扰,以及FDD UE对TDD BS的干扰。而当TDD系统处于下行链路通信状态时,此时的干扰主要是TDD BS对FDD BS的干扰,以及FDD UE对TDD BS的干扰。本报告将基于这两种情形研究TD-SCDMA和FDD系统间的干扰,由于TD-SCDMA建议采用智能天线技术,所以本仿真报告分成两大部分,第一部分重点研究全向天线技术下TD-SCDMA和FDD干扰共存问题,而第二部分则重点研究智能天线技术下TD-SCDMA和FDD干扰共存问题。

  基本干扰模式

  FDD/TDD之间的共存研究不仅考虑基站和移动台之间的干扰,也要考虑基站和基站以及移动台和移动台之间的干扰。

  1.1 基站对移动台的干扰

  基站对移动台的干扰包括FDD基站对TDD移动台的干扰和TDD基站对FDD移动台的干扰,如图1所示。



  1.2 移动台对基站的干扰

  移动台对基站的干扰包括FDD移动台对TDD基站的干扰和TDD移动台对FDD基站的干扰,如图2所示。



  1.3 移动台对移动台的干扰

  不论FDD系统还是TDD系统,其移动台时时在移动,因此两个不同系统的移动台可能靠得很近(<1米),这时可能会发生移动台对移动台的干扰情况,如图3所示。



  1.4 基站对基站的干扰情况

  当FDD基站和TDD基站共站址或两基站距离不远时,由于基站的带外发射或阻塞,很可能发生基站对基站之间的干扰。基站对基站的干扰包括FDD基站和TDD基站之间的相互干扰,如图4所示。



  对于工作在1920 MHz频率附近的两种系统,只会发生TDD MS干扰FDD BS、TDD BS干扰FDD BS、FDD MS干扰TDD MS和FDD MS干扰TDD BS等情况,而工作在2500 MHz频段的两种系统,则会产生上述所有干扰情况。

  WCDMA系统与TD-SCDMA系统之间的干扰分析

  当WCDMA系统的载波与TD-SCDMA系统的载波相邻且只考虑1920 MHz频段时,根据WCDMA与TD-SCDMA的载波频率配置,WCDMA载波中心频率与TD-SCDMA的载波中心频率间的间隔至少为:

  载波间隔=1/2*(WCDMA载波5MHz)+0.200MHz

  +1/2*(TD-SCDMA载波1.6MHz)=3.5 MHz

  具体频率配置如图5所示,这时只会发生WCDMA移动台干扰TD-SCDMA基站和移动台以及TD-SCDMA基站和移动台干扰WCDMA基站。



  2.1 WCDMA系统对TD-SCDMA系统的干扰研究

  2.1.1 ACIR的确定

  2.1.1.1 WCDMA系统移动台的ACLR

  WCDMA系统与TD-SCDMA系统干扰时,WCDMA系统移动台的ACLR值可根据其频谱发射掩模计算,此时WCDMA带外泄漏功率为:



  2.1.1.2 TD-SCDMA系统移动台ACS的确定

  参见3GPP TS 25.102, TD-SCDMA UE的ACS的值见表1:



  2.1.1.4 WCDMA系统对TD-SCDMA系统干扰时的ACIR

  根据以上计算,我们可以计算出WCDMA系统和TD-SCDMA系统在不同频率偏置时的ACIR值,见表3。



  2.1.2 全向天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA移动台和基站的干扰

  在仿真WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰时,不考虑TD-SCDMA对WCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境,小区半径均为577m的全向小区,对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m(小区半径/2)、577m(小区半径)。WCDMA系统上行链路的用户数为单WCDMA系统能够支持的满意用户数的75%,即在仿真时始终保持WCDMA系统噪声升高6dB。干扰仿真结果见图6和图7。



  从图6和图7可以看出,当WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰时:



  1. TD-SCDMA系统上下行容量损失均随着ACIR值的增大而减小,但对于TD-SCDMA系统的下行链路,ACIR可设定为任意值,容量损失均小于5%。

  2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为0即共基站时,上下行的容量损失最小,运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大,上下行容量损失也最大。

  3. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔虽然有3.5 MHz,但在频率偏置为3.5 MHz时WCDMA移动台对TD-SCDMA上行链路和下行链路的ACIR值分别为30.6 dB和30.8 dB,可见在基站间隔为0、R/2和R时,WCDMA移动台均不会对TD-SCDMA移动台和基站的接收造成干扰。

  2.1.3 智能天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA移动台和基站的干扰

  在智能天线情况下,由于智能天线增益可达8 dB以上,此时TD-SCDMA系统资源受限(12.2 kbit/s话音时最大可传输8路话音,而通过单系统仿真可见TD-SCDMA系统的上下行容量均超过8路),所以此时智能天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰可以忽略(R<1500m)。

  2.1.4 结论

  从以上的仿真结果可以看出,当WCDMA与TD-SCDMA邻频工作时,在全向天线时不论两系统的基站如何不知,WCDMA的移动台均不会对TD-SCDMA系统移动台和基站产生有害干扰;在智能天线情况下,由于智能天线增益可达8dB以上,虽然TD-SCDMA系统的容量大大提高,但仍资源受限,这时WCDMA的移动台也不会对TD-SCDMA系统移动台和基站产生有害干扰。

  2.2 TD-SCDMA系统对WCDMA系统的干扰研究

  在1920 MHz频段时,只会发生TD-SCDMA基站和移动台干扰WCDMA基站的情况。

  2.2.1 ACIR的确定

  2.2.1.1 TD-SCDMA基站的ACLR

  根据3GPP TS 25.105,基站的发射功率大于34dBm时,其带外发射将不超过表4所规定的限值。



  当TD-SCDMA基站使用1900~1920 MHz时,且与WCDMA共存时或共址时要求TD-SCDMA的带外发射不超过表5的限值。当基站发射功率为34 dBm时,则共址时的ACLR为114 dBc,共存时的ACLR为70 dBc。



  一般UE发射将不超过表6所规定的发射限值。

  此时TD-SCDMA UE带外泄漏功率为:



  2.2.1.3 WCDMA基站的ACS

  前已计算,WCDMA基站在5 MHz和10 MHz频率偏置时,WCDMA基站的ACS分别为45 dB和57 dB。

  2.2.1.4 TD-SCDMA系统对WCDMA系统干扰时的ACIR

  根据以上计算,我们可以计算出WCDMA系统和TD-SCDMA系统在不同频率偏置时的ACIR值,见表7。



  2.2.2 TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响

  2.2.2.1 全向天线时TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响

  2.2.2.1.1 系统容量与ACIR,系统间基站间隔距离

  在仿真TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的干扰时,不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境,小区半径均为577m的全向小区,对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m(小区半径/2)、577m(小区半径)。TD-SCDMA系统移动台(上行链路)的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数的75%。干扰仿真结果见如图8。(图9 给出了TD-SCDMA系统移动台(上行链路)的用户数设置为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数时WCDMA BS的容量,仅供参考)。



  从图8可以看出:

  1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。当ACIR≥50dB时,容量损失随ACIR值的增大而趋于平衡。

  2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为0即共基站时,上行的容量损失最小,运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大,上下行容量损失也最大。但当ACIR≥50dB,容量损失基本不随运营商基站距离的变化。

  3. 为了保证系统容量损失小于5%,在小区半径为577米时,上行链路的ACIR至少应为34dB。

  4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB,可见TD-SCDMA与WCDMA两系统在基站间隔为0、R/2和R时,TD-SCDMA移动台不会对与WCDMA基站的接收造成干扰。

  2.2.2.1.2 系统容量与ACIR,小区半径

  上面的结果显示了在小区半径为577米,两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时,WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况。下面的仿真结果显示了在小区半径为1000米和3000米时WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况(见图10、图11、图12)。




  从图10~图12可以看出,

  1. 随着小区半径的增大,WCDMA上行容量损失随着增大,当ACIR≥50dB时,容量损失基本不随半径的变化而变化。

  2. 当小区半径在1000米和577米时,WCDMA上行容量损失基本相同,即当小区半径小于1000米,WCDMA上行容量损失不随小区半径的增大而变化。

  3. 当小区半径等于3000米时WCDMA上行容量损失比小区半径小于1000米时WCDMA上行容量损失要小得多,这主要由于3000米半径时,小区容量明显减少之故。

  4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时, TD-SCDMA与WCDMA两系统不论基站间隔为0、R/2和R,还是小区半径为577米、1000米和3000米,TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。

  2.2.2.1.3 小结

  以上分析了TD-SCDMA在全向天线时,TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响。在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB,不论TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站如何设置,也不论小区半径的大小,TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。

  2.2.2.2 智能天线时TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响

  2.2.2.2.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离

  在仿真TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的干扰时,不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境,小区半径均为577m的全向小区,对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m(小区半径/2)、577m(小区半径)。TD-SCDMA系统移动台(上行链路)的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数的75%。干扰仿真结果见图13。



  从图中可以看出:

  1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。

  2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为10米即共站址时,WCDMA系统上行容量损失最小,运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大,上行容量损失也最大。

  3. 为了保证WCDMA系统上行容量损失小于5%,在小区半径为577米时,TD-SCDMA 移动台与WCDMA基站(WCDMA为上行链路)的ACIR至少应为36dB。

  4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB,可见TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站不管如何设置,TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。

  2.2.2.2.2 系统容量与ACIR及小区半径

  上面的结果显示了在小区半径为577米,两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时,WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况。下面的图14仿真结果显示了在小区半径为3000米时WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA干扰时随ACIR的变化关系。



  从图14中可以看出,在智能天线情况下其干扰结果与全向天线情况下相似,即当小区半径等于3000米时WCDMA上行容量损失比小区半径小于1000米时WCDMA上行容量损失要小得多,因此只要满足小区半径577米时的干扰要求就行了。

  2.2.2.2.3 小结

  以上分析了TD-SCDMA在智能天线时,TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响,其结果与全向天线时的相似,即在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5dB,不论TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站如何设置,也不论小区半径的大小,TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。

  2.2.2.3 结论

  从以上仿真可知,在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,TD-SCDMA移动台不会对WCDMA基站的接收造成干扰。

  3.2.3 TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响

  3.2.3.1 全向天线时TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响

  3.2.3.1.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离

  在仿真TD-SCDMA基站对WCDMA基站的干扰时,不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境,小区半径均为577m的全向小区,对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m(小区半径/2)、577m(小区半径)。TD-SCDMA系统基站(下行链路)的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持的用户数。干扰仿真结果见图15~图17。



  从图中可以看出:

  1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。

  2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。

  3. 为了保证系统容量损失小于5%,在小区半径为577米时,共址时TD-SCDMA基站与WCDMA基站(WCDMA上行链路)的ACIR至少应为78dB;当基站的间隔距离为小区半径时,所需的ACIR至少应为60dB以上;当基站的间隔距离为小区半径的一半时,所需的ACIR也至少应为60dB以上。

  4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为45dB,可见TD-SCDMA与WCDMA两系统在基站间隔为0、R/2和R时,TD-SCDMA基站会对WCDMA基站的接收造成干扰。为了避免干扰,在基站间隔为R时,需要34dB的额外隔离,或适当增加保护带宽。

  2.2.3.1.2 系统容量与ACIR及小区半径

  图15~图17 也显示了小区半径不同时的仿真结果。从图中可以看出:

  1. 当两系统共基站时,半径为3000米时的容量损失比半径为577米的容量损失大;当两系统基站间隔为R和R/2时,半径为3000米时的容量损失比半径为577米的容量损失小;而当两系统基站间隔为R和R/2,半径为1000米时的容量损失要大,这主要由于基站的发射功率变大所致。

  2. 当两系统共基站时,在小区半径为3000米时, TD-SCDMA基站与WCDMA基站(WCDMA上行链路)的ACIR至少应为90dB左右;当两系统基站间隔为R和R/2时,TD-SCDMA基站与WCDMA基站(WCDMA上行链路)的ACIR至少应为70dB左右。

  2.2.3.1.3 小结

  以上分析了TD-SCDMA在全向天线时,TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响。当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,TD-SCDMA基站与WCDMA基站之间的ACIR值为45dB,而在小区半径为577米时,共址时TD-SCDMA基站与WCDMA基站(WCDMA上行链路)的ACIR至少应为78dB,需附加衰减33dB;在3000米时ACIR至少应为90dB。当两系统基站间隔为R和R/2时,TD-SCDMA基站与WCDMA基站(WCDMA上行链路)的ACIR至少应为70dB左右。

  3.2.3.2 智能天线时TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响

  3.2.3.2.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离

  在仿真TD-SCDMA基站对WCDMA基站的干扰时,不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境,小区半径均为577m的全向小区,对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m(小区半径/2)、577m(小区半径)。TD-SCDMA系统基站(下行链路)的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持的用户数。干扰仿真结果见图18。



  1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。

  2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为10米即共基站时,上行的容量损失最大,运营商间的干扰最大;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最小,上下行容量损失也最小。

  3. 为了保证WCDMA上行容量损失小于5%,在小区半径为577米时,共站时的ACIR至少应为89dB;基站间隔距离为R和R/2时,ACIR至少应为74dB。

  4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时,WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz,TD-SCDMA基站与WCDMA基站之间的ACIR值为45 dB,而在小区半径为577米时,共站时的ACIR至少应为89 dB,尚需44dB的额外衰减;基站间隔距离为R和R/2时,ACIR至少应为74dB,尚需29dB的额外衰减。

  2.2.3.2.2 系统容量与ACIR及小区半径

  上面的结果显示了在小区半径为577米,两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时,WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干扰时随ACIR的变化情况。下面的仿真结果显示了在小区半径为3000米时WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干扰时随ACIR的变化情况,见图19。



  从图中可以看出,当运营商间的距离为10米即共基站时,小区半径越大,WCDMA的容量损失越大;为了保证WCDMA上行容量损失小于5%,共站时的ACIR至少应为89dB。
作者:彭木根 黄标   来源:中国无线电管理

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