計算機簡單的畢業(yè)設計
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計算機簡單的畢業(yè)設計
【摘 要】文章對TD-LTE的系統(tǒng)內外干擾的機理進行了系統(tǒng)分析，并結合標準中的設備性能最低要求計算出典型情況下系統(tǒng)間隔離度要求，以及隔離度的實現(xiàn)方法。
【關鍵詞】TD-LTE 干擾 隔離度
1 、概述
隨著TD-LTE標準的凍結、設備的成熟以及移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務飛速發(fā)展，TD-LTE已經成為業(yè)界的關注焦點。而TD-LTE系統(tǒng)內外干擾問題是網(wǎng)絡部署時必須要考慮的關鍵問題之一。
TD-LTE系統(tǒng)面臨的干擾包括噪聲Pn、系統(tǒng)內干擾Iintra-system和系統(tǒng)間干擾Iinter-system，下面將分別對這三種干擾進行分析。
2、 噪聲
噪聲可以按照來源分為接收機內部噪聲和外部噪聲。接收機內部噪聲包括導體的熱噪聲和放大器的噪聲放大;外部噪聲是指來自接收機以外的非移動通信發(fā)射機的電磁波信號，可以分為自然噪聲和人為噪聲。
一般在進行分析時主要考慮接收機內部噪聲，可通過以下式子計算得到：
Pn=KTB+NF (1)
其中：
K：波爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant)，1.380662×10-23JK-1;
T：開爾文絕對溫度，一般計算中取常溫290K;
B：接收機有效帶寬;
NF：接收機的噪聲系數(shù)，標準中一般取基站的噪聲系數(shù)分別為7dB。
由于LTE系統(tǒng)帶寬在1.4MHz～20MHz可變，并且采用OFDMA/SC-FDMA的多址方式，用戶實際只占用系統(tǒng)帶寬中的一部分。因此，信道的熱噪聲水平也會隨著占用帶寬的變化而變化。
3 、系統(tǒng)內干擾
系統(tǒng)內干擾是本移動通信系統(tǒng)內各無線網(wǎng)元收發(fā)單元之間的干擾。
3.1 同頻干擾
TD-LTE系統(tǒng)同小區(qū)下的不同用戶下行采用OFDMA、上行采用SC-FDMA的多址方式，不同用戶占用不同的、相互正交的子載波，因此不存在3G系統(tǒng)中的同小區(qū)不同用戶的多址干擾問題。LTE系統(tǒng)中的同頻干擾主要是同頻的其他小區(qū)的干擾，這也是LTE系統(tǒng)中干擾協(xié)調、抑制技術要解決的問題。
3.2 LTE TDD系統(tǒng)上下行鏈路間干擾
LTE TDD系統(tǒng)采用時分雙工的方式，上下行信道工作在相同的頻點，通過上下行轉換點設置上下行信道可占用的時隙。上行與下行之間由于時間轉換點不一致、基站之間不同步或無線信號傳播時延等，可能出現(xiàn)“重疊”(同時存在上行鏈路和下行鏈路)的時間點，引起eNode B小區(qū)間或終端用戶間的干擾。
(1)相鄰小區(qū)間或同小區(qū)不同頻率間的上下行轉換點不一致
如果相鄰小區(qū)第二轉換點設置不同，在上下行配置不同的時隙，會出現(xiàn)一個小區(qū)eNodeB發(fā)射時，另一個小區(qū)eNode B正在接收的情況，因而將出現(xiàn)比較嚴重的上下行鏈路間干擾，如圖1所示：
為了避免該類干擾，規(guī)劃中應注意：
1)結合各區(qū)域的上下行業(yè)務量需求特點，盡量在成片的區(qū)域內采用同一時隙分配方案;
2)在采用不同時隙分配方案的區(qū)域交界處，相鄰兩個采用不同時隙分配方案的.小區(qū)中，應有一個閉塞發(fā)生重疊的時隙，或者兩個相鄰小區(qū)通過檢測重疊時隙上的干擾強度，決定是否將用戶繼續(xù)分配在該重疊時隙上。
(2)相鄰小區(qū)間失同步
在相鄰的小區(qū)之間同步基準不一致時，即使小區(qū)間采用相同的轉換點設置方案，由于起始時刻不同，也會有“重疊”時間點出現(xiàn)，如圖2所示：
LTE的eNode B之間一般采用外接參考時鐘源(如GPS或伽利略衛(wèi)星系統(tǒng))實現(xiàn)同步。當外接參考時鐘源故障，以及同步過程誤差過大時，都有可能出現(xiàn)Node B之間失同步。根據(jù)3GPP TS36.133要求，采用相同頻率、且有重疊覆蓋區(qū)域的相鄰Node B之間，幀起點的時間誤差應小于或等于3μs(覆蓋距離小于3km);如果滿足該要求，則相鄰小區(qū)間的上下行干擾時間很短，對網(wǎng)絡的性能影響不大。
在規(guī)劃LTE TDD系統(tǒng)的基站間同步時，應滿足該要求。
(3)無線傳播時延大于轉換點保護時隙
在無線信號傳播過程中，隨著傳播距離的增加會形成傳播時延。此外，在采用移動通信直放站延伸小區(qū)覆蓋距離時，也會引入直放站設備的時延。傳播距離產生的時延為：
Δτ=d/c (2)
其中，d是傳播距離，c是光速。
在一個小區(qū)內如果傳播時延過大，也會引起終端的上行鏈路對附近其他終端的下行鏈路接收形成干擾。為了在eNode B接收端實現(xiàn)各終端的上行信號同步，終端必須提前一定的時間發(fā)送上行的UpPTS和子幀2。如圖3所示，以eNode B發(fā)射端的時間作為基準，該時間提前量應該等于終端到eNode B的無線傳輸時延τ，也就等于Node B發(fā)射的下行信號到達終端的無線傳輸時延。如果以終端接收到的下行信號時間作為基準，該時間提前量就是兩倍的無線傳輸時延(2τ)。
相對于接收到的下行信號基準，由于終端需要以2τ的時間提前量發(fā)送上行UpPTS和子幀2，如果2τ大于DwPTS和UpPTS之間的保護間隔GP，就會引起該終端的上行UpPTS信道干擾附近其他終端接收來自Node B的DwPTS信道。因此，按照以下公式可確定不產生上下行干擾的最大傳輸距離(即最大覆蓋距離)：
(3)其中，tgap是保護時間間隔。
根據(jù)標準中的特殊子幀配置，可計算得出不同特殊子幀配置格式下TD-LTE基站的最大覆蓋距離，如表1所示：
如果存在移動通信直放站等轉發(fā)設備，由于直放站設備內部的濾波器件固有時延和光纖介質中的信號傳播時延，會導致上述時延保護間隔對應的最大覆蓋距離進一步縮小。
考慮到該干擾信號經過遠距離的傳播損耗后，信號功率已經比較微弱，工程中一般較少考慮該干擾的影響。
(4)鄰頻干擾。由于設備濾波特性的非理想性，干擾也存在于使用相鄰頻率的各方之間。
假設不同頻率上的終端數(shù)量和位置分布相同，從3GPP標準中對接收機的ACS和ACLR指標要求來看(一般在30dB以上)，相對于同頻干擾，鄰頻干擾對接收機的影響小30dB以上，即鄰頻干擾比同頻干擾弱1000倍以上，可以忽略。
4 、系統(tǒng)間干擾
4.1 系統(tǒng)間干擾類型
從形成機理角度可分為鄰頻干擾、雜散輻射、接收機互調干擾和阻塞干擾。
(1)鄰頻干擾(ACI)
如果不同的系統(tǒng)分配了相鄰的頻率，就會發(fā)生鄰頻干擾。由于收發(fā)設備濾波性能的非完美性，工作在相鄰頻道的發(fā)射機會泄漏信號到被干擾接收機的工作頻段內;同時被干擾接收機也會接收到工作頻段以外其他發(fā)射機的工作信號。決定該干擾的關鍵特性指標是發(fā)射機的ACLR和接收機的ACS。
(2)雜散輻射(Spurious emissions)
由于發(fā)射機中的功放、混頻、濾波等部分工作特性非理想，會在工作帶寬以外很寬的范圍內產生輻射信號分量(不包括帶外輻射規(guī)定的頻段)，包括電子熱運動產生的熱噪聲、各種諧波分量、寄生輻射、頻率轉換產物以及發(fā)射機互調等。
鄰頻干擾和雜散輻射不同，鄰頻干擾中所考慮的干擾發(fā)射機泄漏信號指的是被干擾接收機所處頻段距離干擾發(fā)射機工作頻段較近，尚未達到雜散輻射的規(guī)定頻段的情況，即有效工作帶寬2.5倍以上(或者工作帶寬上下邊界10MHz以外的頻段)。當兩系統(tǒng)的工作頻段相差帶寬2.5倍以上(或者相隔10MHz以上)時，濾波器非理想性將主要表現(xiàn)為雜散干擾。
(3)接收機互調干擾
接收機互調干擾包括多干擾源形成的互調、發(fā)射分量與干擾源形成的互調(TxIMD)、交叉調制(XMD)干擾。
多干擾源形成的互調是由于被干擾系統(tǒng)接收機的射頻器件非線性，在兩個以上干擾信號分量的強度比較高時所產生的互調產物。
發(fā)射分量與干擾源形成的互調是由于雙工器濾波特性不理想，所引起的被干擾系統(tǒng)的發(fā)射分量泄漏到接收端，從而與干擾源在非線性器件上形成互調。
交叉調制也是由于接收機非線性引起的，在非線性的接收器件上，被干擾系統(tǒng)的調幅發(fā)射信號，與靠近接收頻段的窄帶干擾信號相混合，將產生交叉調制。
(4)阻塞干擾
阻塞干擾并不是落在被干擾系統(tǒng)接收帶寬內的。但由于干擾信號功率太強，而將接收機的低噪聲放大器(LNA)推向飽和區(qū)，使其不能正常工作。被干擾系統(tǒng)可允許的阻塞干擾功率一般要求低于LNA的1dB壓縮點10dB。
根據(jù)不同干擾形成的特性，鄰頻干擾、雜散干擾、互調干擾都是落在被干擾系統(tǒng)接收機內，被其接收而惡化通信質量的;阻塞干擾則是在被干擾系統(tǒng)接收帶寬以外，通過將被干擾系統(tǒng)接收機推向飽和而阻礙通信的。
對于落在被干擾系統(tǒng)的接收帶寬內的干擾，可以進行功率上的相加�？偟母蓴_功率為：
(5)其中，PACI、PSE、PIMD分別為鄰頻干擾、雜散干擾、互調干擾，單位為dBm。
一般情況下，三種干擾的強度相差較大;合成的干擾功率將主要取決于其中最大的一項。即使在最極端的情況下，三種干擾強度相等，總的干擾功率增加4.5dB，仍符合一般情況下干擾指標留有的余量要求。因此工程中一般分別核算各干擾情況是否滿足系統(tǒng)指標要求，以簡化分析。
4.2 系統(tǒng)間干擾分析方法
干擾分析的方法很多，3GPP TR36.942中提到有兩種：確定性計算方法和仿真模擬方法。
(1)確定性計算方法
也稱最小允許耦合損耗MCL(Minimum Coupling Loss)計算方法。確定性計算方法的優(yōu)點是簡單易行，可以較容易地獲得理論估計結果，所計算的結果對應于最惡劣的情況，對應的MCL要求較嚴格。
確定性計算方法是基于干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)的有關參數(shù)，計算出系統(tǒng)間要實現(xiàn)必要的干擾抑制所需要的最小允許耦合損耗MCL。一般MCL采用以下公式計算：
MCL=干擾源輸出功率-衰減-允許的干擾電平
(2)根據(jù)收發(fā)設備的ACS/ACLR或者雜散信號功率、互調抑制要求等指標，結合其工作帶寬和發(fā)射功率，可以計算出達到一定干擾抑制要求的MCL。
1)衰減
對不同的干擾類型取定為不同的參數(shù)：
對鄰道干擾是ACIR;
對互調干擾是互調抑制比。
2)允許的干擾電平
對帶內干擾一般可以根據(jù)允許的接收靈敏度惡化程度確定(后續(xù)計算中取惡化量為1dB);
對帶外阻塞干擾一般由接收設備LNA的1dB壓縮點確定。
3)其他增益和衰減
由于收發(fā)設備的指標是按“天線連接處”定義的，因此耦合損耗CL包括天線間相對增益、天線間空間損耗、外加濾波器的信號衰減、饋線及接頭的衰減等部分，在增加了外部濾波設備時，還包括濾波設備的信號衰減。
(2)仿真模擬方法
仿真模擬方法是對干擾系統(tǒng)和被干擾系統(tǒng)的基站、終端的發(fā)射功率、基站的負載等情況進行設定，通過仿真得出設定環(huán)境下的系統(tǒng)間干擾情況。仿真模擬方法考慮了功率控制、用戶分布等對系統(tǒng)間干擾情況的影響，故對系統(tǒng)間的干擾分析比較全面，尤其是涉及到終端的干擾場景。
4.3 系統(tǒng)間隔離度要求
根據(jù)標準中的接收機和發(fā)射機性能要求，運用確定性計算方法得出LTE和其他系統(tǒng)(包括不同運營商的LTE系統(tǒng))的隔離度要求，如表2所示：
對應上述計算結果，在實際系統(tǒng)中應用時需注意以下兩點：
(1)以上確定性計算結果是按照單載波發(fā)射機考慮的。如果干擾系統(tǒng)實際配置了N載波，假設各載波的最大發(fā)射功率相同，則干擾功率會成倍增加，因此隔離度要求也需相應增加lgN(dB)。
(2)上述的干擾隔離度計算結果都是按照標準最低要求進行的，實際系統(tǒng)設備的性能(如CDMA基站的雜散抑制水平)應優(yōu)于標準的要求，因此實際組網(wǎng)當中，基站的隔離度要求還應結合具體設備的性能指標進行核算。
4.4 系統(tǒng)間干擾解決方案
總體上，系統(tǒng)間干擾解決方案主要有兩種：天線空間隔離和加裝隔離濾波器。此外，如果頻譜資源相對比較寬裕的話，可以靈活配置載波獲得保護頻帶。
(1)天線空間隔離
天線空間隔離是使干擾系統(tǒng)的發(fā)射天線與被干擾系統(tǒng)的接收天線保持一定的物理空間距離(角度)，使得發(fā)射天線的電波經空間衰減后滿足到達接收天線端的惡化電平程度。
根據(jù)工程施工的實際環(huán)境，可以利用鐵塔或天面的不同平臺、不同位置進行天線的空間隔離，具體可以采用水平隔離、垂直隔離和混合隔離這三種方式。
水平隔離度和距離關系式
(6)垂直隔離度和距離關系式
(7)其中：
Ih：干擾系統(tǒng)發(fā)射天線與被干擾系統(tǒng)接收天線的水平隔離度(dB);
Iv：干擾系統(tǒng)發(fā)射天線與被干擾系統(tǒng)接收天線的垂直隔離度(dB);
GTx：干擾系統(tǒng)發(fā)射天線朝向被干擾系統(tǒng)接收天線的發(fā)射增益(dBi);
GRx：被干擾系統(tǒng)接收天線朝向干擾系統(tǒng)發(fā)射天線的接收增益(dBi);
dh：天線水平間隔;
dv：天線垂直間隔;
λ：無線電波長，如為雜散干擾，應取被干擾系統(tǒng)接收頻段波長;如為阻塞干擾，應取干擾系統(tǒng)發(fā)射頻段波長。其量綱保持與dh、dv相同。
假設GTx+GRx=0dBi，根據(jù)上述公式可計算出系統(tǒng)間空間隔離度要求，如表3所示：
根據(jù)表3的計算結果，EV-DO和LTE的垂直距離要求7m以上，實現(xiàn)起來很困難。實際上，根據(jù)天線隔離度實測研究，當天線間距比較遠時，所實現(xiàn)的隔離度要小于經驗公式計算結果，即使垂直距離達到7m，也很難達到100dB的隔離度。普通天線共址時只能實現(xiàn)50dB～70dB的隔離度，可見EV-DO基站天線很難和TD-LTE基站天線共址建設，需結合天面自然或者人為設置的阻擋增加天線之間的隔離度。GSM系統(tǒng)和TD-LTE系統(tǒng)共站時，也要保證足夠的垂直隔離，以避免相互之間的干擾。
(2)加裝隔離濾波器
濾波器分為兩種：帶阻濾波器和帶通濾波器。具體網(wǎng)絡設計需注意：
1)對同頻加性干擾需在發(fā)端加裝帶阻濾波器，以降低接收頻段內的功率;對阻塞干擾則需在收端加裝帶通濾波器，以降低接收頻段外的功率。
2)盡可能利用天線架設位置的障礙物，可以另外采用增加隔離板的方法。
3)提高發(fā)射濾波器性能，如針對每一個頻點采用窄帶濾波器來進行濾波，可以減少天線隔離要求。
4)采用線性功放，降低功放后信號的雜散。
根據(jù)鄰頻干擾分析的結果可知，LTE FDD和TDD系統(tǒng)之間無法鄰頻共存。因此將來在做頻率規(guī)劃時，若條件允許，應盡量留有充足的保護頻帶，避免不同運營商的LTE FDD和TDD系統(tǒng)鄰頻共存。如果LTE系統(tǒng)下行發(fā)射頻段和現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)的上行接收頻段相鄰，或者LTE系統(tǒng)上行接收頻段和現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)的下行發(fā)射頻段相鄰，也應盡量留有充足的保護頻帶，避免鄰頻干擾過大影響系統(tǒng)性能。
5 、總結
根據(jù)確定性分析，除EV-DO系統(tǒng)外，一般通過空間隔離可滿足TD-LTE系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的干擾隔離要求。此外需要注意的是，本文的計算結果是基于標準中最低要求進行的，實際設備的性能一般遠優(yōu)于標準的最低要求。因此實際在進行網(wǎng)絡設計時，可按照具體設備的性能指標重新核算干擾隔離度要求。
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