冀常鵬，黃云霏（.遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，遼寧葫蘆島505；.遼寧工程技術(shù)大學(xué)研究生學(xué)院，遼寧葫蘆島505）

TD-LTE與TD-SCDMA鄰頻干擾的分析?

冀常鵬1，黃云霏2
（1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，遼寧葫蘆島125105；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)研究生學(xué)院，遼寧葫蘆島125105）

分析了2.35 GHz頻段的TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)宏小區(qū)干擾時(shí)的性能損耗，建立了基于Monte Carlo仿真方法的系統(tǒng)模型，給出了3個干擾場景下的仿真結(jié)果。通過改進(jìn)ACIR模型和干擾算法模型，進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，使得系統(tǒng)容量最大化，令仿真結(jié)果科學(xué)可信，使之適合分析TDLTE與TD-SCDMA系統(tǒng)的共存問題。通過分析地理位置偏移、帶寬和功率控制參數(shù)對共存系統(tǒng)性能損耗的影響，得出不同參數(shù)設(shè)置對TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)共存時(shí)的影響，給出兩系統(tǒng)共存時(shí)ACIR建議值。研究結(jié)果為異系統(tǒng)混合組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了參考依據(jù)。

TD-LTE；TD-SCDMA；鄰頻干擾；性能損耗；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1 引言

隨著消費(fèi)者對于蜂窩通信及大量其他無線應(yīng)用需求的擴(kuò)大，需要增加基本的物理資源——頻譜。信號范圍和頻譜利用率決定覆蓋率和容量，從而決定所需基站個數(shù)和資金支出。各區(qū)域的不同需求和不同歷史因素造成的頻譜分配現(xiàn)狀，因此不能保證對于特定技術(shù)存在全球通用的頻譜。依靠這個背景，3GPP長期演進(jìn)（LTE）［1］的關(guān)鍵設(shè)計(jì)定位為可部署于各個頻譜環(huán)境范圍內(nèi)，包括帶寬、上下行雙工間隔和上下行不對稱性等。既支持成對頻譜分配也支持孤立非成對分配，可以避免浪費(fèi)寶貴的頻譜資源。我國自主知識產(chǎn)權(quán)TD-SCDMA系統(tǒng)的演進(jìn)方案——TD-LTE已在國內(nèi)開始規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)。由于頻率資源緊缺，難免會出現(xiàn)TD-LTE與已大規(guī)模部署的TD-SCDMA系統(tǒng)在同一地理區(qū)域鄰頻共存的情形，共站址規(guī)劃必然會產(chǎn)生一定程度的干擾。無線干擾信號給基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動通信帶來許多問題，如掉話、通話質(zhì)量差、信道擁塞等［2］。因此，減小系統(tǒng)間干擾，提高系統(tǒng)性能，確保TD-LTE與TD -SCDMA系統(tǒng)共存是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要課題。

研究無線通信系統(tǒng)間干擾的傳統(tǒng)方案是基于最小耦合損耗計(jì)算方法和Monte Carlo仿真方法［3］，分析基站間距、地理位置偏移和功率控制參數(shù)對系統(tǒng)共存干擾的影響［4］，并分析系統(tǒng)共存時(shí)互干擾的成因，提出的工程實(shí)施解決方案值得借鑒應(yīng)用［5］，但分析方法單一，算法理想化。因此，本文提出改進(jìn)的ACIR模型和干擾算法模型，將其應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)中，分析TD-LTE系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與TD-SCDMA系統(tǒng)12.2 kbit／s語音業(yè)務(wù)間的干擾，采用循環(huán)調(diào)度算法［6］。重點(diǎn)研究TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)共存時(shí)的性能損耗，統(tǒng)計(jì)分析得出兩系統(tǒng)共存時(shí)所需的ACIR值，為干擾保護(hù)提供指導(dǎo)性建議。

2 系統(tǒng)模型

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與傳播模型

本文研究的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為由19個三扇區(qū)小區(qū)組成的正六邊形宏蜂窩組網(wǎng)模式。D為小區(qū)站間距，基站偏移d=0代表兩系統(tǒng)共站，d=D為干擾基站處于被害系統(tǒng)小區(qū)的邊緣。為準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)中的干擾，采用Wrap Around技術(shù)，即用有限的蜂窩結(jié)構(gòu)覆蓋全平面?；镜接脩糁g的路徑損耗選用UMTS 30.03中車載傳播模型，基站間的路徑損耗采用雙斜率模型［7］。

2.2 ACIR模型

TD-LTE系統(tǒng)上行鏈路中，鄰近信道干擾比ACIR值由用戶的鄰信道泄漏比ACLR值決定，ACLR模型［8-9］見表1。X為仿真步長（dB），實(shí)驗(yàn)中，X=…，-10，-5，0，5，10，…。在下行鏈路中，為計(jì)算系統(tǒng)間干擾，全部頻率資源塊采用相等的ACIR值，仿真中為得到不同的系統(tǒng)性能損失，ACIR變化范圍為30～45 dB，且變化步長為3 dB。

2.3 干擾模型

TD-LTE系統(tǒng)的信干比（Signal to Interference Ratio，SINR）計(jì)算如式（1）所示：

式中，N為熱噪聲；Prx，n是用戶n的接收功率，由式（2）可得出：

式中，Ptx，n表示在上行鏈路中用戶n的發(fā)射功率或下行鏈路中服務(wù)基站對用戶n的發(fā)射功率，Gn表示天線增益，Ln是用戶n與其服務(wù)基站間的路徑損耗。

Iintra，n是TD-LTE系統(tǒng)內(nèi)用戶n受到的干擾，通過式（3）可得出。由于子載波的正交性，來自移動臺的干擾和用戶n占用相同的RB位置。Iinter，n表示TD-SCDMA系統(tǒng)對TD-LTE的干擾，見式（3）：

其中，Lk，n為干擾用戶k到被干擾用戶n的服務(wù)基站m之間的路徑損耗。ACIRn是WCDMA系統(tǒng)中用戶n對TD-LTE系統(tǒng)中用戶k的ACIR線性值。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，用戶n的SINR計(jì)算式見式（4）：

式中，Prx，n的計(jì)算與TD-LTE計(jì)算相似，見式（2）。

TD-SCDMA系統(tǒng)內(nèi)用戶n受到的干擾為Iintra，n，Iinter，n為TD-LTE系統(tǒng)對用戶n的干擾，見式（5）：

式中，α為聯(lián)合檢測因子，Lk，m、Lj，m為干擾用戶k、j到被干擾用戶n的服務(wù)基站m之間的路徑損耗。

2.4 功率控制

TD-LTE系統(tǒng)上行功率控制如式（6）所示：

式中，Rmin=Pmax／Pmin，Pmax、Pmin分別表示用戶最大和最小發(fā)射功率，Rmin可防止擁有良好信道條件的用戶發(fā)送功率低；L為用戶與基站間的路徑損耗；且提前將路徑損耗值設(shè)定為Lx-ile；通過式（6）可使路徑損耗最嚴(yán)重的x%的用戶發(fā)射功率達(dá)到Pmax。γ為擁有良好信道條件的用戶和沒有良好信道條件的用戶的平衡因子，0＜γ≤1。實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)帶寬為10 MHz時(shí)，兩組功率控制參數(shù)為：set1：γ=1，Lx-ile= 112；set2：γ=0.8，Lx-ile=129，系統(tǒng)帶寬為5 MHz時(shí)，兩組功率控制參數(shù)為：set1：γ=1，Lx-ile=115；set2：γ=0.8，Lx-ile=133。

而對下行鏈路，不采取功率控制，且基站以最大功率發(fā)射，全部資源塊均分總功率。

TD-SCDMA功率控制技術(shù)在共存干擾仿真平臺中上下行功率控制均采用理想的基于SINR的功率控制方法［10］，調(diào)整迭代公式為式（7）：

式（7）中，A+B=1，且A、B≤1，試驗(yàn)中一般A =1，B=0；t為迭代次數(shù)；Pmax和Pmin分別為用戶發(fā)射功率的上下限。

3 實(shí)驗(yàn)仿真

3.1 仿真參數(shù)

TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)仿真參數(shù)見表2。

3.2 評估準(zhǔn)則

對TD-LTE系統(tǒng)，以相對吞吐量損失達(dá)到5%作為評估準(zhǔn)則。通過仿真得到資源塊上的SINR，采用Shannon修正公式，將SINR映射成各資源塊的吞吐量，多次快照后，得到系統(tǒng)平均吞吐量，進(jìn)而計(jì)算平均相對吞吐量［8］。

對TD-SCDMA系統(tǒng)達(dá)到5%掉話率時(shí)的用戶數(shù)作為上行極限容量，95%滿意率用戶數(shù)作為下行極限容量。

3.3 仿真流程

采用文獻(xiàn)［7］建議的蒙特卡羅仿真方法，進(jìn)行多次快照模擬實(shí)際系統(tǒng)中用戶各種位置的可能性，且每次快照取樣服從均勻分布，由于達(dá)到一定的仿真次數(shù)，就可模擬真實(shí)系統(tǒng)性能，得出系統(tǒng)間干擾大小，仿真結(jié)果合理可信。以TD-SCDMA用戶干擾TD-LTE基站說明仿真中每次快照的流程。

（1）初始化TD-LTE系統(tǒng)。生成19小區(qū)蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，初始化參數(shù)，隨機(jī)分布各TD-LTE用戶。

（2）計(jì)算用戶到基站間的鏈路增益，并將其記錄到系統(tǒng)內(nèi)鏈路增益矩陣G中，對系統(tǒng)進(jìn)行切換及功率控制，計(jì)算干擾模型，根據(jù)G可知通信質(zhì)量最好的鏈路，其所屬的扇區(qū)即是用戶的扇區(qū)。

（3）分別對兩種功率控制參數(shù)set1和set2仿真，功率控制步長為1 dB，記錄用戶發(fā)射功率。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。功率控制循環(huán)調(diào)整得到的用戶數(shù)使得TD-LTE系統(tǒng)上行平均相對吞吐量損失達(dá)到5%，得到TD-LTE單系統(tǒng)上行平均吞吐量。

（5）選取一個ACIR值，ACIR值選取的步長為5 dB，改變ACIR值進(jìn)行多次仿真。將TD-SCDMA系統(tǒng)作為干擾源，TD-LTE為被干擾系統(tǒng)。

（6）初始化TD-SCDMA系統(tǒng)及計(jì)算鏈路增益。生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并對參數(shù)初始化，每扇區(qū)撒10個用戶，計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部的鏈路增益。

（7）調(diào)用TD-SCDMA功率控制函數(shù)，記錄用戶位置和發(fā)射功率，計(jì)算TD-SCDMA用戶到TDLTE基站的G。

（8）引入TD-SCDMA系統(tǒng)后，進(jìn)行雙系統(tǒng)仿真，TD-LTE系統(tǒng)重復(fù)步驟1～3。此時(shí)，步驟3所得到的即為TD-LTE系統(tǒng)受干擾時(shí)的上行平均吞吐量。

統(tǒng)計(jì)仿真得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，便可得到系統(tǒng)的平均相對吞吐量損失和平均相對容量損失。

4 仿真分析

4.1 TD-LTE用戶干擾TD-SCDMA基站

建立5 MHz的TD-LTE用戶干擾TD-SCDMA基站的系統(tǒng)仿真平臺［11］，平均相對容量損失如圖1所示。由圖可知，TD-LTE使用同一功率控制參數(shù)時(shí)，d增大，TD-SCDMA基站所受干擾也增大。因?yàn)門D-LTE系統(tǒng)的邊緣用戶會隨著偏移距離增大而靠近TD-SCDMA系統(tǒng)基站，TD-LTE系統(tǒng)的邊緣用戶發(fā)射功率較中心用戶大，導(dǎo)致TD-SCDMA基站受干擾程度加大。

相對偏移距離相同，對TD-LTE功率控制參數(shù)取set1時(shí)，發(fā)射功率大的用戶增多，可提高TD-LTE系統(tǒng)性能，但對TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾比功率控制參數(shù)取set2時(shí)大，而干擾源為功率控制參數(shù)set2的TD-LTE系統(tǒng)時(shí)，對不同偏移距離，TDSCDMA系統(tǒng)的平均相對容量損失低于5%。因此，選取set2更有利于兩系統(tǒng)共存。

4.2 TD-LTE基站干擾TD-SCDMA用戶

建立5 MHz的TD-LTE下行干擾TD-SCDMA上行的系統(tǒng)仿真平臺，TD-LTE系統(tǒng)的功率控制方式為set1，小區(qū)站間距D和地理位置相對偏移值d對TD-SCDMA系統(tǒng)上行平均相對容量損失的影響如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)D分別為750 m、1 000 m和2 500 m時(shí)，使TD-SCDMA系統(tǒng)上行平均相對容量損失低于5%所需的ACIR值分別為40.3 dB、36.2 dB、32.4 dB。這是因?yàn)檎鹃g距D增加，路徑損耗隨之增加，對接收端的干擾便降低。因此，小區(qū)站間距D增大，TD-SCDMA容量損失減小，所受干擾降低。

當(dāng)D=1 000 m時(shí)，相對偏移d越大，TD-SCDMA系統(tǒng)平均相對容量損失越大，系統(tǒng)所受干擾越大。為使TD-SCDMA系統(tǒng)上行的平均相對容量損失低于5%，d=577 m的ACIR值比d=0的ACIR值高4 dB。d=577 m為兩系統(tǒng)共存時(shí)最糟糕的情況即TD-LTE基站位于被害系統(tǒng)小區(qū)邊緣，此時(shí)TDSCDMA的邊緣用戶受干擾嚴(yán)重。

4.3 TD-SCDMA用戶干擾TD-LTE基站

TD-SCDMA用戶干擾TD-LTE基站的仿真結(jié)果如圖3所示，其中B為TD-LTE系統(tǒng)帶寬，d= 433 m。可以得出，功率控制參數(shù)相同時(shí)，大帶寬TD

-LTE系統(tǒng)平均相對吞吐量損失小，受干擾小。對于5 MHz TD-LTE系統(tǒng)，為使吞吐量損失不高于5%，功率控制參數(shù)取set1和set2時(shí)所需ACIR值分別為6.5 dB和18.5 dB。當(dāng)TD-LTE系統(tǒng)采用功率控制參數(shù)set2時(shí)，平均相對吞吐量損失大，受外系統(tǒng)干擾影響大。

5 結(jié)論

將改進(jìn)的ACIR模型和干擾算法模型應(yīng)用于Monte Carlo仿真方法中，對宏小區(qū)中TD-LTE與TD -SCDMA系統(tǒng)于2.35 GHz頻段的共存干擾進(jìn)行研究，分析了地理位置偏移、TD-LTE系統(tǒng)帶寬及其功率控制參數(shù)對共存系統(tǒng)容量和吞吐量損失的影響。通過分析及仿真發(fā)現(xiàn)，TD-LTE基站干擾TD-SCDMA用戶時(shí)，站間距越大，產(chǎn)生的干擾越小，TD-LTE基站位于被害系統(tǒng)小區(qū)邊緣為兩系統(tǒng)共存時(shí)最糟糕的情況，需要更嚴(yán)格的ACIR來解決系統(tǒng)共存問題，為保證系統(tǒng)性能，必須使兩系統(tǒng)的天線隔離度適宜，最大程度減低干擾導(dǎo)致的不利影響；TD-SCDMA用戶干擾TD-LTE基站時(shí)，大帶寬TD-LTE系統(tǒng)受干擾??；TD-LTE移動臺干擾TD-SCDMA基站時(shí)，采用功率控制參數(shù)set2更有利于系統(tǒng)共存?？赏ㄟ^提高發(fā)射機(jī)和接收機(jī)性能，適當(dāng)提高ACIR值，來消除系統(tǒng)間共存干擾。故在實(shí)際布站中，應(yīng)綜合考慮各個因素進(jìn)行合理規(guī)劃。本文提出的仿真平臺稍加改動即可研究其他無線系統(tǒng)共存問題，有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。

［1］Stefania S，Toufik I，Baker M.LTE，The UMTS Long Term Evolution：From Theory to Practice［M］.New York：John Wiley and Sons，2009.

［2］Chang P，Chang Y，Han Y，et al.Interference analysis and performance evaluation for LTE TDD system［C］／／Proceedings of2010 International Conference on Communications Technology and Application.Shenyang：IEEE，2010：410-414.

［3］田英男，張欣，王靜，等.TD-SCDMA與TD-LTE系統(tǒng)共存研究［J］.現(xiàn)代電信科技，2010（7）：28-32. TIAN Ying-nan，ZHANG Xin，WANG Jing，et al.Coexistence study of TD-SCDMA and TD-LTE systems［J］.Modern Science＆Technology of Telecommunication，2010（7）：28 -32.（in Chinese）

［4］Iskra S，Thomas B W，Mckenzie R，et al.Potential GPRS 900／180-MHz and WCDMA 1900-MHz interference to medical devices［J］.IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2007，47（10）：1858-1866.

［5］王靜.LTE與無線通信系統(tǒng)干擾共存和干擾管理研究［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2010. WANG Jing.Rseearch on coexistence study and interference management between LTE and wireless communication systems［D］.Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications，2010.（in Chinese）

［6］李校林，付澍，胡楠.一種基于LTE業(yè)務(wù)特征的調(diào)度算法切換系統(tǒng)［J］.電訊技術(shù)，2011，51（3）：93-97. LIXiao-lin，F(xiàn)U Shu，HU Nan.A scheduling algorithm of handover system based on LTE service characteristics［J］. Telecommunication Engineering，2011，51（3）：93-97.（in Chinese）

［7］3GPP TR25.942 v10.0.0，Radio Frequency Systems Scenarios［S］.

［8］3GPP TR 36.942 v9.0.1，Radio Frequency Systems Senarios［S］.

［9］3GPP TS 36.211 v8.2.0，Physical Channels and Modulation［S］.

［10］馬鮮艷.TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的覆蓋分析［J］.電訊技術(shù)，2009，49（6）：65-69. MA Xian-yan.Coverage analysis of network planning for TD-SCDMA systems［J］.Telecommunication Engineering，2009，49（6）：65-69.（in Chinese）

［11］Larsson E G.Model-averaged interference rejection combining［J］.IEEE Transactions on Communications，2007，55（2）：271-274.

JIChang-peng was born in Harbin，Heilongjiang Province，in 1970.He received the M.S.degree from Liaoning Technical U-niversity in 2002.He is now a professor and also the instructor of graduate student，a senior member of the WASE and IACSIT.His research interests include computer communication，wireless communication.

黃云霏（1987—），女，遼寧本溪人，2010年于遼寧工程技術(shù)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)。

HUANG Yun-fei was born in Benxi，Liaoning Province，in 1987.She received the B.S.degree from Liaoning Technical University in 2010.She is now a graduate student.Her research direction is wireless communication.

Email：hyunfei1987＠163.com

Interference Analysis of TD-LTE and TD-SCDMA in Adjacent Frequency Band

JI Chang-peng1，HUANG Yun-fei2
（1.School of Electronics and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao 125105，China；2.Institute of Graduate，Liaoning Technical University，Huludao 125105，China）

The performance loss of interference between TD-LTE and TD-SCDMA systems at 2.35 GHz frequency is analysed.The coexistence interference is simulated only in a macro-to-macro cell scenario considering based on Monte Carlo.Then the simulation results of the three scenarios are presented.To ensure the quality of the network，maximize the system capacity，and make the simulation results scientific and credible，ACIR and interference models are improved to accommodate to the coexistence research of TD-LTE and TDSCDMA systems.Then performance loss is discussed in detail with different carrier frequencies，geographic location offsets，bandwidths，and power control parameters.What′s more，ACIR values are provided aboutsystem coexistence.It provides valuable reference for the research of hybrid network planning and optimizing.

TD-LTE；TD-SCDMA；adjacent frequency interference；performance loss；network optimization

The Scientific Research Foundation of Higher Education Institutions of Education Bureau of Liaoning Province（No. 202183385）

TN929.5

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.004

冀常鵬（1970—），男，黑龍江哈爾濱人，2002年于遼寧工程技術(shù)大學(xué)獲計(jì)算機(jī)工程專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)為教授、碩士生導(dǎo)師，WASE和IACSIT的高級會員，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)通信、無線網(wǎng)絡(luò)；

1001-893X（2012）02-0142-05

2011-11-04；

2011-12-22

遼寧省教育廳高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目（202183385）