WCDMA系统与各种无线系统共存的干扰分析

1、WCDMA 系系统统与与各各种种无无线线系系统统共共存存的的干干扰扰分分析析 摘要：本文从干扰产生的原因，干扰分析的方法，干扰预防的措施等多个角度对 WCDMA 系统与各种无线系统共存（共站）时的干扰问题进行了分析，给出了 WCDMA 与各种无线系统共存（共站）时的最小耦合损耗值，并对干扰的预防措施进行了简要说明。随着能提供更高速率的三代移动无线系统的开发和投入使用，二代系统在技术上的不断改进完善和连续不断的扩容和扩充，在未来相当长的一段时间内，二代网将会与三代网共存，其相互干扰和互相兼容的问题就显得十分重要。尤其是二代网的基站密度已相当高，三代网的建设不可避免地要复用许多二代网的现有无线站，

2、共站情况下的干扰分析和必要的干扰预防措施是规划和设计三代网络所要考虑的重要问题之一。本文以三代无线系统中的主流技术之一 WCDMA 为例，着重阐述 WCDMA 系统与各种三代和二代无线系统（包括 WCDMA，CDMA2000，TDSCDMA，GSM，PHS）共存(共站)，特别是工作于主要工作频率的 WCDMA 广域基站用于室外宏蜂窝情形下与其他系统共存（共站）时，系统间的相互干扰分析及其必要的干扰预防措施。o1 频率分配与干扰分析场景说明中国的二代移动通信系统的频率分配方案如下表所示：表 1 分配给二代移动通信系统的频段工作系统上行下行CDMA800825 - 840 MHz870 - 885

3、 MHzGSM900885 - 915 MHz930 - 960 MHzGSM180017101755 MHz1805 - 1850 MHzPHS(小灵通)1900 - 1920 MHz分配给三代移动通信系统的频段由主要工作频段，补充工作频段， 和扩充工作频段三部分组成，如表表 2 所示。 表 2 分配给三代移动通信系统的频段主要工作频段主要工作频段工作系统上行下行FDD 方式WCDMA/CDMA20001920 - 1980 MHz2110 - 2170 MHzTDD 方式TD-SCDMA1880 - 1920 MHz, 2010 - 2025 MHz补充工作频段补充工作频段工作系统上行下行

4、FDD 方式WCDMA/CDMA20001755 - 1785 MHz1850 - 1880 MHzTDD 方式TD-SCDMA23002400 MHz *扩充工作频段扩充工作频段工作系统上行下行FDD 方式WCDMA/CDMA2000825 835 MHz870 - 880 MHzFDD 方式WCDMA/CDMA2000885 915 MHz930 960 MHzFDD 方式WCDMA/CDMA20001710 1755 MHz1805 1850 MHz*注、与无线电定位业务共用，均为主要业务下面对 WCDMA 无线系统与其他无线系统共存（共站）干扰问题的分析将着重于主要工作频段，考虑的场景

5、为 3GPP 在第六版的基站设备规范1中定义的 WCDMA 室外宏蜂窝的广域基站用于室外宏蜂窝情形下与其他系统共存的场景，同时在干扰分析中所用到的灵敏度是设备规范中定义的参考灵敏度。室外宏蜂窝的广域基站和基站参考灵敏度的定义参见参考文献1, 2。o2 干扰问题的确定计算分析从基本原理来讲，工作于不同频段的 A 系统和 B 系统间的干扰，是由于发射机和接收机的非完美性造成的。干扰产生的原理可见下面图示。图 1 A 系统发射机对 B 系统接收机产生干扰原理示意图干扰问题的确定计算分析方法是针对某一特定的干扰问题, 以图 1 所示的产生干扰的发射机和被干扰的接收机的频谱相对关系，对被干扰接收机的四个

6、不同频率范围计算并求解下面的干扰评估方程：Ptx(fi) - MCL(fi) Iext(fi) (1)其中，fi 是考虑的频率；Ptx(fi) 是产生干扰的发射机在频率 fi 上的发射功率；MCL(fi) 是在频率 fi 上发射机和接收机之间的最小耦合损耗；Iext(fi) 是在频率 fi 上的可接受的最大干扰电平。一般要考虑的四个频率范围为： i) 接收机工作信道，在大多情况下，对应的是发射机的带外杂散辐射; ii) 接收机工作信道的第一邻频信道, 对应的是发射机的有用信号发射或带外辐射; iii) 接收机接收频段，重点考虑发射机的带外辐射，邻频泄漏或杂散辐射; iv) 接收机接收频段外，重

7、点考虑发射机的发射载频，因为在发射机的发射载频上其发射功率最大。基站间的最小耦合损耗包含收发端馈线损耗，收发天线之间耦合损耗，可表示为:MCL=Tx_CableLoss(dB)+Rx_CableLoss(dB)+AntennaCouplingLoss(dB) (2)其中 AntennaCouplingLoss 为天线耦合损耗，Tx_CableLoss 和 Rx_CableLoss 分别为发射机和接收机与天线之间的连接馈线损耗。在接收机接收频段内和频段外，可接受最大干扰电平(Iext)门限一般取接收机的带内和带外阻塞特性。在接收机的第一邻频，其可接受最大干扰电平(Iext)门限一般取接收机的邻道

8、选择性。 接收信道内的可接受最大干扰电平(Iext)门限的确定取决于多大接收机灵敏度损失可以被接受。图图 2 给出 WCDMA 和 CDMA2000 基站广域基站可接受最大外来干扰电平门限(Iext)与接收机灵敏度损失的关系曲线。图 2 对应不同灵敏度损失的可接受最大外来干扰电平3GPP 采用的准则是 WCDMA 基站接收机灵敏度损失为 0.8 dB，相对应的可接受最大外来干扰电平为-110 dBm/3.84 MHz。一般认为，灵敏度损失介于 0.2 dB 和 1 dB 都是合理的。o3 干扰分析主要结果说明3.1 WCDMA 与 WCDMA3.1.1 WCDMA 基站共站基站共站基站共站时的

9、特殊要求是在接收频段 1920-1980MHz 上发射机的带外杂散辐射不超过 -96dBm/100kHz。 WCDMA 基站参考灵敏度保护的外来干扰电平门限被确定为是-110dBm/3.84MHz。所以在共站的情景，应保证的最小耦合损耗为: MCL=-96dBm/100kHz(-110dBm/3.84MHz)=-80dBm/3.84MHz-(-110dBm/3.84MHz)=30 dBWCDMA 接收机的带外阻塞特性共站时在 2110-2170MHz 频段上为16dBm，为满足阻塞特性要求所需的基站间最小耦合损耗为:MCL=+43dBm(单载频最大功率) + 3dB多载频富余度16 dBm =

10、30 dB所以，在最小耦合损耗 MCL30dB 的条件下，WCDMA 基站能够共站, 其参考灵敏度损失不超过 0.8dB。3.1.2 WCDMA 系统共存系统共存在小区半径为 577m、 相邻载频间隔为 5.0MHz 的条件下，两个 WCDMA 网共存时，地理偏移因子越小（地理偏移因子为 0 是指两网基站同址，地理偏移因子为 0.5 是指干扰网的基站位于被干扰网小区半径一半处， 地理偏移因子为 1 是指干扰网的基站位于被干扰网小区边缘），共存的 WCDMA 系统容量损失越小。当地理偏移因子为 1 时， 其网络容量损失不超过 5%。具体的分析可参见 WCDMA 系统设备规范1, 2, 3, 4和

11、相关的系统仿真5，6。3.2 WCDMA 与 CDMA20003.2.1 与与 2GHz CDMA2000 的共存及共站的共存及共站在 CDMA2000 的设备规范2, 7中，已经考虑了 WCDMA 和 CDMA2000 的共存和共站问题。所以 WCDMA 和 CDMA2000 基站能够共存，也能够在 MCL30dB 的条件下共站。文献8对 WCDMA 和 CDMA2000 系统共存时基站与终端之间的干扰情形进行了详细分析和系统仿真，结果表明在俩系统共存时，若 WCDMA 和 CDMA2000 的最小载频间隔保持在 3.85 MHz(0.825MHz 保护频带)，在地理偏移因子为 1 的最坏情

12、况下，系统容量损失也小于所规定的容量损失门限 5%。同样，两系统基站间距离越小，相应的系统容量损失也越小。3.2.2 与与 800 MHz CDMA2000 的共存及共站的共存及共站2004 版本的 800MHz CDMA2000 系统设备规范7没有对 CDMA2000 基站在 1920-1980MHz频段上的杂散辐射作出特殊要求，而仅只有一般要求，该一般要求为-30dBm/1MHz，也即-24dBm/3.84MHz，而保护 WCDMA 基站灵敏度所需的外来干扰门限电平为-110dBm/3.84MHz，因此 800MHz CDMA2000 基站和 WCDMA 基站间的最小耦合损耗应为MCL=-

13、24dBm/3.84MHz - -110dBm/3.84MHz=86 dB。 这是根据现有标准的最小要求估算的最小耦合损耗， 而设备的实际性能会比标准规定的最小要求要好。3.3 WCDMA 与 TD-SCDMA如表 2 所示，分配给 TD-SCDMA 的工作频段分别是 1880-1920 MHz, 2010-2025 MHz， 2300-2400 MHz。在这三个工作频段中，有两个频点是与 WCDMA 第一邻频: 1880 MHz 和 1920 MHz。TD-SCDMA 系统基站和终端的性能指标是由设备规范9, 10定义的，有关 WCDMA 和TD-SCDMA 系统共存的干扰仿真科参见参考文献

14、11。下面从邻频和非邻频两种情景，给出了WCDMA 与 TD-SCDMA 系统共存及共站的干扰分析结果。 3.3.1 非邻频的共存及共站非邻频的共存及共站TD-SCDMA 基站在 1850-1880 MHz 和 2110-2170 MHz 频段上的阻塞特性为 -15dBm，公认的 WCDMA 基站的发射功率为 43dBm，由此可推算出，在 WCDMA 和 TD-SCDMA 共存或共站时，为保护 TD-SCDMA 基站所需的基站间最小耦合损耗为 MCL43 dBm - -15 dBm=58 dB。在 WCDMA 和 TD-SCDMA 共存或共站时，在 2010-2025 MHz 和 2300-2

15、400 MHz 频段上，WCDMA 基站的带外阻塞特性是-15 dBm, 考虑到 TD-SCDMA 基站的有效发射功率是30dBm，那么在 WCDMA 和 TD-SCDMA 基站间应至少保持的最小耦合损耗为 MCL30 dBm - -15 dBm=45 dB。在 1880-1920MHz 频段第一邻频除外上，规定的 WCDMA 基站的带外阻塞特性是-40dBm，考虑到 TD-SCDMA 基站的有效发射功率是 30dBm，那么在基站间应至少保持的最小耦合损耗为 MCL30 dBm - -40 dBm=70 dB。但事实上，WCDMA 基站在 1880-1920 的带外阻塞特性可以做到比标准规定最

16、小要求-40 dBm 高许多，比如，在 1900MHz 频点，采用适当的射频滤波器其带外阻塞特性一般可以做到 0 dBm，这样在 1900MHz 频点，只需要 30dB的基站间最小耦合损耗就可以满足要求了。3.3.2 处于邻频的共存及共站处于邻频的共存及共站在 WCDMA 基站接收频段的带外第一邻频 1920MHz 上，WCDMA 基站的邻道选择性要求是-52dBm，干扰分析报告5, 11，12都得出同样的结论，现有的设备规范规定的设备性能指标不能够满足工作在邻频的两系统共存的需求。同样在 TD-SCDMA 基站接收频段的带外邻频 1880MHz 上，TD-SCDMA 基站的邻道选择性ACS=

17、-55dBm，带外阻塞特性为-15dBm，WCDMA 基站的发射功率将是 43dBm，根据干扰分析报告11的分析结果，也得出同样的结论，现有的设备规范规定的设备性能指标不能够满足工作在邻频的两系统共存的需求。所以当工作在邻频的 TD-SCDMA 基站和 WCDMA 基站共存或共站时，必需采取有效的抗干扰措施以便保护两系统的性能损失不至于过大。 3.4 WCDMA 与 GSM（后 R99 版本）GSM 基站在 WCDMA 基站接收频段 1920-1980MHz 上的带外杂散辐射电平限制在-96dBm/100kHz, GSM900 基站的带外阻塞是8 dBm，GSM1800 基站的带外阻塞是 0

18、dBm。WCDMA 基站在 GSM900 和 GSM1800 基站接收频段 885-915 MHz 和 1710-1775 MHz 上的带外杂散辐射电平限制在-98dBm/100kHz。 WCDMA 基站在 GSM900 和 GSM1800 基站发射频段 930-960 MHz 和 1805-1850 MHz 上的带外阻塞特性限制在16dBm。当 GSM900 基站或 GSM1800 基站与 WCDMA 基站共存或共站时，从对 WCDMA 基站保护的角度考虑，基站间有 30dB 的最小耦合损耗就可以满足要求了。当 WCDMA 基站与 GSM900 基站共站时，为了保护 GSM900 基站所需的最小耦合损耗为 MCL=43dBm-8dBm35dB。而当 WCDMA 基站与 GSM1800 基站共站时，为了保护GSM1800 基站所需的最小耦合损耗则为 MCL=43dBm-0dBm43dB。详细的分析可参见 WCDMA 设备规范1, 2和 GSM 的设备规范13（在 1999 年之后的版本）。3.5 WCDMA 与 PHS当 WCDMA 与 PHS