WCDMA和GSM1800宏蜂窩共基站干擾分析

　　 

    作者：梁雙春

    本文根據GSM1800和WCDMA協議，通過計算機仿真和確定性計算方法，重點對WCDMA系統與GSM1800系統在基站共站情況下進行干擾分析。

    當前3G移動通信產業已逐步走向商用化階段，我國也為3G不同的技術體制（FDD與TDD）標準劃分了2GHz附近的核心頻段和補充頻段，具體規劃如圖1所示。

    國際電聯ITU為WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三大標準劃分了2GHz附近的核心頻段，同時2G體制的運營商為了滿足不斷增長的業務需求，正在逐漸采用GSM1800頻段。這樣將導致在同一片地理區域出現采用不同移動通信體制的多個運營商占用相鄰頻段的情況。由于高頻器件的非線性特性，這些不同系統之間將存在相互干擾，從而可能造成系統容量損失。在GSM1800網絡中，干擾影響的大小通常用載波信號電平（C）與同頻干擾電平（I）的比值，即C/I值來表示。在WCDMA中，無線頻率的復用因子為1。即同一頻率被分配在所有小區中，所有空中接口連接發生在同一載頻上。這樣同時進行通話的用戶數量直接影響接收機噪聲水平。因此，WCDMA是一個干擾受限的系統，干擾控制在WCDMA網絡中顯得尤為重要。另外將來建設3G網絡時，移動運營商為了節省投資，必定要最大程度地利用現有資源，包括鐵塔、機房、電源、傳輸等資源。因此，WCDMA和GSM1800共基站干擾分析十分必要。

    圖1  中國3G頻譜規劃方案

    1、干擾場景

    對于WCDMA核心頻段（上行：1920～1980MHz，下行：2110～2170MHz）和GSM1800系統之間的干擾情況，移動臺和基站之間的干擾較小，可以忽略。主要干擾場景是GSM1800基站干擾WCDMA基站，因此是本文分析的重點。

    對于WCDMA補充頻段（上行：1755～1785MHz，下行：1850～1880MHz）和GSM1800系統之間的干擾情況，主要場景是GSM1800移動臺干擾WCDMA基站，WCDMA移動臺干擾GSM1800基站。兩個系統載波間隔最小為2.6MHz。鑒于目前缺少WCDMA補充頻段相關技術指標，因此暫不分析干擾情況。

    2、主要技術指標

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

    2.1WCDMA基站接收機靈敏度惡化量

    我們先了解WCDMA系統允許外來干擾的定義，根據目前的參考文獻，有3種不同參考值。

    首先，根據Annex8toITU WP 8A Chairman's Report 2004，WCDMA接收機允許外來干擾為：Pt=S-C/（I+N）-10（dBm），其中S表示接收機靈敏度，C/（I+N）表示載干比，根據3GPP 25.951v6.2.0和ITU M.2039，WCDMA宏蜂窩基站接收機靈敏度為：-121dBm，所以允許的外來干擾為：

    -121-（-18）-10=-113（dBm）。

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

    最后，根據3GPP25.942（clause8.4.2.1）建議，以及多數廠商認同的WCDMA宏蜂窩基站允許外來干擾標準為：-110dBm。

    通常，由外來干擾導致基站接收靈敏度惡化的計算公式為：

    10×log1O（（I+N）/N）=10×logl0（（I/N）+1）

    則對應不同的干擾噪聲比要求，導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，即外來干擾為-11OdBm，靈敏度惡化量為0.8dB；

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

    2.2MCL

    MCL（MinimumCouplingLoss）即最小耦合損耗，參見3GPP25.942。通常情況下各廠商根據設備情況，建議宏蜂窩基站之間MCL=50dB。

    2.3ACIR

    ACIR（AdjacentChannelInterference Ratio）是鄰道干擾功率比定義為在一條干擾鏈路上，干擾源發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。ACIR表現為發射端鄰道泄漏比（ACLR）和接收端鄰道選擇靈敏度（ACS）的綜合效果。得到ACLR和ACS后，使用下面公式計算：

    根據3GPP25.104協議Table7.4和Table7.5B，WCDMA系統基站的ACS取值為：

    共站：16-（-103+6）=113dB；

    不共站：-15（-103+6）=82dB。

    根據GSM05.05協議，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頻率復用方式為4/12，對WCDMA基站產生干擾的主要頻率有4個，所以我們采用4個GSM1800載波頻率干擾WCDMA基站的ACIR：

    得到最終的ACIR結果如表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移動通信系統共存產生的干擾時，主要有理論分析和計算機仿真方法。在我們的研究中主要采用計算機系統仿真的方法，其中對基站之間的干擾研究采用理論分析結合計算機仿真的方法。理論分析又稱計算方法或者稱確定性計算，主要目的是分析兩個系統根據給定參數在“最壞”情況下的干擾。系統仿真方法通常指蒙特卡羅（MonteCarlo）仿真的統計分析方法，可以用于評估“最壞”干擾情況出現的概率。

    3.1仿真方法

    本文仿真是根據3GPPTR25.942協議中的快照式仿真。其主要特點是在每次快照內，激活的移動臺與基站的連接關系固定包括傳播損耗固定，同時完成理想功率控制過程。連續的快照仿真之間不存在關聯關系，即不仿真移動臺的運動模型、實際的功率控制過程和移動臺接入過程等。

    3.1.1仿真假設條件

    WCDMA系統仿真假設條件如表3所示。

    表3  WCDMA系統仿真參數

    GSM1800系統仿真參數見表4所示。

    表4  GSM1800系統仿真參數

    3.1.2仿真天線方向圖和拓撲圖（如圖2所示）

    圖2  地理拓撲圖和定向天線方向圖

    3.1.3仿真結果

    根據仿真，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結果如圖3和表5所示。其中增加的ACIR滿足WCDMA基站接收機靈敏度惡化量小于O.4dB的要求。

    圖3  WCDMA靈敏度下降和系統共存需要增加的ACIR

    表5  干擾信號強度和WCDMA靈敏度下降

    從圖3可以看出，GSM1800prephase2+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。當保證WCDMA靈敏度惡化量小于0.4dB時，需要增加ACIR=35dB。

    對于GSM1800phase2+版本基站考慮到和WCDMA基站共站情況，因為規范中定義的雜散輻射指標有附加要求，比原有規定有所提高，所以引起WCDMA靈敏度惡化量較小，也不需要增加ACIR。

    另外，在仿真過程中沒有考慮天線下傾角的影響。在不共站情況下，GSM1800phase2+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，則基站之間收發天線增益之和可以下降6～20dB。因此結合工程實際，則不共站情況下，GSM1800基站對WCDMA基站干擾可以忽略不計。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。

    4、確定性分析

    根據仿真結果，并結合工程實際，對WCDMA基站干擾，主要來自共站的GSM1800基站，因此可以采用計算的方法分析干擾。WCDMA基站接收到的干擾信號為：

    I=PTx-ACIR-MCL

    根據以上公式，計算得到WCDMA基站接收到干擾信號和靈敏度下降如表5所示。

    當WCDMA靈敏度下降允許值分別為0.4dB和0.8dB時，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

    根據以上計算結果，對于GSM1800Phase2+版本基站，可以認為MCL=50dB，對于GSM1800pre phase 2+版本基站，可以認為MCL=80dB滿足共存要求。

    5、結論和建議

    本文通過對GSM1800phase2+和prephase 2+兩個版本基站對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等工程因素，可以認為干擾主要來自于共站的GSM1800 pre phase 2+版本基站。

    根據計算結果，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）對于GSM1800phase2+版本基站，MCL=50dB；

    （2）對于GSM1800prephase2+版本基站，MCL=80dB滿足共存要求。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com