計算機畢業(yè)論文精選
【關(guān)鍵詞】TD-LTE 干擾 隔離度
1 、概述
隨著(zhù)TD-LTE標準的凍結、設備的成熟以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，TD-LTE已經(jīng)成為業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)。而TD-LTE系統內外干擾問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò )部署時(shí)必須要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
TD-LTE系統面臨的干擾包括噪聲Pn、系統內干擾Iintra-system和系統間干擾Iinter-system，下面將分別對這三種干擾進(jìn)行分析。
2、 噪聲
噪聲可以按照來(lái)源分為接收機內部噪聲和外部噪聲。接收機內部噪聲包括導體的熱噪聲和放大器的噪聲放大;外部噪聲是指來(lái)自接收機以外的非移動(dòng)通信發(fā)射機的電磁波信號，可以分為自然噪聲和人為噪聲。
一般在進(jìn)行分析時(shí)主要考慮接收機內部噪聲，可通過(guò)以下式子計算得到：
Pn=KTB+NF (1)
其中：
K：波爾茲曼常數(Boltzmann constant)，1.380662×10-23JK-1;
T：開(kāi)爾文絕對溫度，一般計算中取常溫290K;
B：接收機有效帶寬;
NF：接收機的噪聲系數，標準中一般取基站的噪聲系數分別為7dB。
由于LTE系統帶寬在1.4MHz～20MHz可變，并且采用OFDMA/SC-FDMA的多址方式，用戶(hù)實(shí)際只占用系統帶寬中的一部分。因此，信道的熱噪聲水平也會(huì )隨著(zhù)占用帶寬的變化而變化。
3 、系統內干擾
系統內干擾是本移動(dòng)通信系統內各無(wú)線(xiàn)網(wǎng)元收發(fā)單元之間的干擾。
3.1 同頻干擾
TD-LTE系統同小區下的不同用戶(hù)下行采用OFDMA、上行采用SC-FDMA的多址方式，不同用戶(hù)占用不同的、相互正交的子載波，因此不存在3G系統中的同小區不同用戶(hù)的多址干擾問(wèn)題。LTE系統中的同頻干擾主要是同頻的其他小區的干擾，這也是LTE系統中干擾協(xié)調、抑制技術(shù)要解決的問(wèn)題。
3.2 LTE TDD系統上下行鏈路間干擾
LTE TDD系統采用時(shí)分雙工的方式，上下行信道工作在相同的頻點(diǎn)，通過(guò)上下行轉換點(diǎn)設置上下行信道可占用的時(shí)隙。上行與下行之間由于時(shí)間轉換點(diǎn)不一致、基站之間不同步或無(wú)線(xiàn)信號傳播時(shí)延等，可能出現“重疊”(同時(shí)存在上行鏈路和下行鏈路)的時(shí)間點(diǎn)，引起eNode B小區間或終端用戶(hù)間的干擾。
(1)相鄰小區間或同小區不同頻率間的上下行轉換點(diǎn)不一致
如果相鄰小區第二轉換點(diǎn)設置不同，在上下行配置不同的時(shí)隙，會(huì )出現一個(gè)小區eNodeB發(fā)射時(shí)，另一個(gè)小區eNode B正在接收的情況，因而將出現比較嚴重的上下行鏈路間干擾，如圖1所示：
為了避免該類(lèi)干擾，規劃中應注意：
1)結合各區域的上下行業(yè)務(wù)量需求特點(diǎn)，盡量在成片的區域內采用同一時(shí)隙分配方案;
2)在采用不同時(shí)隙分配方案的區域交界處，相鄰兩個(gè)采用不同時(shí)隙分配方案的小區中，應有一個(gè)閉塞發(fā)生重疊的時(shí)隙，或者兩個(gè)相鄰小區通過(guò)檢測重疊時(shí)隙上的干擾強度，決定是否將用戶(hù)繼續分配在該重疊時(shí)隙上。
(2)相鄰小區間失同步
在相鄰的小區之間同步基準不一致時(shí)，即使小區間采用相同的轉換點(diǎn)設置方案，由于起始時(shí)刻不同，也會(huì )有“重疊”時(shí)間點(diǎn)出現，如圖2所示：
LTE的eNode B之間一般采用外接參考時(shí)鐘源(如GPS或伽利略衛星系統)實(shí)現同步。當外接參考時(shí)鐘源故障，以及同步過(guò)程誤差過(guò)大時(shí)，都有可能出現Node B之間失同步。根據3GPP TS36.133要求，采用相同頻率、且有重疊覆蓋區域的相鄰Node B之間，幀起點(diǎn)的時(shí)間誤差應小于或等于3μs(覆蓋距離小于3km);如果滿(mǎn)足該要求，則相鄰小區間的上下行干擾時(shí)間很短，對網(wǎng)絡(luò )的性能影響不大。
在規劃LTE TDD系統的基站間同步時(shí)，應滿(mǎn)足該要求。
(3)無(wú)線(xiàn)傳播時(shí)延大于轉換點(diǎn)保護時(shí)隙
在無(wú)線(xiàn)信號傳播過(guò)程中，隨著(zhù)傳播距離的增加會(huì )形成傳播時(shí)延。此外，在采用移動(dòng)通信直放站延伸小區覆蓋距離時(shí)，也會(huì )引入直放站設備的時(shí)延。傳播距離產(chǎn)生的時(shí)延為：
Δτ=d/c (2)
其中，d是傳播距離，c是光速。
在一個(gè)小區內如果傳播時(shí)延過(guò)大，也會(huì )引起終端的上行鏈路對附近其他終端的下行鏈路接收形成干擾。為了在eNode B接收端實(shí)現各終端的上行信號同步，終端必須提前一定的時(shí)間發(fā)送上行的UpPTS和子幀2。如圖3所示，以eNode B發(fā)射端的時(shí)間作為基準，該時(shí)間提前量應該等于終端到eNode B的無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)延τ，也就等于Node B發(fā)射的下行信號到達終端的無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)延。如果以終端接收到的下行信號時(shí)間作為基準，該時(shí)間提前量就是兩倍的無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)延(2τ)。
相對于接收到的下行信號基準，由于終端需要以2τ的時(shí)間提前量發(fā)送上行UpPTS和子幀2，如果2τ大于DwPTS和UpPTS之間的保護間隔GP，就會(huì )引起該終端的上行UpPTS信道干擾附近其他終端接收來(lái)自Node B的DwPTS信道。因此，按照以下公式可確定不產(chǎn)生上下行干擾的最大傳輸距離(即最大覆蓋距離)：
(3)其中，tgap是保護時(shí)間間隔。
根據標準中的特殊子幀配置，可計算得出不同特殊子幀配置格式下TD-LTE基站的最大覆蓋距離，如表1所示：
如果存在移動(dòng)通信直放站等轉發(fā)設備，由于直放站設備內部的濾波器件固有時(shí)延和光纖介質(zhì)中的信號傳播時(shí)延，會(huì )導致上述時(shí)延保護間隔對應的最大覆蓋距離進(jìn)一步縮小。
考慮到該干擾信號經(jīng)過(guò)遠距離的傳播損耗后，信號功率已經(jīng)比較微弱，工程中一般較少考慮該干擾的影響。
(4)鄰頻干擾。由于設備濾波特性的非理想性，干擾也存在于使用相鄰頻率的各方之間。
假設不同頻率上的終端數量和位置分布相同，從3GPP標準中對接收機的ACS和ACLR指標要求來(lái)看(一般在30dB以上)，相對于同頻干擾，鄰頻干擾對接收機的影響小30dB以上，即鄰頻干擾比同頻干擾弱1000倍以上，可以忽略。
4 、系統間干擾
4.1 系統間干擾類(lèi)型
從形成機理角度可分為鄰頻干擾、雜散輻射、接收機互調干擾和阻塞干擾。
(1)鄰頻干擾(ACI)
如果不同的系統分配了相鄰的頻率，就會(huì )發(fā)生鄰頻干擾。由于收發(fā)設備濾波性能的非完美性，工作在相鄰頻道的發(fā)射機會(huì )泄漏信號到被干擾接收機的工作頻段內;同時(shí)被干擾接收機也會(huì )接收到工作頻段以外其他發(fā)射機的工作信號。決定該干擾的關(guān)鍵特性指標是發(fā)射機的ACLR和接收機的ACS。
(2)雜散輻射(Spurious emissions)
由于發(fā)射機中的功放、混頻、濾波等部分工作特性非理想，會(huì )在工作帶寬以外很寬的范圍內產(chǎn)生輻射信號分量(不包括帶外輻射規定的頻段)，包括電子熱運動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲、各種諧波分量、寄生輻射、頻率轉換產(chǎn)物以及發(fā)射機互調等。
鄰頻干擾和雜散輻射不同，鄰頻干擾中所考慮的干擾發(fā)射機泄漏信號指的是被干擾接收機所處頻段距離干擾發(fā)射機工作頻段較近，尚未達到雜散輻射的規定頻段的情況，即有效工作帶寬2.5倍以上(或者工作帶寬上下邊界10MHz以外的頻段)。當兩系統的工作頻段相差帶寬2.5倍以上(或者相隔10MHz以上)時(shí)，濾波器非理想性將主要表現為雜散干擾。
(3)接收機互調干擾
接收機互調干擾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(TxIMD)、交叉調制(XMD)干擾。
多干擾源形成的互調是由于被干擾系統接收機的射頻器件非線(xiàn)性，在兩個(gè)以上干擾信號分量的強度比較高時(shí)所產(chǎn)生的互調產(chǎn)物。
發(fā)射分量與干擾源形成的互調是由于雙工器濾波特性不理想，所引起的被干擾系統的發(fā)射分量泄漏到接收端，從而與干擾源在非線(xiàn)性器件上形成互調。
交叉調制也是由于接收機非線(xiàn)性引起的，在非線(xiàn)性的接收器件上，被干擾系統的調幅發(fā)射信號，與靠近接收頻段的窄帶干擾信號相混合，將產(chǎn)生交叉調制。
(4)阻塞干擾
阻塞干擾并不是落在被干擾系統接收帶寬內的。但由于干擾信號功率太強，而將接收機的低噪聲放大器(LNA)推向飽和區，使其不能正常工作。被干擾系統可允許的阻塞干擾功率一般要求低于LNA的1dB壓縮點(diǎn)10dB。
根據不同干擾形成的特性，鄰頻干擾、雜散干擾、互調干擾都是落在被干擾系統接收機內，被其接收而惡化通信質(zhì)量的;阻塞干擾則是在被干擾系統接收帶寬以外，通過(guò)將被干擾系統接收機推向飽和而阻礙通信的。
對于落在被干擾系統的接收帶寬內的干擾，可以進(jìn)行功率上的相加�？偟母蓴_功率為：
(5)其中，PACI、PSE、PIMD分別為鄰頻干擾、雜散干擾、互調干擾，單位為dBm。
一般情況下，三種干擾的強度相差較大;合成的干擾功率將主要取決于其中最大的一項。即使在最極端的情況下，三種干擾強度相等，總的干擾功率增加4.5dB，仍符合一般情況下干擾指標留有的余量要求。因此工程中一般分別核算各干擾情況是否滿(mǎn)足系統指標要求，以簡(jiǎn)化分析。
4.2 系統間干擾分析方法
干擾分析的方法很多，3GPP TR36.942中提到有兩種：確定性計算方法和仿真模擬方法。
(1)確定性計算方法
也稱(chēng)最小允許耦合損耗MCL(Minimum Coupling Loss)計算方法。確定性計算方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，可以較容易地獲得理論估計結果，所計算的結果對應于最?lèi)毫拥那闆r，對應的MCL要求較嚴格。
確定性計算方法是基于干擾系統和被干擾系統的有關(guān)參數，計算出系統間要實(shí)現必要的干擾抑制所需要的最小允許耦合損耗MCL。一般MCL采用以下公式計算：
MCL=干擾源輸出功率-衰減-允許的干擾電平
(2)根據收發(fā)設備的ACS/ACLR或者雜散信號功率、互調抑制要求等指標，結合其工作帶寬和發(fā)射功率，可以計算出達到一定干擾抑制要求的MCL。
1)衰減
對不同的干擾類(lèi)型取定為不同的參數：
對鄰道干擾是ACIR;
對互調干擾是互調抑制比。
2)允許的干擾電平
對帶內干擾一般可以根據允許的接收靈敏度惡化程度確定(后續計算中取惡化量為1dB);
對帶外阻塞干擾一般由接收設備LNA的1dB壓縮點(diǎn)確定。
3)其他增益和衰減
由于收發(fā)設備的指標是按“天線(xiàn)連接處”定義的，因此耦合損耗CL包括天線(xiàn)間相對增益、天線(xiàn)間空間損耗、外加濾波器的信號衰減、饋線(xiàn)及接頭的衰減等部分，在增加了外部濾波設備時(shí)，還包括濾波設備的信號衰減。
(2)仿真模擬方法
仿真模擬方法是對干擾系統和被干擾系統的基站、終端的發(fā)射功率、基站的負載等情況進(jìn)行設定，通過(guò)仿真得出設定環(huán)境下的系統間干擾情況。仿真模擬方法考慮了功率控制、用戶(hù)分布等對系統間干擾情況的影響，故對系統間的干擾分析比較全面，尤其是涉及到終端的干擾場(chǎng)景。
4.3 系統間隔離度要求
根據標準中的接收機和發(fā)射機性能要求，運用確定性計算方法得出LTE和其他系統(包括不同運營(yíng)商的LTE系統)的隔離度要求，如表2所示：
對應上述計算結果，在實(shí)際系統中應用時(shí)需注意以下兩點(diǎn)：
(1)以上確定性計算結果是按照單載波發(fā)射機考慮的。如果干擾系統實(shí)際配置了N載波，假設各載波的最大發(fā)射功率相同，則干擾功率會(huì )成倍增加，因此隔離度要求也需相應增加lgN(dB)。
(2)上述的干擾隔離度計算結果都是按照標準最低要求進(jìn)行的，實(shí)際系統設備的性能(如CDMA基站的雜散抑制水平)應優(yōu)于標準的要求，因此實(shí)際組網(wǎng)當中，基站的隔離度要求還應結合具體設備的性能指標進(jìn)行核算。
4.4 系統間干擾解決方案
總體上，系統間干擾解決方案主要有兩種：天線(xiàn)空間隔離和加裝隔離濾波器。此外，如果頻譜資源相對比較寬裕的話(huà)，可以靈活配置載波獲得保護頻帶。
(1)天線(xiàn)空間隔離
天線(xiàn)空間隔離是使干擾系統的發(fā)射天線(xiàn)與被干擾系統的接收天線(xiàn)保持一定的物理空間距離(角度)，使得發(fā)射天線(xiàn)的電波經(jīng)空間衰減后滿(mǎn)足到達接收天線(xiàn)端的惡化電平程度。
根據工程施工的實(shí)際環(huán)境，可以利用鐵塔或天面的不同平臺、不同位置進(jìn)行天線(xiàn)的空間隔離，具體可以采用水平隔離、垂直隔離和混合隔離這三種方式。
水平隔離度和距離關(guān)系式
(6)垂直隔離度和距離關(guān)系式
(7)其中：
Ih：干擾系統發(fā)射天線(xiàn)與被干擾系統接收天線(xiàn)的水平隔離度(dB);
Iv：干擾系統發(fā)射天線(xiàn)與被干擾系統接收天線(xiàn)的垂直隔離度(dB);
GTx：干擾系統發(fā)射天線(xiàn)朝向被干擾系統接收天線(xiàn)的發(fā)射增益(dBi);
GRx：被干擾系統接收天線(xiàn)朝向干擾系統發(fā)射天線(xiàn)的接收增益(dBi);
dh：天線(xiàn)水平間隔;
dv：天線(xiàn)垂直間隔;
λ：無(wú)線(xiàn)電波長(cháng)，如為雜散干擾，應取被干擾系統接收頻段波長(cháng);如為阻塞干擾，應取干擾系統發(fā)射頻段波長(cháng)。其量綱保持與dh、dv相同。
假設GTx+GRx=0dBi，根據上述公式可計算出系統間空間隔離度要求，如表3所示：
根據表3的計算結果，EV-DO和LTE的垂直距離要求7m以上，實(shí)現起來(lái)很困難。實(shí)際上，根據天線(xiàn)隔離度實(shí)測研究，當天線(xiàn)間距比較遠時(shí)，所實(shí)現的隔離度要小于經(jīng)驗公式計算結果，即使垂直距離達到7m，也很難達到100dB的隔離度。普通天線(xiàn)共址時(shí)只能實(shí)現50dB～70dB的隔離度，可見(jiàn)EV-DO基站天線(xiàn)很難和TD-LTE基站天線(xiàn)共址建設，需結合天面自然或者人為設置的阻擋增加天線(xiàn)之間的隔離度。GSM系統和TD-LTE系統共站時(shí)，也要保證足夠的垂直隔離，以避免相互之間的干擾。
(2)加裝隔離濾波器
濾波器分為兩種：帶阻濾波器和帶通濾波器。具體網(wǎng)絡(luò )設計需注意：
1)對同頻加性干擾需在發(fā)端加裝帶阻濾波器，以降低接收頻段內的功率;對阻塞干擾則需在收端加裝帶通濾波器，以降低接收頻段外的功率。
2)盡可能利用天線(xiàn)架設位置的障礙物，可以另外采用增加隔離板的方法。
3)提高發(fā)射濾波器性能，如針對每一個(gè)頻點(diǎn)采用窄帶濾波器來(lái)進(jìn)行濾波，可以減少天線(xiàn)隔離要求。
4)采用線(xiàn)性功放，降低功放后信號的雜散。
根據鄰頻干擾分析的結果可知，LTE FDD和TDD系統之間無(wú)法鄰頻共存。因此將來(lái)在做頻率規劃時(shí)，若條件允許，應盡量留有充足的保護頻帶，避免不同運營(yíng)商的LTE FDD和TDD系統鄰頻共存。如果LTE系統下行發(fā)射頻段和現有2G/3G系統的上行接收頻段相鄰，或者LTE系統上行接收頻段和現有2G/3G系統的下行發(fā)射頻段相鄰，也應盡量留有充足的保護頻帶，避免鄰頻干擾過(guò)大影響系統性能。
5 、總結
根據確定性分析，除EV-DO系統外，一般通過(guò)空間隔離可滿(mǎn)足TD-LTE系統和其他系統的干擾隔離要求。此外需要注意的是，本文的計算結果是基于標準中最低要求進(jìn)行的，實(shí)際設備的性能一般遠優(yōu)于標準的最低要求。因此實(shí)際在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)，可按照具體設備的性能指標重新核算干擾隔離度要求。
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