3G频段LTE系统与WCDMA系统干扰共存分析v20.doc

3G频段LTE系统与WCDMA系统干扰共存分析v20.doc 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 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 1. 概述 ......................................................................................................................... 1 2. 确定性分析 .............................................................................................................. 1 2.1. 研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ....................................................................................................... 1 2.2. 分析方法 ....................................................................................................... 1 2.3. LTE系统对WCDMA系统的干扰分析 ............................................................. 2 2.3.1. 干扰分析参数...................................................................................... 2 2.3.2. 确定性计算结果和分析 ....................................................................... 5 2.4. WCDMA系统对LTE系统的干扰分析 ............................................................. 5 2.4.1. 干扰分析参数...................................................................................... 5 2.4.2. 确定性计算结果和分析 ....................................................................... 7 3. 蒙特卡洛仿真........................................................................................................... 8 i 正文 1. 概述 目前3 G 移动通信产业正迅猛发展，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〔2002〕479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 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 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=P-MCL-ACIR-I (1) tr_maxmax 1 其中，P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tr_max 扰抑制比，I为接收机能够忍受的最大干扰门限。 max 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 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 如下: MCL=Pathloss(R)-GainTx–GainRx (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]。灵敏度损失与干扰门限I之间的关系如下: max PP0.8，REFSENSREFSENS(4) , NNFNNFI，，，thermalthermalmax 其中，P为参考灵敏度电平，N为热噪声功率，NF为噪声系数。 REFSENSthermal 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: 32.520log(f)20log(d)1dd，，,,,1010breakL,,32.520log(f)20log(d)40log(d)dd，,，,1010break10break, (5) 其中，f为载波频率(MHz)，d为基站间距离(km)。d为第一菲涅尔半径，当基break 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: 4hhtxrxd,break, (6) 其中，h和h为收发机高于反射面的高度，λ为波长。LTE郊区宏蜂窝天线高度为txrx 15m[3]，WCDMA郊区宏蜂窝天线高度为20m[2]。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15dB[3]，WCDMA基站天线增益为14dB[2]。 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) 20 50 100 200 400 600 800 Pathloss(dB) 64.1 72.1 78.1 84.1 90.1 93.6 96.1 MCL(dB) 35.10 43.05 49.08 55.10 61.12 64.64 67.14 2.3.1.4. 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) PPfdf,()OoB,fOoB Pt (8) ACLR,POoB 其中，P(f)为发射功率谱密度，P为发射机带外泄漏功率，P为发射机发射功率。 OoBt 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 边缘到信道边测量滤波器中心到信道测量滤波器带外发射最低要求 缘的频率间隔 边缘的频率间隔f_offset 带宽 ,f 0 MHz , ,f < 5 0.05 MHz , f_offset < f_offset7,, ,7dBm,,,0.05dB,,100 kHz 5MHzMHz 5.05 MHz ,,5 MHz , ,f < 5.05 MHz , f_offset < min(10 MHz, min(10.05 MHz, -14 dBm 100 kHz ,f) f_offset) maxmax 10 MHz , ,f , 10.5 MHz , f_offset < -13 dBm 1MHz ,f f_offset maxmax 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基站对WCDMA系统的ACLR 信道边缘频率间0 5 10 15 ?20 隔(MHz) ACLR(dB) 39.05 43.01 52.01 52.01 52.01 2.3.1.5. 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P，测量时输入REFSENS的有用信号平均功率在P的基础上提高xdB，最大干扰信号平均功率为I，接收机REFSENS 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: PPsdB，,REFSENSREFSENS (9) ,/NNIACS， 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场景下的邻道抑制特性要求 干扰信号中心频率到干扰信号平均有用信号平均干扰信号参考灵敏度 载波中心频率偏移 功率 功率 带宽 ?5 MHz -52dBm -115 dBm -121dBm 5MHz 10MHz~20MH或 -40dBm -115 dBm -121dBm 5MHz -20MHz~-10MHz -15dBm -115 dBm -121dBm 5MHz <-20 MHz或>20MHz 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WCDMA基站对10MHz LTE基站的ACS 信道边缘频率间0 5 10 15 ?20 隔(MHz) ACS(dB) 49.16 58.41 58.41 61.41 83.41 2.3.1.6. 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0 5 10 15 ?20 隔(MHz) ACIR(dB) 38.65 42.89 51.12 51.54 52.01 2.3.1.7. 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0 5 10 15 ?20 (MHz) 87.45 74.56 共址额外隔离度 83.21 74.98 74.09 43.45 30.56 共覆额外盖隔离度 39.21 30.98 30.09 20m额外隔离度 82.35 78.11 69.88 69.46 68.99 50m额外隔离度 74.40 70.16 61.93 61.51 61.04 100m额外隔离度 68.37 64.13 55.90 55.48 55.01 200m额外隔离度 62.35 58.11 49.88 49.46 48.99 400m额外隔离度 56.33 52.09 43.86 43.44 42.97 600m额外隔离度 52.81 48.57 40.34 39.92 39.45 800m额外隔离度 50.31 46.07 37.84 37.42 36.95 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 部署频段(MHz) 2300-2400 2110-2170 2010-2025 1880-1920 1850-1880 修正值(dB) -1.7 -0.9 -0.5 0 +0.2 2.4. 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2.3.1.2 2.4.1.3. 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测量滤波器中心与载测量带边缘与载波中心波中心频率间隔带外发射最低要求 宽 频率间隔,f f_offset 2.5 MHz,,f< 2.515MHz,f_offset -14 dBm 30 kHz 2.7MHz < 2.715MHz 2.7 MHz , ,f < 3.5 2.715MHz ,f_offset 30 kHz MHz < 3.515MHz 3.5 MHz , ,f 4.0 MHz , f_offset < -13 dBm 1 MHz , ,fmax f_offsetmax 在研究中，以WCDMA系统的信道带宽5MHz为间隔，每隔5MHz计算一次WCDMA基站对相邻LTE基站信道的ACLR值，计算结果如表 10所示。 表 10 WCDMA基站对LTE基站最大发射功率 >= 43 dBm时不同频率隔离下的ACLR的值 信道边缘频率间隔0 5 10 15 ?20 (MHz) ACLR(dB) 42.68 46.00 46.00 46.00 46.00 2.4.1.5. LTE系统基站的邻信道抑制特性 其计算方法与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*10^6)+ 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干扰信号带干扰信号平均功率 有用信号平均功率 心频率偏移 宽 ?5 MHz -52dBm P+6 dBm 5MHz REFSENS 10MHz~20MH或 -43dBm P+6 dBm 5MHz REFSENS-20MHz~-10MHz -15dBm P+6 dBm 5MHz <-20 MHz或>20MHz REFSENS 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0 5 10 15 ?20 (MHz) 42.26 51.26 51.26 51.26 79.26 ACS(dB) 2.4.1.6. 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0 5 10 15 ?20 隔(MHz) 39.45 44.87 44.87 44.87 46.00 ACIR(dB) 2.4.1.7. LTE系统干扰门限 根据式(4)得LTE基站干扰门限为-105.9dBm 2.4.2. 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0 5 10 15 ?20 (MHz) 79.49 74.07 74.07 74.07 72.94 共址额外隔离度 35.49 30.07 30.07 30.07 28.94 共覆额外盖隔离度 20m额外隔离度 74.39 68.97 68.97 68.97 67.84 50m额外隔离度 66.44 61.02 61.02 61.02 59.89 100m额外隔离度 60.41 54.99 54.99 54.99 53.86 200m额外隔离度 54.39 48.97 48.97 48.97 47.84 400m额外隔离度 48.37 42.95 42.95 42.95 41.82 600m额外隔离度 44.85 39.43 39.43 39.43 38.30 800m额外隔离度 42.35 36.93 36.93 36.93 35.80 以上分析基于1900MHz的中心频率，考虑到实际的网络部署时，WCDMA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，需要按照表 8对表 14中的额外隔离度进行修正。 3. 蒙特卡洛仿真 参考文献 [1]王静; 杨大成; 郑瑞明; 张欣. TD-LTE与WCDMA系统共存干扰分析. 广东通信技术, 2009年 29卷 11期. 2009.09.24 [2]3GPP TR 25.942 V9.0.0. Radio Frequency (RF) system scenarios. December, 2009. [3]3GPP TR 36.942 V9.2.0. Radio Frequency (RF) system scenarios. December, 2009. [4]李景春，黄彪，黄磊等. 《电磁频谱 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 》. 人民邮电出版社. 2008年6月第1版 [5]3GPP TR 36.104 V9.0.0. Base Station (BS) radio transmission and reception. December, 2009. [6]3GPP TS 25.104 V9.3.0. Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD). March, 2010