TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)基站共容問題

摘要 本文分析了WCDMA和TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)的互干擾，根據(jù)基站的收發(fā)特性和無線性能指標(biāo)，給出了共站址時(shí)的最少隔離度和隔離距離，從理論上分析了WCDMA和TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)的可行性。

干擾是由于干擾源的存在，使得在被干擾系統(tǒng)的接收機(jī)產(chǎn)生了信噪比的惡化，影響了系統(tǒng)的性能。干擾從產(chǎn)生的機(jī)理上講分為干擾源產(chǎn)生加性噪聲干擾和互調(diào)干擾。圖1為兩個(gè)共址基站的互干擾原理圖。

圖1　共址基站互干擾原理

基站間的干擾主要分為3類：雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。

雜散干擾是由于干擾源濾波特性不能滿足技術(shù)要求，使干擾源的帶外信號(hào)以噪聲的形式出現(xiàn)在相鄰頻段內(nèi)，抬高被干擾基站的噪聲基底，接收機(jī)靈敏度降低，上行鏈路性能變差。

阻塞干擾是接收微弱的有用信號(hào)時(shí)，受到接收頻率兩旁、高頻回路帶內(nèi)一強(qiáng)干擾信號(hào)，超出了接收機(jī)的線性范圍，導(dǎo)致接收機(jī)因飽和而無法工作。

互調(diào)干擾是指頻率為f1和f2的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過非線性器件或傳播媒介后出現(xiàn)的頻率為F1的和或差的信號(hào)，如果它們落在被干擾系統(tǒng)的頻帶內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致干擾，使信噪比下降。研究表明，三階互調(diào)干擾是最強(qiáng)的互調(diào)干擾，其頻率為f1+2f2，f1-2f2，2f1+f2，2f1-f2。

1、天線干擾隔離措施

為保證良好的系統(tǒng)性能，必須使兩個(gè)共址基站的天線有好的隔離度，使3種干擾得到避免或最小化。天線隔離度是指基站間的路徑損耗（包括天線增益和饋線損耗的綜合作用），它體現(xiàn)了發(fā)射機(jī)到接收機(jī)間的信號(hào)衰減程度。可以采取的隔離措施如下。

（1）發(fā)射天線和接收天線保證足夠的空間隔離，二者在垂直或水平距離上保持足夠遠(yuǎn)；

（2）利用地形地物阻擋或使用擋板；

（3）調(diào)整基站天線的方位角或下傾角；

（4）干擾基站發(fā)送端增加帶通濾波器；

（5）降低干擾基站的發(fā)射功率；

（6）在被干擾基站的接收端增加帶通濾波器；

（7）修改頻率規(guī)劃，使干擾系統(tǒng)下行和被干擾系統(tǒng)上行的頻率之間保留足夠的保護(hù)帶。

實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體情況采用一種或多種組合方案。上述方案中，（1）～（3）項(xiàng)比較容易實(shí)現(xiàn)，（4）～（6）項(xiàng)可在調(diào)測(cè)階段有選擇的使用，（7）項(xiàng)涉及到國家的頻率政策，不太容易實(shí)現(xiàn)。通常最常用的方法是通過空間隔離方式降低基站間的干擾。

2、WCDMA與TD-SCDMA基站天線干擾分析

TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)的工作頻段存在接近點(diǎn)。我國3G頻譜分配情況為TD-SCDMA的頻率為1880～1920MHz、2010～2025MHz，WCDMA的工作頻率為上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，可見TD-SCDMA的1880～1920MHz與WCDMA的上行頻率相隔最近，系統(tǒng)間將會(huì)存在一定程度的干擾。

TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)間的干擾是相互的，包括基站和基站，移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)和基站之間的干擾。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，主要考慮基站與基站間的干擾，而不必考慮移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的干擾。

2.1　TD-SCDMA基站對(duì)WCDMA基站的雜散干擾

根據(jù)3GPP協(xié)議，WCDMA Node B和TD-SCDMA基站性能如表1所示。

表1　WCDMA Node B基站和TD-SCDMA基站性能

TD-SCDMA基站帶外雜散輻射根據(jù)不同的情況有不同的要求，共站與臨近建站時(shí)ACLR性能要求分別如表2、3所示。分析時(shí)采用性能要求較低的情況，即臨近測(cè)量頻點(diǎn)的最大干擾功率電平取-36dBm。

表2　共站時(shí)基站的ACLR性能要求

表3　臨近建站時(shí)基站的ACLR性能要求

WCDMA基站的靈敏度為-120.2dBm（對(duì)12.2kbit/s的話音業(yè)務(wù)），在滿足靈敏度的條件下，要求的S/N為-18dB，這樣等效的系統(tǒng)的噪聲最大為：

-120.2dBm-（-18dB）=-102.2dBm

如果從外部接收到的加性噪聲導(dǎo)致系統(tǒng)的等效噪聲增大0.8dB時(shí)，WCDMA基站的靈敏度降低0.8dB，可認(rèn)為對(duì)系統(tǒng)是可以接受的，計(jì)算出此時(shí)外界的干擾約為：

10log（10-101.4/10-10-102.2/10）=-109.14dBm

當(dāng)TD-SCDMA和WCDMA共存，為了避免TD-SCDMA的雜散干擾，這樣TD-SCDMA和WCDMA的最小隔離度為：

-36dBm-109.09dBm=73.14dB

2.2　TD-SCDMA基站對(duì)WCDMA基站的阻塞干擾

WCDMA基站的帶外阻塞指標(biāo)為-40dBm，所以要消除TD-SCDMA基站對(duì)WCDMA基站的阻塞干擾需要的最小隔離度為：

39dBm-（-40dBm）=79dB

2.3　WCDMA與TD-SCDMA基站的互調(diào)干擾

TD-SCDMA的最低頻點(diǎn)為f1=1880.8MHz，最高頻點(diǎn)為f2=1919.2MHz，三階互調(diào)范圍在（2f1-f2）～（2f2-f1）即1842.4～1957.6MHz，可見三階交調(diào)頻率落在WCDMA上行工作頻段內(nèi)，對(duì)基站的上行接收性能有影響。根據(jù)3GPP協(xié)議WCDMA基站的接收機(jī)接收到的信號(hào)小于-48dBm時(shí)，WCDMA的基站不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)，所以要消除PHS基站的交調(diào)對(duì)WCDMA基站的干擾需要的最小隔離度為：

39dBm-（-48dBm）=87dB

根據(jù)以上結(jié)果，WCDMA基站為防止TD-SCDMA基站的干擾，最小的隔離度應(yīng)為87dB。

3、基站天線空間隔離

天線隔離方式一般有3種方式：水平隔離，垂直隔離，組合梯形隔離，可以通過以下3個(gè)公式計(jì)算隔離度。

水平隔離度計(jì)算公式為：

其中，Gant為兩基站天線的有效天線增益，dh為兩系統(tǒng)天線間的水平間隔距離，λ為波長。對(duì)WCDMA全向天線，其增益為11 dBi，TD-SCDMA天線在此基礎(chǔ)上增加7dB的賦形增益，共18dBi，兩基站共站時(shí)還存在-6dB的耦合增益，因此Gont=11+11+7-6=23dBi。隔離度Ih為87dB，波長λ為3×108/1922.5×106=0.1560m，則水平隔離距離為3918.54m。表4為不同水平隔離距離時(shí)的隔離度。

表4　水平隔離度

垂直隔離度計(jì)算公式為：

其中dv為垂直隔離距離。同樣，代入上面所取的數(shù)值，可計(jì)算為達(dá)到87dB的隔離度要求，需要的垂直隔離距離為4.66m。分析水平隔離和垂直隔離度的計(jì)算公式可見，采用垂直隔離時(shí)，獲得的隔離度與垂直距離的對(duì)數(shù)呈40倍關(guān)系，也就是說，當(dāng)垂直距離增大10倍時(shí)，隔離度將增大40dB，而對(duì)于水平隔離的情況，隔離度只能增大20dB。同時(shí)，水平隔離時(shí)還需考慮發(fā)送和接收天線的增益，這在很大程度上也提高了水平隔離時(shí)的距離要求。表5為不同垂直隔離距離時(shí)的隔離度。

表5　垂直隔離度

梯形組合隔離度計(jì)算公式為：

采取不同的垂直隔離和水平隔離距離組合，可得到組合隔離度如表6所示。

表6　梯形組合隔離度

4、結(jié)論

由以上分析可見，WCDMA和TD-SCDMA基站之間要達(dá)到87 dB的隔離度，采用水平隔離時(shí)需7147m的距離，實(shí)際中只能通過增加外接帶通濾波器解決，但是要評(píng)估使用外接帶通濾波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的影響。采用垂直隔離時(shí)需4.66m的天線高度差，這說明兩者共站建設(shè)是完全可能的，只要通過天線高度差就可以解決互干擾問題。

對(duì)于共址建設(shè)的情況，需處理好垂直隔離距離和水平隔離距離的組合，若由于實(shí)際場(chǎng)景的限制而無法實(shí)現(xiàn)所定出的最小空間距離的無線站，則需要另外增加外接帶通濾波器。必要時(shí)，要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的無線設(shè)計(jì)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以彌補(bǔ)由于使用外接帶通濾波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量產(chǎn)生的不良影響。