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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，保持在移動通信領域的領導地位，2004年底3GPP啟動了關于3G演進，即LTE的研究與標準化工作。隨著LTE R8、R9標準的凍結(jié)，LTE正日益成為業(yè)界的熱點。

　　LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和時分雙工(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廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強大，標準化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1會議通過了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)為基礎的，這就為TD-SCDMA成功演進到LTE乃至4G標準奠定了基礎。

　　在工信部TD-LTE工作組的領導下，規(guī)范制定、MTNet測試和6城市試驗網(wǎng)正在緊張有序地進行。隨著技術(shù)標準不斷完善、產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟、系統(tǒng)能力不斷提高，TD-LTE將很快進入商用時代。

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

　　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)間干擾及其它隨機干擾。本文將重點分析系統(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，對于同頻組網(wǎng)，整個系統(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，因此頻譜效率高。但是對各子信道之間的正交性有嚴格的要求，否則會導致干擾。對于異頻組網(wǎng)，由于頻率的不同產(chǎn)生了一定的隔離度，但是仍然需要進行合理的頻率規(guī)劃，確保網(wǎng)絡干擾最小，同時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的無線信號處理算法使這種干擾降到最低。因此，一般認為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)，主要包括干擾隨機化、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)。干擾隨機化和干擾消除是一種被動的干擾抑制技術(shù)，對網(wǎng)絡的載干比并無影響。 

干擾隨機化通過比如加擾、交織，跳頻、擴頻、動態(tài)調(diào)度等方式，使系統(tǒng)在時間和頻率兩個維度的干擾平均化。

干擾消除利用干擾的有色特性，對干擾進行一定程度的抑制，即：通過UE的多個天線對空間有色干擾進行抑制。波束成形在空間維度，通過估計干擾的空間譜特性，進行多天線抗干擾合并；在頻率維度，通過估計干擾的頻譜特性，優(yōu)化均衡參數(shù)，進行單天線抑制，如IRC。

干擾協(xié)調(diào)對小區(qū)邊緣可用的時頻資源作一定的限制，正交化或半正交化，是一種主動的控制干擾技術(shù)，理想的協(xié)調(diào)是分配正交的資源，但這種資源通常有限；非理想的協(xié)調(diào)可以通過控制干擾的功率，降低干擾。干擾協(xié)調(diào)主要分為靜態(tài)ICIC、半靜態(tài)ICIC以及動態(tài)ICIC。

靜態(tài)ICIC的核心是各小區(qū)的無線資源按照一定規(guī)則分配后固化使用。小區(qū)邊緣用戶使用整個可用頻段的一部分，并且鄰小區(qū)相互正交，用戶全功率發(fā)送；小區(qū)中心用戶可以使用整個可用頻段，但降功率發(fā)送。

動態(tài)ICIC是在靜態(tài)ICIC的基礎上通過eNodeB進行實時調(diào)度，在相鄰小區(qū)間協(xié)調(diào)頻率資源的使用，以達到抑制干擾目的，適應小區(qū)間負載不均勻的場景；小區(qū)邊緣頻帶擴展時需要綜合考慮鄰區(qū)邊緣頻帶的情況，防止發(fā)生沖突。

　　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，頻譜效率相對于同頻要差一些，但RRM算法簡單，邊緣速率相對于同頻組網(wǎng)會高一些。因此，如果采用異頻組網(wǎng)，需要進行合理的頻率規(guī)劃，確保網(wǎng)絡干擾最小。同時，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，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對比仿真

圖1：同頻與異頻組網(wǎng)C/I對比仿真
　　以OFDMA技術(shù)為基礎的TD-LTE系統(tǒng)的空中接口沒有使用擴頻技術(shù)，由此，信道編碼技術(shù)所產(chǎn)生的處理增益相對較小，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用技術(shù)，一種好的頻率復用方式可以極大降低TD-LTE的干擾，使系統(tǒng)達到最佳性能。目前業(yè)界采用比較多的是“軟頻率復用”或“部分頻率復用”方式。即將頻率資源分為若干個復用集。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造成較強的ICI，因此被分配在復用系數(shù)為1的復用集。小區(qū)邊緣的用戶需要采用較高的功率發(fā)送和接收，有可能造成較強的ICI，因此被分配在頻率復用系數(shù)為1/N的復用集。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)軟頻率復用

圖2：TD-LTE系統(tǒng)的多小區(qū)軟頻率復用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)中國移動的規(guī)劃，考慮到與TD-SCDMA網(wǎng)絡共用的情況，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，本文所要重點分析的正是這兩種場景。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，相關的文獻資料比較多，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)射機的鄰道泄漏和接收機鄰道選擇性的性能的限制，就會發(fā)生鄰道干擾。

　　雜散輻射：由于發(fā)射機中的功放、混頻器和濾波器等器件的非線性，會在工作頻帶以外很寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射信號分量, 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。當這些發(fā)射機產(chǎn)生的干擾信號落在被干擾系統(tǒng)接收機的工作帶內(nèi)時，抬高了接收機的噪底，從而減低了收靈敏度。

　　互調(diào)干擾：主要是由接收機的非線性引起的，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，但由于干擾信號過強，超出了接收機的線性范圍，導致接收機飽和而無法工作。為了防止接收機過載，收信號的功率一定要低于它的1dB壓縮點。

　　TD-LTE與TD-SCDMA都是TDD系統(tǒng)，上下行鏈路共用同一頻帶，發(fā)射和接收在不同時刻交替進行。當兩個系統(tǒng)不同步時（即上下行切換點不對齊），一方在發(fā)射，另一方在接收，這種情況就會產(chǎn)生嚴重干擾的可能性，干擾強度取決于基站設備指標及其空間隔離度。

　　另外，隨著站址選擇的愈加困難，兩個系統(tǒng)共站址的場景會越來越多，如果此時兩系統(tǒng)鄰頻，那么干擾問題將會愈加突出。以下展開分析。

　　2.1.D頻段TD-LTE + F/A頻段TD-SCDMA

　　由于兩個系統(tǒng)頻段相隔較遠（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，實際建設時可以共站，也不存在時隙交叉干擾的問題，建設時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可能同時在F頻段組網(wǎng)，因此兩者鄰頻的干擾就會存在，此時，時隙的同步就顯得尤為重要。如圖3所示，TD-SCDMA不同時隙配比將影響這TD-LTE的時隙選擇。比如：如果TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)是2：4配置，那么為了保證時隙同步，TD-LTE將選擇1：3時隙配比，同時特殊子幀的符號比為3：10：2或者3：9：2（也就是6城市規(guī)模試驗網(wǎng)設備規(guī)范中的必選測試項）

TD-LTE與TD-SCDMA不同時隙比

圖3：TD-LTE與TD-SCDMA不同時隙比
3.小結(jié)

　　綜上所述，針對系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)的干擾，我們都可以找到相應的辦法加以抑制。這些方法中有的是通過簡單的頻點或者空間隔離，有的是通過軟頻率復用等干擾協(xié)調(diào)技術(shù)進行抑制。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，這個過程貫穿在網(wǎng)絡規(guī)劃、工程建設以及網(wǎng)絡優(yōu)化中，需要我們結(jié)合理論分析和仿真，在實踐中不斷加以完善。

4.參考文獻

【1】沈嘉《3GPP長期演進(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設計》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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