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        TD-LTE與WLAN系統(tǒng)干擾研究

        2012-10-08 01:58:04
        電信科學(xué) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:合路隔離度雜散

        陳 霞

        (中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司 上海200060)

        1 引言

        隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)已正式步入第3代移動(dòng)通信(3G)時(shí)代。移動(dòng)用戶數(shù)量的與日俱增以及用戶對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求的日益提高,正推動(dòng)著移動(dòng)業(yè)內(nèi)技術(shù)向更高的方向發(fā)展。因此,3GPP組織作為推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化的組織,在R8標(biāo)準(zhǔn)中推出了長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(long term evolution,LTE),意在進(jìn)一步提高無(wú)線空中接口的傳輸速率。2009年3月,3GPP正式凍結(jié)了LTE版本R9,這意味著LTE的主要技術(shù)和規(guī)范已經(jīng)完善,為L(zhǎng)TE的商業(yè)化部署創(chuàng)造了條件。

        雖然目前國(guó)內(nèi)TD-LTE的牌照還未發(fā)放,TD-LTE頻段分配還未最終確定,但目前工業(yè)和信息化產(chǎn)業(yè)部和中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)移動(dòng))所承擔(dān)的國(guó)家重大項(xiàng)目TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)中,TD-LTE的室內(nèi)頻段采用了 2 300~2 400 MHz或者確切的是 2 350~2 370 MHz。除了TD-LTE,2 GHz頻段附近還集中了所有的3G技術(shù)和WLAN技術(shù),使得在該頻段內(nèi),異系統(tǒng)間的相互干擾影響尤為嚴(yán)重。而WLAN的頻段在2 400~2 483 MHz,WLAN和TD-LTE的干擾將是所有干擾系統(tǒng)中最嚴(yán)重的系統(tǒng)間干擾。

        本文首先對(duì)TD-LTE與WLAN之間的干擾進(jìn)行了確定性分析,然后給出了TD-LTE與WLAN分別在獨(dú)立部署場(chǎng)景和合路建設(shè)場(chǎng)景下的干擾測(cè)試結(jié)果,最后給出了TD-LTE和WLAN的干擾結(jié)論以及共存部署建設(shè)建議。

        2 TD-LTE與WLAN干擾分析

        系統(tǒng)間的干擾包括鄰頻干擾、雜散干擾、阻塞干擾以及互調(diào)干擾。假設(shè)TD-LTE使用的頻段為E-UTRAN 38號(hào)頻帶(2 300~2 400 MHz),而 WLAN 的工作頻段為 2 400~2 483 MHz,只要TD-LTE不使用 2 380~2 400 MHz這個(gè)頻段,TD-LTE和WLAN之間就不會(huì)有鄰頻干擾。TD-LTE與WLAN之間不會(huì)產(chǎn)生二階互調(diào),而與WLAN的三階互調(diào)比較復(fù)雜,僅在極少的頻點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生。因此下面將主要分析雜散干擾和阻塞干擾。

        2.1 干擾的模式

        TD-LTE與其他系統(tǒng)的干擾模式可以分別從TD-LTE對(duì)其他系統(tǒng)的干擾和其他系統(tǒng)對(duì)TD-LTE的干擾兩個(gè)角度展開(kāi)。TD-LTE對(duì)其他系統(tǒng)的干擾如圖1所示,包括以下4種:

        ·TD-LTE基站對(duì)其他系統(tǒng)基站的干擾,表現(xiàn)為下行對(duì)上行的干擾;

        ·TD-LTE基站對(duì)其他系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)的干擾,表現(xiàn)為下行對(duì)下行的干擾;

        ·TD-LTE移動(dòng)臺(tái)對(duì)其他系統(tǒng)基站的干擾,表現(xiàn)為上行對(duì)上行的干擾;

        ·TD-LTE移動(dòng)臺(tái)對(duì)其他系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)的干擾,表現(xiàn)為上行對(duì)上行的干擾;

        同樣地,其他系統(tǒng)對(duì)TD-LTE的干擾如圖2所示,也包括以下4種干擾:

        ·其他系統(tǒng)基站對(duì)TD-LTE的干擾;

        ·其他系統(tǒng)基站對(duì)TD-LTE移動(dòng)臺(tái)的干擾;

        ·其他系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)對(duì)TD-LTE基站的干擾;

        ·其他系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)對(duì)TD-LTE移動(dòng)臺(tái)的干擾。

        2.2 確定性干擾

        本節(jié)將通過(guò)確定性分析,也稱為最小允許耦合損耗(minimum coupling loss,MCL)計(jì)算方法,計(jì)算出干擾對(duì)系統(tǒng)的影響降低到適當(dāng)程度時(shí)所需要的隔離度。系統(tǒng)間隔離度要求在不同系統(tǒng)共存時(shí),在各系統(tǒng)均能滿足各自的技術(shù)指標(biāo)的前提下,能可靠工作而不相互干擾所需要采取的防護(hù)度。發(fā)射機(jī)各指標(biāo)定義的參考面是發(fā)射機(jī)的天線端口,接收機(jī)各指標(biāo)定義的參考面是接收機(jī)的天線端口,隔離度是指這兩個(gè)參考面之間信號(hào)的隔離度,用最小耦合損耗來(lái)表示。

        (1)阻塞干擾隔離度計(jì)算方法

        在設(shè)計(jì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的接收機(jī)時(shí),為了保證系統(tǒng)的可靠工作,通??紤]接收機(jī)的輸入1 dB壓縮點(diǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的阻塞指標(biāo)要求。只要保證到達(dá)接收機(jī)輸入端的強(qiáng)干擾信號(hào)的功率不超過(guò)系統(tǒng)指標(biāo)要求的阻塞電平,系統(tǒng)就能可靠工作。

        系統(tǒng)間所需的阻塞干擾隔離度計(jì)算方法為:

        其中,P0為干擾發(fā)射機(jī)的輸出功率;Pb為接收機(jī)的阻塞電平指標(biāo)。

        通常在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí),在接收放大器的前端都會(huì)用帶通濾波器來(lái)保護(hù)放大器不受帶外的強(qiáng)干擾信號(hào)的阻塞,所以濾波器的帶外衰減提供了所需的隔離度。

        (2)雜散干擾隔離度計(jì)算方法

        為了工程計(jì)算簡(jiǎn)便,通常假定發(fā)射機(jī)帶外雜散干擾為加性白噪聲,它對(duì)接收機(jī)的影響是通過(guò)與原系統(tǒng)的噪聲功率相加,從而把系統(tǒng)接收噪聲電平抬高來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按照功率相加的原理,可以得出原系統(tǒng)接收靈敏度惡化到一定程度時(shí),干擾電平強(qiáng)度需低于原系統(tǒng)接收機(jī)底噪的數(shù)值,如表1所示。

        因此,發(fā)射機(jī)帶外雜散所需要的隔離度可以表示為:

        其中,Pspu為干擾基站發(fā)射的雜散信號(hào)功率;Pn為接收系統(tǒng)的帶內(nèi)熱噪聲值;Nf為接收機(jī)的噪聲系數(shù)。

        干擾信號(hào)余量為表1中根據(jù)不同接收機(jī)靈敏度的惡化值所選取的干擾信號(hào)與接收機(jī)底噪的差值。

        表1 干擾電平與接收機(jī)靈敏度惡化關(guān)系

        根據(jù)設(shè)備協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,WLAN基站的最大發(fā)射功率為27 dBm,WLAN在LTE頻段的雜散指標(biāo)為-30 dBm/MHz,WLAN設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的阻塞干擾需求,根據(jù)WLAN設(shè)備廠商提供的數(shù)據(jù),27 dBm WLAN基站的阻塞指標(biāo)為-40 dBm@30 MHz,LTE基站的最大發(fā)射功率 46 dBm,LTE在WLAN頻段的雜散指標(biāo)為-30 dBm/MHz,LTE和WLAN系統(tǒng)共存時(shí)的CW阻塞指標(biāo)為-15 dBm。因此根據(jù)上面的確定性分析方法,可以獲得TD-LTE和WLAN共存的雜散和阻塞指標(biāo)如表2所示。

        表2 TD-LTE和WLAN的確定性分析結(jié)果

        可見(jiàn)由于沒(méi)有特殊保護(hù),WLAN與TD-LTE間的雜散干擾以及TD-LTE基站對(duì)WLAN AP在30 MHz隔離帶時(shí)的阻塞干擾為兩系統(tǒng)間干擾的主導(dǎo)因素,需保證86 dB的MCL才可共站,如果僅通過(guò)空間隔離來(lái)規(guī)避的話,則WLAN基站和TD-LTE基站的天線水平天線間距需要達(dá)到200 m,可見(jiàn)完全通過(guò)空間隔離規(guī)避干擾是不可行的。這是最嚴(yán)格條件下得到的隔離度要求,實(shí)際系統(tǒng)中由于室內(nèi)布線損耗,隔離度要求可適當(dāng)放寬。

        3 TD-LTE與WLAN合路場(chǎng)景測(cè)試

        本測(cè)試中的測(cè)試場(chǎng)景是:TD-LTE和WLAN進(jìn)行合路建設(shè),且共室內(nèi)分布。TD-LTE的發(fā)射功率為39 dBm,WLAN的發(fā)射功率為27 dBm,天線口發(fā)射功率約為10 dBm。合路器的隔離度指標(biāo)大于80 dB,插入損耗小于1 dB,駐波比小于1.21。由于受定制合路器頻段的限制,合路測(cè)試中 TD-LTE采用的頻段是 2 330~2 350 MHz,WLAN鎖定在第1個(gè)信道。另外,由于受到合路器個(gè)數(shù)的限制,只將TD-LTE和WLAN進(jìn)行單路合路。

        測(cè)試結(jié)果如下。

        (1)TD-LTE對(duì)WLAN的干擾測(cè)試結(jié)果

        TD-LTE對(duì)WLAN的干擾測(cè)試結(jié)果如表3~表6所示。

        (2)WLAN對(duì)TD-LTE的干擾測(cè)試結(jié)果

        WLAN對(duì)TD-LTE的干擾測(cè)試結(jié)果如表7~表10所示。

        表3 LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾

        表4 LTE基站對(duì)WLAN終端的干擾

        表5 LTE終端對(duì)WLAN AP的干擾

        表6 LTE終端對(duì)WLAN終端的干擾

        表7 WLAN AP對(duì)LTE基站的干擾

        表8 WLAN終端對(duì)LTE基站的干擾

        表9 WLAN AP對(duì)LTE終端的干擾

        表10 WLAN終端對(duì)LTE終端的干擾

        從以上的測(cè)試結(jié)果可以看出,TD-LTE和WLAN合路后,WLAN對(duì)TD-LTE基本沒(méi)有產(chǎn)生干擾。而TD-LTE對(duì)WLAN,除了發(fā)現(xiàn)TD-LTE終端對(duì)WLAN終端產(chǎn)生了干擾外,TD-LTE基站對(duì)WLAN基站、TD-LTE基站對(duì)WLAN終端或者TD-LTE終端對(duì)WLAN基站都沒(méi)發(fā)現(xiàn)干擾。從測(cè)試數(shù)據(jù)上可以看出,在近點(diǎn)的時(shí)候,也就是無(wú)線環(huán)境比較好的情況下,TD-LTE終端也不會(huì)對(duì)WLAN終端產(chǎn)生干擾。但在中點(diǎn)的時(shí)候,兩個(gè)終端離得比較近的時(shí)候,比如0.1 m時(shí),性能損失了96%,直到兩者相距1.5 m時(shí),才恢復(fù)至零干擾的水平。在遠(yuǎn)點(diǎn)的時(shí)候,TD-LTE終端對(duì)WLAN終端產(chǎn)生了明顯的干擾。兩個(gè)終端離得比較近的時(shí)候比如0.1 m時(shí),性能損失了93%,直到兩者間距2.5 m時(shí),WLAN的速率才達(dá)到零干擾時(shí)的速率。

        4 TD-LTE和WLAN獨(dú)立部署場(chǎng)景測(cè)試

        本測(cè)試?yán)械臏y(cè)試環(huán)境是:TD-LTE和WLAN各自獨(dú)立部署,不共室內(nèi)分布。TD-LTE的機(jī)頂發(fā)射功率為39 dBm,天線口發(fā)射功率約為10 dBm。WLAN的發(fā)射功率20 dBm。TD-LTE采用雙通道,兩通道天線間距在1 m左右。TD-LTE的頻段為2 350~2 370 MHz,WLAN的頻率鎖定在第1個(gè)信道。

        (1)TD-LTE對(duì)WLAN的干擾測(cè)試結(jié)果

        TD-LTE對(duì)WLAN的干擾測(cè)試結(jié)果如表11~表14所示。

        表11 TD-LTE基站對(duì)WLAN終端的干擾

        表12 TD-LTE終端對(duì)WLAN AP的干擾

        表13 TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾

        表14 TD-LTE終端對(duì)WLAN終端的干擾

        (2)WLAN對(duì)TD-LTE的干擾測(cè)試結(jié)果

        WLAN對(duì)TD-LTE的干擾測(cè)試結(jié)果如表15~表18所示。

        從以上的測(cè)試結(jié)果可以看出,TD-LTE和WLAN獨(dú)立部署時(shí)和合路部署一樣,WLAN基本不會(huì)對(duì)TD-LTE產(chǎn)生干擾。但獨(dú)立部署時(shí),TD-LTE對(duì)WLAN系統(tǒng)的干擾更加嚴(yán)重,包括TD-LTE基站對(duì)WLAN終端的干擾、TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾以及TD-LTE終端對(duì)WLAN終端的干擾。

        (1)TD-LTE基站對(duì)WLAN終端的干擾

        TD-LTE基站對(duì)WLAN終端的干擾,即TD-LTE的下行對(duì)WLAN的下行產(chǎn)生的干擾。從數(shù)據(jù)上可以看到,即使在近點(diǎn)、無(wú)線環(huán)境比較好的時(shí)候,TD-LTE基站對(duì)WLAN AP離得較近,比如在0.1 m時(shí),WLAN的速率就損失了近75%;直到TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的距離大于1.5 m,WLAN的速率才基本恢復(fù)至零干擾的水平。在中點(diǎn),當(dāng)TD-LTE基站與WLAN AP離得較近時(shí),WLAN甚至無(wú)法接入或者掉線,但在兩者相距1.5 m時(shí),WLAN的速率基本恢復(fù)零干擾的水準(zhǔn)。但在遠(yuǎn)點(diǎn),干擾情況更為嚴(yán)重,頻頻出現(xiàn)無(wú)法接入或者掉線情況。即使兩者相聚4.5 m,WLAN的速率也無(wú)法恢復(fù)至零干擾時(shí)的水平。

        表15 WLAN AP對(duì)TD-LTE基站的干擾

        表16 WLAN終端對(duì)TD-LTE終端的干擾

        表17 WLAN AP對(duì)TD-LTE終端的干擾

        表18 WLAN終端對(duì)TD-LTE基站的干擾

        (2)TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾

        TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾,也就是TD-LTE的下行對(duì)WLAN的上行產(chǎn)生的干擾。同樣,從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出,TD-LTE基站對(duì)WLAN AP的干擾比較嚴(yán)重。在近點(diǎn),兩者相距0.1 m時(shí),WLAN的速率損失達(dá)到了97%;相距0.5 m的時(shí)候,速率損失也達(dá)到了81.4%;直到兩者相距1.5 m時(shí),WLAN速率才恢復(fù)至零干擾時(shí)的水平。在中點(diǎn),當(dāng)TD-LTE基站與WLAN AP離得比較近時(shí),WLAN甚至無(wú)法接入或者直接掉線,即使兩者相距4.5 m的時(shí)候,干擾還是較為嚴(yán)重,WLAN的速率損失達(dá)到了66.4%。在遠(yuǎn)點(diǎn)的時(shí)候,干擾更加嚴(yán)重,相距1 m之內(nèi),WLAN基本無(wú)法接入;在相距4.5 m的時(shí)候,速率損失也達(dá)到了98%左右。

        (3)TD-LTE終端對(duì)WLAN終端的干擾

        TD-LTE終端對(duì)WLAN終端的干擾,也就是TD-LTE上行對(duì)WLAN下行的影響。從測(cè)試數(shù)據(jù)上可以看出,在近點(diǎn)的時(shí)候,也就是無(wú)線環(huán)境比較好的情況下,TD-LTE終端不會(huì)對(duì)WLAN終端產(chǎn)生干擾。但在中點(diǎn)的時(shí)候,兩個(gè)終端離得比較近的時(shí)候,比如0.1 m時(shí),性能損失了72.5%;直到兩者相距1.5 m時(shí),才恢復(fù)至零干擾的水平。在遠(yuǎn)點(diǎn)的時(shí)候,TD-LTE終端對(duì)WLAN終端產(chǎn)生了明顯的干擾。兩個(gè)終端離得比較近的時(shí)候,如0.1 m時(shí),性能損失了90.6%;直至兩者間距1.5 m,WLAN的速率才達(dá)到零干擾時(shí)的速率。

        5 結(jié)束語(yǔ)及建議

        從上面的測(cè)試結(jié)果可以看出,TD-LTE和WLAN獨(dú)立部署時(shí),TD-LTE對(duì)WLAN的干擾嚴(yán)重。TD-LTE和WLAN合路部署時(shí),由于經(jīng)過(guò)了室內(nèi)分布系統(tǒng)損耗,兩系統(tǒng)的干擾得到了一定程度的遏制。無(wú)論是合路還是獨(dú)立部署,終端間的干擾都將存在。只能通過(guò)增加終端間距規(guī)避干擾,建議終端的間距1.5 m以上。

        因此TD-LTE和WLAN共存時(shí),建議應(yīng)優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室內(nèi)分布系統(tǒng)組網(wǎng),這樣可以通過(guò)提高合路器隔離度至86 dB以上或采用WLAN末端合路方式,通過(guò)分布系統(tǒng)間的損耗進(jìn)行干擾規(guī)避。而獨(dú)立部署時(shí),可在LTE發(fā)射機(jī)端和WLAN AP端增加濾波器(帶外抑制度應(yīng)根據(jù)具體情況核算)。

        1 3GPP TS 36.104 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA):Base Station(BS)RadioTransmissionandReception,2010

        2 3GPP TS 36.101 v9.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA):User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception,2010

        3 IEEE Standard 802_11b.Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications,1999

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