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TD-LTE系統干擾分析

李翔周勇 2011/09/21

　　隨著(zhù)新技術(shù)的不斷出現以及移動(dòng)通信理念的變革，為了把握新一輪的技術(shù)浪潮，保持在移動(dòng)通信領(lǐng)域的領(lǐng)導地位，2004年底3GPP啟動(dòng)了關(guān)于3G演進(jìn)，即LTE的研究與標準化工作。隨著(zhù)LTE R8、R9標準的凍結，LTE正日益成為業(yè)界的熱點(diǎn)。

　　LTE系統同時(shí)定義了頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和時(shí)分雙工(Time Division Duplexing, TDD) 兩種方式，但由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個(gè)廠(chǎng)家的利益等因素，LTE FDD支持陣營(yíng)更加強大，標準化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1會(huì )議通過(guò)了27家公司聯(lián)署的LTE TDD融合幀結構的建議，統一了LTE TDD的兩種幀結構。融合后的LTE TDD幀結構是以TD-SCDMA的幀結構為基礎的，這就為T(mén)D-SCDMA成功演進(jìn)到LTE乃至4G標準奠定了基礎。

　　在工信部TD-LTE工作組的領(lǐng)導下，規范制定、MTNet測試和6城市試驗網(wǎng)正在緊張有序地進(jìn)行。隨著(zhù)技術(shù)標準不斷完善、產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟、系統能力不斷提高，TD-LTE將很快進(jìn)入商用時(shí)代。

　　眾所周知，干擾是影響網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，對通話(huà)質(zhì)量、掉話(huà)、切換、擁塞以及網(wǎng)絡(luò )的覆蓋、容量等均有顯著(zhù)影響。如何降低或消除干擾是TD-LTE網(wǎng)絡(luò )性能能否充分發(fā)揮的重要環(huán)節，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò )規劃、優(yōu)化的重要任務(wù)之一。

　　TD-LTE組網(wǎng)干擾分內部干擾和外部干擾，內部干擾包括同頻組網(wǎng)干擾和異頻干擾，外部干擾又包括系統間干擾及其它隨機干擾。本文將重點(diǎn)分析系統內的同頻和異頻干擾，以及系統間與TD-SCDMA的干擾。

1.系統內干擾

　　TD-LTE的組網(wǎng)包括同頻和異頻兩種方式，對于同頻組網(wǎng)，整個(gè)系統覆蓋范圍內的所有小區可以使用相同的頻帶為本小區內的用戶(hù)提供服務(wù)，因此頻譜效率高。但是對各子信道之間的正交性有嚴格的要求，否則會(huì )導致干擾。對于異頻組網(wǎng)，由于頻率的不同產(chǎn)生了一定的隔離度，但是仍然需要進(jìn)行合理的頻率規劃，確保網(wǎng)絡(luò )干擾最小，同時(shí)由于受限于頻帶資源，所以存在著(zhù)干擾控制與頻帶使用的平衡問(wèn)題。

　　1.1.同頻組網(wǎng)

　　1.1.1.小區內干擾

　　由于OFDM的各子信道之間是正交的，這種特點(diǎn)決定了小區內干擾可以通過(guò)正交性加以克服。如果由于載波頻率和相位的偏移等因素造成子信道間的干擾，可以在物理層通過(guò)采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)信號處理算法使這種干擾降到最低。因此，一般認為OFDMA系統中的小區內干擾很小。

　　1.1.2.小區間干擾

　　對于小區間的同頻干擾，可以采用干擾抑制技術(shù)，主要包括干擾隨機化、干擾消除和干擾協(xié)調。干擾隨機化和干擾消除是一種被動(dòng)的干擾抑制技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò )的載干比并無(wú)影響。 

干擾隨機化通過(guò)比如加擾、交織，跳頻、擴頻、動(dòng)態(tài)調度等方式，使系統在時(shí)間和頻率兩個(gè)維度的干擾平均化。

干擾消除利用干擾的有色特性，對干擾進(jìn)行一定程度的抑制，即：通過(guò)UE的多個(gè)天線(xiàn)對空間有色干擾進(jìn)行抑制。波束成形在空間維度，通過(guò)估計干擾的空間譜特性，進(jìn)行多天線(xiàn)抗干擾合并；在頻率維度，通過(guò)估計干擾的頻譜特性，優(yōu)化均衡參數，進(jìn)行單天線(xiàn)抑制，如IRC。

干擾協(xié)調對小區邊緣可用的時(shí)頻資源作一定的限制，正交化或半正交化，是一種主動(dòng)的控制干擾技術(shù)，理想的協(xié)調是分配正交的資源，但這種資源通常有限；非理想的協(xié)調可以通過(guò)控制干擾的功率，降低干擾。干擾協(xié)調主要分為靜態(tài)ICIC、半靜態(tài)ICIC以及動(dòng)態(tài)ICIC。

靜態(tài)ICIC的核心是各小區的無(wú)線(xiàn)資源按照一定規則分配后固化使用。小區邊緣用戶(hù)使用整個(gè)可用頻段的一部分，并且鄰小區相互正交，用戶(hù)全功率發(fā)送；小區中心用戶(hù)可以使用整個(gè)可用頻段，但降功率發(fā)送。

動(dòng)態(tài)ICIC是在靜態(tài)ICIC的基礎上通過(guò)eNodeB進(jìn)行實(shí)時(shí)調度，在相鄰小區間協(xié)調頻率資源的使用，以達到抑制干擾目的，適應小區間負載不均勻的場(chǎng)景；小區邊緣頻帶擴展時(shí)需要綜合考慮鄰區邊緣頻帶的情況，防止發(fā)生沖突。

　　1.2.異頻組網(wǎng)

　　根據上面的分析，TD-LTE系統在本小區內不存在同頻干擾，干擾主要來(lái)自于使用相同頻率的鄰小區。如果在服務(wù)小區與最相鄰的小區之間保持異頻，通過(guò)空間傳播距離隔離同頻小區，這樣就能夠盡可能的降低同頻干擾。

　　異頻組網(wǎng)中相鄰小區為了降低干擾，使用不同的頻率，頻譜效率相對于同頻要差一些，但RRM算法簡(jiǎn)單，邊緣速率相對于同頻組網(wǎng)會(huì )高一些。因此，如果采用異頻組網(wǎng)，需要進(jìn)行合理的頻率規劃，確保網(wǎng)絡(luò )干擾最小。同時(shí)，由于受限于頻帶資源，所以存在著(zhù)干擾控制與頻帶使用的平衡問(wèn)題。

　　仿真結果也表明：相比于同頻組網(wǎng)，異頻組網(wǎng)對小區載干比C/I能力得到了很大提高。這意味著(zhù)同樣覆蓋的面積下，在獲得同樣頻率資源單位的情況下，用戶(hù)有更高的傳輸速率。同時(shí)，覆蓋區域的邊緣用戶(hù)的峰值速率可獲得提高。

同頻與異頻組網(wǎng)C/I對比仿真

圖1：同頻與異頻組網(wǎng)C/I對比仿真
　　以OFDMA技術(shù)為基礎的TD-LTE系統的空中接口沒(méi)有使用擴頻技術(shù)，由此，信道編碼技術(shù)所產(chǎn)生的處理增益相對較小，降低了小區邊緣的干擾消除能力。為了提高LTE系統容量而必須要采取的有效的頻率復用技術(shù)，一種好的頻率復用方式可以極大降低TD-LTE的干擾，使系統達到最佳性能。目前業(yè)界采用比較多的是“軟頻率復用”或“部分頻率復用”方式。即將頻率資源分為若干個(gè)復用集。如圖2所示，小區中心的用戶(hù)可以采用較低的功率發(fā)射和接收，即使占用相同的頻率也不會(huì )造成較強的ICI，因此被分配在復用系數為1的復用集。小區邊緣的用戶(hù)需要采用較高的功率發(fā)送和接收，有可能造成較強的ICI，因此被分配在頻率復用系數為1/N的復用集。這樣可以通過(guò)異頻的方式降低小區間的干擾。

TD-LTE系統的多小區軟頻率復用

圖2：TD-LTE系統的多小區軟頻率復用2.系統間干擾

　　目前，TD-LTE可以使用的頻段包括1880~1920MHz（F頻段）、2320~2370MHz（E頻段）以及2570~2620MHz（D頻段）。根據中國移動(dòng)的規劃，考慮到與TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )共用的情況，F和D頻段將用在室外，E頻段將用在室內。因此在F/E頻段存在與TD-SCDMA的干擾，本文所要重點(diǎn)分析的正是這兩種場(chǎng)景。至于在F頻段與DCS1800、CDMA2000的干擾則只需要保證一定的空間隔離度可以加以抑制，相關(guān)的文獻資料比較多，本文也就不再累述。

　　在展開(kāi)分析前，我們先來(lái)了解一下系統間干擾分析的幾個(gè)概念：

　　鄰頻干擾：如果不同的系統工作在相鄰的頻率，由于發(fā)射機的鄰道泄漏和接收機鄰道選擇性的性能的限制，就會(huì )發(fā)生鄰道干擾。

　　雜散輻射：由于發(fā)射機中的功放、混頻器和濾波器等器件的非線(xiàn)性，會(huì )在工作頻帶以外很寬的范圍內產(chǎn)生輻射信號分量, 包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉換產(chǎn)物和互調產(chǎn)物等。當這些發(fā)射機產(chǎn)生的干擾信號落在被干擾系統接收機的工作帶內時(shí)，抬高了接收機的噪底，從而減低了收靈敏度。

　　互調干擾：主要是由接收機的非線(xiàn)性引起的，后果也是抬高底噪，降低接收靈敏度。種類(lèi)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和交調干擾。

　　阻塞干擾：阻塞干擾并不是落在被干擾系統接收帶內的，但由于干擾信號過(guò)強，超出了接收機的線(xiàn)性范圍，導致接收機飽和而無(wú)法工作。為了防止接收機過(guò)載，收信號的功率一定要低于它的1dB壓縮點(diǎn)。

　　TD-LTE與TD-SCDMA都是TDD系統，上下行鏈路共用同一頻帶，發(fā)射和接收在不同時(shí)刻交替進(jìn)行。當兩個(gè)系統不同步時(shí)（即上下行切換點(diǎn)不對齊），一方在發(fā)射，另一方在接收，這種情況就會(huì )產(chǎn)生嚴重干擾的可能性，干擾強度取決于基站設備指標及其空間隔離度。

　　另外，隨著(zhù)站址選擇的愈加困難，兩個(gè)系統共站址的場(chǎng)景會(huì )越來(lái)越多，如果此時(shí)兩系統鄰頻，那么干擾問(wèn)題將會(huì )愈加突出。以下展開(kāi)分析。

　　2.1.D頻段TD-LTE + F/A頻段TD-SCDMA

　　由于兩個(gè)系統頻段相隔較遠（不考慮鄰頻干擾，只考慮雜散和阻塞干擾），干擾隔離度要求如表2所示，最大為41dB，實(shí)際建設時(shí)可以共站，也不存在時(shí)隙交叉干擾的問(wèn)題，建設時(shí)很容易滿(mǎn)足水平大于等于1米或垂直大于等于0.5米。

　　表2 TD-LTE與TD-SCDMA干擾隔離度

F頻段TD-LTE + F頻段TD-SCDMA

　　2.2.F頻段TD-LTE + F頻段TD-SCDMA

　　TD-LTE和TD-SCDMA可能同時(shí)在F頻段組網(wǎng)，因此兩者鄰頻的干擾就會(huì )存在，此時(shí)，時(shí)隙的同步就顯得尤為重要。如圖3所示，TD-SCDMA不同時(shí)隙配比將影響這TD-LTE的時(shí)隙選擇。比如：如果TD-SCDMA現網(wǎng)是2：4配置，那么為了保證時(shí)隙同步，TD-LTE將選擇1：3時(shí)隙配比，同時(shí)特殊子幀的符號比為3：10：2或者3：9：2（也就是6城市規模試驗網(wǎng)設備規范中的必選測試項）

TD-LTE與TD-SCDMA不同時(shí)隙比

圖3：TD-LTE與TD-SCDMA不同時(shí)隙比
3.小結

　　綜上所述，針對系統間和系統內的干擾，我們都可以找到相應的辦法加以抑制。這些方法中有的是通過(guò)簡(jiǎn)單的頻點(diǎn)或者空間隔離，有的是通過(guò)軟頻率復用等干擾協(xié)調技術(shù)進(jìn)行抑制。由此可見(jiàn)，TD-LTE組網(wǎng)需要綜合全面考慮與其他系統的干擾問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程貫穿在網(wǎng)絡(luò )規劃、工程建設以及網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化中，需要我們結合理論分析和仿真，在實(shí)踐中不斷加以完善。

4.參考文獻

【1】沈嘉《3GPP長(cháng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統設計》人民郵電出版社
【2】3GPP TS 36.211 v8.8.0. E-UTRA Physical Channels and Modulation (Release 8). 2009
【3】3GPP TS 36.104 v8.9.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception

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