3G频段LTE系统与WCDMA系统干扰共存分析v20

1、北京邮电大学3g频段lte与wcdma系统干扰共存分析宽带无线移动频谱规划与干扰分析版本号 2.0信息与电子技术研究室2010-04-13版本控制版本号作者修改说明1.0熊瑶 王犇进行了lte与wcdma之间的确定性分析2.0熊瑶 王犇修正了acs计算中的错误目录1.概述12.确定性分析12.1.研究内容12.2.分析方法12.3.lte系统对wcdma系统的干扰分析22.3.1.干扰分析参数22.3.2.确定性计算结果和分析52.4.wcdma系统对lte系统的干扰分析52.4.1.干扰分析参数52.4.2.确定性计算结果和分析73.蒙特卡洛仿真7正文1. 概述目前3 g 移动通信产业正迅猛

2、发展，wcdma 系统已在全国进行了大规模布站。由于站址有限，可以预见，在lte网络建设初期不可避免的要与wcdma共用站址。同时，由于频谱资源日益紧缺，不同移动通信制式在同一地理区域邻频共存的局面很可能出现。由于移动通信系统发射机和接收机的非理想性，彼此之间一定会产生不同程序的干扰。根据2002年10月国家信息产业部下发文件关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知(信息产业部无委会2002479号)中的规定：未来移动通信系统fdd方式主要工作频段为1920-1980mhz/2110-2170mhz；tdd方式主要工作频段为1880- 1920mhz和2010-2025mhz。补充工作频段

3、fdd方式为1755-1785mhz/1850-1880mhz；tdd方式为2300-2400mhz。针对上述频段可能出现的lte fdd/tdd与wcdma系统共存的情况，本报告分析了可能出现的干扰给系统性能带来的影响，并给出了相应的系统间隔离的建议。2. 确定性分析2.1. 研究内容确定性分析方法基于链路预算原则，通过数值计算得出两系统共存所需隔离度，但由于一般选取干扰最严重的链路，确定性分析所得干扰结果比较悲观。在移动通信系统中，确定性通常用于分析基站和基站之间的干扰。同时，由于郊区宏蜂窝场景下，lte和wcdma系统基站的发射功率最大，干扰较为严重。为了对干扰最严重的情况展开分析，研究

4、中以10mhz lte系统为例，对郊区宏蜂窝场景下lte基站与wcdma系统基站间的邻频干扰展开分析。2.2. 分析方法衡量两个系统能否共存的重要指标是被干扰系统能够正常运营所需的额外隔离度(additional-isolation)。该值可从理论上进行估算，估算方法如下：additional-isolation=ptr_max-mcl-acir-imax (1)其中，ptr_max为基站最大发射功率，mcl为基站间的最小耦合损耗，acir为邻道干扰抑制比，imax为接收机能够忍受的最大干扰门限。最小耦合损耗mcl为接收机与发射机之间由于距离和天线增益带来的基本隔离值。当不同系统的基站共站共址

5、或共覆盖时，基站之间的mcl为定值。当两个基站非共站共址时，mcl的计算公式如下：mcl=pathloss(r)-gaintxgainrx (2)其中，passloss(r)为基站之间的路径损耗，gaintx和gainrx分别为发射端和接收端的天线增益。acir为发射端邻道泄漏功率比（aclr）和接收端邻信道选择性acs的综合效果。acir表示的是干扰系统发射功率与被干扰系统信道内接收到的干扰信号功率之比。acir的计算公式为：acir= 1/(1/aclr+1/acs) (3)在移动通信系统的共存研究中，将干扰造成灵敏度损失达到0.8db作为确定性计算时判断基站是否发生干扰的门限1。灵敏度损

6、失与干扰门限imax之间的关系如下： (4)其中，prefsens为参考灵敏度电平，nthermal为热噪声功率，nf为噪声系数。2.3. lte系统对wcdma系统的干扰分析2.3.1. 干扰分析参数2.3.1.1. 传播模型根据2，基站间的传播模型采用双折线视距传播模型，如下所示： (5)其中，f为载波频率（mhz），d为基站间距离(km)。dbreak为第一菲涅尔半径，当基站间距离小于第一菲涅耳半径时，采用自由空间传播模型，否则衰减系数加倍，dbreak为： (6)其中，htx和hrx为收发机高于反射面的高度，为波长。lte郊区宏蜂窝天线高度为15m3，wcdma郊区宏蜂窝天线高度为20

7、m2。采用上述参数计算得到的菲涅耳半径为7600m。在研究中，载波频率f统一取1900mhz，对于部署在不同频段的系统，需要根据实际的工作中心频率与1900mhz的差额对分析结果进行修正。2.3.1.2. 天线增益在研究中，郊区宏蜂窝下，lte基站天线增益为15db3，wcdma基站天线增益为14db2。2.3.1.3. 最小耦合损耗根据2，在郊区宏蜂窝场景下，基站共站共址的最小耦合损耗为30db；基站共覆盖的最小耦合损耗为74db；非共站共址时根据式(1)计算结果如表 1所示：表 1 非共站共址时的最小耦合损耗基站间距离(m)2050100200400600800pathloss(db)64

8、.172.178.184.190.193.696.1mcl(db)35.1043.0549.0855.1061.1264.6467.142.3.1.4. lte系统基站的无用发射根据5中所给lte的带外发射频率模板，如表 2所示，可以通过该频率发射模板计算lte对wcdma相邻信道的aclr。计算公式如下4： (7) (8)其中，p(f)为发射功率谱密度，poob为发射机带外泄漏功率，pt为发射机发射功率。表 2 5mhz以上带宽，1ghz频段下e-utra bs的带外发射频率模板测量滤波器-3db边缘到信道边缘的频率间隔 df测量滤波器中心到信道边缘的频率间隔f_offset带外发射最低要求

9、测量滤波器带宽0 mhz df 5 mhz0.05 mhz f_offset 5.05 mhz100 khz5 mhz df min(10 mhz, dfmax)5.05 mhz f_offset min(10.05 mhz, f_offsetmax)-14 dbm100 khz10 mhz df dfmax10.5 mhz f_offset f_offsetmax-13 dbm1mhz在研究中，以wcdma系统的信道带宽5mhz为间隔，每隔5mhz计算一次lte基站对相邻wcdma基站信道的aclr值，计算结果如表 3所示。表 3 不同频率隔离下的1ghz以上频段5mhz以上带宽的lte基站

10、对wcdma系统的aclr信道边缘频率间隔(mhz)05101520aclr(db)39.0543.0152.0152.0152.012.3.1.5. wcdma系统基站的邻信道抑制根据测得的在一定误码率和有用信号平均功率下的最大干扰信号平均功率，可以得到接收机在干扰信号所在频段上的acs。假设接收机参考灵敏度为prefsens，测量时输入的有用信号平均功率在prefsens的基础上提高xdb，最大干扰信号平均功率为i，接收机底噪功率与噪声系数之和为n。则根据上述测量方法，有以下关系： (9)根据6，wcdma系统的邻道抑制特性要求归纳如表 4所示。表 4 wcdma基站wide area场景

11、下的邻道抑制特性要求干扰信号中心频率到载波中心频率偏移干扰信号平均功率有用信号平均功率参考灵敏度干扰信号带宽5 mhz-52dbm-115 dbm-121dbm5mhz10mhz20mh或-20mhz-10mhz-40dbm-115 dbm-121dbm5mhz20mhz-15dbm-115 dbm-121dbm5mhz根据2，wcdma系统热噪声功率谱密度为-174dbm/hz，工作带宽为3.84mhz，噪声系数为5db，可以算得基站接收端噪声为-103.2dbm。根据式(9)，每隔5mhz计算一次wcdma基站10mhz lte基站的acs值，计算结果如表 5所示。表 5 不同频率隔离下w

12、cdma基站对10mhz lte基站的acs信道边缘频率间隔(mhz)05101520acs(db)49.1658.4158.4161.4183.412.3.1.6. lte基站对wcdma基站的acir根据表 3和表 5的，利用式(3)可得lte基站对wcdma基站的acir，如表 6所示表 6 lte基站干扰wcdma基站时不同频率隔离下的acir的值信道边缘频率间隔(mhz)05101520acir(db)38.6542.8951.1251.5452.012.3.1.7. wcdma基站干扰门限则根据式(4)得wcdma基站干扰门限为-110.1 dbm。2.3.2. 确定性计算结果根据

13、上述干扰分析参数，lte基站以最大发射功率46dbm进行发射时，利用式(1)计算后的所得的额外隔离度如表 7所示。表 7 lte基站干扰wcdma基站时的隔离度分析(单位：db)信道边缘频率间隔(mhz)05101520共址额外隔离度87.4583.2174.9874.5674.09共覆额外盖隔离度43.4539.2130.9830.5630.0920m额外隔离度82.3578.1169.8869.4668.9950m额外隔离度74.4070.1661.9361.5161.04100m额外隔离度68.3764.1355.9055.4855.01200m额外隔离度62.3558.1149.884

14、9.4648.99400m额外隔离度56.3352.0943.8643.4442.97600m额外隔离度52.8148.5740.3439.9239.45800m额外隔离度50.3146.0737.8437.4236.95以上分析基于1900mhz的中心频率，考虑到实际的网络部署时，lte tdd可能部署的频段为1880-1920，2010-2025，2300-2400mhz；lte fdd下行可能部署的频段1850-1880，2110-2170mhz。因此，在lte在上述频段部署时，需要对表 7中的额外隔离度进行修正，如表 8所示。表 8 lte基站干扰wcdma基站分析结果隔离度修正部署频

15、段(mhz)2300-24002110-21702010-20251880-19201850-1880修正值(db)-1.7-0.9-0.50+0.22.4. wcdma系统对lte系统的干扰分析2.4.1. 干扰分析参数2.4.1.1. 传播模型见2.3.1.1。2.4.1.2. 天线增益见2.3.1.22.4.1.3. 最小耦合损耗见2.3.1.3。2.4.1.4. wcdma系统基站的无用发射计算方法同2.3.1.4，wcdma系统基站频率发射模板如表 9所示。表 9 wcdma基站最大发射功率 p= 43 dbm的带外发射频率模板6测量滤波器-3db边缘与载波中心频率间隔df测量滤波器

16、中心与载波中心频率间隔f_offset带外发射最低要求测量带宽2.5 mhzdf 2.7mhz2.515mhzf_offset 2.715mhz-14 dbm30 khz2.7 mhz df 3.5mhz2.715mhz f_offset 3.515mhz-14dbm-15foffsetmhz-2.715db30 khz3.5 mhz df dfmax4.0 mhz f_offset = 43 dbm时不同频率隔离下的aclr的值信道边缘频率间隔(mhz)05101520aclr(db)42.6846.0046.0046.0046.002.4.1.5. lte系统基站的邻信道抑制特性其计算方法

17、与2.3.1.5中wcdma基站acs的计算方法相同。对于10mhz的lte系统，对于lte系统，接收机工作带宽为9mhz ，则基站端噪声为n=-174+10*lg(10*106)+ 5=-99db。根据5，lte基站的邻道抑制特性要求归纳如表 11所示。表 11 5mhz以上lte基站wide area场景下的邻道抑制特性要求干扰信号中心频率到载波中心频率偏移干扰信号平均功率有用信号平均功率干扰信号带宽5 mhz-52dbmprefsens+6 dbm5mhz10mhz20mh或-20mhz-10mhz-43dbmprefsens+6 dbm5mhz20mhz-15dbmprefsens+6

18、 dbm5mhz根据式(9)，每隔5mhz计算一次lte基站的acs值，计算结果如表 12所示。表 12不同频率隔离下lte基站对wcdma基站的acs信道边缘频率间隔(mhz)05101520acs(db)42.2651.2651.2651.2679.262.4.1.6. wcdma系统干扰lte系统时的acir根据acir计算公式，可得表 13。表 13 wcdma基站干扰lte基站时不同频率隔离下的acir的值信道边缘频率间隔(mhz)05101520acir(db)39.4544.8744.8744.8746.002.4.1.7. lte系统干扰门限根据式(4)得lte基站干扰门限为-

19、105.9dbm2.4.2. 确定性计算结果根据上述干扰分析参数，wcdma基站以最大发射功率43dbm进行发射时，利用式(1)计算后的所得的额外隔离度如表 14所示。表 14 wcdma基站干扰10mhz lte基站时的隔离度分析(单位：db)信道边缘频率间隔(mhz)05101520共址额外隔离度79.4974.0774.0774.0772.94共覆额外盖隔离度35.4930.0730.0730.0728.9420m额外隔离度74.3968.9768.9768.9767.8450m额外隔离度66.4461.0261.0261.0259.89100m额外隔离度60.4154.9954.9954.9953.86200m额外隔离度54.3948.9748.9748.9747.84400m额外隔离度48.3742.9542.9542.9541.8260