NR与异系统共址天线隔离度分析
2020-05-07
1 研究背景和意义
为了进行5G网络的快速建设，初期运营商通常会采取5G与现有网络共站址的部署方式，新系统的引入不可避免对现有民用通信系统（CDMA 800M 、GSM900、DCS1800、WCDMA、TD-SCDMA、LTE）产生相互干扰，需要通过频率、空间的隔离或增加滤波器等手段减低干扰的影响。
本文通过分析5G和其它系统之间的杂散、阻塞干扰，获得系统之间的天线隔离度要求，计算出5G天线与其它系统之间的安装隔离距离，进而指导实际工程建设。
2 现网系统频率使用情况
当前移动、联通、电信3家运营商有GSM900、DCS1800、CDMA、WCDMA、TDSCDMA、TD-LTE、FDD LTE等制式的运营网络，各系统网络制式及频率范围如表1所示。
3 杂散干扰分析
杂散干扰是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到另一个系统的工作频段中而可能造成的干扰，当这种干扰信号电平超过被干扰系统的接收灵敏度一定比例时，会降低系统的接收灵敏度。
避免杂散干扰而要求的天线隔离度按照公式（1）进行分析。
表1 现网各运营商移动通信系统频率使用情况
其中，干扰系统杂散功率，通常是协议里定义的某种系统干扰另一种系统的杂散指标。当灵敏度损失1 dB时，被干扰系统允许接收到的最大干扰电平（各系统干扰基站杂散辐射在被干扰基站的接收机处引入的噪声功率上限）Ni：
其中，Nf是噪声系数，BW是接收系统带宽。
3.1 NR对异系统的杂散干扰
以对LTE宏基站的干扰为例，进行计算说明。3GPP协议38.104[1]定义了NR基站与其他基站共站时的杂散指标要求，其中NR干扰LTE系统杂散功率要求是-96 dBm/100 kHz。
被干扰系统LTE子载波带宽15 kHz，根据公式2，被干扰系统允许接收到的最大干扰电平：Ni=-174+Nf+10*log（BW）- 6，其中Nf根据主流厂家的设备情况一般取值3 dB，BW取值15 kHz，结果为-135 dBm/15 kHz,折算为-127 dBm/100 kHz,根据上面的天线隔离度计算公式1，天线隔离度为31 dB。
NR对其他系统杂散干扰的隔离度计算结果如表2所示。
表2 NR对异系统杂散干扰隔离度计算结果
3.2 异系统对NR的杂散干扰
计算方法与3.1章节相同，但需注意WCDMA、LTE对NR的杂散指标要求，分别在3GPP协议25.104[2]和36.104[3]有明确定义，但CDMA、GSM、TDSCDMA等系统对NR的杂散指标，协议未有定义，根据设备厂家的调研反馈情况，其杂散指标取值可暂参照LTE系统。
表3 异系统对NR杂散干扰隔离度计算结果
4 阻塞干扰分析
阻塞干扰主要是由于进入接收机的干扰信号过强，使有源器件饱和进入非线性区引起的。即使干扰系统不产生任何带外杂散，如果被干扰系统的滤波器对干扰系统发射抑制能力不够，也将使强信号落入到后者的接收机上，使接收机饱和，从而引起阻塞干扰。
为了避免被干扰系统受到阻塞干扰，计算所需的天线隔离度公式为：
其中被干扰系统允许接收到阻塞功率按协议定义。
4.1 NR对异系统阻塞干扰
根据阻塞干扰的天线隔离度计算公式3，NR对异系统阻塞干扰的隔离度计算结果如表4所示。需要注意：
（1）16 dBm的阻塞信号要求是CW信号，并不代表是全部100 MHz的宽带信号的功率积分，会使用WB信号（5 MHz带宽）作为参考；以AAU为例，NR干扰系统5 MHz上的积分功率大约40 dBm。
（2）WCDMA、LTE对NR的阻塞功率指标，分别在3GPP协议25.104和36.104有明确定义，但CDMA、GSM、TDSCDMA等系统对NR的阻塞功率指标，协议未有定义。表4中的计算取值暂参照LTE系统的。
表4 NR对异系统阻塞干扰隔离度计算结果
4.2 异系统对NR阻塞干扰
根据阻塞干扰的天线隔离度计算公式3，异系统对NR的阻塞干扰隔离度计算结果如表5所示。
表5 异系统对NR阻塞干扰隔离度计算结果
5 天线隔离度和隔离距离
天线隔离度区分水平方向和垂直方向的隔离度。
垂直方向隔离度计算公式：
其中d：发射天线与接收天线垂直距离，x：被干扰载波波长
水平方向隔离度计算公式：
其中d：发射天线与接收天线水平距离，x：被干扰载波波长，GT：发射天线在干扰频率上的增益，GR接收天线在干扰频率上的增益
分别根据垂直和水平方向上的隔离度计算公式（4）和公式（5），可以推导出两个方向上的天线安装距离，结果如表6所示。
6 结论
根据本文对NR和异系统间杂散干扰和阻塞干扰的分析，5G和异系统之间需满足至少31 dB的隔离度要求。在与异系统共站址安装时，要注意天线垂直和水平方向上的安装间距。例如，与LTE1.8 G共站址安装，天线水平间距要求至少48 cm，天线边缘间的垂直间距要求至少20 cm。
表6 系统间天线隔离度和隔离距离
