LTE系统与2G、3G系统共站址共存问题分析

张忠皓（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京100048）

0 前言

2.6 GHz频段（2 570~2 620 MHz）是国际上 LTE 系统部署的主流频段［1］。在中国，CCSA已经对2.6 GHz频段的分配给出了建议，工业与信息化部已经将该频段中的2 570~2 620 MHz频段划分给TDD-LTE使用，并且近期将对2.6 GHz频段的剩余频段进行分配。2.6 GHz频段是中国最先用于LTE部署的频段［2］。

由于站址资源日益紧缺，新增站址很困难，LTE系统很可能采用与现有通信系统共站址部署的方案。在共站址的情况下，基站对基站的干扰问题会较严重，需要对共站址情况下的共存情况和基站天线的隔离距离需求进行分析。

3GPP会议已经对LTE与2G和3G系统的共存需求进行了分析［3］，并制定了LTE系统的射频指标的标准化文件［4］。但是其分析的基础是共覆盖场景，不是共站址场景。根据LTE系统、GSM系统和UMTS系统的射频指标，LTE系统与2G、3G系统在共站址的情况下无法满足共存需求，还需要采用其他的工程隔离方法。

在这种情况下，本文首先给出了干扰分析的一般原理和工程中的一般解决方法，然后，对2.6 GHz频段LTE系统与GSM系统和UMTS系统的共存问题进行分析，得到了额外隔离度需求，并且根据额外隔离度需求和工程隔离方法，计算得到了LTE系统部署与2G、3G系统共站址时的天线隔离距离，最后给出了LTE系统与2G、3G系统共站址时的天线隔离距离建议。

1 干扰原理和工程解决方法

1.1 干扰原理

干扰的产生是多种多样的，原有的专用无线电系统占用现有频率资源、不同运营商网络配置不当、发信机自身设置问题、小区重叠、环境、电磁兼容（EMC）以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。工作于不同频率的系统间的共存干扰，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。

发射机和接收机间的干扰取决于2个系统工作频段的间隔和收发信机空间隔离等因素。

1.2 工程中的干扰解决方法

工程中主要有2种干扰解决方法。

a）基站间距方法：基站间距方法对解决干扰是有利的，但此方法受到站址资源匮乏和多运营商共存情况等的限制，具体工程实施难度较大。

b）天线安装方法：天线安装包括天线倾角、方位角及水平和垂直隔离等，可以提高天线间的耦合损失，降低干扰。

其中，天线水平隔离方法是通过将2个天线在水平方向上隔离一定距离以满足保护要求（见图1）。在下面的分析中，将以采用水平隔离方法为例，对共存问题进行分析。

水平空间隔离为

式中：

IH——水平隔离时，发射天线与接收天线之间的隔离度要求

dh——发射天线与接收天线之间的水平距离

λ——接收频段范围内的无线电波长

图1 天线间水平隔离示意图

GTx——发射天线在干扰频率上的增益

GRx——接收天线在干扰频率上的增益

P（φ）Tx——发射天线在两天线中心连线的角度方向上的副瓣电平 （相对于主瓣方向，为负值）

P（θ）Rx——接收天线在两天线中心连线的角度方向上的副瓣电平（相对于主瓣方向，为负值）

2 LTE与GSM系统间干扰分析

LTE与GSM间的干扰场景可以分为4种：LTE基站对GSM终端的干扰、GSM基站对LTE终端的干扰、LTE基站对GSM基站的干扰、GSM基站对LTE基站的干扰（见图2）。

图2 LTE与UMTS干扰共存场景示意图

在2G系统中，GSM900与LTE 2.6 GHz系统频率相距很远，根据文献［3］中的7.1.3.3节分析，即使隔离度需求为0 dB，GSM900与LTE系统间的干扰也可以忽略不计。所以在这里只分析DCS1800系统与LTE系统的共存干扰。并且在共站址共存中，主要考虑基站与基站间的干扰问题。

2.1 GSM基站对LTE基站的干扰

根据文献［4］，20 MHz的LTE系统基站底噪为

式中：

W——系统带宽

R——带宽利用率，一般取90%N——热噪声指数，一般LTE基站取5，终端取9

按照干扰标准，如果底噪抬升0.6 dB，则最大允许干扰功率为

从文献［5］可知，在DCS1800系统带外杂散为-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系统对LTE系统的干扰符合要求，需要额外30 dB的隔离度。DCS1800基站对LTE基站的干扰需要额外的工程方法进行隔离。

2.2 LTE基站对GSM基站的干扰

从文献［5］可知，DCS1800的灵敏度为-102 dBm/200 kHz。允许最大干扰功率为

由文献［4］可知，在2.6 GHz的LTE系统带外杂散为-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系统对LTE系统的干扰符合要求，需要额外的18 dB隔离度。共站址情况下，UMTS基站对LTE基站的干扰需要额外的工程方法进行隔离。

3 LTE与UMTS系统间干扰分析

LTE与UMTS间的干扰场景可以分为4种：LTE基站对UMTS终端的干扰、UMTS基站对LTE终端的干扰、LTE基站对UMTS基站的干扰、UMTS基站对LTE基站的干扰，如图3所示。在共站址共存中，主要考虑基站与基站间的干扰问题。

图3 LTE与UMTS干扰共存场景示意图

3.1 UMTS基站对LTE基站的干扰

根据文献［4］，20 MHz的LTE系统基站底噪可按式（2）计算。各参数取值同2.1节，则

按照干扰标准，如果底噪抬升0.8 dB，则最大允许干扰功率为

由文献［4］可知，在2.1 GHz的UMTS系统带外杂散为-98 dBm/100 kHz。所以要UMTS系统对LTE系统的干扰符合要求，需要额外的28 dB隔离度。

所以UMTS基站对LTE基站的干扰需要额外的工程方法进行隔离。

3.2 LTE基站对UMTS基站的干扰

根据文献 ［4］，3.84 MHz的UMTS系统基站底噪可按式（2）计算。一般WCDMA基站热噪声指数取4，其他参数取值同2.1节，则

按照干扰标准，如果底噪抬升0.8 dB，则允许最大干扰功率为

由文献［4］可知，在2.6 GHz的LTE系统带外杂散为-96 dBm/100 kHz。所以要UMTS系统对LTE系统的干扰符合要求，需要额外的30.8 dB隔离度。共站址情况下，LTE基站对UMTS基站的干扰需要额外的工程方法进行隔离。

4 工程隔离需求

4.1 LTE基站与GSM基站的工程隔离需求

通过第3章分析，如果共站址部署，DCS1800基站与LTE基站间需要采用工程隔离的方法增加额外隔离度。

将DCS1800基站对LTE基站水平隔离需求代入式（1），有

式中：

GL——LTE天线增益

当LTE天线与DCS天线同向布置时，LTE侧面对DCS侧面，假设LTE天线在90°方向增益为0.5 dBi，则水平隔离距离为0.56 m。

将LTE基站对DCS1800基站水平隔离需求代入式（1）有

式中：

GD——DCS1800天线增益

LTE天线与DCS1800天线同向布置时，DCS1800侧面对LTE侧面，假设DCS1800天线在90°方向增益为0.5 dBi，则水平隔离距离为0.098 m。

综上，LTE基站与DCS1800基站共站址部署时，如果天线保持同向布置，则两系统天线间距应为0.56 m。

4.2 LTE基站与UMTS基站的工程隔离需求

通过第3章分析，如果共站址部署，UMTS基站与LTE基站间需要采用工程隔离的方法增加额外隔离度。

将LTE基站对UMTS基站水平隔离需求代入式（1）有

式中：

GU——UMTS天线增益

当在LTE天线与UMTS天线同向布置时，UMTS侧面对LTE侧面，假设UMTS天线在90°方向增益为0.5 dBi，则水平隔离距离为0.426 m。

将DCS1800基站对LTE基站水平隔离需求代入式（1）有

当LTE天线与DCS天线同向布置时，LTE侧面对DCS侧面，假设LTE天线在90°方向增益为0.5 dBi，则水平隔离距离为0.382 m。

综上，LTE基站与UMTS基站共站址部署时，如果天线保持同向布置，则两系统天线间距应为0.426 m。

5 结束语

本文对LTE系统与2G、3G系统的共站址共存的情况进行了理论分析。通过对LTE系统与GSM系统间的杂散干扰情况的分析，得到了在共站址共存的情况下，LTE系统天线与GSM系统天线的水平隔离距离需要大于0.56 m；通过对LTE系统与UMTS系统间的杂散干扰情况的分析，得到了在共站址共存的情况下，LTE系统天线与UMTS系统天线的水平隔离距离需要大于0.426 m。

在理论分析中，采用了3GPP规范中基站设备的杂散要求，该杂散指标是设备需要满足的最低要求，实际设备的性能都要优于该指标，所以在实际中隔离需求将小于理论计算得到的数值。本文中，只分析了多系统天线同向部署的场景，如果天线夹角发生变化，工程隔离距离也将发生变化。以后将进一步对天线夹角对隔离距离的影响进行分析。

［1］ITU-R M.1036-3国际移动通信2000（IMT-2000）的地面部分所需的频谱安排［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1036-3-200707-I!!PDF-C.pdf.

［2］3GPP TS 25.942 Radio Frequency （RF）system scenarios ［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25942.htm.

［3］3GPP TS 36.104 Base Station （BS）radio transmission and reception［S/OL］. ［2011-12-11］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36104.htm.

［4］ETSI GSM 05.05 Digital cellular telecommunications system Radio transmission and reception［S/OL］.［2011-12-11］.http://www.etsi.org/deliver/etsi_i_ets/300900_300999/300910/01_40_60/ets_300910e01o.pdf.