作者:俞利遷 劉懷林

    摘要：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)中需要解決時(shí)分同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)與個(gè)人手持機(jī)系統(tǒng)(PHS)之間的干擾問(wèn)題。通過(guò)基于TD-SCDMA單系統(tǒng)平臺(tái)仿真分析PHS下行對(duì)TD-SCDMA上行的干擾，可得出TD-SCDMA系統(tǒng)與PHS系統(tǒng)共存所需的空間隔離度。仿真中TD-SCDMA系統(tǒng)的基站分別采用全向基站和定向基站比較兩種不同類型基站的蜂窩小區(qū)覆蓋距離和用戶的中斷情況。仿真結(jié)果表明，TD-SCDMA系統(tǒng)基站采用定向基站，小區(qū)覆蓋的距離比全向基站遠(yuǎn)，與PHS系統(tǒng)共存所需的空間隔離度比采用全向基站小10dB。

    要害詞：時(shí)分同步碼分多址；個(gè)人手持機(jī)系統(tǒng)；中斷率；鄰道干擾比

    Abstract:Itisnecessaryto solve the interference PRoblem between Time Division Synchronous Code Division Multiple access (TD-SCDMA) and Personal Handy-phone System (PHS) during the process of planning and building a mobile network. The space isolation required between TD-SCDMA and PHS can be oBTained by analyzing the interference from the PHS downlink on the TD-SCDMA uplink based on the emulation for a single TD-SCDMA system. In the TD-SCDMA system emulation, the omni-directional and direction-orientd base stations are used and a comparision is made betweem them in terms of coverage distance and interruption of user traffic. The results show that the directon-oriented base station has a longer coverage distance and a 10 dB decrease in isolation.

    KeyWords:TimeDivision-SynchronousCode Division Multiple Access (TD-SCDMA); Personal Handy-phone System (PHS）

    隨著3G腳步的日益臨近，各大運(yùn)營(yíng)商在對(duì)自己目前的網(wǎng)絡(luò)加大優(yōu)化力度的同時(shí)，都面臨著如何更好與后續(xù)系統(tǒng)相兼容的問(wèn)題，都在從成本代價(jià)最小、工程最具操作性、對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)影響最小的角度出發(fā)，尋求網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在的互干擾問(wèn)題的解決方案。

    政府主管部門也在密切關(guān)注并通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織來(lái)研究和制訂符合中國(guó)國(guó)情的最佳3G決策方案和政策規(guī)定。

    如何實(shí)現(xiàn)個(gè)人手持機(jī)系統(tǒng)(PHS)和時(shí)分同步碼分多址(TD-SCDMA)網(wǎng)絡(luò)的融合和共存，成為運(yùn)營(yíng)商共同關(guān)心和研究的重大課題，這個(gè)問(wèn)題假如解決得當(dāng)，可以極大地節(jié)省投資，有效控制風(fēng)險(xiǎn)，使運(yùn)營(yíng)商投資獲利最大化，會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

    中國(guó)對(duì)3G系統(tǒng)頻率使用進(jìn)行了規(guī)劃，規(guī)定1 880～1 920 MHz為時(shí)分雙工(TDD)使用頻段之一。目前，中國(guó)已大規(guī)模商用的PHS系統(tǒng)占用的是1 900～1 920 MHz頻段。因此，TD-SCDMA系統(tǒng)和PHS系統(tǒng)將在多個(gè)頻點(diǎn)處鄰頻共存。由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)濾波器的不完善性，共存的兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相互干擾，造成覆蓋半徑減小和系統(tǒng)容量降低。研究TD-SCDMA與PHS系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題，可以為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供重要的參考依據(jù)。隨著TD-SCDMA逐步走向商用化，TD-SCDMA與PHS系統(tǒng)之間的干擾與共存問(wèn)題已提到議事日程上來(lái)[1-5]。

    1 干擾分析

    干擾的產(chǎn)生是多種多樣的，某些專用無(wú)線電系統(tǒng)占用沒(méi)有明確劃分的頻率資源、不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、收發(fā)濾波器的性能、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容(EMC)以及有意干擾，都是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。系統(tǒng)間干擾類型主要有：加性噪聲干擾、鄰道干擾、交調(diào)干擾和阻塞干擾。

    加性噪聲干擾是指干擾源在被干擾接收機(jī)工作頻段產(chǎn)生的噪聲，包括干擾源的雜散、噪底、發(fā)射互調(diào)產(chǎn)物等等，使被干擾接收機(jī)的信噪比惡化。

    阻塞干擾是指當(dāng)強(qiáng)的干擾信號(hào)與有用信號(hào)同時(shí)加入接收機(jī)時(shí)，強(qiáng)干擾會(huì)使接收機(jī)鏈路的非線性器件飽和，產(chǎn)生非線性失真。

    鄰道干擾指在接收機(jī)第一鄰頻存在的強(qiáng)干擾信號(hào)，由于濾波器殘余、倒易混頻和通道非線性等原因引起的接收機(jī)性能惡化。

    交調(diào)干擾指當(dāng)多個(gè)強(qiáng)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，在接收機(jī)前端非線性電路作用下產(chǎn)生交調(diào)產(chǎn)物，交調(diào)產(chǎn)物頻率落入接收機(jī)有用頻帶內(nèi)造成的干擾。

    考慮到PHS和TD-SCDMA兩個(gè)系統(tǒng)均為TDD系統(tǒng)，且TD-SCDMA有一段頻段與PHS系統(tǒng)的頻段重疊，實(shí)際情況中應(yīng)該會(huì)是鄰頻共存。因此TD-SCDMA與PHS互干擾主要考慮PHS下行對(duì)TD-SCDMA上行的干擾和TD-SCDMA下行對(duì)PHS系統(tǒng)上行的干擾。對(duì)于PHS系統(tǒng)，由于占用的頻帶為1 900～1 920 MHz，跟TD-SCDMA系統(tǒng)1 880～1 900 MHz頻帶最為靠近，因此主要分析TD-SCDMA在該頻段上受到PHS系統(tǒng)下行的干擾，只要在該頻段上PHS對(duì)TD-SCDMA的干擾解決了，TD-SCDMA在其他頻段上受PHS干擾的問(wèn)題也就解決了。

    由于PHS系統(tǒng)的帶寬為300 kHz，因此假設(shè)PHS系統(tǒng)的中心頻率在1 900.15 MHz，根據(jù)中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)TC5 WG1頻譜子工作組召開(kāi)的會(huì)議確定的TD-SCDMA系統(tǒng)宏小區(qū)對(duì)PHS系統(tǒng)間共存的研究方法、仿真原理和仿真假設(shè)，規(guī)定PHS鄰道泄漏功率為：2△f的頻帶內(nèi)泄漏功率小于800 nW；3△f的頻帶內(nèi)泄漏功率小于250 nW，其中△f表示PHS系統(tǒng)帶寬(如圖1所示)。則TD-SCDMA系統(tǒng)在1 880～1 900 MHz頻段分兩種情況考慮。取TD-SCDMA的一個(gè)帶寬間隔1 888.40 MHz(PHS的3倍頻干擾在一個(gè)TD帶寬內(nèi)，3倍頻以外的干擾當(dāng)作雜散干擾進(jìn)行處理)為分隔點(diǎn)。在1 888.40MHz～11 900 MHz之間為最差情況，既要考慮雜散干擾又要考慮鄰頻干擾；在1 880～1 888.40 MHz當(dāng)作雜散干擾來(lái)處理。

    按RCR STD28 V4.0最新標(biāo)準(zhǔn)，核心頻段內(nèi)的雜散功率為1.6×251 nw=401.6 nW≌-34.0 dBm(≌表示nW與dBm之間的等效)。最差的情況，即中心頻率在1 900.15 MHz的載頻產(chǎn)生的泄漏功率為800 nW＋250 nW=1 050 nW≌-29.8 dBm，鄰道泄漏值大于雜散干擾值，所以在這個(gè)頻段必須考慮鄰道泄漏；對(duì)于1 880～1 888.40 MHz的頻段，如考慮鄰道泄漏，計(jì)算鄰道功率為250 nW≌-36 dBm，其值小于雜散干擾值，因此無(wú)需考慮鄰道泄漏，只考慮雜散干擾。

    綜合上述考慮，在不同頻段的干擾類型和功率為：

    1880MHz～1888.40 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm，1 898.72 MHz～1 900 MHz(雜散＋鄰道干擾)：401.6+800+250 nW=1451.6 nW≌-28.4 dBm，2 010 MHz～2 025 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm，2 300 MHz～2 400 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm。

    2 仿真研究

    2.1仿真過(guò)程介紹

    仿真的思想基于TD-SCDMA單系統(tǒng)同頻組網(wǎng)平臺(tái)，分析PHS下行對(duì)TD-SCDMA上行的干擾情況。信噪比(SIR)公式[6]為：

    其中ν是話務(wù)激活因子(語(yǔ)音通常為0.6，數(shù)據(jù)為1)，b是聯(lián)合檢測(cè)因子，a是多用戶檢測(cè)抑制因子，P是基站接收到TD-SCDMA用戶的功率，I own是本小區(qū)干擾，I other是鄰小區(qū)干擾，IPHS是PHS下行對(duì)TD-SCDMA上行的干擾，N是熱噪聲。

    本仿真的重點(diǎn)是I PHS的計(jì)算，仿真中采用1C7T的PHS基站(8個(gè)時(shí)隙，其中一個(gè)是控制時(shí)隙，支持7個(gè)用戶)，每個(gè)PHS基站最多容納7個(gè)用戶。由于我們只關(guān)心PHS下行對(duì)TD-SCDMA的影響，PHS系統(tǒng)本身做了許多簡(jiǎn)化。仿真中計(jì)算干擾的時(shí)候，把某個(gè)空口時(shí)隙的PHS信號(hào)減某個(gè)ACIR值的衰減作為干擾功率[7]，具體為：

    I PHS＝基站的發(fā)射功率－ACIR－路損(包括模型損耗和陰影衰落損耗)＋TD用戶智能天線增益賦形圖在PHS基站方向上的增益＋基站天線增益－TD饋線損耗－PHS饋線損耗

    其中，ACIR是鄰道干擾比，可以表示共存系統(tǒng)的干擾。

    ACIR與鄰道泄漏比(ACLR)和鄰道選擇性(ACS)關(guān)系公式為：

    其中ACLR是指鄰道(或者帶外)發(fā)射信號(hào)落入到被干擾接收機(jī)通帶內(nèi)的能力，ACS定義為發(fā)射功率與相鄰信道(或者被干擾頻帶)上的測(cè)得功率之比。ACS是指在相鄰信道信號(hào)存在的情況下，接收機(jī)在其指定信道頻率上接收有用信號(hào)的能力，ACS定義為接收機(jī)濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減的比值。

    TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線技術(shù)，該技術(shù)核心是自適應(yīng)天線波束賦形技術(shù)，可將無(wú)線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向(DOA)，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。本仿真采用的智能天線分為全向基站和定向基站兩種，全向天線采用的是8陣元的均勻圓陣，定向天線是8陣元均勻線陣。只要把全向或定向天線的方向圖主波束對(duì)準(zhǔn)單用戶，計(jì)算出PHS基站和該用戶之間的夾角，就可以得到PHS基站的賦形增益值。

    傳播模型的損耗與基站間的距離有關(guān)，與環(huán)境也有關(guān)系。本仿真采取的PHS基站到TD-SCDMA系統(tǒng)基站之間的傳播模型如圖2所示[7]。

    至于陰影衰落損耗，由于它服從正態(tài)分布，因此通過(guò)產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)的函數(shù)來(lái)模擬陰影衰落。考慮到各個(gè)PHS基站與TD-SCDMA基站間的陰影衰落具有相關(guān)性，因此計(jì)算陰影衰落的時(shí)候采用公式：

    Shadowj =a×hadowj +b×Shadow計(jì)算，其中陰影衰落的相關(guān)系數(shù)通常為0.5，Shadow表示所有基站位置產(chǎn)生的公共陰影衰落部分，Shadowj 表示單獨(dú)由第j 個(gè)基站位置產(chǎn)生的陰影衰落部分。

    仿真流程是：按照一定的方式分布基站，然后進(jìn)行多次快照，每次快照在這些小區(qū)(全向的或者扇區(qū)化的)中按照一定的方式撒入用戶，假定這些用戶不移動(dòng)，計(jì)算這些用戶上行受到PHS基站干擾后的上行信噪比，然后對(duì)這些用戶進(jìn)行上行功率控制，假如SIR目標(biāo)

    具體步驟如下：

    (1)分布基站。本文采用的是按照規(guī)則六邊形的蜂窩狀小區(qū)來(lái)分布基站，基站可以是全向的也可以是扇區(qū)化的。

    (2)進(jìn)行快照循環(huán)。在每次快照中重新撒入用戶，進(jìn)行功率控制。對(duì)于某一次快照，撒入的用戶分布可能具有一定的非凡性，所以需要進(jìn)行大量的快照，用大量快照的統(tǒng)計(jì)平均來(lái)模擬實(shí)際情況。

    (3)在一次快照中，首先是撒入用戶，然后是功率控制過(guò)程。撒入用戶的方法是：撒入一個(gè)用戶，在廣播信道中計(jì)算該用戶到四周各基站的實(shí)際路損，根據(jù)廣播信道的路損來(lái)判定該用戶物理歸屬小區(qū)，還需要根據(jù)一定的規(guī)則來(lái)判定歸屬小區(qū)是否接受該用戶，假如不滿足條件就需要重新撒入，假如滿足條件就算撒入了一個(gè)用戶。重復(fù)上面的過(guò)程直到撒入足夠的用戶個(gè)數(shù)。

    (4)干擾計(jì)算，下行4個(gè)空口時(shí)隙對(duì)TD-SCDMA的干擾分別計(jì)算，再對(duì)4個(gè)下行空口時(shí)隙的結(jié)果做平均，然后計(jì)算在這個(gè)干擾基礎(chǔ)上的TD-SCDMA用戶的中斷率，最后做各個(gè)快照間的中斷結(jié)果的平均。

    2.2仿真結(jié)果

    對(duì)于中斷率的仿真，首先選取小區(qū)覆蓋半徑，做法如下：在沒(méi)有PHS下行干擾的情況下，即在TD-SCDMA單系統(tǒng)找到中斷率非常接近5%下的相對(duì)應(yīng)的TD-SCDMA系統(tǒng)蜂窩小區(qū)覆蓋半徑(由于TD是單系統(tǒng)同頻組網(wǎng)，所以參數(shù)ACIR值不影響中斷率)，然后固定小區(qū)半徑，仿真不同的ACIR值下得到的中斷率變化曲線。

    本仿真TD-SCDMA系統(tǒng)采用的是全向基站系統(tǒng)中斷率為4.967%下的對(duì)應(yīng)的半徑(388 m)；定向基站是中斷率5.029%下的對(duì)應(yīng)的半徑(512 m)。根據(jù)CCSA的統(tǒng)一設(shè)置，PHS系統(tǒng)基站的半徑取為TD-SCDMA系統(tǒng)基站半徑的1/4。

    得到TD-SCDMA系統(tǒng)基站和PHS基站的分布如圖4所示，TD-SCDMA采用的是2層蜂窩系統(tǒng)，PHS采用的是9層蜂窩系統(tǒng)。

    在快照時(shí)均勻隨機(jī)的撒入用戶時(shí)，首先判定撒入的用戶屬于哪個(gè)小區(qū)，然后判定該用戶是否被小區(qū)接收。假如撒入的用戶符合以下條件的可以被所在的小區(qū)接受，否則丟棄該用戶并重新撒入用戶。

    條件1：總用戶數(shù)未到小區(qū)最大用戶數(shù)。

    條件2：與基站間的距離大于設(shè)定的最小距離。

    條件3：到服務(wù)小區(qū)的路損應(yīng)該在路損的最小值和最大值之間。

    假如TD-SCDMA的基站屬于定向基站，那么撒入的用戶還應(yīng)該滿足智能天線的應(yīng)用條件。

    一次快照中撒入有效用戶的位置分布，全向基站如圖5所示，定向基站如圖6所示。

    基本上是一個(gè)小區(qū)8個(gè)用戶，對(duì)于有的小區(qū)出現(xiàn)多于8個(gè)用戶也是正常的，因?yàn)樾^(qū)邊緣的用戶可能到鄰小區(qū)的鏈路損耗更小，它實(shí)際上屬于鄰小區(qū)。

    最后分別得到全向基站和定向基站再加入PHS干擾后TD-SCDMA用戶的中斷情況(如圖7所示)。

    從圖7中可以看出，智能天線采用定向基站的效果明顯好于全向基站，同樣在TD-SCDMA單系統(tǒng)下，要求5%中斷率的情況下，全向基站蜂窩小區(qū)覆蓋的距離約為388 m，而定向基站可以覆蓋到512 m左右；在加入PHS下行的干擾后，同樣在5%中斷率的情況下，TD-SCDMA系統(tǒng)采用全向基站必須與PHS基站有95 dB左右的空間隔離度，而定向基站的空間隔離度在85 dB左右。

    在仿真的時(shí)候，理論分析考慮的都是很惡劣的情況：

    (1)仿真的中斷率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，5%的中斷率相當(dāng)于現(xiàn)網(wǎng)1%的掉話率，因此對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)5%的中斷率這一指標(biāo)要求還是很高的。

    (2)所有TD-SCDMA和PHS系統(tǒng)的天線高度一樣，而且還有可能出現(xiàn)天線對(duì)打情況，而實(shí)際中各天線的高度各異，也不存在主瓣對(duì)打情況；由于TD-SCDMA天線的空間位置高于PHS基站天線的空間位置，所以可以將PHS天線更換為對(duì)上副瓣抑制較大的類型。

    (3)仿真采用同頻組網(wǎng)，假如是異頻組網(wǎng)，TD-SCDMA系統(tǒng)的性能將大大提高。

    (4)若采用垂直隔離將大大提高工程實(shí)施的可行性。

    (5)仿真PHS天線沒(méi)有考慮濾波器作用，實(shí)際操作可通過(guò)PHS基站發(fā)射天線加帶通濾波器來(lái)減小PHS雜散。同時(shí)采用垂直隔離和加濾波器濾波方法將更具有工程可實(shí)施性。

    (6)理論分析TD-SCDMA的工作頻段為1 880～1 900 MHz，實(shí)際中TD-SCDMA優(yōu)先使用2 010～2 025 MHz頻段，在該頻段上TD-SCDMA受到PHS系統(tǒng)的干擾減小，所需的空間隔離度也就小些。

    綜上所述，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中PHS干擾TD-SCDMA系統(tǒng)所需的空間隔離將好于上述理論分析。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    目前TD-SCDMA逐步走向商用化，對(duì)TD-SCDMA與PHS系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題的討論成為熱點(diǎn)。本文在中興通訊股份有限公司TD-SCDMA單系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，基于干擾的主要類型，著重分析了PHS下行對(duì)TD-SCDMA上行的干擾問(wèn)題[8]。通過(guò)對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的基站分別采用全向基站和定向基站進(jìn)行討論，得出兩種系統(tǒng)共存的情況下兩個(gè)系統(tǒng)的基站所需要的空間隔離度。

    4 參考文獻(xiàn)

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    作者簡(jiǎn)介：

    俞利遷，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院在讀碩士研究生。2006年在中興通訊股份有限公司實(shí)習(xí)。目前主要從事移動(dòng)通信中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化、智能天線技術(shù)。

    劉懷林，中興通訊股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部工程師，主要研究方向?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)仿真、互干擾以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。（寧一編輯）