3G系统间的共存干扰研究

3G系统间的共存干扰研究韦安妮北京邮电大学，北京（100876）E-mail：weianni @，weianni@摘要：本文介绍了3G系统间干扰的原理，引入干扰的分析假设，阐述了干扰共存的研究方法，并且给出了WiMax、WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA系统共存时的各种干扰结论。

最后对解决共存干扰问题，提出了一些建议。

关键词：共存干扰；WiMax；WCDMA；cdma2000；TD-SCDMA1.引言伴随着迅速发展的移动用户群和多样化的移动业务需求，第三代宽带数字移动通信系统(3G)己经启动，移动通信系统正向着大系统容量，高服务质量和多业务(语音，图像，数据等)的方向前进。

从2007年10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上WiMax正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA之后的第四个全球3G标准起，WiMax、WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA成为目前3G 技术体系中的4个主要标准。

其中日本和欧洲主要支持WCDMA。

北美和韩国主要支持cdma2000而TD-SCDMA是中国首次提出的国际通信标准, 是中国移动通信发展史上里程碑性质的重要事件，WiMax从衍生至今也不乏推崇者。

IMT2000曾经追求各个标准之间的融合。

希望形成统一的标准。

实现全球漫游的目标，但从目前的实际情况来看，由于技术体制和经济利益上的问题使得这一目标难以实现。

目前，各系统间互干扰研究成为业界比较热门的课题，通过研究各系统间共存所需要的条件，才能找到合理有效的解决途径，使得3G网络能够更好的运行。

本文将首先介绍干扰原理和干扰共存研究方法。

然后给出WiMax、WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA之间共存干扰的部分研究结论。

最后探讨了对干扰保护的一些方法措施。

2.干扰原理分析根据信息产业部无线电管理局的频率分配建议, 将1920-1980MHZ 频段作为FDD的主要使用频段,1755-1785MHz频段作为FDD 的补充工作频段。

由WCDMA和cdma2000共享；1880-1920 MHz、2010-2025 MHz频段作为TDD的主要使用频段2300-2400 MHz 频段作为TDD的补充工作频段。

可以看出在1920MHz频段附近就存在WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三种不同体制。

并且WiMax系统可以使用的频段范围为2495-2690MHz，在2400MHz附近与TDD的补充工作频段也由重叠。

因此，可能会导致将来在部分地理区域，例如“热点”地区，出现WCDMA、cdma2000、WiMax系统和TD-SCDMA系统邻频共存的情况。

由于发射机和接收机的非线性特性，这些不同系统之间将存在相互干扰，造成系统容量损失。

干扰的产生是多种多样的，原有的专用无线电系统占用现有频率资源、不同运营商网络配置不当、发信机自身设置问题、小区重叠、环境、电磁兼容（EMC）以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。

移动通信系统的干扰主要有：同频干扰、邻频干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰。

工作于不同频率的系统间的共存干扰，是由于发射机和接收机的非完美性造成的。

发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，带外辐射包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散辐射。

接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；同时接收机也存在非线性带来的非完美性，带外信号（发射机有用信号）会引起接收机的带外阻塞。

发射机和接收机间的干扰还取决于两个系统工作频段的间隔和收发信机空间隔离等因素。

共存系统的干扰可以用邻道干扰比ACIR 来衡量：ACS ACLR ACIR 111+=其中邻道泄漏比ACLR 是指邻道发射信号落入到接收机通带内的能力，定义为发射功率与相邻信道上的测得功率之比。

邻道选择性ACS 是指在相邻信道信号存在的情况下，接收机在其指定信道频率上接收有用信号的能力，定义为接收机滤波器在指定信道频率上的衰减与在相邻信道频率上的衰减的比值。

由此可见，提高邻频共存系统的系统性能，抑制共存干扰，需要从改善射频发射机的发射性能和射频接收机的接收性能两个方面考虑，降低干扰系统的邻道泄漏功率和提高接收机对邻道干扰的抑制能力。

3. 干扰分析假设3.1 仿真假设WCDMA 、cdma2000和TD-SCDMA 系统采用全向天线和三扇区定向天线，小区为正六边形宏蜂窝结构，小区半径577米，采用Wrap Around 技术。

WiMax 系统的组网模式可以参照移动通信的组网模式进行构建。

可用的组网模式有两种：孤岛和蜂窝。

在孤岛模式中，基站使用单一频率，使用全向天线对整个小区进行覆盖，也可以分为三个扇区，每个扇区用120o 定向天线进行覆盖。

由于孤岛小区受到的同频干扰和邻频干扰很小，小区中的基站和移动台受到的干扰影响小，基站有很好的覆盖范围和很高的容量，因此具有很好的频谱效率。

蜂窝组网模式为由19个三扇区小区组成的网络模型，采用Wrap Around 技术，考察被干扰小区周围共19个小区范围内的干扰情况。

3.2 网络拓扑结构蜂窝网络结构为三扇区定向天线，频率复用系数为1：3，每扇区半径577米，每小区半径1000米，用户在覆盖范围内随机均匀分布，如下图所示。

图1 三扇区小区网络结构3.3 信道模型3.3.1 基站-终端之间：根据ITU-R M.1225，使用车载测试传播模型，链路损耗为：()80)(log 21)(log 18)(log )1041(401010103+⋅+∆⋅−⋅∆×−=−−f h R h L b b ms bs其中，b h ∆表示基站天线和平均屋顶高度之差，取值为6米（基站高度为18米，平均屋顶高度为12米）； R 表示收发信机之间的距离，单位：千米。

km R 1.0≥。

f 表示载波频率，单位：MHz 。

在非视距传播情况下，需要增加标准偏差为10dB 的对数正态阴影衰落。

为了考虑一簇链路阴影衰落之间的相关性，在计算两个小区之间的路径损耗时，每个链路的阴影衰落由两部分构成：i i Z b Z a X +=0其中122=+b a （假设有50%的相关性，即2/1==b a ），i 表示链路序号，0Z 表示所有链路的公共部分，i Z 每个链路互相独立的部分。

0Z ，i Z 是统计独立，均值为0、方差为10dB 的高斯分布随机变量。

如果基站和移动台之间的距离小于100米，使用视线传播模型。

基站和移动台之间的最小距离假设为1米。

3.3.2 基站-基站之间：采用双折线视距传播模型[1][2]，当传播距离小于dbreak 时，为自由空间传播模型，大于dbreak 时，由于反射或散射效应，衰减系数增大一倍。

⎩⎨⎧>+−≤≤+=−breakbreak break bs bs d d d d d d d L )log(40)log(207.401)log(207.40其中距离d 表示基站之间的距离，单位是米。

拐点计算公式为： λrx tx break h h d ⋅⋅=4其中htx 和hrx 分别表示发射机和接收机高于反射面的高度，λ表示波长。

当基站之间的距离大于拐点时，传播路径损耗增加标准偏差为10dB 的对数正态阴影衰落。

3.3.3 终端-终端之间：两个移动台的天线高度相同，且都低于建筑物屋顶的平均高度，采用Xia 传播模型[3]：图2 Xia模型示意图2210log10Pathloss ⎡⎤=−−⎥⎥⎦⎧⎪⎨⎪⎩2tan tan m m r w x h Arc x h Arc d θφ⎧=⎪⎪=⎪⎪⎨∆⎛⎞=⎜⎟⎪⎝⎠⎪⎪∆⎛⎞=⎜⎟⎪⎝⎠⎩ 距离小于50米时，采用自由空间损耗模型，（终端天线高度1.5米），不存在阴影衰落；距离大于50米时，采用Xia.h 公式（适用于所有天线高度），对数正态阴影衰落10dB 。

表1 仿真场景与路径损耗关系表仿真场景路径损耗公式基站-基站 Pathloss=40*log10(R)-21.22,R>1248m，附加10dB阴影衰落；Pathloss=40.74+20*log10(R),R<1248m，无阴影衰落；基站-终端 Pathloss=20.59+39.04*log10(R),R>100m，附加10dB阴影衰落；Pathloss=40.74+20*log10(R),R<100m，无阴影衰落；终端-终端 Pathloss=62.50+40*log10(R),R>50m，附加10dB阴影衰落；Pathloss=40.74+20*log10(R),R<50m，无阴影衰落；4.研究方法介绍无线通信系统间干扰共存研究的基本方法主要有以下两种：确定性分析法和静态蒙特卡罗仿真方法[2]。

4.1 确定性分析方法确定性分析方法又称最小祸合损耗(MCL)计算方法，适用于定性分析一个或多个台站对单个台站的干扰，在全向小区下该方法所得结果与实际系统比较接近。

由于确定性分析选取的链路一般是干扰最严重的（通常选取路径损耗最小的干扰链路分析，一般假设该链路的发射机功率，发射天线及接收机天线增益均取峰值），所以确定性分析所得干扰结果比较悲观，所需得隔离度较实际情况偏高。

当被研究系统采用功率控制，扇区定向或智能天线等技术时，链路预算方法所得结果通常与实际情况相去甚远，只能作为一定程度上的参考，此时需要采用蒙特卡罗仿真方法，通过复杂、精确的迭代计算得出系统共存研究的相关统计数据。

确定性分析方法基于链路预算原则，通过理论计算得出衡量两系统能否共存的重要指标之一，它能够保证受害系统能够正常运营所需的系统间额外保护度的粗值，为蒙特卡罗仿真提供理论指导和校验依据。

4.2静态蒙特卡罗仿真方法静态蒙特卡罗仿真是无线通信系统间干扰共存研究中的经典方法。

蒙特卡罗仿真是由抓拍（snapshot）的方法实现的，每次抓拍终端均服从均匀分布，从而可以通过有限次的抓拍来模拟实际系统中用户的各种位置可能性。

由蒙特卡罗仿真方法所得结果更加贴近实际系统的真实情况，对频谱资源分配，无线网络规划及优化等都具有较高的指导意义。

4.2.1 抓拍仿真机制蒙特卡罗仿真方法是将整个系统的运转区间划分成若干个间隔。

每两个间隔之间为一个抓拍取样时刻。

将所有抓拍时刻的取样结果进行记录。

用统计方法加以分析。

产生所需要的结果。

所以这种方法又称为静态抓拍尽管抓拍时刻的取样值对反映系统性能有很好的意义。

但是任何一个取样值都不可避免地和该取样值前后的系统的状态有关系。

也就是说。

移动通信系统的系统状态是一个有记忆的状态机系统。

因此。

孤立地考虑任何一个瞬时的系统状态都不可避免地会有误差。