WCDMA和GSM1800宏蜂窩共基站干擾分析

摘要　本文根據(jù)GSM1800和WCDMA協(xié)議，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和確定性計(jì)算方法，重點(diǎn)對(duì)WCDMA系統(tǒng)與GSM1800系統(tǒng)在基站共站情況下進(jìn)行干擾分析。

　　當(dāng)前3G移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)已逐步走向商用化階段，我國(guó)也為3G不同的技術(shù)體制（FDD與TDD）標(biāo)準(zhǔn)劃分了2GHz附近的核心頻段和補(bǔ)充頻段，具體規(guī)劃如圖1所示。

　　國(guó)際電聯(lián)ITU為WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三大標(biāo)準(zhǔn)劃分了2GHz附近的核心頻段，同時(shí)2G體制的運(yùn)營(yíng)商為了滿足不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，正在逐漸采用GSM1800頻段。這樣將導(dǎo)致在同一片地理區(qū)域出現(xiàn)采用不同移動(dòng)通信體制的多個(gè)運(yùn)營(yíng)商占用相鄰頻段的情況。由于高頻器件的非線性特性，這些不同系統(tǒng)之間將存在相互干擾，從而可能造成系統(tǒng)容量損失。在GSM1800網(wǎng)絡(luò)中，干擾影響的大小通常用載波信號(hào)電平（C）與同頻干擾電平（I）的比值，即C/I值來(lái)表示。在WCDMA中，無(wú)線頻率的復(fù)用因子為1。即同一頻率被分配在所有小區(qū)中，所有空中接口連接發(fā)生在同一載頻上。這樣同時(shí)進(jìn)行通話的用戶數(shù)量直接影響接收機(jī)噪聲水平。因此，WCDMA是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，干擾控制在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中顯得尤為重要。另外將來(lái)建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商為了節(jié)省投資，必定要最大程度地利用現(xiàn)有資源，包括鐵塔、機(jī)房、電源、傳輸?shù)荣Y源。因此，WCDMA和GSM1800共基站干擾分析十分必要。


圖1　中國(guó)3G頻譜規(guī)劃方案

1、干擾場(chǎng)景

　　對(duì)于WCDMA核心頻段（上行：1920～1980MHz，下行：2110～2170MHz）和GSM1800系統(tǒng)之間的干擾情況，移動(dòng)臺(tái)和基站之間的干擾較小，可以忽略。主要干擾場(chǎng)景是GSM1800基站干擾WCDMA基站，因此是本文分析的重點(diǎn)。

　　對(duì)于WCDMA補(bǔ)充頻段（上行：1755～1785MHz，下行：1850～1880MHz）和GSM1800系統(tǒng)之間的干擾情況，主要場(chǎng)景是GSM1800移動(dòng)臺(tái)干擾WCDMA基站，WCDMA移動(dòng)臺(tái)干擾GSM1800基站。兩個(gè)系統(tǒng)載波間隔最小為2.6MHz。鑒于目前缺少WCDMA補(bǔ)充頻段相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，因此暫不分析干擾情況。

2、主要技術(shù)指標(biāo)

　　本文主要通過(guò)接收靈敏度惡化量、MCL、ACIR等分析干擾程度。下面首先介紹各指標(biāo)的具體要求。

　　2.1　WCDMA基站接收機(jī)靈敏度惡化量

　　我們先了解WCDMA系統(tǒng)允許外來(lái)干擾的定義，根據(jù)目前的參考文獻(xiàn)，有3種不同參考值。

　　首先，根據(jù)Annex 8 to ITU WP 8A Chairman's Report 2004，WCDMA接收機(jī)允許外來(lái)干擾為：Pt=S-C/（I+N）-10（dBm），其中S表示接收機(jī)靈敏度，C/（I+N）表示載干比，根據(jù)3GPP 25.951v6.2.0和ITU M.2039，WCDMA宏蜂窩基站接收機(jī)靈敏度為：-121dBm，所以允許的外來(lái)干擾為：

　　-121-（-18）-10=-113（dBm）。

　　其次，根據(jù)ITU M.2039建議，WCDMA宏蜂窩基站允許外來(lái)干擾的限制為I/N=-6dB，則允許外來(lái)干擾為：-103-6=-109（dBm）

　　最后，根據(jù)3GPP 25.942（clause 8.4.2.1）建議，以及多數(shù)廠商認(rèn)同的WCDMA宏蜂窩基站允許外來(lái)干擾標(biāo)準(zhǔn)為：-110dBm。

　　通常，由外來(lái)干擾導(dǎo)致基站接收靈敏度惡化的計(jì)算公式為：

　　10×log1O（（I+N）/N）=10×logl0（（I/N）+1）

　　則對(duì)應(yīng)不同的干擾噪聲比要求，導(dǎo)致的靈敏度下降也不同。

　　I/N=-6dB，靈敏度惡化量為0.97dB；

　　I/N=-7dB，即外來(lái)干擾為-11OdBm，靈敏度惡化量為0.8dB；

　　I/N=-10dB，即外來(lái)干擾為-113dBm，靈敏度惡化量為0.4dB。

　　2.2　MCL

　　MCL（Minimum Coupling Loss）即最小耦合損耗，參見3GPP 25.942。通常情況下各廠商根據(jù)設(shè)備情況，建議宏蜂窩基站之間MCL=50dB。

　　2.3　ACIR

　　A CIR（Adjacent Channel Interference Ratio）是鄰道干擾功率比定義為在一條干擾鏈路上，干擾源發(fā)送的總功率與受害者接收到的總干擾功率的比率，與頻率間隔有關(guān)。ACIR表現(xiàn)為發(fā)射端鄰道泄漏比（ACLR）和接收端鄰道選擇靈敏度（ACS）的綜合效果。得到ACLR和ACS后，使用下面公式計(jì)算：

　　

　　根據(jù)3GPP 25.104協(xié)議Table 7.4和Table 7.5B，WCDMA系統(tǒng)基站的ACS取值為：

　　共站：16-（-103+6）=113dB；

　　不共站：-15（-103+6）=82dB。

　　根據(jù)GSM05.05協(xié)議，得到GSM1800基站的ACLR，以及ACIR。如表1所示。

表1　GSM1800基站和WCDMA基站共站的ACLR和ACIR


　　考慮GSM1800頻率復(fù)用方式為4/12，對(duì)WCDMA基站產(chǎn)生干擾的主要頻率有4個(gè)，所以我們采用4個(gè)GSM1800載波頻率干擾WCDMA基站的ACIR：

　　

　　得到最終的ACIR結(jié)果如表2所示。

表2　GSM1800基站和WCDMA基站共站的ACIR


3、干擾分析方法

　　在分析頻率相鄰的兩個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)共存產(chǎn)生的干擾時(shí)，主要有理論分析和計(jì)算機(jī)仿真方法。在我們的研究中主要采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真的方法，其中對(duì)基站之間的干擾研究采用理論分析結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真的方法。理論分析又稱計(jì)算方法或者稱確定性計(jì)算，主要目的是分析兩個(gè)系統(tǒng)根據(jù)給定參數(shù)在“最壞”情況下的干擾。系統(tǒng)仿真方法通常指蒙特卡羅（Monte Carlo）仿真的統(tǒng)計(jì)分析方法，可以用于評(píng)估“最壞”干擾情況出現(xiàn)的概率。

　　3.1　仿真方法

　　本文仿真是根據(jù)3GPP TR 25.942協(xié)議中的快照式仿真。其主要特點(diǎn)是在每次快照內(nèi)，激活的移動(dòng)臺(tái)與基站的連接關(guān)系固定包括傳播損耗固定，同時(shí)完成理想功率控制過(guò)程。連續(xù)的快照仿真之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，即不仿真移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模型、實(shí)際的功率控制過(guò)程和移動(dòng)臺(tái)接入過(guò)程等。

　　3.1.1　仿真假設(shè)條件

　　WCDMA系統(tǒng)仿真假設(shè)條件如表3所示。

表3　WCDMA系統(tǒng)仿真參數(shù)


　　GSM1800系統(tǒng)仿真參數(shù)見表4所示。

表4　GSM1800系統(tǒng)仿真參數(shù)


　　3.1.2　仿真天線方向圖和拓?fù)鋱D（如圖2所示）


圖2　地理拓?fù)鋱D和定向天線方向圖

　　3.1.3　仿真結(jié)果

　　根據(jù)仿真，得到GSM1800干擾WCDMAl922.4MHz載波引起基站接收靈敏度下降和需要增加的ACIR結(jié)果如圖3和表5所示。其中增加的ACIR滿足WCDMA基站接收機(jī)靈敏度惡化量小于O.4dB的要求。


圖3　WCDMA靈敏度下降和系統(tǒng)共存需要增加的ACIR

表5　干擾信號(hào)強(qiáng)度和WCDMA靈敏度下降


　　從圖3可以看出，GSM1800 pre phase 2+版本基站和WCDMA基站共站情況下，引起WCDMA靈敏度惡化量最大21.8dB。當(dāng)保證WCDMA靈敏度惡化量小于0.4dB時(shí)，需要增加ACIR=35dB。

　　對(duì)于GSM1800 phase 2+版本基站考慮到和WCDMA基站共站情況，因?yàn)橐?guī)范中定義的雜散輻射指標(biāo)有附加要求，比原有規(guī)定有所提高，所以引起WCDMA靈敏度惡化量較小，也不需要增加ACIR。

　　另外，在仿真過(guò)程中沒(méi)有考慮天線下傾角的影響。在不共站情況下，GSM 1800 phase 2+基站干擾WCDMA需要的額外ACIR最大為20dB，即額外隔離為20dB。如果考慮實(shí)際工程中天線下傾角的影響，以及避免水平面天線最大增益方向相對(duì)，則基站之間收發(fā)天線增益之和可以下降6～20dB。因此結(jié)合工程實(shí)際，則不共站情況下，GSM1800基站對(duì)WCDMA基站干擾可以忽略不計(jì)。同樣在共站情況下，WCDMA基站收到周圍GSM 1800基站的影響也可以忽略不計(jì)。

4、確定性分析

　　根據(jù)仿真結(jié)果，并結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)WCDMA基站干擾，主要來(lái)自共站的GSM1800基站，因此可以采用計(jì)算的方法分析干擾。WCDMA基站接收到的干擾信號(hào)為：

　　I=PTx-ACIR-MCL

　　根據(jù)以上公式，計(jì)算得到WCDMA基站接收到干擾信號(hào)和靈敏度下降如表5所示。

　　當(dāng)WCDMA靈敏度下降允許值分別為0.4dB和0.8dB時(shí)，需要的MCL值如表6所示。

表6　滿足一定靈敏度下降條件的MCL值


　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，對(duì)于GSM1800 Phase 2+版本基站，可以認(rèn)為MCL=50dB，對(duì)于GSM1800 pre phase 2+版本基站，可以認(rèn)為MCL=80dB滿足共存要求。

5、結(jié)論和建議

　　本文通過(guò)對(duì)GSM1800 phase 2+和pre phase 2+兩個(gè)版本基站對(duì)WCDMA基站干擾仿真分析，并且考慮天線下傾和避免水平最大增益方向相對(duì)等工程因素，可以認(rèn)為干擾主要來(lái)自于共站的GSM1800 pre phase 2+版本基站。

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，為滿足共存要求，共站基站天線隔離度，即最小耦合損耗建議如下。

　�。�1）對(duì)于GSM1800 phase 2+版本基站，MCL=50dB；

　�。�2）對(duì)于GSM1800 pre phase 2+版本基站，MCL=80dB滿足共存要求。