FDD LTE系统与TD LTE系统共存干扰研究

姜峰 李国梁 边庆利

【摘要】 本文主要研究了同一地理区域中，FDD LTE系统与TD LTE系统在相邻频段下共存时由系统间干扰引起的系统性能损失，给出了在不同的基站位置偏移、载波频率和功控参数下的仿真结果。

【关键词】 LTE 干扰 容量

UTRA的长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术存在FDD LTE和TD LTE两种标准。从全球看，目前FDD LTE系统的商用网络要多于TD LTE系统，但是TD LTE网络的部署数量正在快速增加。

我国的三家电信运营商均已获得TD LTE的运营牌照。考虑到TD LTE与FDD LTE融合组网的可能性，本文深入研究两系统共存中的干扰成因及规避问题。

一、TD LTE与FDD LTE干扰产生原理

无线电干扰是指在无线电通信过程中发生的，导致有用信号接收质量下降、损害或阻碍的状态及事实，可分为同频干扰、邻频干扰、互调干扰和阻塞干扰。

（1）同频干扰：干扰信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频道有用信号的接收机造成的干扰。

（2）邻频干扰：干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰，称为邻频干扰。在邻频干扰中，杂散干扰是主要的干扰形式。杂散发射可以分为两种：传导型杂散发射和辐射性杂散发射。传导型杂散发射（Conducted SpuriousEmission）是指由天线连接器处和电源引线引起的任何杂散发射；辐射型杂散发射（Radiated Spurious Emission）贝JJ是指由机柜或设备的结构而引起的任何杂散发射。

（3）互调干扰：互调干扰可分为发射机互调干扰和接收机互调干扰。在实践中我们发现，较严重的通常是三阶互调干扰。

（4）阻塞干扰：接收微弱的有用信号时，受到接收频率两旁、高频回路带内一强干扰信号的干扰，称为阻塞干扰。阻塞干扰轻则降低接收机灵敏度，重则通信中断。

由于TD LTE和FDD LTE不会使用相同频段，所以不会产生同频干扰；另外，可以通过频率分配等方法降低互调干扰的影响。因此，本文重点考虑邻频干扰对系统性能的影响。

二、邻频干扰计算方法

邻频干扰的产生是由干扰系统的发射机和被干扰系统的接收机滤波特性的不完善造成的，可以分别用发射机的邻信道泄漏功率比 （Adjacent Channel Leakage powerRatio，ACLR）和接收机的邻信道选择性 （Adjacent Channel Selectivity，ACS）来表征。通常用邻道干扰功率比ACIR（Adjacent Channel Interference Power Ratio），表示干扰系统发射机的发射功率与被干扰系统接收机接收到的干扰功率之比。

2.1邻信道泄漏功率比

邻信道泄漏功率比ACLR可以表示为：

其中，PTx_f2表示干扰系统发射机的发射功率，PRx_f1表示被干扰系统接收机经过滤波器接收到的干扰系统发射机的泄露功率。

2.2邻信道选择性

邻信道选择性ACS定义为接收机滤波器在指定信道的衰减与在相邻信道上的衰减的比值计算方法如下：

其中，Af1?为被干扰系统的接收机滤波器在n的衰减，Af2为被干扰系统的接收机滤波器在邻信道f2的衰减。

2.3邻信道干扰功率比

为邻信道干扰功率比ACIR，定义为干扰系统发射机的发射功率与被干扰系统接收机接收到的总的干扰功率，计算方法如下：

三、信干噪比SINR计算方法

信号与干扰加噪声比 （Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）是指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰）的强度的比值；可以简单的理解为“信噪比”。在不存在外系统干扰时，接收机信干噪比SINR计算公式为：

其中，PRx表示接收到的功率，No是热噪声功率。ICj表示从第i个共道发射机接收到的共道干扰，Nc表示共信道干扰发射机数目。

当两个LTE系统共存时，来自外系统的干扰信号除了受到路径损耗和阴影衰落之外还要额外衰减一个ACIR，所有来自外系统的干扰计算如下：

其中，L，J表示来自第j个邻频干扰发射机的经过ACIR衰减后的干扰，NA是邻道干扰发射机数目。PL表示路径损耗和阴影衰落之和，GA表示收发天线增益之和。因此，存在外系统干扰时，SINR的计算公式为：

四、吞吐量计算

目前，LTRE网络以承载数据业务为主，本文采用Shannon公式修正截短的形式，把SINR映射为吞吐量，计算方法如下：

五、仿真分析

5.1仿真参数与环境设置

仿真中采用宏蜂窝六边形小区模型，共29个基站，每基站3扇区。基站间500米，使用WrapAround技术消除边缘效应。仿真参数见表1。

当TD LTE采用1880～1920MHz；FDD LTE上行采用1710-1785MHz，下行采用1805-1880MHz）时，两系统基站之间的干扰。

表1 仿真中使用的各项参数及取值

参数 值

小区结构 站间距500m

载频带宽 20MHz

带宽使用率 0.9

每用户占用RB数 上行10PR/用户；下行8RB/用户

天线高度 30m（基站）；1.5m（终端）

天线类型 全向

天线增益 15dBi（基站）；0dBi（终端）

基站最大发生功率 46dBm

终端发射功率 23dBm（Pmax）

接收机噪声系数 5dB（基站）；9dB（终端）

传播模型如下：

其中，中R为基站到移动台之间的距离，f为载波频率，Dhb是基站高于房顶的高度。另外还要附加标准偏差为10dB的对数正态阴影衰落影响。

LTE下行链路中，没有功率控制，基站满功率发射，给每个RB分配相同的功率；上行功率控制使用以下公式：

其中，Pmax为终端最大发射功率，Rmin是最小功率降低比；PL是终端的路径损耗，PLx-ile是x%点的路径损耗（含阴影衰落）值。上式中，路径损耗最大的前x%用户将以最大发射功率尸r懈发射，O<γ<1为信道条件好的终端和信道条件差的终端之间的平衡因子。

5.2仿真结果分析

图1是TD.LTE基站干扰FDD LTE基站场景下，FDD LTE系统上行平均相对吞吐量损失的仿真结果。从图中可以看出，增大两系统地理位置偏移后，FDD LTE系统上行的平均相对吞吐量损失减小。这是因为随着两系统基站偏移增大，其干扰链路的路径损耗也随之增大，系统问干扰降低，故被干扰系统的相对吞吐量损失随之减小。基站位置偏移D=0、R/2、R三种情况下的曲线比较接近，这是因为LTE系统下行不采用功率控制，所有TD.LTE基站满功率发射，导致来自外系统的干扰主要受两系统基站问路径损耗的影响，因此三条曲线趋势明显但相差不大。

图1 FDD LTE系统上行平均相对吞吐量损失

（干扰源：TD-LTE基站）