LTELTE-A系统中的邻频干扰研究与仿真.doc

精品论文lte/lte-a 系统中的邻频干扰研究与仿真蔡亭亭1，袁超伟1，聂昌2（1. 北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876；52. 中讯邮电咨询设计院有限公司技术研究部，北京 100048） 摘要：在无线通信系统的网络部署中，宏小区和 pico 小区位于同一地理区域干扰共存的情 况是常见的部署场景，本论文针对 2.6ghz 频段，lte 系统中宏小区和 pico 小区之间的邻频 共存干扰问题进行了研究。通过确定性分析方法和系统级仿真方法，分别对基站干扰基站、 基站干扰终端两种干扰链路情况进行了研究，得到不同情况下的最小额外隔离度需求，可以10为频段规划方案及运营商的网络部署提供一定的技术支持。关键词：lte；邻频共存；acir；共存干扰；隔离度中图分类号：tn929.53the study and simulation of the adjacent15channel interference in lte/lte-a sistemscai tingting1, yuan chaowei1, nie chang2(1. school of information and communication engineering,beijing university of posts andtelecommunication, beijing 100876;2. technical research department,china information technology designing&consulting institute,20beijing 100048)abstract: in the network deployment of the wireless communication systems, the co-existence interference scenario of macro cells and pico cells located in the same geographic area is verycommon. this paper studies the adjacent channel co-existence interference between macro cells and pico cells in lte system of 2.6 ghz band. by using the uncertainty analysis method and25system level simulation method, we research the links of base station interfering base station andbase station interfering terminal, and get the required minimum additional isolation, which can provide some technical support for frequency planning scheme and network deployment. keywords: lte; adjacent co-existence; acir; co-existence interference; isolation300引言频谱资源是移动通信的有限稀缺资源，是移动运营商的根本。合理高效地利用频谱资源 是全世界各标准化组织及运营商的共同目标。目前，大多数地区都存在多种系统在同一地理 区域同频或邻频共存的情况。此时，系统间频段分配方案需要共存干扰研究结果作为有利的 技术支撑，从而有效提高频谱利用率。因此，移动通信系统间共存干扰研究成为频率规划和35网络部署的关键问题1。 文献1已经针对长期演进方案（lte）系统中宏小区间的邻频干扰问题进行了研究。本论文针对 2.6ghz 频段，lte 系统中宏小区和 pico 小区之间的邻频共存干扰问题进行了研究。 该干扰场景中，分为基站干扰基站、基站干扰终端两种干扰链路情况分别进行了分析，其中基站干扰基站情况使用确定性分析方法直接得到额外隔离度需求，而基站干扰终端情况40使用系统级仿真方法得到了相对吞吐量损失与系统间所需总隔离度 acir（adjacent channelleakage power ratio，邻道泄露功率比）的关系曲线以及所需的额外隔离度值。作者简介：蔡亭亭，（1987-），女，硕士生，通信网络规划与优化。 通信联系人：袁超伟，男，博士生导师，研究方向主要包括未来移动通信、认知无线电技术、无线宽带接 入、无线网络规划与优化、移动安全、gps 定位等。e-mail: - 6 -1共存干扰的研究方法1.1确定性分析方法确定性分析方法是基于固定链路情况进行计算，所以本论文中该方法仅适用于基站干扰45基站这种固定通信站点间的干扰链路情况。确定性分析方法采用一定的底噪声抬升量（也称 灵敏度损失量）作为评估准则来计算被干扰接收机所能承受的最大干扰功率值。底噪声抬升 会导致被干扰系统的小区覆盖面积发生收缩，系统性能出现损失，根据网络覆盖场景、传播 环境和传播模型等可计算得到不同的底噪声抬升量所对应的小区覆盖收缩量2。确定性分析 方法的结果是得到系统间的 acir 值与小区覆盖面积收缩量的关系，如图 1 所示：50图 1 acir 对覆盖面积收缩的影响fig. 1 the effect of acir to coverage area contraction1.2 系统级仿真方法55系统级仿真方法又分为两种，即静态蒙特卡罗仿真方法和动态仿真方法。静态蒙特卡罗 仿真方法，是将整个系统的运行区间划分成若干个小区间，每两个小区间之间为一个抓拍取 样时刻，将所有抓拍时刻的取样值进行统计平均处理和分析，得到所需要的仿真结果3。该 方法的缺点是，通信系统的系统状态是有记忆的，也就是说，任何一个时刻的取样值都与其 前后时刻的系统状态有关，但静态仿真是孤立地考虑各个抓拍时刻的系统状态，这就不可避60免地引入了误差。动态仿真方法是完全模拟实际系统中用户和系统的各种动态行为方式，该 方法较为复杂，需要事先对用户的所有动态行为都进行必要的概率统计性假设，且假设必须 是基于公认的传统经验公式4。在邻频共存干扰研究中，通常采用的是静态蒙特卡罗仿真方 法。系统级仿真方法既适用于基站干扰基站的固定链路情况，也适用于终端数目众多且位置65不确定的基站干扰终端情况，但该方法与确定性分析方法相比复杂很多，所以在可以使用确 定性分析方法的情况下首选确定性分析方法。因此，本论文对基站干扰基站情况选用确定性 方法，而对基站干扰终端情况使用系统级仿真方法。2研究模型2.1天线模型70macro 基站采用 65定向天线，而 pico 基站采用全向天线。65定向天线的天线方程 式和阵列图如式 1 和图 2 所示4。 2(1)a ( ) = min 12 , am 3db o其中， 180 180，3db = 65 ，am = 20db0-5gain - db-10-15-20-25-180 -150 -120 -90 -60 -30 030 60 90 120 150 180horizontal angle - degrees75图 2 65定向天线的天线阵列图fig. 2 the antenna array of 65directional antenna2.2 acir 模型对于下行链路，所有 rb(resource block，资源块)使用相同的 acir 值计算系统间干扰。80对于上行链路，acir 主要由终端的 aclr（adjacent channel leakage power ratio，邻 道泄露功率比）决定。假设干扰系统中每个用户的带宽为 n 个 rb 宽度，lte 系统的 aclr 模型如表 1 所示，直接与干扰用户相邻的 n*rb 宽度信道内，aclr 的值为 30+x，而与干 扰用户不相邻的信道内，aclr 的值为 43+x4。85表 1 lte 系统 aclr 模型tab. 1 the aclr model of lte systems系统 每用户 rb 数/个 带宽/khzaclr/dblte n n*rb(n*180 或者n*375)注：x 作为仿真步长, x = -10, -5, 0, 5, 10 db临近被干扰 rbs 边缘 aclr130+x（间隔小于 n个 rbs）不临近被干扰 rbs边缘 aclr243+x（间隔大于 n个 rbs）2.3传播模型90信号电磁波从发射端到接收端的传播过程中会存在路径损耗，这个损耗值受频率、传播 环境、传播距离、天线高度等因素的影响很大，表 2 给出了 lte 系统 macro-pico 场景时基 站干扰基站和基站干扰终端两种情况下用于计算路径损耗的传播模型。表 2 lte 系统 macro-pico 场景下的传播模型95tab. 2 the propagation model of the macro-pico scenario in lte systemspico bspico uemacro bs车载传播模型车载传播模型加墙壁穿损其中，车载传播模型的具体内容为：当基站与终端之间的距离小于 100 米时，采用自由空间模型；当终端与基站之间的距离大于 100 米时，采用车载传播模型，再附加 10db 对数 正态阴影衰落，公式如下5：100l= (40 (1 4 103 h ) log ( d ) 18 log ( h ) + 21 log ( f ) + 80（2）bs uebb其中，f 为载波频率，单位 mhz。hb为基站与平均建筑物的高度差，取 15 米。d 为距离，单位 km。3仿真与分析1053.1仿真参数本论文仿真研究的系统主要有 lte macro 系统和 lte pico 系统，下面分别对这两种系 统的仿真参数给予描述，如表 3、表 4 和表 5 所示。表 3 2.6ghz 频段公共仿真参数tab. 3 the public simulation parameters under 2.6ghz band参数 上行链路下行链路 载波频率/mhz2600系统偏移量/m 0rb 宽度/khz 180底部噪声（接收机 热噪声）-174110噪声系数/db 5 9表 4 2.6ghz 频段内 lte macro 系统的仿真参数tab. 4 the simulation parameters under 2.6ghz band in lte macro systems参数 上行链路下行链路小区结构三扇区天线，65定 向天线基站间距/m 750系统带宽/mhz 10全向天线发射功率/dbm 最大发射功率：46 最大发射功率：24最小发射功率：-30天线增益（包括馈 线损耗）/dbi15 0天线高度/m 30 1.5正态对数阴影衰落 10方差/db总 rb 数/个 24每用户占用的 rb 8 1数激活 ue 的数目 3 24115表 5 2.6ghz 频段内 lte pico 系统的仿真参数tab. 5 the simulation parameters under 2.6ghz band in lte pico systems参数 上行链路 下行链路 小区结构3gpp 30.03 中的三层楼室内模型天线类型 全向天线系统带宽/mhz 10发射功率/dbm 最大发射功率：9最大发射功率：24最小发射功率：-30天线增益（包括馈 2 0线损耗）/dbi天线高度/m 2.8 1.5正态对数阴影衰落 12方差/db外墙穿透损耗/db 10总 rb 数/个 24每用户占用的 rb 8 1数激活 ue 的数目 3 24精品论文1203.2系统级仿真结果本文在 2.6ghz 频段内对 10mhz lte macro 系统干扰 10mhz lte pico 系统场景进行研 究，其中，采用静态蒙特卡罗仿真方法对基站干扰终端干扰链路情况进行系统级仿真，得到 acir 与相对吞吐量损失的关系曲线，继而得到系统共存的额外隔离度需求。0.7lte ul thoughtput loss(macro-pico bs-ue)00 10 20 30 40 50 60 70 8090acir图 3 macro-pico 场景 bs-ue 结果图fig. 3 the result of the bs-ue link in macro-pico scenario125130图 3 为 10mhz lte macro 系统和 10mhz lte pico 系统在系统地理偏移量为 0 时，城区环境中基站干扰终端情况下，被干扰系统下行平均吞吐量损失仿真结果。由图可知，为保证 被干扰系统平均相对吞吐量损失值小于 5%，需要总隔离度值为 18db。10mhz lte 系统本 身特性所决定的基本隔离度值 32.7db，可以满足系统共存需求，无需额外隔离度。3.3确定性分析结果本文对基站干扰基站情况采用确定性分析方法进行研究，最终得到系统共存的额外隔离 度需求。额外隔离度的计算公式如下：additional _ isolation = ptx mcl acir iext（3）135其中， ptx 为干扰发射机的发射功率；mcl 为最小耦合损耗； iext 为接收机可接受的最 大干扰电平5。而 iext 与底噪抬升量 r 的关系如式 4 和式 5 所示： =m m arg in r(db) = 10 * log1 + 10 10（4）m= i n=imargindb mdbm 10 * lg()n（5）140其中，i 为干扰信号功率；n 为底噪声功率，计算公式为：n0 = 174 + 10 lg(w ) + nf（常量-174 为接收机底部热噪声密度，单位 dbm/hz；w 为接收机的接收带宽；nf 为接收机底噪系数）6。 确定性分析方法的最终结果见表 6 所示。145表 6 macro-pico 场景 bs-bs 结果值tab. 6 the result of the bs-bs link in macro-pico scenario参数取值干扰基站最大发射 46功率/dbmmc