TD-LTE系统干扰分析_电信

TD-LTE系统干扰分析

李翔周勇 2011/09/21

　　随着新技术的不断出现以及移动通信理念的变革，为了把握新一轮的技术浪潮，保持在移动通信领域的领导地位，2004年底3GPP启动了关于3G演进，即LTE的研究与标准化工作。随着LTE R8、R9标准的冻结，LTE正日益成为业界的热点。

　　LTE系统同时定义了频分双工(Frequency Division Duplexing, FDD) 和时分双工(Time Division Duplexing, TDD) 两种方式，但由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素，LTE FDD支持阵营更加强大，标准化与产业发展都领先于LTE TDD。2007年11月，3GPP RAN1会议通过了27家公司联署的LTE TDD融合帧结构的建议，统一了LTE TDD的两种帧结构。融合后的LTE TDD帧结构是以TD-SCDMA的帧结构为基础的，这就为TD-SCDMA成功演进到LTE乃至4G标准奠定了基础。

　　在工信部TD-LTE工作组的领导下，规范制定、MTNet测试和6城市试验网正在紧张有序地进行。随着技术标准不断完善、产业链不断成熟、系统能力不断提高，TD-LTE将很快进入商用时代。

　　众所周知，干扰是影响网络质量的关键因素之一，对通话质量、掉话、切换、拥塞以及网络的覆盖、容量等均有显著影响。如何降低或消除干扰是TD-LTE网络性能能否充分发挥的重要环节，同时也是网络规划、优化的重要任务之一。

　　TD-LTE组网干扰分内部干扰和外部干扰，内部干扰包括同频组网干扰和异频干扰，外部干扰又包括系统间干扰及其它随机干扰。本文将重点分析系统内的同频和异频干扰，以及系统间与TD-SCDMA的干扰。

1.系统内干扰

　　TD-LTE的组网包括同频和异频两种方式，对于同频组网，整个系统覆盖范围内的所有小区可以使用相同的频带为本小区内的用户提供服务，因此频谱效率高。但是对各子信道之间的正交性有严格的要求，否则会导致干扰。对于异频组网，由于频率的不同产生了一定的隔离度，但是仍然需要进行合理的频率规划，确保网络干扰最小，同时由于受限于频带资源，所以存在着干扰控制与频带使用的平衡问题。

　　1.1.同频组网

　　1.1.1.小区内干扰

　　由于OFDM的各子信道之间是正交的，这种特点决定了小区内干扰可以通过正交性加以克服。如果由于载波频率和相位的偏移等因素造成子信道间的干扰，可以在物理层通过采用先进的无线信号处理算法使这种干扰降到最低。因此，一般认为OFDMA系统中的小区内干扰很小。

　　1.1.2.小区间干扰

　　对于小区间的同频干扰，可以采用干扰抑制技术，主要包括干扰随机化、干扰消除和干扰协调。干扰随机化和干扰消除是一种被动的干扰抑制技术，对网络的载干比并无影响。 

干扰随机化通过比如加扰、交织，跳频、扩频、动态调度等方式，使系统在时间和频率两个维度的干扰平均化。

干扰消除利用干扰的有色特性，对干扰进行一定程度的抑制，即：通过UE的多个天线对空间有色干扰进行抑制。波束成形在空间维度，通过估计干扰的空间谱特性，进行多天线抗干扰合并；在频率维度，通过估计干扰的频谱特性，优化均衡参数，进行单天线抑制，如IRC。

干扰协调对小区边缘可用的时频资源作一定的限制，正交化或半正交化，是一种主动的控制干扰技术，理想的协调是分配正交的资源，但这种资源通常有限；非理想的协调可以通过控制干扰的功率，降低干扰。干扰协调主要分为静态ICIC、半静态ICIC以及动态ICIC。

静态ICIC的核心是各小区的无线资源按照一定规则分配后固化使用。小区边缘用户使用整个可用频段的一部分，并且邻小区相互正交，用户全功率发送；小区中心用户可以使用整个可用频段，但降功率发送。

动态ICIC是在静态ICIC的基础上通过eNodeB进行实时调度，在相邻小区间协调频率资源的使用，以达到抑制干扰目的，适应小区间负载不均匀的场景；小区边缘频带扩展时需要综合考虑邻区边缘频带的情况，防止发生冲突。

　　1.2.异频组网

　　根据上面的分析，TD-LTE系统在本小区内不存在同频干扰，干扰主要来自于使用相同频率的邻小区。如果在服务小区与最相邻的小区之间保持异频，通过空间传播距离隔离同频小区，这样就能够尽可能的降低同频干扰。

　　异频组网中相邻小区为了降低干扰，使用不同的频率，频谱效率相对于同频要差一些，但RRM算法简单，边缘速率相对于同频组网会高一些。因此，如果采用异频组网，需要进行合理的频率规划，确保网络干扰最小。同时，由于受限于频带资源，所以存在着干扰控制与频带使用的平衡问题。

　　仿真结果也表明：相比于同频组网，异频组网对小区载干比C/I能力得到了很大提高。这意味着同样覆盖的面积下，在获得同样频率资源单位的情况下，用户有更高的传输速率。同时，覆盖区域的边缘用户的峰值速率可获得提高。

同频与异频组网C/I对比仿真

图1：同频与异频组网C/I对比仿真
　　以OFDMA技术为基础的TD-LTE系统的空中接口没有使用扩频技术，由此，信道编码技术所产生的处理增益相对较小，降低了小区边缘的干扰消除能力。为了提高LTE系统容量而必须要采取的有效的频率复用技术，一种好的频率复用方式可以极大降低TD-LTE的干扰，使系统达到最佳性能。目前业界采用比较多的是“软频率复用”或“部分频率复用”方式。即将频率资源分为若干个复用集。如图2所示，小区中心的用户可以采用较低的功率发射和接收，即使占用相同的频率也不会造成较强的ICI，因此被分配在复用系数为1的复用集。小区边缘的用户需要采用较高的功率发送和接收，有可能造成较强的ICI，因此被分配在频率复用系数为1/N的复用集。这样可以通过异频的方式降低小区间的干扰。

TD-LTE系统的多小区软频率复用

图2：TD-LTE系统的多小区软频率复用2.系统间干扰

　　目前，TD-LTE可以使用的频段包括1880~1920MHz（F频段）、2320~2370MHz（E频段）以及2570~2620MHz（D频段）。根据中国移动的规划，考虑到与TD-SCDMA网络共用的情况，F和D频段将用在室外，E频段将用在室内。因此在F/E频段存在与TD-SCDMA的干扰，本文所要重点分析的正是这两种场景。至于在F频段与DCS1800、CDMA2000的干扰则只需要保证一定的空间隔离度可以加以抑制，相关的文献资料比较多，本文也就不再累述。

　　在展开分析前，我们先来了解一下系统间干扰分析的几个概念：

　　邻频干扰：如果不同的系统工作在相邻的频率，由于发射机的邻道泄漏和接收机邻道选择性的性能的限制，就会发生邻道干扰。

　　杂散辐射：由于发射机中的功放、混频器和滤波器等器件的非线性，会在工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量, 包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等。当这些发射机产生的干扰信号落在被干扰系统接收机的工作带内时，抬高了接收机的噪底，从而减低了收灵敏度。

　　互调干扰：主要是由接收机的非线性引起的，后果也是抬高底噪，降低接收灵敏度。种类包括多干扰源形成的互调、发射分量与干扰源形成的互调和交调干扰。

　　阻塞干扰：阻塞干扰并不是落在被干扰系统接收带内的，但由于干扰信号过强，超出了接收机的线性范围，导致接收机饱和而无法工作。为了防止接收机过载，收信号的功率一定要低于它的1dB压缩点。

　　TD-LTE与TD-SCDMA都是TDD系统，上下行链路共用同一频带，发射和接收在不同时刻交替进行。当两个系统不同步时（即上下行切换点不对齐），一方在发射，另一方在接收，这种情况就会产生严重干扰的可能性，干扰强度取决于基站设备指标及其空间隔离度。

　　另外，随着站址选择的愈加困难，两个系统共站址的场景会越来越多，如果此时两系统邻频，那么干扰问题将会愈加突出。以下展开分析。

　　2.1.D频段TD-LTE + F/A频段TD-SCDMA

　　由于两个系统频段相隔较远（不考虑邻频干扰，只考虑杂散和阻塞干扰），干扰隔离度要求如表2所示，最大为41dB，实际建设时可以共站，也不存在时隙交叉干扰的问题，建设时很容易满足水平大于等于1米或垂直大于等于0.5米。

　　表2 TD-LTE与TD-SCDMA干扰隔离度

F频段TD-LTE + F频段TD-SCDMA

　　2.2.F频段TD-LTE + F频段TD-SCDMA

　　TD-LTE和TD-SCDMA可能同时在F频段组网，因此两者邻频的干扰就会存在，此时，时隙的同步就显得尤为重要。如图3所示，TD-SCDMA不同时隙配比将影响这TD-LTE的时隙选择。比如：如果TD-SCDMA现网是2：4配置，那么为了保证时隙同步，TD-LTE将选择1：3时隙配比，同时特殊子帧的符号比为3：10：2或者3：9：2（也就是6城市规模试验网设备规范中的必选测试项）

TD-LTE与TD-SCDMA不同时隙比

图3：TD-LTE与TD-SCDMA不同时隙比
3.小结

　　综上所述，针对系统间和系统内的干扰，我们都可以找到相应的办法加以抑制。这些方法中有的是通过简单的频点或者空间隔离，有的是通过软频率复用等干扰协调技术进行抑制。由此可见，TD-LTE组网需要综合全面考虑与其他系统的干扰问题，这个过程贯穿在网络规划、工程建设以及网络优化中，需要我们结合理论分析和仿真，在实践中不断加以完善。

4.参考文献

【1】沈嘉《3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计》人民邮电出版社
【2】3GPP TS 36.211 v8.8.0. E-UTRA Physical Channels and Modulation (Release 8). 2009
【3】3GPP TS 36.104 v8.9.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception

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