（通信与信息系统专业论文）tdlte与多系统共存干扰的分析.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着t d l t e 产业进程的加快，t d l t e 系统与现有2 g 、3 g 等系统共存将 成为可能。由此，国内外学者已进行相应的多系统共存的干扰分析，以便为 t d l t e 系统的网络规划和工程建设提供参考。区别于已有的分析方法，论文针 对t d l t e 系统室内外工作频段和运行环境的不同，选择了两种不同的干扰分析 方法。 论文对室内覆盖环境采用了基于链路预算的确定性数值分析方法。根据 3 g p p 标准中规定的系统特性，论文分别对多系统共存时的杂散干扰、阻塞干扰 以及互调干扰进行了数值分析，得出抗干扰的隔离度需求都介于5 8 9 0d b m 之 间，并指出当室内覆盖采用合路室分系统时，可较好地满足隔离度需求；当采用 独立室分系统时，还需要附加隔离带。 论文重点研究了t d u f e 室外覆盖时与邻频系统共存的干扰。针对室外场 景，论文采用了基于m o n t ec a r l o 算法的静态仿真分析法。根据m o n t ec a r l o 算 法的基本流程，论文进行了仿真设计，构建了多系统共存干扰数学模型。分场景 的仿真分析结果表明，相对位置偏移量以及功率设置是多系统共存干扰的主要影 响因素，通过对这两个参数的优化配置可以有效抑制共存干扰。根据仿真结果， 论文还给出了不同干扰下保证系统间共存的最小a c i r 值。仿真结果表明基站与 基站之间的干扰a c i r 需求值最大，目前最低设计标准不能满足要求，需要提供 额外的隔离。对于其他需要额外隔离的情况文中也做出了分析说明。 关键词：t d l t e ，多系统共存，干扰，确定性分析，蒙特卡罗算法 t d l t e 与多系统共存干扰的分析 a b s t r a c t w i t ht h ea c c e l e r a t e dp r o c e s so ft d - l t ei n d u s t r y , t d - l t es y s t e ma n de x i s t i n g 2 g3 gs y s t e m sw i l ll i k e l yc o e x i s t a sar e s u l t ，d o m e s t i ca n df o r e i g ns c h o l a r sh a v e c o n d u c t e dt h e a p p r o p r i a t ea n a l y s i s o fm u l t i - s y s t e mc o e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c et o p r o v i d ear e f e r e n c ef o rt h en e t w o r kp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o no ft d l t es y s t e m d i f f e r e n tf r o mt h e e x i s t i n ga n a l y s i sm e t h o d s ，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h et d l t e i n d o o ra n do u t d o o rw o r ki nd i f f e r e n tf r e q u e n c yb a n d sa n do p e r a t i n ge n v i r o n m e n t t h e n ，t w od i f f e r e n ti n t e r f e r e n c ea n a l y s i sm e t h o d sa r ec h o s e n t h i sp a p e ra p p l i e st h es p e c i f i ca n a l y s i sm e t h o db a s e do nl i n kb u d g e tt od i s c u s s t h ei n d o o rc o v e r a g ee n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h es y s t e mc h a r a c t e r i s t i c ss p e c i f i e di n 3 g p p , t h e s p u r i o u si n t e r f e r e n c e ，b l o c k i n g i n t e r f e r e n c ea n di n t e r - m o d u l a t i o n i n t e r f e r e n c ei sr e s p e c t i v e l yd i s c u s s e di nt h ec o n d i t i o no fm u l t i - s y s t e mc o e x i s t e n c e i t c a nb ec o n c l u d e dt h a tt h em i n i m u mc o u p l i n gl o s sr e q u i r e m e n t sa r ea l lb e t w e e n5 8 9 0 d b m t h i sa r t i c l ea l s op o i n t so u tt h a tw h i l eu s i n gt h ed i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m w i t hc o m b i n e r s ，r e q u i r e m e n t sc a nb em e tb e t t e r o nt h ec o n t r a r y , a na d d i t i o n a lb u f f e r z o n ei sr e q u i r e dw h i l e u s i n gi n d e p e n d e n td i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m t h ek e yr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri st h ea n a l y s i so ft h ei n t e r f e r e n c eo ft d l t e c o e x i s t i n g 谢t ht h ea d j a c e n tc h a n n e li nt h eo u t d o o re n v i r o n m e n t f o ro u t d o o rs c e n e s ， t h i sp a p e ru s e sas t a t i cs i m u l a t i o nm e t h o dw h i c hi sb a s e do nm o n t ec a r l oa l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h eb a s i cp r o c e s so fm o n t ec a r l oa l g o r i t h m ，t h ep a p e rc o n d u c t sa s i m u l a t i o na n db u i l d sam a t h e m a t i c a lm o d e lo fm u l t i - s y s t e mc o e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c e t h es i m u l a t i o nr e s u l t so fe v e r y s c e n es h o wt h a tt h er e l a t i v ep o s i t i o no ft h eo f f s e ta n d t h e p o w e rc o n t r o lp a r a m e t e r a r em a j o rf a c t o r s i n m u l t i - s y s t e m c o e x i s t e n c e i n t e r f e r e n c e t h eo p t i m a la l l o c a t i o no ft h e s et w op a r a m e t e r sc a ne f f e c t i v e l ys u p p r e s s c o e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c e a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ep a p e ra l s og i v e st h e m i n i m u ma c i ro fc o e x i s ts y s t e mi nd i f f e r e n ti n t e r f e r e n c e g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h e i n t e r f e r e n c eb e t w e e nt w ob a s es t a t i o n sr e q u i r e st h eb i g g e s ta c i rw h i c hc a n tb e l i 江苏大学硕士学位论文 s a t i s f i e db yt h em i n i m u mr e q u i r e m e n t so fs t a n d a r d s t h e r e f o r e ，i ti s n e c e s s a r yt o p r o v i d et h ea d d i t i o n a la c i r m o r e o v e r , o t h e rs i t u a t i o n sr e q u i r i n ga d d i t i o n a la c i r a l ea l s oe x p l a i n e di nt h i sp a p e r k e y w o r d s ：t d - l t e ，m u l t i s y s t e mc o e x i s t e n c e ，i n t e r f e r e n c e ，s p e c i f i ca n a l y s i s ，m o n t e c a r l oa l g o r i t h m i i i 江苏大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文的研究背景与意义 移动通信技术是二十世纪末促进人类社会飞速发展的重要技术，给人类社会 的政治、经济以及个人的工作、生活带来了巨大的影响。移动通信网络在过去的 3 0 年里得到了广泛覆盖，特别是进入二十世纪九十年代以后，蜂窝移动通信以 不可思议的速度得到了大规模的普及。截止到2 0 1 0 年，全球移动通信用户数目 己达到近5 0 亿，成为包括发达国家和发展中国家在内的全球三分之二以上的人 口所使用的真正的公众移动通信系统。 自从1 9 6 8 年贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统的概念以来，移动通信已经 经历了三代系统的演变，正在向第四代系统迈进。 第一代移动通信系统是模拟通信系统，是以f d m a ( f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ，频分多址) 和f m ( f r e q u e n c ym o d u l a t i o n ，模拟调制) 为特征 的。其典型的系统有北美的高级移动电话系统( a m p s ) 、英国的全接入通信系 统( t a c s ) 掣2 1 。第一代移动通信系统是移动通信发展史上重要的里程碑，但 这代系统有着容量小，业务种类单一、传输质量低，保密性差且设备难以小型化 的缺点，因此已被第二代系统所取代， 第二代移动通信系统是窄带数字蜂窝系统，是以t d m a ( t i m ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ，时分多址) 或c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多 址) 技术和数字调制技术( 如4 n q f f i k ，g m s k ，4 n d q p s k ，o q p s ) 为特征的。 北美的i s 一9 5 系统( 采用c d m a 技术) 以及欧洲的g s m 系统( 采用t d m a 技 术) 是典型的第二代移动通信系统。第二代系统在容量和性能上较第一代系统都 有了很大的提高，并且业务也更丰富。但随着人们对系统容量和通信质量的需求 的提升，第二代移动通信系统已经逐渐不能满足人们的要求。需求和技术推进了 移动通信系统向第三代发展。 第三代移动通信( 3 g ) 技术是当前主流的无线通信技术之一。第三代系统 是以c d m a 技术为基础的，近几年，w c d m a 、t d s c d m a 、c d m a 2 0 0 0 系统已 经逐步在全球大规模部署，形成了w c d m a 、t d s c d m a 以及c d m a 2 0 0 0 这三 t d l t e 与多系统共存干扰的分析 个国际公认的第三代移动通信的三个国际标准及其商用系统【3 l 。从市场方面看， 第二代移动通信系统可以满足移动用户话音和中、低速数据业务的需求，第三代 移动通信系统的发展，其显著标志为高速率，支持广泛的业务，它的运营市场， 至少在建成初期应集中在高速多媒体业务和分组数据业务，与第二代移动通信系 统互相补充而非立即取代。 3 g 移动通信系统虽然能提供更大容量，更好质量的通信服务，并支持多媒 体功能，但还存在着如高速数据传输性能不够理想等缺陷。这促使3 g p p 启动移 动通信系统( u m t s ) 技术的长期演进( l t e ，l o n gt e r me v o l u t i o n ) 技术的研 究 4 1 。l t e 标准能够支持t d d 和f d d 两种双工模式，即t d l t e 和i t e f d d 系统。t d l t e 是时分双工模式的l t e 系统，是t d s c d m a 的后续演进技术与 标准。 i _ t e 系统将会在未来几年逐渐商片j 。届时，必然会出现t d u f e 与多个移动 通信系统邻频共存的情况。当不同移动通信系统邻频共存时，由于发射机和接收 机的非完美性，系统间将会产生共存干扰。这些干扰将对系统间的共存性能产生 影响。将来运营商对t d l t e 进行网络规划和实施时，必须全面考虑系统间的干 扰问题，并采取必要的措施尽量减小共存带来的系统吞吐量损失，从而更有效地 利用频谱资源。由此可见，对t d l t e 与其它移动通信系统的共存干扰进行研究 很有实际价值。 目前，国内外对t d l t e 系统与其他系统的共存干扰的研究普遍存在不区分 室内外环境或者对室内外环境采用同一方法同一频段进行研究的问题。由于 t d l t e 室内和室外覆盖时采用不同的频段，因此有必要分别对室内、外的环境 下的共存干扰进行研究。另外，由于室内和室外覆盖环境和网络结构的差别，如 果不在研究方法上区别对待会影响结果的精确性。由此可见，本文针对室内和室 外环境的不同研究方法的选择有一定的实际意义。 中国移动对于t d l t e 的实验频段在室外会采用2 6 g h z ，在室内采用 2 3 g h z 。另外，工信部已下文确定将2 6 g h z 频段t d d 方式的i m t ( 国际移动 通信) 系统工作频段规划在2 5 7 0 2 6 2 0 m h z ( 含保护频带) 。因此，选择 2 5 7 0 2 6 2 0 m h z 的室外工作频段以及2 3 0 0 2 4 0 0m h z 的室内工作频段进行研究对 工程实施更有实际参考价值。 2 江苏大学硕士学位论文 1 2 论文主要研究内容与研究工作 本文对t d l t e 在室内外场景下与多系统共存干扰的情况进行了分析研究。 区别于已有的分析方法，论文针对t d l t e 系统室内外工作频段和运行环境的不 同，选择了两种不同的干扰分析方法。 本论文完成的具体工作包括： ( 1 ) 论文基础知识的研究工作 首先对本文研究的t d l t e 系统以及与其共存的移动通信系统的特点、关键 技术、架构等进行了简要的概述，然后阐述了系统问共存干扰产生的原理、干扰 分析。最后，重点研究了系统问干扰的两种分析方法，并根据室内外场景的特点 选择了不同的研究方法。 ( 2 ) 对t d l t e 与多制式系统室内共存的干扰情况的确定性分析 利用基于链路预算的确定性分析法，以3 g p p 标准协议规范为依据，通过对 实际系统的参数的确定性计算来得出系统间的杂散干扰、阻塞干扰以及互调干扰 的最小需求隔离度。最后，通过比对各类干扰要求的隔离度的数值得到系统间共 存所需的最小隔离度，并依据结果给出工程实施中提高系统隔离度、规避各类干 扰的建议。 ( 3 ) 对t d l t e 与多制式系统室外共存的干扰情况的静态仿真分析 对t d l t e 与多制式系统室外共存的干扰情况的研究本文采用静态仿真法， 该方法以m o n t ec a r l o 仿真算法为基本的仿真思想，通过对共存系统的数学建模， 对t d l t e 在各场景下与多种系统的共存干扰进行仿真，得出取不同的a c i r 值 时，t d l t e 系统干扰下的被干扰系统的相对吞吐量，从而得出达到系统共存要 求的a c i r 值。与此同时，通过改变系统间的基站相对位置偏移以及功率控制参 数组等参数，来研究这些参数对系统共存性能的影响，从而得出这些参数对共存 性能影响的一般性结论。最后对仿真结果进行工程分析，并给出相应的工程建议。 由于本文主要针对系统共存邻频干扰的影响，因此只选取与t d l t e 系统邻频且 具有代表性的系统作为研究对象。 t d l t e 与多系统共存干扰的分析 1 3 论文组织结构 本文后续章节的安排如下： 第二章：首先对作为本文研究对象的各种制式的移动通信系统的特点、架构 关键技术等进行简单概述，为系统间共存干扰的研究提供了理论基础。然后，介 绍和分析了系统间干扰的基本理论，包括干扰的基本原理、干扰的分类以及干扰 的研究方法。最后，对系统间共存干扰的两种研究方法思想和实现进行分析对比， 根据室内外场景特点，确定室内外场景的研究方案。 第三章：首先对室内分布式系统进行了简单的介绍。然后使用确定性分析法， 对t d l t e 室内覆盖后各系统共存时的杂散干扰、阻塞干扰以及互调干扰进行分 析，计算分析得出系统共存所需的最小隔离度。在此基础上对结果进行工程分析， 并提供规避干扰的建议。 第四章：对t d l t e 系统与多系统室外共存干扰仿真进行了设计，包括仿真 场景设计、数学模型设计、仿真参数设计以及仿真流程设计等。 第五章：对各种干扰场景下被干扰系统的相对吞吐量的仿真结果进行分析， 得出系统共存的a c i r 要求以及各参数对共存性能的影响的一般性结论。最后对 仿真结果进行进一步的工程分析。 第六章：对全文进行总结，并对多系统共存干扰研究的发展进行展望。 4 江苏大学硕士学位论文 第2 章系统间共存干扰分析 2 1 移动通信系统简介 本文旨在研究t d l t e 覆盖后多系统共存时，每两个系统间( 特别是t d l t e 对其他系统) 的干扰情况。为了使结果更具普遍性和参考价值，除了t d l t e 系 统外，本文还分别选取目前广泛应用且具有代表性的2 g 系统( g s m 、c d m a ) 、 3 g 系统( w c d m a ，t d s c d m a ) 以及l t e 的另一种制式一一l t e f d d 为与 其共存的研究对象。另外，在对室内分布式系统的共存干扰进行确定性分析的时 候，还引入了在室内较多覆盖的w l a n 系统作为研究对象。在对室外环境的系 统问干扰的时候，由于2 g 系统距离t d l t e 载波频段差别较大，邻频干扰较小， 因此，选取与t d l t e 频带相邻的w c d m a ，t d s c d m a 以及l t e f d d 系统 为被干扰对象进行仿真研究。下面将对这些移动通信系统的原理和特点进行简单 的介绍。 2 1 1 现有系统简介 1 g s m 系统简介 g s m 为“全球移动通信系统”( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 的 简称，主要由移动交换子系统( m s s ) 、基站子系统( b s s ) 、移动终端( m s ) 以及操作维护子系统( o m c ) 组成。其中m s s 与b s s 之间以a 接口相连，b s s 与m s 之间以u m 接口相连。 与第一代通信系统相比，g s m 的主要特点可以归结为： ( 1 ) 频谱效率较高：高效的调制器、信道编码以及语音编码技术的采用使 g s m 具有更高频谱效率。 ( 2 ) 容量提升：g s m 系统的容量效率( 每兆赫每小区的信道数) 比t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，全入网通信系统) 高3 5 倍。 ( 3 ) 保证话音质量：达到门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而 与无线传输质量无关。 ( 4 ) 开放的接口：g s m 标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而 t d - l t e 与多系统共存干扰的分析 且包括网络之间以及网络中各设备实体之间。 ( 5 ) 安全性：通过鉴权、加密和t m s i 号码的使用，达到安全的目的。 ( 6 ) 与i s d n 、p s t n 等的互连：与其他网络的互连通常利用现有的接口。 ( 7 ) 在s i m 卡基础上实现漫游：漫游是移动通信的重要特征，它标志着用 户可以从一个网络自动进入另一个网络。 2 c d m a 系统概述 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址) 技术的出现源自于人类 对更高质量无线通信的需求【5 1 。c d m a 系统是基于扩频技术和多址技术的通信系 统。扩频技术的使用增加了用户的容量。另一方面，由于c d m a 系统终端的发 射功率较低，因此可以延长移动终端待机时间，更重要的是可以降低电磁波辐射 对人的伤害。c d m a 移动蜂窝系统的构成主要包括基站( b s ) 、基站控制器 ( b s c ) 、移动台( m s ) 、操作维护系统( o m c ) 和移动电话交换局( m t s o ) 等部分。 c d m a 系统主要具备以下特点： ( 1 ) 系统容量大：码分多址方式技术使c d m a 系统的容量相对以往的 f d m a 、t d m a 系统有了很大的提高； ( 2 ) 抗干扰能力强：c d m a 系统是一种扩频通信系统，扩频通信系统的特 点决定了c d m a 系统具有很强的抗干扰能力； ( 3 ) 保密性强：c d m a 系统特有的p n 码为其提供了良好的保密性； ( 4 ) 掉话率低：c d m a 系统在切换方面引入了软切换和超软切换的概念， 这使c d m a 系统的掉话率大大降低： ( 5 ) 抗多径衰落：c d m a 系统的r a k e 接收机特性以及多种分集方式的综 合，使它的抗多径衰落能力有了很大的提高。 3 w c d m a 系统概述 w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，宽带码分多址) 技术是 一种d s c d m a ( d i r e c ts e q u e n c e c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，直接序列码分 多址) 技术。它是由c d m a 演变而来的。w c d m a 采用直接序列扩频码分多址、 频分双工方式，码片速率达到了3 8 4 m b p s 。 支持t u r b o 编码及卷积码【6 1 。 6 江苏大学硕士学位论文 w c d m a 与以前的g s m 等移动通信系统相比，具有以下的技术特点： ( 1 ) 更大的系统容量。w c d m a 由于带宽较宽，上下行链路实现相干解 调，大幅度提高链路容量。快速功率技术的应用使发射机的发射功率总是处于最 小的水平，从而减少了多址干扰。 ( 2 ) 更多的业务种类。w c d m a 系统提供的业务可以分为两大类：c s 域 业务和p s 域业务，其中c s 域业务主要包括：基本电信业务、语音、特服、紧 急呼叫、补充业务、点对点短消息业务、电路型承载业务、电路型多媒体业务以 及智能网业务；p s 域业务主要包括：p s 域的短消息业务、移动游戏、移动冲浪、 视频点播、电子邮件业务、智能网业务等。 ( 3 ) 更高的数据速率。w c d m a 系统的高数据速率支持话音、数据和多媒 体业务，并且可根据需要提供宽带。 一 ( 4 ) 更好的无线传输。w c d m a 是宽带信号，可以更好地抗频率选择性衰 落，保证传输性能。另外，如果发射信号带宽比信道的相干带宽更宽，那么接收 机就能分离多径分量。 ( 5 ) 更高的语音质量。由于采用a m r 语音编码技术，语音传输速率最高 达到1 2 2 k b i t s 。另外，w c d m a 系统的宽带使其具有更强的多径分辨能力， 改善r a k e 接收机性能。 ( 6 ) 更低的传送功率。通过扩频将窄带信号转换为宽带信号后再进行发射， 使得w c d m a 系统具有更高的接收灵敏度，终端需要的发射功率可以很低。 4 t d 。s c d m a 系统概述 t d - s c d m a ( t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，时 分同步码分多址存取) 系统是第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、 被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准7 1 。这是我国电信史上的重要里程 碑。 t d s c d m a 系统所采用的关键技术主要有同步c d m a ( s y n c h r o n o u s c d m a ) 技术、多用户检测( m u d m u l t i u s e rd e t e c t i o n ) 技术、软件无线电 ( s o f t w a r er a d i o ) 技术、软切换技术和智能天线( s m a r t a n t e n n a ) 技术等【8 1 。 由于t d s c d m a 是中国自主知识产权的3 g 标准，得到了中国政府和国 内制造商、运营商的大力支持。与w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 比较，t d s c d m a t d l t e 与多系统共存干扰的分析 系统具有频谱利用率高、产品设备成本低、抗干扰能力和系统容量得到很好的均 衡等优点。 另外，智能天线技术是t d s c d m a 核心技术中的关键。从一定意义上， t d s c d m a 系统就是基于智能天线来设计的。智能天线技术与传统天线相比， 智能天线具有以下优势【9 】：1 、窄波束的主瓣接收和发射信号提高了信号干比， 改善通信质量；2 、采用窄波束接收和发射移动用户信号以及空分技术复用信道 增加了系统容量；3 、提高了小区内频谱复用率，从而提高了系统频谱利用率；4 、 扩大通信覆盖区域，降低了成本；5 、低基站发射功率减少了电磁污染。 2 1 2t d - l t e 系统简介 1 t d l t e 系统概述 l t e 系统由于己经具备了4 g 系统的基本特征，因此被称为“准4 g ”系统。 l t e 需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率的同时，并对降 低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户能够获得“a l w a y so n l i n e ” 的体验，还需要降低控制和用户平面的时延。 l t e 标准能够支持t d d 和f d d 两种双工模式，对应着t d l t e 和l t e f d d 两种系统。t d l t e 是时分双工模式的l t e 系统，是t d s c d m a 的后续演进技 术与标准。作为t d s c d m a 的演进技术，t d l t e 目前已经成为3 g p p 里面唯 一的基于t d d 技术的l t e 标准，中国己经全面启动的t d l t e 产业与国际l t e 产业基本同步，而且已被国际广泛接受。t d l t e 和l t e f d d 具有高度的一致 性，两者具有相同的基础技术和参数，帧结构的基本参数也相同【1 0 】。因此，本文 不再单独介绍l t e f d d 系统，下面将重点对t d l t e 系统进行介绍。 t d l t e 与以往的移动通信系统相比，t d l t e 系统有着以下的优点【4 】： ( 1 ) 可变系统带宽。可灵活配置1 2 5m h z 、2 5m h z 、5m h z 、1 0 m h z 、 2 0m h z 带宽。 ( 2 ) 提高数据传输峰值速率。在2 0m h z 频谱带宽下能够提供下行1 0 0 m b p s 、上行5 0m b p s 的峰值速率。 ( 3 ) 更高频谱利用效率：频谱利用率达到3 g p pr e l e a s e6 的2 到4 倍。下 行频谱利用率是r 6h s d p a ( 高速下行分组数据接入) 的3 到4 倍，上行频谱利 江苏大学硕士学位论文 用率是r 6h s u p a ( 高速上行分组接入) 的2 到3 倍【l l 】。 ( 4 ) 提高小区边缘质量。在保持现在规划的3 g 小区的覆盖范围大致不变 的情况下，提高小区边缘的比特率。 ( 5 ) 减少端到端时延。用户平面内部单向传输时延低于5 m s ；在控制面上， 用户从空闲状态到连接状态的延迟小于l o o m s 。 ( 6 ) 良好的互操作：支持与现有3 g p p 和非3 g p p 系统的互操作； ( 7 ) 支持增强型的广播多播业务； ( 8 ) 降低网络成本：降低建网成本，实现从r e l e a s e6 的低成本演进。系统 和终端具有合理的复杂性、成本和功耗，支持增强的i p 多媒体子系统和核心网， 尽可能的向后兼容，但是应该考虑系统性能提高与向后兼容之间的平衡f 】。 ( 9 ) 支持终端在整个系统范围内的移动性，为低速移动终端提供最优服务， 对中速移动终端实现较高性能，同时支持高速移动终端。 ； 2 t d l 1 e 系统的架构 根据3 g p p 协议t s3 6 3 0 0 和t s3 6 4 0 1 对l t e 系统架构的描述，演进型通 用地面无线接入网( e u t r a n ) 采用仅由演进型基站( n o d eb ，即e n b ) 组 成的单层结构1 2 】【1 3 】，这种结构实际上已经趋近于典型的i p 宽带网结构【14 1 。l t e 系统架构相比h s d p a 网络采用了更为扁平化的网络架构，这一方面减少了设备 的数量，同时也大大降低了业务时延【15 1 。t d l t e 的总体系统结构见图2 1 ： l n 伍s g w 卜 0 n 4 e s g w 一 图2 1t d l t e 总体系统架构 9 t d - l t e 与多系统共存干扰的分析 每个e n b 都具有一系列功能、物理接口以及相应的接口协议。其中接口协 议包括控制面( c p l a n e ) 协议( i 汛c ) 和用户面( u p l a n e ) 协议( 包括p d c p r l c m a c p h y ) 。多个e n b 通过x 2 接口相互连接，每个e n b 又和演进型分组核心 网( e v 0 1 v e dp o c k e tc o r e ，e p c ) 通过s l 相连，具体来说就是通过s 1 c ( 控制 面接1 3 ) 连接到移动性管理实体( m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y ，m m e ) ，通过s 1 u ( 控制面接e 1 ) 接口连接到服务网关( s e r v i n gg a t e w a y ，s - g w )，并且s l 接 口支持e n b 与m m e s - g w 之间多对多的连接。其中，m m e 负责信令处理，s - g w 负责用户数据处理【1 4 1 。 e n b 的功能：( 1 ) 无线资源管理功能：( 2 ) i p 头压缩及用户数据流加密； ( 3 ) u e 附着时的m m e 选择；( 4 ) 用户面数据向s - g w 的路由；( 5 ) 从m m e 发起的寻呼信息的调度传输；( 6 ) 广播信息的调度传输；( 7 ) 设置和提供e n b 的测量。 m m e 的功能：( 1 ) 寻呼消息发送；( 2 ) 安全控制；( 3 ) i d l e 态的移动性管 理；( 4 ) s a e 承载管理；( 5 ) n a s 信令的加密及完整性保。 s g w 的功能：( 1 ) 数据的路由和传输；( 2 ) 用户面数据的加密。 3 t d l t e 系统的关键技术 空中接口物理层技术是无线通信系统的基础与标志，3 g p p 采用先进成熟的 o f m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，正交频分复用) 技术为l t e 系统传输方案，并最终确定下行采用o f d m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ，正交频分多址) 技术、上行采用s c o f d m a ( s i g n a l c a r r i e r f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，单载波频分多址) 技术。m i m o ( m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ，多输入多输出) 作为l t e 系统提高系统输率的最主要手段，也 是l t e 系统最为关键的技术之一【16 1 。 ( 1 ) 下行o f d m a 技术 o f d m 技术是l t e 系统的主要特点之一，是多载波调制的一种，它的基本 思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输。从而使子载波上的符号速 率大大降低，符号持续时间大大加长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减小了 符号间干扰的影响。而且由于每个子信道的带宽仅仅占原信道带宽的小部分，这 使得信道均衡变得相对易于实现。 o f d m 发射机结构图如图2 2 所示，经过信道编码的数据，通过串并变换和 1 0 江苏大学硕士学位论文 调制星座映射后，可视作频域信号。然后将这些信号映射到多个子载波上，并通 过快速傅里叶变换( i f f t ) 将这些并行子载波上的频域信号转换到时域。为了保 证子载波之间的正交性，在将此时域信号调制到载波上之前，还要在每个o f d m 信号前插入循环前缀( c y c l i cp r e f i x ，c p ) 。最后经过串并变换将多个子载波时域 信号叠加得到o f d m 的发送信号【1 7 】。而o f d m 接收机结构大致为发射机结构的 逆过程，其核心是傅里叶变换( f f t ) 处理，经过f f t 处理，时域的o f d m 信 号被还原到频域。 瑚映射l 7 载 丽 串并 纠映射l r 7 予载 插入 并串波 通 波映j f f t循环 斗滤 变换变换 调 射前缀波 制 器 纠映射l 图2 2 0 f d m 发射机结构图 o f d m a 技术是o f d m 技术的演进，是在利用o f d m 对信道进行子载波化 后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。o f d m a 技术使每个用户可以选 。 择信道条件较好的子信道进行数据传输，而不像f d m a 技术在整个频带内发送， 从而保证了各个子载波都被对应信道条件较优的用户使用，获得了频率上的多用 户分集增益。o f d m a 的分配机制非常灵活，它可以根据用户业务量的大小动态 分配子载波的数量，并且可以在不同的子载波上使用不同的调制方式以及发射功 率，因而可以达到很高的频谱利用率。另外，o f d m a 还可以和其他技术结合， 形成更加高效，实用的多址方式。这些o f d m a 多址方式提高了系统的抗干扰性 能，提供了最大可能的系统容量。 ( 2 ) 上行s c f d m a 技术 s c f d m a 技术结合了传统的单载波传输方案和频分多址技术，并且可以动 态地进行带宽分配。l t e 的上行链路都采用s c f d m a 技术，相对于o f d m a 信 号前者可以提供较低的p a r p ( p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o ，峰均比，主要表征 发送信号的幅度峰值和平均值之间的比) ，从而相应地提高了功放的效率、增加 t d - l t e 与多系统共存干扰的分析 了小区覆盖面积，这是选择s c f d m a 作为l t e 上行多址方案的一个重要原因。 另外，较低的p a r p 可以延长移动终端的电池使用时间。因此，s c f d m a 作为 上行链路多址方案比o f d m a 更具有优势。在上下行链路兼容性方面，由于 s c f d m a 的信号产生与o f d m a 的信号产生很相似，因此下行链路和上行链路 的参数是可以兼容的。 ( 3 ) m i m o 技术 m i m o 技术是现代通信技术的一个重大突破，是l t e 系统提高系统传输率 的最主要手段。由于o f d m 的子载波衰落情况相对平坦，因此十分适合与m i m o 技术相结合，提高系统性能。m i m o 技术的基本原理就是在系统的发射端和接收 端都采用多天线和多通道，这样可以获得空间复用增益或空间分集增益，从而提 高传输速率，增大信道容量。 在保证各发射接收天线问的通道响应独立的情况一f ，m i m o 系统可以创造多 个并行空问信道，多个并行信道共同传输数据，数据速率会有显著的提高8 1 。而 多天线接收机为了实现最佳的数据信息处理，采用了空时编码技术来分拆和解码 数据信息子流。另外，为了实现高的通信容量和频谱利用率，m i m o 将多径无 线信道与发射、接收视为一个整体进行优化。 在同样的环境条件下，当功率和带宽固定时，m i m o 系统的容量上限随最小 天线数的增加而线性增加。l t e 的基本m i m o 模型是下行2 x 2 、上行l 2 个天 线，同时也考虑更多的天线配置( 最多4 x 4 ) 进一步提升系统性能。另外，l t e 在 上行还采用了虚拟m i m o 以增大容量。由此可以看出m i m o 技术提供了解决无 线通信容量瓶颈的可能性，这对未来的无线通信的发展极具重要性。 2 2 系统间干扰的原理与分类 2 2 1 系统问干扰的基本原理 在无线电通信过程中发生的，导致有用信号接收质量下降、损害或阻碍的状 态及事实被称作无线电干扰。而对无线电通信所需接收信号的接收产生影响，导 致性能下降，质量恶化的信号被称作无线电干扰信号，这类信号通过直接或间接 藕合方式进入接收设备信道，从而作用于无线电通信信道。通常，无用无线电信 江苏大学硕士学位论文 号引起有用无线电信号接收质量下降或损害的事实统称为无线电干扰。 干扰的产生是多种多样的，网络配置不当、占用没有明确划分的频率资源、 发射机和接收机的性能不佳、覆盖小区重叠、电磁兼容以及有意干扰，都是移动 通信网络射频干扰产生的原因。 不同系统之间的互干扰原理，与干扰和被干扰两个系统之间的特点以及射频 指标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统问的共存干扰，是由于发射机和 接收机的非完美性造成的。图2 3 是一个典型的共存干扰示意图。发射机在发射 有用信号时会产生带外辐射，带外辐射包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散 辐射。接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机 灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；同时接收机也 存在非线性，带外信号( 发射机有用信号) 会引起接收机的带外阻塞。 图2 3 共存干扰原理示意图 从图2 3 可知，干扰源的发射信号( 杂散干扰信号、阻塞信号) 从天线口被 放大发射出来后，经过了空间损耗，最后进入被干扰接收机。如果天线隔离不够 的话，进入被干扰接收机的干扰信号强度够大，将会使接收机信噪比恶化。因此 干扰分析的原理就是首先计算接收机能容忍的干扰信号强度门限，然后和发射机 发射的干扰信号强度( 已知) 比较，得到最低的隔离度要求。 2 2 2 干扰的基本分类 干扰的类型主要有：同频干扰、邻频干扰、互调干扰和阻塞干扰等【1 9 】。 同频干扰，顾名思义，是干扰信号和有用信号采用相同的载波频率时，干扰 ： 1 3 t d - l t e 与多系统共存干扰的分析 信号对有用信号的影响。由于本文研究的是系统间的干扰，不同系统不可能采用 相同的载波频率，因此，本文对同频干扰不再过多赘述。