1 概述

2002 年10 月，信息產(chǎn)業(yè)部公布了關(guān)于我國第3 代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃，將1 800 MHz 和2 100 MHz 頻段規(guī)劃用于FDD 方式的IMT 系統(tǒng)。2019 年6月，工信部向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷壯大以及國內(nèi)通信需求的不斷發(fā)展，中頻段重耕部署NR（New Ra?dio）FDD 系統(tǒng)成為可能，NR FDD 和WCDMA 將在該頻段長(zhǎng)期鄰頻共存。在這種情況下，本文研究的NR FDD和WCDMA共存，就具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)目前我國頻率劃分和使用情況，在中頻段部署NR FDD 系統(tǒng)，則NR FDD 與WCDMA 系統(tǒng)在該頻段鄰頻共存（見圖1）。2 個(gè)系統(tǒng)的干擾鏈路共有4 個(gè)場(chǎng)景，包括NR FDD 基站干擾WCDMA 終端，NR FDD 終端干擾WCDMA 基站，WCDMA 基站干擾NR FDD 終端，WCDMA終端干擾NR FDD基站。

2 系統(tǒng)建模和仿真方法

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1.1 宏蜂窩共站址拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1 NR FDD與WCDMA鄰頻共存

使用宏蜂窩進(jìn)行部署，采用3 扇區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，WCDMA/NR FDD 基站共站部署，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖2 所示。

圖2 LTE FDD/WCDMA 與NR FDD宏蜂窩工作共站址拓?fù)?/p>

2.1.2 宏蜂窩非共站址拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

相對(duì)于共站部署，NR 亦可選擇在WCDMA 小區(qū)的邊緣部署基站，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中紅色標(biāo)識(shí)為NR基站，黑色為現(xiàn)有基站。

圖3 LTE FDD/WCDMA 與NR FDD宏蜂窩不共站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 傳播模型

基站與用戶的傳播模型可用如下公式計(jì)算：

式中：

f——載波頻率（MHz）

d——基站與用戶間距離（km）

hb——基站與平均建筑物的高度差，通常取15 m

在計(jì)算完L之后，需要加上10 dB標(biāo)準(zhǔn)差的陰影衰落系lgf，那么最終的傳輸損耗模型定義如下：

另外，傳輸損耗都不應(yīng)小于自由空間傳播模型，即：

2.3 功率控制方式

2.3.1 WCDMA功控

WCDMA 系統(tǒng)采用的是基于SINR 的閉環(huán)功控，即通過功控調(diào)節(jié)，使上行或下行接收信號(hào)在不超過最大發(fā)射功率下能滿足目標(biāo)Eb/N0 值（上行6.1 dB，下行7.9 dB）。

對(duì)于上行鏈路：

式中：

Gp——處理增益

S——接收信號(hào)功率

IOWN——與被觀察用戶連接到相同基站下的其他用戶產(chǎn)生的干擾

IOther——來自其他小區(qū)的干擾

N0——熱噪聲

β——在UL 中使用多用戶檢測(cè)（MUD）而產(chǎn)生的干擾降低因子，在本次仿真中未考慮MUD，即β取0

對(duì)于下行鏈路：

式中：

α——正交因子，宏蜂窩下假設(shè)為0.4

2.3.2 NR功控

下行鏈路無需使用功率控制，基站滿功率發(fā)射，給每個(gè)RB分配相同的功率。

上行傳輸功率控制模型，采取計(jì)算出控制功率并補(bǔ)償?shù)桨l(fā)射功率上的方法。終端的發(fā)射功率如下式：

式中：

Pmax——移動(dòng)臺(tái)最大發(fā)射功率

Rmin——與用戶最小發(fā)射功率有關(guān)的參數(shù)

CL——路徑耦合損耗，定義為max{pathloss-G_Tx-G_Rx,MCL}，其中pathloss 是傳播損耗加上陰影衰落，G_Tx是接收機(jī)方向上的發(fā)射機(jī)天線增益，G_Rx是發(fā)射機(jī)方向上的接收機(jī)天線增益功率控制參數(shù)如表1所示。

表1 功率控制算法參數(shù)

2.4 仿真參數(shù)

宏蜂窩基本參數(shù)見表2；NON AAS（Non Active An?tenna System）NR FDD 宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)見表3，AAS（Active Antenna System）NR FDD 宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)見表4；WCDMA宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)見表5。

3 系統(tǒng)仿真結(jié)果和分析

3.1 共站場(chǎng)景仿真結(jié)果

3.1.1 NR FDD基站干擾WCDMA終端

圖4 為NR FDD 基站干擾WCDMA 終端場(chǎng)景下仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)額外ACIR（Adjacent Channel Inter?ference Ratio）為0 dB：NR FDD NON AAS 與WCDMA共站址共存時(shí)，WCDMA 下行容量損失為1.36%；NR FDD AAS 與WCDMA 共站址共存時(shí)，WCDMA 下行容量損失為1.03%。以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因此，在共站情況下，NR 基站干擾WCDMA 終端場(chǎng)景在3GPP 標(biāo)準(zhǔn)ACIR 值下可以共存，不需要額外ACIR。

表2 宏蜂窩基本參數(shù)

表3 NR FDD NON AAS宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)

表4 NR FDD-AAS宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)

表5 WCDMA宏蜂窩系統(tǒng)參數(shù)

圖4 共站：NR FDD基站干擾WCDMA終端

3.1.2 NR FDD終端干擾WCDMA基站

圖5 為基站采用NON AAS 時(shí)NR FDD 終端干擾WCDMA 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)NON AAS NR FDD 采用set1 參數(shù)與WCDMA 共站址：額外ACIR為0 dB時(shí)，WCDMA上行容量損失為8.46%；額外ACIR 為3 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失 為5%。當(dāng)NON AAS NR FDD 采用set2 參數(shù)與WCDMA 共站址，額外ACIR 為0 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失為0.86%。因此，以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在共站情況下，NON AAS NR FDD 上行采用set1參數(shù)時(shí)會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，需要額外3 dB ACIR 隔離度；NON AAS NR FDD 上行采用set2 參數(shù)時(shí)不會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

圖5 共站：NON AAS NR FDD 終端干擾WCDMA基站

圖6 為基站采用AAS 時(shí)NR FDD 終端干擾WCD?MA 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)AAS NR FDD采用set1 參數(shù)與WCDMA 共站址：額外ACIR 為0 dB時(shí)，WCDMA 上行容量損失為0.89%；額外ACIR 為-6 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失為5%。當(dāng)AAS NR FDD采用set2 參數(shù)與WCDMA 共站址，額外ACIR 為0 dB時(shí)，WCDMA 上行容量損失為0.15%。因此，以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在共站情況下，AAS NR FDD 上行無論采用set1 參數(shù)還是set2 參數(shù)均不會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

3.1.3 WCDMA基站干擾NR FDD終端

圖6 共站AAS NR FDD終端干擾WCDMA基站

圖7 共站：WCDMA基站干擾NR FDD終端

圖7 為WCDMA 基站干擾NR FDD 終端場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)額外ACIR 為0 dB：NR FDD NON AAS 與WCDMA 共站址時(shí)，NR 下行吞吐量損失為3.55%；NR FDD AAS 與WCDMA 共站址時(shí)，NR 下行吞吐量損失為4.26%。以5%吞吐量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因此，在共站情況下，無論NON AAS還是AAS，NR FDD 與WCDMA 可共存；WCDMA 下行不會(huì)對(duì)NR造成有害干擾。

3.1.4 WCDMA終端干擾NR FDD基站

圖8 為WCDMA 終 端干擾NON ASS NR FDD 基 站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)額外ACIR 為0 dB：NON ASS NR FDD 上行采用set1 參數(shù)與WCDMA 共站址時(shí)，NR上行吞吐量損失為0.36%；NR FDD NON AAS上行采用set2 參數(shù)與WCDMA 共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為1.86%。圖9 為WCDMA 終端干擾ASS NR FDD 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出：當(dāng)NR FDD AAS 上行采用set1 參數(shù)與WCDMA 共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為0.23%；當(dāng)NR FDD AAS 上行采用set2參數(shù)與WCDMA 共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為0.49%。因此，在共站情況下，無論NON AAS 還是AAS，NR FDD 與WCDMA 可共存；WCDMA 上行不會(huì)對(duì)NR FDD上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

圖8 共站：WCDMA終端干擾NR NON AAS FDD 基站

圖9 共站：WCDMA終端干擾NR AAS FDD基站

3.2 非共站場(chǎng)景仿真結(jié)果

3.2.1 NR FDD基站干擾WCDMA終端

圖10為NR FDD 基站干擾WCDMA 終端場(chǎng)景下仿真結(jié)果，可以看出：當(dāng)額外ACIR 為0 dB 時(shí)，NON AAS NR FDD 與WCDMA 非共站址共存，WCDMA 下行容量損失為4.52%；AAS NR FDD 與WCDMA 非共站址共存，WCDMA 下行容量損失為1.61%。以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因此，在非共站情況下，NR基站干擾WCDMA終端場(chǎng)景在3GPP理論ACIR值下可以共存，不需要額外ACIR。

圖10 非共站：NR FDD基站干擾WCDMA終端

3.2.2 NR FDD終端干擾WCDMA基站

圖11 為基站采用NON AAS 時(shí)NR FDD 終端干擾WCDMA 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)NON AAS NR FDD 采用set1參數(shù)與WCDMA 非共站址：額外ACIR 為0 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失為55.33%%；額外ACIR 為12 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失為5%。當(dāng)NON AAS NR FDD 采用set2 參數(shù)與WCDMA 非共站址，額外ACIR 為0 dB 時(shí)，WCDMA 上行容量損失為4.18%。因此，以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在非共站情況下，NON AAS NR FDD 上行采用set1參數(shù)時(shí)會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，需要額外12 dB ACIR，采用set2參數(shù)時(shí)不會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

圖11 非共站：NON AAS NR FDD 終端干擾WCDMA基站

圖12 為基站采用AAS 時(shí)NR FDD 終端干擾WCD?MA 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)AAS NR FDD采用set1 參數(shù)與WCDMA 非共站址：額外ACIR 為0 dB時(shí)，WCDMA 上行容量損失為10.99%；額外ACIR 為3 dB，WCDMA 上行容量損失為5%。當(dāng)AAS NR FDD 采用set2 參數(shù)與WCDMA 非共站址，額外ACIR 為0 dB時(shí)，WCDMA 上行容量損失為0.94%。因此，以5%容量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在非共站情況下，NR FDD AAS 上行采用set1 參數(shù)時(shí)會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，需要額外3 dB ACIR 隔離度，采用set2參數(shù)時(shí)不會(huì)對(duì)WCDMA 上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

圖12 非共站：AAS NR FDD終端干擾WCDMA基站

3.2.3 WCDMA基站干擾NR FDD終端

圖13為WCDMA 基站干擾NR FDD 終端場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)額外ACIR 為0 dB：NON AAS NR FDD 與WCDMA 非共站址共存時(shí)，NR 下行吞吐量損失為3.82%；AAS NR FDD 與WCDMA 非共站址時(shí)，NR 下行吞吐量損失為4.76%。以5%吞吐量損失作為系統(tǒng)共存的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因此，在非共站情況下，無論NON AAS 還是AAS，NR FDD 與WCDMA 可共存；WCDMA下行不會(huì)對(duì)NR造成有害干擾。

圖13 非共站：WCDMA基站干擾NR FDD終端

3.2.4 WCDMA終端干擾NR FDD基站

圖14 為WCDMA 終端干擾NON ASS NR FDD 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)額外ACIR 為0 dB ：NR FDD NON AAS 上行采用set1 參數(shù)與WCDMA 非共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為1.86%；NR FDD NON AAS 上行采用set2 參數(shù)與WCDMA 非共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為4.71%。圖15 為WCDMA 終端干擾ASS NR FDD 基站場(chǎng)景下的仿真結(jié)果，可以看出：當(dāng)AAS NR FDD 上行采用set1 參數(shù)與WCDMA 非共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為0.71%；當(dāng)AAS NR FDD 上行采用set2 參數(shù)與WCDMA 非共站址時(shí)，NR 上行吞吐量損失為1.44%。因此，在非共站情況下，無論NON AAS 還是AAS，NR FDD 與WCDMA 可共存；WCDMA上行不會(huì)對(duì)NR FDD 上行造成有害干擾，不需要額外ACIR。

圖14 非共站：WCDMA終端干擾NR NON AAS FDD 基站

圖15 非共站：WCDMA終端干擾NR AAS FDD基站

4 結(jié)論

本文研究了中頻段5G NR FDD 與WCDMA 的系統(tǒng)共存，分析了共站和非共站2 種場(chǎng)景，set1 和set2 2種功控參數(shù)，以及AAS 和NON-AAS 2 種NR 天線模型對(duì)系統(tǒng)間共存的影響。研究表明，NR FDD 終端干擾WCDMA 基站場(chǎng)景干擾較大，建議采用合適的上行功控參數(shù)。其他場(chǎng)景均滿足共存要求，不需要額外保護(hù)措施。5G NR FDD 與WCDMA 系統(tǒng)共存研究表明，AAS相對(duì)NON AAS效果明顯，推薦中頻段采用AAS。