3G频谱规划与干扰分析

信息产业部电信研究院通信标准研究所 1 3G频谱规划与干扰分析 无线与移动研究部 徐霞艳 2015年 6月 15日 信息产业部电信研究院通信标准研究所 2 议程 3G频谱规划 无线技术间干扰分析 WCDMA/GSM共存问题 信息产业部电信研究院通信标准研究所 3 3G频谱规划 2G频率规划与使用情况 我国的 3G频率规划 信息产业部电信研究院通信标准研究所 4 我国 2G频率规划与使用情况 主要技术 GSM: GSM900 、 DCS1800 cdma: IS-95A、 cdma2000-1X PHS、 DECT 等等 第二代陆地移动通信频率主要包括：798 960MHz和 1710 2200MHz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 5 GSM900 规划频率 885 - 915 MHz：上行频率（移动台发、基站收） 930 - 960 MHz：下行频率（基站发、移动台收） 共 2*30MHz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 6 800MHz cdma规划频率 825 - 835 MHz / 870 - 880 MHz，其中825 - 835 MHz为上行频率（移动台发、基站收）， 870 - 880 MHz为下行频率（基站发、移动台收） 共 2*10MHz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 7 DCS1800频率规划 1710 - 1755 MHz / 1805 - 1850 MHz 共 2*45 MHz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 8 PHS频率使用 政府文件： 信息产业部关于 PHS和DECT无线接入系统共用 1.9GHz频段频率台站管理规定的通知 1900-1920MHz用于无线接入系统（ TDD） 使用 1900-1915MHz 频段 规定了信道具体频点 中国电信、中国网通在使用 信息产业部电信研究院通信标准研究所 9 3G频谱规划 2G频率规划与使用情况 我国的 3G频率规划 信息产业部电信研究院通信标准研究所 10 政府文件 信部无 2002479号 “ 关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知 ” 信息产业部电信研究院通信标准研究所 11 3G频率规划主要内容 1、 第三代公众移动通信系统的工作频段为： （ a） 主要工作频段： 频分双工 (FDD)方式： 1920-1980 MHz / 2110-2170 MHz； 时分双工 (TDD)方式： 1880-1920MHz、 2010-2025 MHz。 （ b） 补充工作频段： 频分双工 (FDD)方式： 1755-1785 MHz / 1850-1880 MHz； 时分双工 (TDD)方式： 2300-2400MHz， 与无线电定位业务共用 ， 均为主要业务 ， 共用标准另行制定 。 （ c） 卫星移动通信系统工作频段： 1980-2010 MHz / 2170-2200 MHz。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 12 3G频率规划主要内容（续） 2、 目前已规划给公众移动通信系统的 825 - 835 MHz / 870 - 880 MHz(cdma)、 885 - 915 MHz / 930 - 960 MHz(GSM900)和 1710 - 1755 MHz / 1805 - 1850 MHz(DCS1800)频段 ， 同时规划为第三代公众移动通信系统 FDD方式的扩展频段 ， 上 、 下行频率使用方式不变 。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 13 议程 3G频谱规划 无线技术间干扰分析 WCDMA/GSM共存问题 信息产业部电信研究院通信标准研究所 14 无线技术间干扰分析 干扰的性质 干扰分析评估方法 信息产业部电信研究院通信标准研究所 15 干扰的性质 (1/4) 无线系统间的干扰 ， 从干扰产生的机制来看 ，可分为 : 无用辐射：干扰设备发射的带外噪声落入被干扰接收机的接收频带内 ， 形成对有用信号的同道干扰 。 一般地 ， 这类干扰只能从干扰源这一侧进行消除 。 阻塞：被干扰接收机的接收频带外的强干扰信号 ，使接收机灵敏度恶化 。 一般 ， 这类干扰只能在被干扰接收机这侧进行消除 （ 如改善性能 ） 。 然而 ，在大多数情况下 ， 干扰源采用功率控制 、 良好的站点工程可改善阻塞性能 。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 16 干扰的性质 (2/4) 邻道抑制 发射机互调 接收机互调 信息产业部电信研究院通信标准研究所 17 干扰的性质 (3/4) 系统间干扰，一般无用辐射、阻塞是主要的干扰，带来系统频率兼容问题。 从系统角度看，无用辐射、阻塞分别与“干扰链路”的一端相关。这样，对系统内干扰，理想地，应均衡考虑这两种干扰影响。然而对系统间干扰，一般是其中一种占主要地位。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 18 干扰的性质 (4/4) 无用辐射：应转换到被干扰接收机的带宽。 阻塞：不需进行带宽转换。 例如： BWwcdma=3.84MHz BWGSM=200kHz WCDMA GSM WCDMA GSM 200kHz 无用辐射 阻塞 3.84MHz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 19 无线技术间干扰分析 干扰的性质 干扰分析评估方法 信息产业部电信研究院通信标准研究所 20 干扰分析评估方法 最小耦合损耗法（ MCL） 增强最小耦合损耗法（ E-MCL） Monte Carlo(MC)仿真 信息产业部电信研究院通信标准研究所 21 最小耦合损耗法（ MCL） 基本原理：计算干扰源与被干扰者间所需的隔离以保证不造成干扰。 优点：简单，无需计算机即可实现。 最大缺点：最坏情形分析，得出的结果过于悲观，浪费频率资源 信息产业部电信研究院通信标准研究所 22 计算方法 被干扰接收机假设工作于参考灵敏度之上 3dB（ 即接收机灵敏度恶化 3dB）。 干扰电平限制为不超过噪声电平，即被干扰接收机的保护比不变（ C/(I+N)。 根据选定的路径损耗公式，可得出干扰源与被干扰者间物理距离所能获得的隔离。 使用路径损耗的均值，不考虑衰落影响。 干扰源不存在统计分布的问题。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 23 两个公式 MCL主要有两个公式 ， 分别考虑如下干扰影响： 无用辐射 接收机阻塞 信息产业部电信研究院通信标准研究所 24 无用辐射分析公式 Isolation = PINT + dBBW + MCINT + GVICT + GINT - (SVICT - C/IVICT) + f(dBcINT,PINT) 其中 : PINT ： 干扰源最大发射功率 dBBW ： 干扰源与被干扰者间带宽转换因子 MCINT ： 多载波裕量 ， 适用于干扰源为基站 ， 且同时有多个载波发射时 GVICT ： 被干扰者的天线增益 （ 包括馈线损耗 ） GINT ： 干扰源的天线增益 （ 包括馈线损耗 ） SVICT ： 被干扰者的接收机灵敏度 C/IVICT ： 被干扰者的保护比 f(dBcINT,PINT)： 相对干扰源最大发射功率 ， 宽带噪声功率与频率偏移的函数 信息产业部电信研究院通信标准研究所 25 接收机阻塞 分析公式 Isolation = PINT + MCINT + GVICT + GINT - f(BVICT,SVICT) 其中 : PINT ： 干扰源最大发射功率 MCINT ： 多载波裕量，适用于干扰源为基站，且同时有多个载波发射时 GVICT ： 被干扰者的天线增益 （ 包括馈线损耗 ） GINT ： 干扰源的天线增益 （ 包括馈线损耗 ） f(BVICT,SVICT)： 被干扰者的阻塞性能与频率偏移的函数 信息产业部电信研究院通信标准研究所 26 MCL结果的 解读 MCL方法计算的结果是干扰源与被干扰者间的隔离值，在选定合适的路径损耗模型后可转换为两者间的物理距离。 这种隔离要求在如下条件： 被干扰者工作于灵敏度恶化 3dB 干扰源以固定功率发射（最大） 不能获得需要这种隔离要求的，在时间或覆盖区域上的百分比。 可能在实际上计算出的隔离要求根本就不需要。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 27 MCL方法一个例子 系统 B UL 系统 B DL 系统 A UL 系统 A DL UL： MS发射、 BS接收 DL： BS发射、 MS接收 A MS B MS B BS A BS 信息产业部电信研究院通信标准研究所 28 接收机阻塞的 MCL分析 系统 B的 BS 系统 A的 BS 信息产业部电信研究院通信标准研究所 29 参数 值 干扰源发射功率 44 dBm 多载波裕量 0 dB 基站天线增益 10 dBi 被干扰接收机灵敏度 - 104 dBm 被干扰接收机保护比 9 dB 系统参数 信息产业部电信研究院通信标准研究所 30 Isolation (dB) = PINT + MCINT + GVICT + GINT - f(BVICT, SVICT) = 44 + 0 + 10 + 10 - f(BVICT, SVICT) = 64 - f(BVICT, SVICT) 频偏 基站阻塞性能 600 kHz foffset 干扰概率 P的干扰概率 100的用户经受 P的干扰 或 P的用户经受 100的干扰 E-MCL方法适用于研究热点地区的干扰 已知干扰源的分布 信息产业部电信研究院通信标准研究所 41 干扰分析评估方法 最小耦合损耗法（ MCL） 增强最小耦合损耗法（ E-MCL） Monte Carlo(MC)仿真 信息产业部电信研究院通信标准研究所 42 Monte Carlo方法 统计技术 考虑时间轴上许多相互独立的瞬时（仿真的 trial,或快照） 对每一 trial，利用表征干扰特性的不同随机变量（如用户位置）构建场景 足够多的仿真 trial，则可以很高的精度得到发生某一事件的功率（如用户被干扰的干扰） 信息产业部电信研究院通信标准研究所 43 仿真可获得的概率结果 被干扰接收机接收到的 C/I满足要求的概率 移动台发射功率的概率分布 系统规划技术（扇区化、分集、天线共站址）的效果 发射机和接收机性能的影响（无用辐射、接收机阻塞） CDMA系统的容量评估 CDMA系统软切换效果 等等 信息产业部电信研究院通信标准研究所 44 仿真的基本步骤 1. 被干扰 MS在小区中随机分布，小区大小已指定； 2. 对被干扰有用信号作链路预算（路径损耗模型、天线增益、发射功率、功控算法、有用信号发射机位置等） 3. 干扰源 MSs按照指定的分布形式（如均匀分布）分布于被干扰 MS周围 ; 4. 如干扰源进行功率控制，则随机分布对应的接收 MS并评估链路预算； 信息产业部电信研究院通信标准研究所 45 仿真的基本步骤 (续） 5. 规定每个干扰源的特性（如发射频率、功率等）； 6. 各干扰源对被干扰 MS的影响累计，构成被干扰 MS接收到的总干扰； 7. 比较干扰电平与有用信号电平，判断被干扰 MS是否达到了要求的 C/I（或其它指标）。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 46 Monte Carlo仿真结果的解读 系统性能的衡量 干扰概率 P的干扰概率 100的用户经受 P的干扰 或 P的用户经受 100的干扰 适用于研究热点地区的干扰 信息产业部电信研究院通信标准研究所 47 议程 3G频谱规划 无线技术间干扰分析 WCDMA/GSM共存问题 信息产业部电信研究院通信标准研究所 48 GSM vs WCDAM工作频段 BTS 发射 BTS 接收 Tx Rx GSM900: 930 960 MHz DCS1800: 1805 1850 MHz WCDMA: 2110 2170 MHz GSM900: 885 915 MHz DCS1800: 1710 1755 MHz WCDMA: 1920 1980 MHz 每一系统有自己的工作频段 : Tx频段 & Rx 频段 . 信息产业部电信研究院通信标准研究所 49 干扰分析 对接收机的干扰有 : 宽带噪声 邻近发射机的杂散辐射 互调产物 发射机产生 接收机内由于有邻近的发射信号进入接收机产生 邻近发射机发射的正常载波信号 后果 接收机灵敏度恶化（接收信道内性能） 接收机阻塞 信息产业部电信研究院通信标准研究所 50 干扰分析方法 杂散与互调研究 阻塞研究 GSM与 WCDMA天线端口间所需的隔离 天线性能 BTS性能 信息产业部电信研究院通信标准研究所 51 干扰计算的理论基础与假设 (1/4) 信号电平以 dBm/Hz衡量 . GSM BTS单载波最大发射功率43dBm(20W) GSM BTS 的 Noise Figure=4dB， 则噪声电平为 10*log(1.38e-23 * 300) + 4 = 200 dBW/Hz = -170 dBm/Hz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 52 干扰计算的理论基础与假设 (2/4) WCDMA BTS的单载波最大输出功率 = 43dBm WCDMA BTS 的 Noise Figure=3.3dB， 则噪声电平为 10*log(1.38e-23 * 300) + 3.3 = 200 dBW/Hz = -170 .7dBm/Hz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 53 干扰计算的理论基础与假设 (3/4) GSM BTS在 WCDMA接收频带内的杂散辐射限值规定为： 造成的干扰引起 WCDMA接收机的噪底升高 0.8dB 计算 底噪 = -170.7 dBm 0.8 dB 恶化 -178 dBm/Hz 干扰 d B m / H z m i l l w a t t s / H zW C D M A B T S 接收机本底噪声 (d B m / H z )-1 7 0 . 7 A 8 . 5 1 E -1 8 E 1 0 (A / 1 0 )恶化（ dB ） 0 . 8 B恶化后噪声电平（ d B m ） -1 6 9 . 9 C A + B 1 . 0 2 E -1 7 G 1 0 (C / 1 0 )干扰电平（ d B m ） -1 7 7 . 6 D 1 0 * l o g (H ) 1 . 7 2 E -1 8 H G - E即： WCDMA接收频带内允许的干扰电平为 -178dBm/Hz 信息产业部电信研究院通信标准研究所 54 干扰计算的理论基础与假设 (4/4) 采用相同的原则规定 GSM可接受的干扰电平 . GSM： 本底噪声 -170dBm/Hz 允许干扰电平 -177dBm/Hz 以上不考虑馈线损耗 信息产业部电信研究院通信标准研究所 55 GSM/WCDMA共站考虑的干扰情形 Case 1： GSM发射机 WCDMA接收机 Case 2： WCDMA发射机 GSM接收机 对每一干扰情形，考虑几类干扰 : 宽带噪声 杂散辐射 互调产物 阻塞 信息产业部电信研究院通信标准研究所 56 Case 1： GSM发射机 WCDMA接收机 信息产业部电信研究院通信标准研究所 57 GSM发射机 WCDMA接收机 宽带噪声 GSM 05.05 只考虑了发射频带两侧最远到 2MHz的调制谱（即宽带噪声）； 由于 GSM900、 DCS1800的发射频率与WCDMA的接收频率间存在很大的频率间隔， GSM900、 DCS1800的发射机在WCDMA接收频带内产生的宽带噪声应很小，可予以忽略。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 58 GSM 规范 05.05规定了：在 1 12.5 GHz频率范围内，杂散辐射电平不超过 30 dBm / 3MHz 。 GSM 规范 05.05 v8.6.0 (2000-09)规定： 在 WCDMA频带内，杂散辐射电平不超过 -96dBm/100kHz。 新版本 GSM 老版本 GSM 干扰源 被干扰系统G S M 发射 W C D M A 接收3 M H z 内杂散辐射 - 3 0 d B m每 Hz 杂散辐射 - 9 5 d B m ( -3 0 - 1 0 * lo g (3 ,0 0 0 ,0 0 0 )每 Hz 无用信号最大电平 -1 7 8 d B m天线间必需的隔离 8 3 d B ( -9 5 - (- 1 7 8 )杂散辐射干扰源 被干扰系统G S M 发射 W C D M A 接收1 0 0 k H z 内杂散辐射电平 - 9 6 d B m每 Hz 杂散辐射电平 - 1 4 6 d B m ( -9 6 - 1 0 * lo g (1 0 0 ,0 0 0 )每 Hz 允许的无用信号电平 -1 7 8 d B m天线间必需的隔离 3 2 d B ( -1 4 6 - (- 1 7 8 )杂散辐射GSM发射机 WCDMA接收机 杂 散辐射 信息产业部电信研究院通信标准研究所 59 GSM发射机 WCDMA接收机 互调产物 GSM 05.05规定： 当一个低于有用信号 30dB的干扰信号进入天线端口，所产生的互调产物电平应不超过杂散辐射要求。 这样，为防止互调产物造成干扰，天线间必需的隔离与杂散辐射情形要求相同。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 60 WCDMA规范 3GPP TS 25.104中对 WCDMA基站接收机的阻塞性能有如下规定： 在 GSM发射频段内， WCDMA基站接收机所能容许的干扰电平（ CW载波）为+16dBm。 GSM基站输出功率假定为 43dBm/200kHz。 干扰源 被干扰系统G S M 发射 W C D M A 接收发射机输出功率 4 3 d B m接收频段外阻塞电平 + 1 6 d B m天线间所需隔离 2 7 d B ( 4 3 - 1 6 )阻塞GSM发射机 WCDMA接收机 阻塞 信息产业部电信研究院通信标准研究所 61 Case 2： WCDMA发射机 GSM接收机 信息产业部电信研究院通信标准研究所 62 WCDMA发射机 GSM接收机 宽带噪声 与 GSM发射机 -WCDMA接收机情形类似， WCDMA发射机对 GSM900、DCS1800产生的宽带噪声影响很小，可忽略。 信息产业部电信研究院通信标准研究所 63 WCDMA规范 3 GPP TS25.104中规定： 基站 RF输出端口的杂散辐射电平不超过 -98dBm/100kHz。 干扰源 被干扰系统W C D M A 发射 G S M 接收1 0 0 k H z 内杂散辐射电平 -9 8 d B m每 Hz 杂散辐射电平 -1 4 8 d B m ( -9 8 - 1 0 * lo g (1 0 0 ,0 0 0 )每 Hz 允许的无用信号电平 -1 7 7 d B m天线间必需的隔离 2 9 d B杂散辐射WCDMA发射机 GSM接