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TD-LTE系統(tǒng)干擾分析

李翔 周勇 2011/09/21

　　隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)以及移動(dòng)通信理念的變革，為了把握新一輪的技術(shù)浪潮，保持在移動(dòng)通信領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，2004年底3GPP啟動(dòng)了關(guān)于3G演進(jìn)，即LTE的研究與標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨著LTE R8、R9標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，LTE正日益成為業(yè)界的熱點(diǎn)。

　　LTE系統(tǒng)同時(shí)定義了頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和時(shí)分雙工(Time Division Duplexing, TDD) 兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個(gè)廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營(yíng)更加強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1會(huì)議通過了27家公司聯(lián)署的LTE TDD融合幀結(jié)構(gòu)的建議，統(tǒng)一了LTE TDD的兩種幀結(jié)構(gòu)。融合后的LTE TDD幀結(jié)構(gòu)是以TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，這就為TD-SCDMA成功演進(jìn)到LTE乃至4G標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

　　在工信部TD-LTE工作組的領(lǐng)導(dǎo)下，規(guī)范制定、MTNet測(cè)試和6城市試驗(yàn)網(wǎng)正在緊張有序地進(jìn)行。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善、產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟、系統(tǒng)能力不斷提高，TD-LTE將很快進(jìn)入商用時(shí)代。

　　眾所周知，干擾是影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)通話質(zhì)量、掉話、切換、擁塞以及網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量等均有顯著影響。如何降低或消除干擾是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能能否充分發(fā)揮的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的重要任務(wù)之一。

　　TD-LTE組網(wǎng)干擾分內(nèi)部干擾和外部干擾，內(nèi)部干擾包括同頻組網(wǎng)干擾和異頻干擾，外部干擾又包括系統(tǒng)間干擾及其它隨機(jī)干擾。本文將重點(diǎn)分析系統(tǒng)內(nèi)的同頻和異頻干擾，以及系統(tǒng)間與TD-SCDMA的干擾。

1.系統(tǒng)內(nèi)干擾

　　TD-LTE的組網(wǎng)包括同頻和異頻兩種方式，對(duì)于同頻組網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的所有小區(qū)可以使用相同的頻帶為本小區(qū)內(nèi)的用戶提供服務(wù)，因此頻譜效率高。但是對(duì)各子信道之間的正交性有嚴(yán)格的要求，否則會(huì)導(dǎo)致干擾。對(duì)于異頻組網(wǎng)，由于頻率的不同產(chǎn)生了一定的隔離度，但是仍然需要進(jìn)行合理的頻率規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)干擾最小，同時(shí)由于受限于頻帶資源，所以存在著干擾控制與頻帶使用的平衡問題。

　　1.1.同頻組網(wǎng)

　　1.1.1.小區(qū)內(nèi)干擾

　　由于OFDM的各子信道之間是正交的，這種特點(diǎn)決定了小區(qū)內(nèi)干擾可以通過正交性加以克服。如果由于載波頻率和相位的偏移等因素造成子信道間的干擾，可以在物理層通過采用先進(jìn)的無線信號(hào)處理算法使這種干擾降到最低。因此，一般認(rèn)為OFDMA系統(tǒng)中的小區(qū)內(nèi)干擾很小。

　　1.1.2.小區(qū)間干擾

　　對(duì)于小區(qū)間的同頻干擾，可以采用干擾抑制技術(shù)，主要包括干擾隨機(jī)化、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)。干擾隨機(jī)化和干擾消除是一種被動(dòng)的干擾抑制技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的載干比并無影響。  　　1.2.異頻組網(wǎng)

　　根據(jù)上面的分析，TD-LTE系統(tǒng)在本小區(qū)內(nèi)不存在同頻干擾，干擾主要來自于使用相同頻率的鄰小區(qū)。如果在服務(wù)小區(qū)與最相鄰的小區(qū)之間保持異頻，通過空間傳播距離隔離同頻小區(qū)，這樣就能夠盡可能的降低同頻干擾。

　　異頻組網(wǎng)中相鄰小區(qū)為了降低干擾，使用不同的頻率，頻譜效率相對(duì)于同頻要差一些，但RRM算法簡(jiǎn)單，邊緣速率相對(duì)于同頻組網(wǎng)會(huì)高一些。因此，如果采用異頻組網(wǎng)，需要進(jìn)行合理的頻率規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)干擾最小。同時(shí)，由于受限于頻帶資源，所以存在著干擾控制與頻帶使用的平衡問題。

　　仿真結(jié)果也表明：相比于同頻組網(wǎng)，異頻組網(wǎng)對(duì)小區(qū)載干比C/I能力得到了很大提高。這意味著同樣覆蓋的面積下，在獲得同樣頻率資源單位的情況下，用戶有更高的傳輸速率。同時(shí)，覆蓋區(qū)域的邊緣用戶的峰值速率可獲得提高。

同頻與異頻組網(wǎng)C/I對(duì)比仿真

圖1：同頻與異頻組網(wǎng)C/I對(duì)比仿真

　　以O(shè)FDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的TD-LTE系統(tǒng)的空中接口沒有使用擴(kuò)頻技術(shù)，由此，信道編碼技術(shù)所產(chǎn)生的處理增益相對(duì)較小，降低了小區(qū)邊緣的干擾消除能力。為了提高LTE系統(tǒng)容量而必須要采取的有效的頻率復(fù)用技術(shù)，一種好的頻率復(fù)用方式可以極大降低TD-LTE的干擾，使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。目前業(yè)界采用比較多的是“軟頻率復(fù)用”或“部分頻率復(fù)用”方式。即將頻率資源分為若干個(gè)復(fù)用集。如圖2所示，小區(qū)中心的用戶可以采用較低的功率發(fā)射和接收，即使占用相同的頻率也不會(huì)造成較強(qiáng)的ICI，因此被分配在復(fù)用系數(shù)為1的復(fù)用集。小區(qū)邊緣的用戶需要采用較高的功率發(fā)送和接收，有可能造成較強(qiáng)的ICI，因此被分配在頻率復(fù)用系數(shù)為1/N的復(fù)用集。這樣可以通過異頻的方式降低小區(qū)間的干擾。

TD-LTE系統(tǒng)的多小區(qū)軟頻率復(fù)用

圖2：TD-LTE系統(tǒng)的多小區(qū)軟頻率復(fù)用
2.系統(tǒng)間干擾

　　目前，TD-LTE可以使用的頻段包括1880~1920MHz（F頻段）、2320~2370MHz（E頻段）以及2570~2620MHz（D頻段）。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的規(guī)劃，考慮到與TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)共用的情況，F(xiàn)和D頻段將用在室外，E頻段將用在室內(nèi)。因此在F/E頻段存在與TD-SCDMA的干擾，本文所要重點(diǎn)分析的正是這兩種場(chǎng)景。至于在F頻段與DCS1800、CDMA2000的干擾則只需要保證一定的空間隔離度可以加以抑制，相關(guān)的文獻(xiàn)資料比較多，本文也就不再累述。

　　在展開分析前，我們先來了解一下系統(tǒng)間干擾分析的幾個(gè)概念：

　　鄰頻干擾：如果不同的系統(tǒng)工作在相鄰的頻率，由于發(fā)射機(jī)的鄰道泄漏和接收機(jī)鄰道選擇性的性能的限制，就會(huì)發(fā)生鄰道干擾。

　　雜散輻射：由于發(fā)射機(jī)中的功放、混頻器和濾波器等器件的非線性，會(huì)在工作頻帶以外很寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射信號(hào)分量, 包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)物和互調(diào)產(chǎn)物等。當(dāng)這些發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)落在被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的工作帶內(nèi)時(shí)，抬高了接收機(jī)的噪底，從而減低了收靈敏度。

　　互調(diào)干擾：主要是由接收機(jī)的非線性引起的，后果也是抬高底噪，降低接收靈敏度。種類包括多干擾源形成的互調(diào)、發(fā)射分量與干擾源形成的互調(diào)和交調(diào)干擾。

　　阻塞干擾：阻塞干擾并不是落在被干擾系統(tǒng)接收帶內(nèi)的，但由于干擾信號(hào)過強(qiáng)，超出了接收機(jī)的線性范圍，導(dǎo)致接收機(jī)飽和而無法工作。為了防止接收機(jī)過載，收信號(hào)的功率一定要低于它的1dB壓縮點(diǎn)。

　　TD-LTE與TD-SCDMA都是TDD系統(tǒng)，上下行鏈路共用同一頻帶，發(fā)射和接收在不同時(shí)刻交替進(jìn)行。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)不同步時(shí)（即上下行切換點(diǎn)不對(duì)齊），一方在發(fā)射，另一方在接收，這種情況就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾的可能性，干擾強(qiáng)度取決于基站設(shè)備指標(biāo)及其空間隔離度。

　　另外，隨著站址選擇的愈加困難，兩個(gè)系統(tǒng)共站址的場(chǎng)景會(huì)越來越多，如果此時(shí)兩系統(tǒng)鄰頻，那么干擾問題將會(huì)愈加突出。以下展開分析。

　　2.1.D頻段TD-LTE + F/A頻段TD-SCDMA

　　由于兩個(gè)系統(tǒng)頻段相隔較遠(yuǎn)（不考慮鄰頻干擾，只考慮雜散和阻塞干擾），干擾隔離度要求如表2所示，最大為41dB，實(shí)際建設(shè)時(shí)可以共站，也不存在時(shí)隙交叉干擾的問題，建設(shè)時(shí)很容易滿足水平大于等于1米或垂直大于等于0.5米。

　　表2 TD-LTE與TD-SCDMA干擾隔離度

F頻段TD-LTE + F頻段TD-SCDMA

　　2.2.F頻段TD-LTE + F頻段TD-SCDMA

　　TD-LTE和TD-SCDMA可能同時(shí)在F頻段組網(wǎng)，因此兩者鄰頻的干擾就會(huì)存在，此時(shí)，時(shí)隙的同步就顯得尤為重要。如圖3所示，TD-SCDMA不同時(shí)隙配比將影響這TD-LTE的時(shí)隙選擇。比如：如果TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)是2：4配置，那么為了保證時(shí)隙同步，TD-LTE將選擇1：3時(shí)隙配比，同時(shí)特殊子幀的符號(hào)比為3：10：2或者3：9：2（也就是6城市規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)設(shè)備規(guī)范中的必選測(cè)試項(xiàng)）

TD-LTE與TD-SCDMA不同時(shí)隙比

圖3：TD-LTE與TD-SCDMA不同時(shí)隙比

3.小結(jié)

　　綜上所述，針對(duì)系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)的干擾，我們都可以找到相應(yīng)的辦法加以抑制。這些方法中有的是通過簡(jiǎn)單的頻點(diǎn)或者空間隔離，有的是通過軟頻率復(fù)用等干擾協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)行抑制。由此可見，TD-LTE組網(wǎng)需要綜合全面考慮與其他系統(tǒng)的干擾問題，這個(gè)過程貫穿在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，需要我們結(jié)合理論分析和仿真，在實(shí)踐中不斷加以完善。

4.參考文獻(xiàn)

【1】沈嘉 《3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 人民郵電出版社
【2】3GPP TS 36.211 v8.8.0. E-UTRA Physical Channels and Modulation (Release 8). 2009
【3】3GPP TS 36.104 v8.9.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception
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