（通信与信息系统专业论文）异系统对tdscdma系统的干扰分析.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着3 g 发牌在际，t d s c d m a 系统在全国十大城市开始建设实验局。每个城 市的建站数量由几百到几千，规模不等。这样大规模的实验局建设，如果重新取点 选择站址的话，将会加大工程时间和花费。所以需要考虑在原有站址的基础上进行 改建或者扩建。由于原有通信系统在很长一段时间还不会被3 ( 3 完全取代，并且3 g 发牌后将会存在三个标准系统共存的情况。那么在以后的大规模建网中必然会出现 异系统共存共站，随之将会产生异系统干扰。而该干扰将会给t d s c d m a 系统性 能带来变化。基于此本文分析了大量通信系统与t d s c d m a 系统共站情况下对 t d s c d m a 的干扰情况，为未来t d - s c d m a 系统的网络规划与优化提供了重要的 参考依据。 本文首先从理论上分析了容量公式。主要区别f d d c d m a 系统容量公式与 t d d c d m a 系统容量公式，总结得到考虑时隙因子和智能天线增益因子的 t d s c d m a 系统的容量公式，并建议在网络规划和优化的容量分析时在该容量公式 中加入异系统干扰因子。 然后介绍了系统间干扰理论、干扰类型，在此基础上分析大量通信系统对 t d s c d m a 系统干扰类型以及干扰功率值，提出相应的隔离度要求。按照典型公式 计算出该隔离度要求下实际的水平和垂直距离。 在理论分析的基础上，介绍系统仿真的研究方法。搭建t d s c d m a 的仿真平 台并详细介绍了仿真中的主要模块，根据仿真结果分析在各种异系统基站干扰下， t d - s c d m a 系统容量的变化。由于共站情况下的各种系统中，p h s 系统对 t d s c d m a 系统的干扰最严重，所以搭建p h s 系统平台，仿真分析p h s 手机用户 对t d s c d m a 系统上下行链路的影响。最后通过仿真数据的分析，得到在一些典 型值，作为以后建网中的参考。 最后建议如何在工程实施中定位异系统干扰。 关键词：容量，互干扰，隔离度，系统仿真 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t b e f o r et h el i c e n s eo f3 gi sg r a n t e d ，t h ee x p e r i m e n t a ln e t sa r es e t t i n gu p a n dt h e n u m b e r so fn e t sa r ev e r yh u g e i fw ef i n dt h en e ws i t e s i t 晰i ls p e n dal o t s oi tw i l lb e t a k e ni n t oa c c o u n tt ou t h es 锄es i t eb e t w e e nt d s c d m as y s t e ma n do t h e rs y s t e m s t h e r e f o r et h ei n t e r f e r e n e eb e t w e e nt h ed i f f e r e n ts y s t e m si sf o c u s e do n t h i si n t e r f e r e n c e w i l lc h a n g et h ep e r f o r m a n c eo ft h et d - s c d m as y s t e m 1 1 1 i sp a p e rs t u d i e dt h e i n t e r f e r e n c eo fo t h e rs y s t e m st ot d - s c d m a , a n dg e t ss o m er e s u l t sw h i c hh a v em u c h m o r es i g n i f i c a n c ef o rt d s c d m an e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z i n gi nf u t u r e f i r s t l y , t h i sp a p e ri n l r o d u c e $ t h ec a p a c i t yf o r m u l a , a n da n a l y s e st h ed i f f e r e n t b e t w e e nt h ef d d c d m aa n dt d d c d m ai nt h ec a p a c i t yf o r m u l a g e tt h et d s c d m a s y s t e m sf o r m u l aw i t hf a c t o r so f t i m es l o ta n do fs m a r ta n t e n n a , t h e ns u g g e s ta d d i n gt h e f a c t o ro fi n t e r f e r e n c ei nt h ef o r m u l a s e c o n d l y , a n a l y s e st h et y p e so ft h ei n t e r f e r e n c e b e t w e e nt h et d s c d m aa n do t h e rs y s t e m so nb a s i so ft h e t h e o r i e so ft h em u t u a l i n t e r f e r e n c e s a sar e s u l t , t h ev a l u eo fs p a t i a ld i s t a n c et h a tc a nr e s t r a i nt h ei n t e r f e r e n c e s w h e nt h et w os y s t e m sa l ec o - e x i s t e n ti sf i g u r e do u t o nb a s i so ff u n d a m e n t a la n a l y s i s ，r e s e a r c ht o o lo fs y s t e ms i m u l a t i o ni si n t r o d u c e d a n dm o d e lt h es i m u l a t i o no ft d s c d m a t h r o u g ht h i sp l a n e tt h ed a t ao fd i f f e r e n t s i t u a t i o n sf i l eg o t a n du s et h i sr e s u l tt os t u d yt h ec h a n g eo fc a p a c i t y 1 1 圮m u t u a l i n t e r f e r e n c eb e t w e e np h s su s e re q u i p m e n t sa n dt d - s c d m as y s t e ma l ea n a l y z e d a tl a s t ，h o wt ol o c a t et h i su n k n o w ni n t e r f e r e n c ei ss u g g e s t e dw h e nt h ep r o j e c ti s b u i l d i n g k e yw o r d s ：c a p a c i t y , m u t u a li n t e r f e r e n c e ，i s o l a t i o n , m o n t e - c a r l os i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖邮曳太堂或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：j 青春签字日期：，鲥7 年f 月旧 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废整直太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权重庆鲣电太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做储躲j 卷寿导师繇勒吁 签字日期：2 口刁年f 月，e t签字日期：洳啊年i 月1 日 玎 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 i 1 研究背景 第一章绪论 移动通信系统从双工技术角度来分析分为两种类型：时分双i ( 币m ed i v i s i o n d u p l e x ，t n d ) 和频分双工( f r e q u c yd i v i s i o nd u p l e x ，f d d ) | 4 。f d d 模式中利用不 同的频段来区分上下行，所以f d d 需要对称频段，适用于对称业务，但是对频谱 利用率不高。t d d 通过时隙来区分上下行，可以灵活地调整资源在上下行之自j 的分 配，特别适用于不对称业务，同时t d d 也便于使用联合检测和智能天线等先进技 术 s l ，用来提高频谱效率，其中采用t d d 模式的典型系统有个人便携电话系统 ( p e r s o n a lh a n d y p h o n es y s t e m p h s ) 和t d s c d m a l 3 4 1 。 通信系统从2 0 向3 g 过渡的今天，新技术不断得到应用，新的移动网络日益发 展，频谱资源日趋紧张，各种潜在的干扰源正以惊人的速度不断产生。在我国，中 国移动、中国联通、中国电信或中国网通三家移动运营商以不同的移动通信体制占 用9 0 0 m h z 及1 8 - 1 9 g h z 频谱。3 g 中3 个标准所占的频段也很邻近。我国现在的 频率划分如图1 1 所示。 图1 1 我国频率划分 那么由于网络配置不当、盲目扩大网络覆盖范围等行为将会导致不同系统问产 生干扰。另外，还存在由于多径效应和大量无线通信系统共存共站，造成的无线射 频设备问的干扰。无线干扰信号的变化会给整个网络的性能带来波动。3 g 标准中 t d s c d m a 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具有里程碑 性质的重要事件。而此前t d s c d m a 系统的研究工作主要集中于标准自身的完善 和业务能力的实现上，对其在实际运营过程中将面临的无线干扰的分析略显不足。 因此，在t d s c d m a 试验网建设如火如荼进行的时刻，对t d s c d m a 移动通信系 统受到其他系统的无线干扰进行全面完整的分析就显得尤为重要。 异系统对t d s c d m a 系统干扰分为两种：干扰系统基站对t d s c d m a 基站的 干扰；干扰系统用户对t d - s c d m a 基站的干扰。前一种干扰通过理论比较容易得 到干扰值，后者需要模拟仿真来得到受到干扰的情况。3 g p p 国际通信标准化组织 充分考虑了2 0 3 0 系统间相互干扰的影响，制定了规范的系统间干扰仿真方法、评 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 估准则1 3 】。但是仿真假设和参数设置需要根据实际系统和设备进行相应改动，此外 没有任何考虑涉及p h s 系统和3 g 系统的相互干扰问题。 在实际网络建设中，干扰问题给网络的优化带来很多的困难。其中异系统的干 扰问题比较难于查找与定位。而异系统的干扰也会带来t d s c d m a 系统的容量损 失。目前t d s c d m a 系统已经在1 0 大城市进行实验网的建设。上千的站点选择将 是个很大的工程，运营商更希望能在原有站址的基础上进行网络的建设。所以，讨 论异系统干扰以及其对容量的损失有积极的作用。 1 2 互干扰产生及对容量的影响 互干扰的产生是多种多样的，某些专用无线电系统占用没有明确划分的频率资 源、不同运营商网络配置不当、收发滤波器的性能、小区重叠、环境、电磁兼容( e m c ) 等都是移动通信网络射频干扰产生的原因。系统间干扰类型主要有：加性噪声干扰、 邻道干扰、交调干扰、阻塞干扰和镜频干扰。加性干扰即干扰源在被干扰接收机工 作频段产生的噪声，使被干扰接收机的信噪比恶化；互调干扰是由传输信道中的非 线性电路和所需信号频率相同或相近的组合频率分量，通过接收机形成系统间干扰； 阻塞干扰是指当强的干扰信号与有用信号同时加入接收机时，产生非线性失真；邻 道干扰，即在接收机第一邻频存在的强干扰信号，引起的接收机性能恶化；由于镜 频干扰对t d s c d m a 系统的影响不大，所以本文不做具体分析。 不同系统之间的互干扰原理，与干扰和被干扰两个系统之间的特点以及射频指 标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，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，带外信号( 发射机有用信号) 会引起接 收机的带外阻塞。 为有效的提高两种系统在共存时的系统性能，需要同时改善发射机的发射特性 和接收机的接受特性，单方面改善发射机的发射特性要求或接收机的接收特性要求 均不能有效抑制干扰，增强系统容量。即这两个因素共同结果可以用邻道干扰比 a c i r ( a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c ep o w e rr a t i o ) 来衡量： 而1 = 丽1 + 去a ( 1 1 ) a c i ra c l rc s 1+ 其中邻道泄漏比a c l r ( a d j a c e n tc h a n n e ll e a k a g e p o w e rr a d i o ) 指邻道( 或者带 外) 发射信号落入到被干扰接收机通带内的能力，定义为发射功率与相邻信道( 或 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 者被干扰频带) 上的测得功率之比。邻道选择性a c s ( a d j a c e n tc h a n n e ls e l e c t i v i t y ) 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。 在具有一定隔离带宽的条件下，可以利用两个系统间的a c i r 值计算被干扰系 统受到的来自干扰系统发送功率的杂散干扰和邻道泄露干扰功率值，以此来研究被 干扰系统的容量变化，同时得到消除干扰所需要的隔离度值。例如 1 7 1 中利用a c i r 讨论t d - s c d m a 的t s 0 时隙对于p h s 的干扰。 互干扰最直接的影响是系统的噪底的抬升，造成系统的容量损失。现在很多的 文章讨论了t d s c d m a 系统采用智能天线、动态信道分配等技术情况下的容量情 况【2 ，7 。如【2 0 】讨论了t d s c d m a 系统关于智能天线下的上行容量分析问题，【3 3 】 讨论了t d s c d m a 与p h s 系统的干扰造成的容量损失，但是没有文章对于现存的 大量通信系统对t d s c d m a 系统的干扰、容量损失进行总体分析。 f d d c d m a 系统的容量公式并不完全适用于1 d d 系统，所以，t d s c d m a 系 统的容量分析公式和【1 8 】并不完全相同。需要考虑加入时隙因子和智能天线增益因 子。本文在这个基础上建议在实际网络建设的容量预算时加入异系统干扰因子，可 以更加准确的得到系统容量变化情况。 1 3 工程中对于未知干扰判定的方法 在网络建设的初期，各个运营商的移动通信体制不同，不能完全准确得到 t d s c d m a 站点周围可能存在的其他通信系统。所以除了按理论得到的干扰情况 外，还会出现各种未知的干扰情况，这样的情况就需要运用工程手段对于扰情况进 行分析并且排查各种可能出现的干扰源。早期在青岛的网络建设中就因为干扰排查 给网络优化工作带来很多困难。本文将罗列工程中出现未知互干扰排查的方法。 互调干扰信号的判定：可以从频率、频谱和指标计算三个方面进行分析； 阻塞干扰主要有两种类型，线性阻塞和饱和阻塞。饱和阻塞的判定可以直 接通过频谱仪钡4 试来进行；线性阻塞的判断只能通过分析计算来进行； 加性噪声干扰可以直接由频谱图判断； 邻道干扰只要由频谱测试图直接判断即可。 互干扰理论分析阶段可以初步掌握系统受干扰的程度，而确定系统网间隔离度 要求以及互干扰影响程度则需要具体通过互干扰测试来进行，针对现场不同的情况， 3 重庆邮电火学硕士论文第一章绪论 互干扰测试可以分为简易测试和详细测试两种方法。 简易测试主要适用于现场条件简陋，基本掌握干扰情况即可的场合。详细测试 是通过大量的精确仪器设备，进行多次试验室测试和外场测试，最终确定准确的网 间隔离度范围，全面掌握系统阃的互干扰阀题。本文主要介绍简易测试的方法。 1 4 本文工作 本文关于异系统对t d s c d m a 系统的干扰分析这个课题源于重庆市发改委资 助的t d s c d m a 系统的若干关键技术问题研究( 编号：2 0 0 4 1 0 7 2 ) 项目，并且 部分属于中兴通讯股份有限公司上海研发中心系统二部的 p h s 和t d s c d m a 系 统干扰保护研究项目中的重要组成部分。 首先，基础工作是全面了解业界确认的f d d t d d 容量分析的有关公式，参数 以及各种不同情况下容量公式的变化，深入学习t d s c d m a 容量分析有关的文献 资料，总结出t d s c d m a 容量公式与f d d 系统有所不同的几点。 其次，全面了解和分析目前业界确认的f d d f d d 1 j ，f d d t d d 系统间的干扰 保护研究中的相关系统参数、互干扰类型和互干扰分析问题的文献资料基础上，分 析并计算出现存的系统对t d s c d m a 系统的干扰情况，以及理论的隔离度要求。 最后，参与完成基于v c + + 环境下t d s c d m a 系统仿真平台的搭建，详细研究 相异系统间的干扰情况，并提出在工程实施阶段如何进行干扰定位。 1 5 论文结构 本文共分六章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了研究背景，t d s c d m a 系统容量和系统互干扰理论概述。 第二章介绍了f d d c d m a 系统的容量分析，区别了t d d s c d m a 系统容量 与之不同的地方。得到t d s c d m a 系统在考虑了时隙因子，智能天线和异系统干 扰情况下的容量公式。并建议在具体网优网规工作分析容量问题时候加入异系统干 扰因子来考虑实际网络容量变化。 第三章介绍了异系统干扰的分类，分析了现存的一些通信系统对t d s c d m a 系统的干扰产生原因以及最大干扰值，并按照3 g p p 要求提出各个系统间的理论隔 离度。 第四章研究介绍了t d s c d m a 系统的仿真模型，仿真研究的方法。分析了 t d s c d m a 关键模块建立的方法。分析在5 掉话率的情况下的异系统干扰功率值， 以及撒入p h s 手机用户后，t d s c d m a 系统的被干扰情况，得到关于p h s 干扰隔 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 离的建议。 第五章研究未知异系统的干扰定位。 第六章总结本文所做的工作及对今后的研究方向进行了展望。 重庆邮电大学硕+ 论文第二章t d - s c d m a 容量分析 2 1 概述 第二章t d s c d m a 容量分析 对系统容量和覆盖给出正确的评估是网络规划和优化的重要步骤。从理论上给 出各种情况下的系统容量和负载的计算公式 2 1 ，对于网络的建设具有指导性的作用。 在无线通信系统中，容量有两个方面的含义： 信道容量：单位带宽单位时间内以任意小的错误概论所能传达的最大信息 量，即香农信息论意义上的容量。其单位为比特每秒每赫兹( b i t h z ) 。 用户容量：满足q o s 要求下单位面积单位带宽下所能容纳的最大用户数。 对于信道容量的分析，主要采用数学上的理论分析，例如，对单用户点对点信 道的研究，通过香农公式研究信噪比和容量之间的关系，对多用户信道的研究则需 要做很多的假设才能得到各自用户的信道容量。 对于用户容量的分析，分析方法很多。可以采用理论分析方法【4 】，从用户干扰 入手，综合考虑系统小区内外干扰，以及多用户检测，话音激活因子等技术，得到 满足一定q o s 要求下的用户数量；也可以采系统仿真的方法，利用计算机仿真移动 通信系统中影响容量的各种因素和行为得到系统所能容纳的用户数。 有很多文献讨论了f d d - c d m a 系统的容量公式，给出了关于负载和容量的关 系。【6 】讨论了f d d c d m a 系统容量的理论计算公式，并阐述了系统负载控制机制。 但是t d d - c d m a 系统的容量公式在个别地方与f d d s c d m a 是不同的。 本章首先给出f d d - c d m a 系统上下行链路容量理论分析模型，然后由此为基 础，推导出t d d c d m a 系统的容量公式，并且分析t d s c d m a 系统的理想容量 公式。 2 2f d d c d m a 系统容量分析 系统容量的评估可以采取两种方法：一种是分析在一定中断率情况下的用户容 量，此时要考虑路径损耗、阴影慢衰落、快衰落的影响；另外一种则忽略快衰落的 影响，只是考虑大尺度的损耗，此时系统容量的定义为一个小区或者微小区中最大 的平均负荷链路数目。 由于f d d c d m a 系统上下行链路的容量并不相同，所以分别给出公式。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 容量分析 2 2 1 上行链路容量分析 基站n o d e b 处收到的总功翠为 l t = i i + 1 2 + 1 3 + p n t 2 1 ) = 异 ( 2 2 ) 厶= 弓 ( 2 3 ) 厶= 弓 ( 2 4 ) 其中，表示n o d e b 处收到的本小区同微小区内所有用户的发射功率总和；， 表示n o d e b 处收到的本小区内除目标微小区外其他所有微小区内所有用户发射功 率总和；厶表示n o d e b 处收到的其他小区内所有用户发射功率总和；p 表示基站接 收到用户i 的发射功率；s 表示本小区内微小区的数目；c 为系统内小区数目；晶表 示背景噪声。 则c d m a 系统中第j 个用户比特能量毛与噪声功率谱密度0 之比为 ( ) ，= 可f 去眩s ， 。 ( 2 6 ) g 。表示用户j 的处理增益，不同业务时，处理增益不同。由( 2 5 ) 和( 2 6 ) 式可得 ( 每) ，卢= 寺 亿， 下面给出几个变量的定义： 系统内非扇区与目标扇区的干扰比f f ：生生 ( 2 8 ) l 背景噪声提升因子b n r ( b a e k g r o u n dn o i s er a i s e ) b n r ：土：必+ 1 ：r ( 2 9 ) b目 为了方便式子的推导，用变量r 表示b n r 。 用户i 信干比c i 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 容量分析 c 沪( 急) ，卢= 巧 弦 为了方便式子推导，用变量巧表示用户j 的( ) j 通过上面变量的定义可得： p ：k j ( 1 + f ) i i + p u ( 2 1 1 ) o 1 一k 。 。 假设系统为理想功率控制，则基站侧，所有用户的信干比相同，都等于目标信 干比，即：k ，= k ”。= k ，则： ：_ _ 型熙 ( 2 1 2 ) 1 l k n k ( 1 + f 1 由( 2 1 1 ) 与( 2 1 2 ) 得： ，： l 二茎 ( 2 1 3 ) ，= 一 z 1 jj 由此可知小区用户数目为： n ；r + k - r k - 1( 2 1 4 ) r k ( 1 + ，l 由此可知背景噪声提升因子r ，小区内外干扰比f ，对每个小区用户数目有直接 影响。 前面的分析是建立在语音业务连续传输假设条件下进行的，由于语音传输本质 是非连续传输的。采用d t x 技术后，基站接收的总功率变为： = y ( + 厶+ 厶) + 昂 ( 2 1 5 ) l ，为语音激活因子，取值为0 - 1 的一个数值。而系统采用的m u d ( m u l t i p l eu s e r d e t e c t i o n 多用户检测技术) 用来解决多址干扰，由于目前研究的m u d 对小区内干 扰抑制比较有效果，所以式( 2 1 5 ) 变化为 ，f = v ( p l , + 1 2 + 厶) + 晶 ( 2 1 6 ) 口为同微小区多用户检测因子，当其取值为0 的时候为理想m u d 情况。 而c d m a 系统中第j 个用户比特能量尾与噪声功率谱密度0 之比变化为 ( ) ，= 考丽豸杀而 他 所以得到容量公式为： ： 尘二1 2 坐望茎2 ( 2 1 8 ) v k ( + ，) + k v ( r 1 ) ( + 一。) 理想状态下，当背景噪声增加因子r 趋于无穷大的时候，n 得到最大值 重庆邮电大学硕士论文 第二章1 1 3 s c d m a 容量分析 f 器 2 2 2 下行链路容量分析 ( 2 1 9 ) 对于f d d - c d m a 系统下行链路的分析与上行的思路基本一致。 对于移动用户呱侧的接收总功率c 为 只= v ( a p p , + 最+ b ) + 昂 n 月= 只 t = l s 昱= 蜀 c 只= 0 i = 、j ht = l ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) ( 2 2 3 ) 其中，只表示本小区同微小区内发射功率总和；只表示本小区内除目标微小区 外其他所有微小区内发射功率总和；只表示其他小区内发射功率总和；s 表示本小 区内微小区的数目；c 为系统内小区数目；p 表示背景噪声。 对于下行链路而言，正交可变长扩频o v s f 码对小区干扰有抑制作用，和上行 链路相比较，除了考虑m u d 和d t x 技术外，再加入信道化码间正交因子口，则总 的接收功率变化为 只= v ( 筇墨+ 最+ b ) + 昂 f 器 ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) 由于f d d - c d m a 系统可同时容纳较多用户同时通信，因此用户分布可以近似 为在应用场景中的均匀分布，所以f 可以近似为正态分布的均值，为一常数。但是 t d s c d m a 系统中，该值将有所不同。 2 3t d s c d m a 系统容量分析 t d d c d m a 系统上下行链路负载分析方法与f d d c d m a 系统类似，其主要 差别主要在两点：其一，由于t d d - c d m a 系统采用了t d m a 方式，从而时隙成为 可控无线资源单元之一，即用户接入系统后将被按一定规则分配到不同时隙内，特 别是高业务数据速率可通过用几个时隙并行传输来实现。因此需要引入一个时隙因 子c 的概念嘲以表现这一差别；其二，t d - s c d m a 系统的特点是上下行信道在同一 9 重庆邮电大学硕+ 论文第二章t d s c d m a 容量分析 频点上进行传输，因此在一定时间间隔内上下行信道的链路质量近似相等或具有很 强的相关性，这一特性被称为信道互易性。这个特点便于在系统中实现智能天线技 术。智能天线技术的引入使信号的增益发生变化，在发射端可以减小发射功率，从 而使系统干扰减低。并且使用户的干扰分布不再趋于均匀，而与用户的位置有关系。 由于现存通信系统要考虑共站或者共天面的情况，所以，本节在容量公式分析 之后建议加入异系统干扰因子，来体现异系统干扰对容量带来的损失。 2 3 1 加入月寸隙因子的t d - s c d m a 系统容量 对于t d s c d m a 系统，时隙成为可控无线资源单元之一，用户的业务由于系 统调度可以分配在不同时隙中并行传输。因此引入时隙因子s 。从系统物理帧结构 的角度来看，用户数据由连续传输变为在特定时隙内并行传输。则单位时间内用户 的数据传输率提高了，则相应的处理增益也发生了变化。而w c d m a 系统，采用码 分多址方式，数据速率主要与扩频因子有关，所以该系统的处理增益由数据数率就 可以得到。 对于t d s c d m a 系统处理增益与扩频因子，编码方式，调制方式有关。在规 范3 g p p t r 2 5 9 2 8 中可以看到原始的定义： ：墨r j 1 0 9 2 m ( 2 2 6 )一= l z z oj l n qw q - t i 其中：r ，表示信道编码器速率( 取决于服务) ；l o g ：m 为每个数据符号含的比特 位，具体值取决于系统调制的方式；w 为用户带宽；q 为每个符号所含的c h i p 数目； r 是c h i p 所持续的时间( 为0 7 8 1 2 5p s ) 。 ! ：望王(27)g 22 7 = _ 二二l ( ” 玛l 0 9 2 m 在t d s c d m a 系统中考虑时隙内包含m i d a m b l e 码、以及时隙与时隙之间的 g p ，则可以得到处理增益变化后的值为： g _ 里里x ( 2 2 8 ) l ，。_ - 一x z z d ， ”r j 6 4 0 0 具中x 为t i e ，在一帧内占用的时隙数。若t d s c d m a 中的c s l 2 2 k 业务， 取x 为l 的情况，则g 。为1 0 6 2 d b ；w c d m a 处理增益约为2 5 d b 。 由此看出相对于w c d m a 系统，t d s c d m a 系统提供的增益要比w c d m a 少。所以t d s c d m a 系统采取上行同步和智能天线等技术来提高信干噪比，同时 采用j d ( j o i n td e t e c t i o n ) 联合检测技术来降低系统解码的要求。这是f d d c d m a 系 统与t d d c d m a 系统为实现i m t 2 0 0 0 对3 g 系统需求定义而采取不同实现手段的 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 容量分析 ( ) ，= 詈淼骨去 汜z 。， 时隙因子巴= i 7 而0 4 x ，式( 2 2 9 ) 整理为： c ，= ( 每 ，q ) = k c z s o ， 为了简化计算，假定t d s c d m a 中的c s l 2 2 k 业务用户在一帧内占用的时隙 数为l ，即是取x 为l 的情况。则_ = 面7 0 丽4 理想功率控制下，局= k ，则当r 趋于无穷大的时候，n 得到最大值： 。：螋 ( 2 3 1 ) “一l ( f l + f 1 。，：o + c c k , ) ( 2 3 2 ) “墨( a 猡+ ，) 2 3 2 基于智能天线的t d s c d m a 系统容量 t d s c d m a 系统的另一特点是其上下行信道在同一频点上进行传输，因此在一 定时间间隔内上下行信道的链路质量近似相等或具有很强的相关性，这一特性被称 为信道互易性。信道互易性有助于很多无线通信新技术的实现，如智能天线的下行 波束赋型可采用与上行信号d o a ( d i r e c t i o n o fa r r i v a l 到达角) 估计的权值集创1 9 1 ，从 而智能天线技术更容易实现。但智能天线的引入会到系统干扰分布在空间维度上产 生影响，该影响会直接体现到t d s c d m a 系统的容量公式上。 首先定义天线增益因子g ) ，表示i 用户由于智能天线的作用而得到的增益 值。则基站n o d e b 处收到的总功率为 i i = l l + 1 2 + i ，+ p n ( 2 3 3 ) = p g ( 只) ( 2 3 4 ) j = l s ，2 = 巴( 岛) ( 2 3 5 ) 一l ，j * k zi - 1 c 厶= 弓( 岛) ( 2 3 6 ) j ；1 j 。s k 2 t i 由于智能天线的引入，使用户的增益与用户相对于天线主瓣方向夹角有关，不 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 容量分析 再单纯与用户数目有关，所以此处的f 不能再近似看成一个常数，定义为：j 5 i2 争， 丘= 争，那么： ( ) ，= 石w 母鬻 眨， 足户箕里暨! 一 ( 2 3 8 ) 9 v ( + e + e ) + 最 对于智能天线技术而言，按理想的d o a 和赋形增益，可以假设g ( q ) = g o ， 删弹根功柠和弹撩赋形增煮情况下t d s c d m a 紊统的容量为1 2 3 3 加入异系统干扰的t d - s c d m a 系统容量 ( 2 3 9 ) ( 2 4 0 ) 实际的工程中，由于t d s c d m a 必须考虑和其他系统共站的问题，所以异系 统的干扰因子是不可以忽略的。本文建议实际网络规划和优化对于容量分析时容量 公式中加上一个异系统干扰因子只，该因子的取值与干扰系统制式，t d s c d m a 系统与该系统的隔离方式和隔离距离有关。 ( 1 - - 篇 旺一， 本文在容量公式中加上一个异系统干扰因子只，那么背景噪声提升因子b n r 变化为： b n r ：l ：，( 2 4 2 ) r + 另 所以公式变化如下： 1 2 ( 2 4 3 ) 可 可 一十 一+ 鱼一眦 旦州 卉卉 = = 一 嘣 儿 0 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 容量分析 2 可雨溺g 乒m “( r 而- 1 ) 网 汜4 4 ) 由上面分析得到在工程建网中，如果要分析容量的问题，本文建议加入系统间 干扰因子毋使分析更贴近事实情况。关于只可能的取值以及它对系统容量的影响将 在后面的仿真中给出。 重庆邮电大学硕士论文 第三章异系统干扰分析 3 1 异系统干扰定义 第三章异系统干扰分析 异系统干扰的产生是多种多样的，某些专用无线电系统占用没有明确划分的频 率资源、不同运营商网络配置不当、收发滤波器的性能、小区重叠、环境、电磁兼 容以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。系统间干扰类型主要有： 加性噪声干扰、邻道干扰、交调干扰、阻塞干扰。 不同系统之间的互干扰原理，与干扰和被干扰两个系统之间的特点以及射频指 标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，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，带外信号( 发射机有用信号) 会引起接 收机的带外阻塞。 下图是一个典型的干扰链路原理框图： 发射机 曩：；蔬 图3 1 干扰链路原理框图 从图3 1 可知，干扰源的发射信号( 阻塞信号、加性噪声信号) 从天线口被放大 发射出来后，经过了空间损耗l ，最后进入被干扰接收机。如果空间隔离不够的话， 进入被干扰接收机的干扰信号强度够大，将会使接收机信噪比恶化或者饱和失真。 因此干扰分析的原理就是首先计算接收机能容忍的干扰信号强度门限，然后和发射 机发射的干扰信号强度比较，得到最低的空间隔离度要求，最后换算为空间距离。 1 4 参 重庆邮电大学硕士论文第三章异系统干扰分析 3 2 异系统干扰的分类 系统间干扰类型主要有：加性噪声干扰、邻道干扰、交调干扰、阻塞干扰和镜 频干扰。由于镜频干扰对t d - s c d m a 系统干扰影响不大，所以暂时不讨论。 加性噪声干扰 干扰源在被干扰接收机工作频段产生的噪声，使被干扰接收机的信噪比恶化， 称为干扰源对被干扰接收机的加性噪声干扰。 互调干扰 互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的。由于非线性器件的作用，产生 许多谐波和组合频率分量，其中和所需信号频率相同或相近的组合频率分量就可 以通过接收机形成系统间干扰。 阻塞干扰 阻塞干扰是指当强的干扰信号与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收 机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真。只有有用信号，在信号过强时，也会 产生振幅压缩现象，严重时会阻塞。产生阻塞的主要原因是器件的非线性，特别是 引起互调、交调的多阶产物，同时接收机的动态范围受限也会引起阻塞干扰。 邻道干扰 在接收机第一邻频存在的强干扰信号，由于滤波器残余、倒易混频和通道非线 性等原因，引起的接收机性能恶化，称为邻道干扰。通常用a c s 指标来衡量接收机 抗邻道干扰的能力。 3 2 1 加性噪声干扰 干扰源在被干扰接收机工作频段产生的噪声，包括干扰源的杂散、噪底、发射 互调产物等，使被干扰接收机的信噪比恶化，称为干扰源对被干扰接收机的加性噪 声干扰。 图3 2 加性噪声干扰示意图 重庆邮电大学硕士论文第三章异系统干扰分析 按照业界惯例，以灵敏度恶化l d b 为干扰判断准则。通过公式3 1 和3 2 可以 计算允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度： 尘生 s = 1 0 l o g ( 1 + l o 1 0 1( 3 1 ) 丛 i ，= n + 1 0 l o g ( 1 0 ”一1 ) ( 3 2 ) 其中a s 为灵敏度恶化值( 这里取l d b ) ，i r 为允许到达接收机的加性噪声干扰 信号强度，n 为接收机底噪。 3 2 2 互调干扰 接收机的互调杂散响应衰减用于衡量在有两个干扰连续波存在的情况下、接收 机接收其指定信道输入调制r f 信号的能力。这些干扰信号的频率与有用输入信号 的频率不同，可能是接收机非线性元件产生的两个干扰信号的n 阶混频信号，最终 在有用信号的频带内产生第三个信号。 接收机的二阶和三阶截止点是表示特定射频电路或系统的两个非常重要的线性 指标。通过这两个指标能够预测接收机的互调特性，而互调特性描述了射频装置对 相邻信道或邻近信道的抗干扰性。对于传统的超外差二次变频接收机，仅存在三阶 互调干扰；对于采用直接下变频方案的接收机，二阶和三阶互调干扰都应考虑。鉴 于目前的通信系统基站基本采用的都是超外差接收机，因此这里只介绍三阶互调情 况下对传统接收机的干扰情况。 在与移动基站所推荐的最低性能标准有关的无线规范中，接收机的互调特性在 技术上被纳入两个主题：接收机的互调杂散响应衰减和接收机对杂散响应干扰采取 的保护。接收机的互调杂散响应衰减是在有两个干扰连续波存在的情况下接收机接 收其指定信道输入调制r f 信号的能力。这些干扰信号的频率与有用输入信号的频 率不同，可能是接收机非线性元件产生的两个干扰信号的n 阶混频信号，最终在有 用信号的频带内产生第三个信号。 三阶互调产生的干扰。作为接收机前端三阶混频的结果，频率为n 和f 2 的两 个信道外的连续波引入一个三阶互调成分，频率等于( 2 f l + f 2 ) ，它将落入开启信道 的有用信号频带内。这一带内三阶互调( i m 3 ) 产物降低了输入到接收机解调器的载干 比( c i ) 。按照斜率为3 ：l 的直线，输入i m 3 产物的电平( i i m 3 ，d b m ) 可以用下面的 等式计算，其中包括接收机的总输入i p 3 ( i i p 3 ，d a m ) 和两个信道外c w 信号的输入 功率( p i ，d b m ) 。 1 1 m 3 = 3 只一2 + l i p 3( 3 3 ) 1 6 重庆邮电大学硕士论文第三章异系统干扰分析 图3 3 ( a ) 由两个信道外c w 信号产生的i m 3 产物对带内信号造成干扰 ( b ) - - 阶截止点( i p ) 的定义。 3 2 3 阻塞干扰 阻塞干扰是指当强的干扰信号与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收 机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真。只有有用信号，在信号过强时，也会 产生振幅压缩现象，严重时会阻塞。产生阻塞的主要原因是器件的非线性，特别是 引起互调、交调的多阶产物，同时接收机的动态范围受限也会引起阻塞干扰。 图3 4 阻塞干扰示意图 分析阻塞干扰对系统工作的影响可以从系统协议出发，协议对接收机的抗阻塞 特点都有明确的规定。不同系统间主要是带外阻塞干扰，因此分析的同时需要关注 该系统基站的前端滤波器特性。 3 g p p 相关协议【2 2 ，2 3 1 中规定了1 d s c d m a 系统的阻塞性能： 1 7 重庆邮电大学硕+ 论文第三章异系统干扰分析 表3 13 g p p 协议规定的t d - s c d m a 基站抗阻塞干扰指标 干扰信号中心频干扰信号有用信号 干扰信号最小干扰信号类型 ，蛊 电平 电平 偏移 1 9 0 0 1 9 2 0 m h z ,舶d b m - 1 0 4 d b m 3 2 m h z一个码道的扩潜码 2 0 1 0 2 0 2 5m h z 信号 1 8 8 0 1 9 0 0 m h 五