TD?LTE与WLAN共室分系统干扰分析与研究

2014-12-13田亚楠

现代电子技术 2014年23期

田亚楠

摘要：随着TD?LTE与WLAN系统共室内分布成为一种必然趋势，二者之间在2.4 GHz邻频组网所面临的干扰也成为焦点问题。在分析了TD?LTE与WLAN系统共室分所面临的杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰的基础上，进行了实际的WLAN与LTE共室分干扰测试和独立部署干扰测试，并对测试结果进行分析，提出了有效的干扰规避方案，重点分析了采用合路的方案。

关键词：TD?LTE； WLAN；共室内分布；隔离度；干扰规避方案

中图分类号： TN929.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）23?0037?04

Abstract：As the co?door distribution between TD?LTE And WLAN systems become an inevitable trend， the interference between the two systems in the 2.4 GHz adjacent frequency networking has become a focus problem. Based on the analysis of stray interference， barrage jamming and intermodulation interference that the co?door distribution of TD? LTE and WLAN systems is faced with， the actual co?door distribution interference test and independent deployment interference test of WLAN and LTE were conducted. The test results are analyzed. A effective interference avoidance scheme is put forward. The co?routing plan is analyzed emphatically.

Keywords： TD?LTE； WLAN； co?door distribution system； interference isolation； interference avoiding solution

0 引言

随着2013年底我国TD?LTE牌照的发放，运营商也进一步加快了TD?LTE网络的建设进程。与3G移动通信网相比，LTE网络在有效性和可靠性方面都有进一步提升，必将以高用户容量、高数据速率等优势占据市场主流。TD?LTE室内覆盖系统也必将大规模应用。与此同时，WLAN作为一种承载无线数据业务的成熟技术，以其低成本、灵活性、移动性等优点已被中国移动经营多年，其快速的部署模式、广泛的终端普及度以及低廉的接入成本也已得到业界认可。因此，TE?LTE与WLAN共存已成为一种必然。

根据我国第四代公众移动通信系统频率规划，现阶段中国移动TD?LTE室内覆盖采用的是2 320～2 370 MHz频段。而2002年无线电管理局规定：2.4 GHz频段作为无线局域网、蓝牙技术设备、无线接入系统等各类无线电台的共用频段。根据以上规划，在2.4 GHz频段处将出现TD?LTE与WLAN共存情况。作为异系统共存，产生干扰的主要原因在于系统内发射机和接收机特性的不完善。工作于2.4～2.483 5 GHz非授权频段的WLAN设备抗干扰能力差，会受到TD?LTE系统的影响；同时由于WLAN设备发射机性能的不完善，其带外干扰会对TD?LTE系统造成一定程度的干扰。因此分析研究TD?LTE与WLAN共室分系统干扰具有一定的必要性和实际意义。

1 TD?LTE与WLAN共室分干扰分析

从本质上来看，工作于不同频率的系统之间的干扰，都是由于发射机和接收机的不理想性而造成的。发射机的非理想性造成发射信号泄漏到信道外，落入异系统接收机工作信道内。据分析主要原因包括：发射机脉冲成型滤波器带外杂散、射频滤波器的邻频抑制能力以及功率放大器的非线性性等。接收机的不理想性使得接收机接收到信道外信号，从而造成干扰。据分析主要原因包括：接收机功率放大器的非线性性及射频滤波器的邻频抑制能力等。

对于同时工作于2.4 GHz频段的TD?LTE和WLAN系统而言，由于发射机滤波器的非理想性，干扰系统发射机会产生带外辐射干扰信号，经空间传播到达干扰系统接受机，形成干扰信号。其产生原理如图1所示。当多个室内覆盖系统共同覆盖同一场景时，会产生多种干扰影响覆盖质量，以杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰三类为主。

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图1 异系统干扰产生原理

1.1 杂散干扰

发射机中功放、混频、滤波等器件的非理想特性引起的杂散干扰是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到另外一个系统接收频段内造成的干扰。直接影响被干扰系统的接收灵敏度，影响覆盖区域边缘的覆盖效果。若杂散落入某个系统接收频段内的幅度较高，被干扰系统接收机系统是无法滤除该杂散信号的，因此必须在发信机的输出口加滤波器来控制杂散干扰。

对于杂散干扰，主要是预防接收机接收灵敏度的过度恶化。可在给定场景下，计算最大杂散干扰指标，从而得到相应的系统隔离度要求；同时可以根据相关空间传播模型得出系统隔离距离。3GPP中对系统共存干扰的确定性分析时采用的准则是灵敏度恶化0.8 dB（FDD）和3 dB（TDD），灵敏度恶化0.8 dB对应干扰低于噪声基底7 dB，恶化3 dB对应干扰等于噪声基底。对抗杂散干扰所要求的系统间的隔离度为：

[MCLemission≥PSPU-Pn-Nf-Nrise]

式中：[PSPU]为干扰基站发射的杂散信号功率；[Pn]为被干扰系统的接收带内热噪声；[Nf]为接收机的噪声系统；[Nrise]为正常工作时接收机的干扰提升。

1.2 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，从而产生非线性失真。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。

对于因发射机的大功率发射信号而引起的对接收机的阻塞影响，只要保证到达接收机输入端的强干扰信号的功率不超过系统指标要求的阻塞电平，系统就能可靠地工作。对抗阻塞干扰所要求的系统间的隔离度为：

[MCLblocking≥Po-Pb]

式中：[Po]为干扰发射机的输出功率；[Pb]为接收机的阻塞电平指标。

为满足系统共存时保证各自业务的正常开展，综合考虑阻塞干扰和杂散干扰的影响，要求的总隔离度应该为：

[MCL=max（MCLblocking，MCLemission）]

为了满足两个系统间隔离度要求，通常取杂散干扰和阻塞干扰隔离度中的最大值，如表1所示。

1.3 互调干扰

互调干扰是指当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的作用，这些干扰信号的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机，成为互调干扰，其中三阶互调最严重。互调干扰和交调干扰一样，主要产生在高放和变频级。TD?LTE与WLAN之间通常不产生一阶互调干扰，二者之间的三阶互调较复杂，仅会在极少数的频点产生。

2 TD?LTE与WLAN共室分系统干扰测试

目前，TD?LTE与WLAN系统共室分时，可以采用共用室分系统、分用室分系统以及LTE使用室分系统，WLAN单布三种典型场景。本文主要针对TD?LTE与WLAN共用室分系统和分用室分系统两种场景进行干扰测试。

2.1 LTE与WLAN共室分系统干扰测试

图2为TD?LTE与WLAN共用室分系统的场景示意图。LTE系统信号通过合路器内的带通滤波器进行抑制，从而降低干扰信号对WLAN系统的影响；反之亦然。

表2所示为某LTE与WLAN共室分系统干扰测试结果，其中低频点[f1]为2 401～2 423 MHz，中频点[f6]为2 447～2 469 MHz，表中百分比为开关LTE后，WLAN速率的变化。

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图2 TD?LTE与WLAN共用室分系统场景示意图

通过测试结果可以看出，共室分场景下，WLAN对TD?LTE基本没有干扰，但TD?LTE无论是单通道还是双通道，对WLAN都产生了一定的干扰，WLAN速率下降最高可达24%。即使频率隔离增加到100 MHz，干扰仍未明显降低。

2.2 LTE与WLAN分用室分系统干扰测试

图3所示为TD?LTE与WLAN分用室分系统的场景示意图。在室内独立部署环境下，两个系统连线间的水平距离要求达到足够的距离间隔。

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图3 TD?LTE与WLAN分用室分系统场景示意图

表3所示为某LTE与WLAN独立部署的干扰测试结果。LTE采用单、双通道室分系统，WLAN分别采用[f1f6]频点的放装型11g/11n AP，两系统天线间距为1 m，终端间隔为0.5 m。其中低频点[f1]为2 401～2 423 MHz，中频点[f6]为2 447～2 469 MHz，表中百分比为开关LTE后，WLAN速率的变化。

将测试结果与公室分场景相比，放装型WLAN所受LTE干扰更大，WLAN工作在低频点时，速率最高下降达92%。这是由于公室分下，通过布线损耗以及合路器80 dB的干扰抑制，使得干扰得到一定程度的规避。而放装型WLAN只能同过空间进行间隔。从理论上来说，两系统天线需间隔11 m可保证隔离度为61 dB，终端需间隔56 m可保证隔离度为75 dB。因此采用独立部署时，完全通过空间隔离进行干扰规避不可行，只能通过在TD?LTE端和WLAN端同时增加带外抑制滤波器加以解决。

3 TD?LTE与WLAN共室分系统的规避方案

TD?LTE与WLAN共室分系统的干扰主要存在于WLAN AP、WLAN终端、LTE eNB以及LTE UE四者之间。主要干扰场景包括8种情况，如表4所示。

表4 TD?LTE与WLAN公室分系统主要干扰场景

[干扰系统＼&；被干扰系统＼&；WLAN系统 STA＼&；TD?LTE系统基站＼&；WLAN系统 AP＼&；TD?LTE系统基站＼&；WLAN系统 STA＼&；TD?LTE系统终端＼&；WLAN系统 AP＼&；TD?LTE系统终端＼&；TD?LTE系统终端＼&；WLAN系统 AP＼&；TD?LTE系统基站＼&；WLAN系统 AP＼&；TD?LTE系统终端＼&；WLAN系统 STA＼&；TD?LTE系统基站＼&；WLAN系统 STA＼&；]

通过测试分析得知，TD?LTE和WLAN系统邻频共室分时，TD?LTE系统设备作为干扰源，产生的带外辐射会对WLAN系统造成较大干扰，使系统吞吐量显著下降。为使TD?LTE与WLAN系统更有效地室内分布共存，通常可从系统设计方案角度规避干扰和从工程角度规避干扰。

从设计方案角度规避干扰包括采用合路方式、空间隔离方式、加装带通滤波器、合理频率规划设计以及选用满足高指标要求的WLAN AP设备等。合路方式包括直接合路和后端合路方式，当直接合路不能满足系统隔离度要求时，可通过在后端接近天馈处增加合路器的方式馈入干扰信号或被干扰信号，从而进一步减弱杂散干扰信号或阻塞干扰信号的强度。而对于TD?LTE和WLAN系统独立部署的情况而言，则需通过天线间的空间距离隔离进行干扰规避。如果采用合路器方案或空间隔离方式不能满足隔离需要，可通过加装带通滤波器的方式增加系统间的隔离度。同时，在可能的情况下，系统之间尽量避免使用邻近频段，从而减少系统间的杂散干扰。

从工程角度规避干扰主要包括在施工准备阶段选择高质量的设备或器件；工程施工期间，严格掌控施工规范；后期项目维护过程中，对室内分布系统中的关键设备和器件，定期巡检维护，及时排障更换老化设备，从而降低对网络覆盖性能的不良影响。

4 结论

随着TD?LTE网络建设规模的逐步壮大以及TD?LTE和WLAN系统共室分的必然发展趋势，对TD?LTE eNB与WLAN STA/AP之间以及终端之间的相互干扰进行有效地规避和控制，已经成为LTE和WLAN共室分应解决的重要问题。本文对LTE和WLAN系统共室分的三种主要干扰进行了理论分析，同时完成了两种系统共室分和独立部署的干扰测试和结果分析，给出了干扰规避的方案。本着优化考虑利旧的部网原则，重点分析了采用合路器的规避方案。通过设计合适的合路器带外耦合损耗指标，即可有效地抑制WLAN AP与TD?LTE系统之间主要的8种场景的干扰。

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4 结论