TD-SCDMA与WCDMA共站互干扰研究

摘要

由于TD-SCDMA与WCDMA系统共存时，特别是共站时不可避免的存在相互间的干扰。本文就TD-SCDMA与WCDMA系统间的干扰类型进行了详细分析和研究，计算出消除系统间干扰所需要的隔离度要求，从而得到实际工程实施中系统间天线的空间隔离距离要求。

关键词

TD-SCDMA；WCDMA；干扰；隔离

中图分类号：R472文献标识码： A

1引言

随着第三代移动通信（3G）的迅速发展，各种不同的网络技术，TD-SCDMA、WCDMA及CDMA2000均得到了大规模的商用，并和原已运行的GSM，CDMA等2G网络形成多制式共存的格局。但由于高频器件的非线性特性，这些不同系统或标准之间将可能存在相互干扰，造成系统容量的损失。而随着电信竞争的日益激烈，各电信运营商为了降低运营成本，会相互间共享站点资源，从而降低投资规模，这更增加了不同系统间，如TD-SCDMA和WCDMA因共站而产生的相互干扰。

3GPP充分考虑了系统间相互干扰影响，制定了规范的系统间干扰仿真方法、评估准则，但是该标准并没有给出最后的结论和相应的解决方案。因此，本文旨在对TD-SCDMA与WCDMA系统间的干扰类型进行了分析，供规避干扰时参考。

2互干扰理论分析

干扰的产生是多种多样的，某些专用无线电系统占用没有明确划分的频率资源、不同运营商网络配置不当、收发滤波器的性能、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。系统间干扰类型主要有：加性噪声干扰、邻道干扰、交调干扰、阻塞干扰。

不同系统之间的互干扰原理，与干扰和扰两个系统之间的特点以及射频指标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，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，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；同时接收机也存在非线性，带外信号（发射机有用信号）会引起接收机的带外阻塞。

我们知道,干扰源的发射信号（阻塞信号、加性噪声信号）从天线口被放大发射出来后，经过了空间损耗L，最后进入扰接收机。如果空间隔离不够的话，进入扰接收机的干扰信号强度够大，将会使接收机信噪比恶化或者饱和失真。因此干扰分析的原理就是首先计算接收机能容忍的干扰信号强度门限，然后和发射机发射的干扰信号强度（已知）比较，得到最低的空间隔离度要求，最后换算为空间距离。

TD-SCDMA与WCDMA间的互干扰问题主要需要考虑TD-SCDMA上行和WCDMA上行的干扰。两系统间不存在交调和邻道干扰，因此以下将主要针对加性噪声干扰和阻塞干扰进行分析：

3TD-SCDMA与WCDMA共存的各种互干扰形式

3.1TD-SCDMA基站对WCDMA基站上行的加性噪声干扰

由TD-SCDMA基站发射机带外杂散和噪底直接落在WCDMA接收机的工作频段造成的干扰。3GPP协议对TD-SCDMA基站发射机带外杂散辐射的指标规定如下：

因此理论计算规避TD基站对WCDMA基站加性噪声干扰需要的隔离度为：

表1 理论计算规避TD基站对WCDMA基站加性噪声干扰需要的隔离度

WCDMA基站接收机灵敏度 WCDMA基站接收机噪底 WCDMA基站灵敏度下降1dB所需要的外加噪声 消除加性噪声干扰所需要的隔离度

-121dBm -103dBm/3.84MHz -108.87dBm/3.84MHz -80-(-108.87)=28.87dB

加性噪声干扰的计算公式如下：

根据公式1接收机灵敏度方程:

Sensitivity (dBm) = N(dBm)+SNRout(dB) 公式1

其中，Sensitivity为接收机灵敏度，N为接收机底噪，SNRout为基带解调信噪比。

按照业界惯例，以灵敏度恶化1dB为干扰判断准则。通过公式2和3可以计算允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度：

公式2

可知：公式3

其中ΔS为灵敏度恶化值（这里取1dB），Ir为允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度，N为接收机底噪。

此时根据公式4我们可以计算规避干扰所需要的空间隔离度为：

公式4

其中D为规避干扰需要的空间隔离度，S为干扰源发射机杂散，Ir为允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度。

3.2TD-SCDMA基站对WCDMA基站上行阻塞干扰

由于TD-SCDMA发射机发射强信号进入WCDMA接收机，导致接收机饱和失真。

3GPP协议规定中没有考虑TD-SCDMA与WCDMA基站共存的阻塞干扰要求。

根据TD-SCDMA基站最大发射功率41dBm，考虑两系统天线间至少应有20dB的传播损耗，则规避对WCDMA基站阻塞干扰所需41-20-（-40）=61dB。

3.3WCDMA基站对TD-SCDMA基站上行的加性噪声干扰

根据3GPP协议，WCDMA基站在2010~2025MHz带外杂散指标:在1MHz带宽内，最大值为-86dBm。协议已经考虑到两系统共存和共站的情况，因此WCDMA基站带外杂散对TDSC DMA基站上行的加性噪声干扰较弱，规避干扰所需要的隔离度为：-86-(-111.87)=25.87dB.

3.4WCDMA基站对TD-SCDMA基站上行阻塞干扰

按照3GPP协议要求，WCDMA基站发射功率是43dBm，因此需要的空间隔离度：43-（-15）=58dB，考虑到W是宽带信号，阻塞影响大于载波信号，因此留4dB余量取隔离度62dB。

3.5分析总结

从理论分析的结果看，3GPP协议考虑了两系统共存的情况，因此符合协议指标的TD-SCDMA与WCDMA系统间规避干扰需要的隔离度较小，理论上以WCDMA基站对TD-SCDMA基站的阻塞干扰为主，规避干扰所需要的隔离度为62dB。

隔离度与空间距离的换算可参照如下方式：

水平隔离

水平隔离度计算公式：

DH（dB） = 22 +20 log (S /λ) － （Gt ＋ Gr）

其中：

（1）S ＝ 天线水平间距（米）。

（2）λ ＝ 中心频率对应的波长（米）。

（3）Gt ＝ 在收发天线直线连线上发射天线增益（dBi）。

（4）Gr ＝ 在收发天线直线连线上接收天线增益（dBi）。

通常情况下，水平方向上基站天线不可能正对，一般会按一定角度排列。下面列出几个典型的定向天线非正对情况下的空间隔离度数据：

以1950MHz频段为例，假设WCDMA收发天线均为17dB增益，半功率波瓣宽为65°的定向天线，同向；

根据此类天线的方向图，可以估算出折算到两天线正对方向（偏转90°）上的增益Gt’和Gr’为

水平隔离度：22 +20 log (S /λ) － （Gt’ ＋ Gr’）=22 +20 log (S /λ) -2*0.5

以1950MHz频段为例，假设WCDMA收发天线均为17dB增益，半功率波瓣宽为65°的定向天线，偏向35°；

倾斜架设时的隔离

DS ( dB )＝（DV - DH）×（θ/ 90）+ DH

其中：

（1）θ＝ 天线之间的垂直夹角（度）。

（2）λ＝ 中心频率对应的波长（米）。

可以看出：倾斜架设时天线隔离度小于完全垂直隔离度，但大于水平隔离度。

通过外场测试验证，倾斜隔离度经典计算公式与实际测试值有一定差距，在应用时需要留10dB以上的余量。因此我们建议在LOS距离内的倾斜隔离度均按水平隔离方法计算。

据此可以计算得到TD-SCDMA和WCDMA共存所需要的空间距离如下：

表2 理论分析与结合实际TD-SCDMA与WCDMA共存需要的空间隔离距离

隔离度要求 TD-SCDMA与WCDMA共存（理论） TD-SCDMA与WCDMA共存（结合实际）

空间隔离度要求(dB) 62（WCDMA对TD-SCDMA阻塞干扰） 40（阻塞干扰为主）

垂直隔离时距离要求 1.1m 0.31m

水平隔离距离要求（理想条件下两系统天线无正对增益时） 16m 1.3m

水平隔离距离要求（TD采用全向天线11dBi增益，与WCDMA天线主瓣背向时） 55m 4.5m

水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时） 1.2km 100m

注意：这里最恶劣情况时两系统的正对增益取值如下：

WCDMA天线增益18dBi，TD-SCDMA天线增益11+9=20dBi。

可见理论情况下TD-SCDMA与WCDMA系统可以依靠垂直隔离实现共站址。仅靠水平隔离时对空间隔离距离要求过高，必须对两系统基站均加装带通滤波器（隔离度大于40dB）降低阻塞干扰才能通过水平隔离实现共站址。

4结合实际情况规避干扰的隔离要求

4.1外场隔离要求

室外条件下，需要通过工程上的空间隔离来保证两系统基站间的隔离度。

结合现有产品指标分析，TD-SCDMA和WCDMA基站前端射频滤波器相互的抑制达到50dB以上，因此系统间规避阻塞干扰的空间隔离度要求较理论分析结果要低，保证40dB即可。

注意：这里最恶劣情况时两系统的正对增益取值如下：

WCDMA天线增益18dBi，TD-SCDMA天线增益11+9=20dBi。

从上式可以看出实际情况下，TD-SCDMA与WCDMA系统共站的隔离要求比较低，如果在TD-SCDMA与WCDMA系统中各自加装滤波器，TD滤波器可降低带外WCDMA信号的阻塞干扰（1920~1980MHz），WCDMA滤波器可降低带外TD信号的阻塞干扰（2010~ 2025 Mhz）。则滤波器的隔离度要求30dB即可，共站的隔离要求将非常简单。即使不共站时两系统天线正对，也只要保证100m的空间距离即可。

4.2室内分布系统隔离要求

通过前面的理论分析我们知道TD-SCDMA与WCDMA系统共存需要的隔离度要求，在室内分布系统中，主要通过高指标的合路器实现系统间隔离，加上两系统发射机到接收机间的馈线损耗在5~10dB，因此TD-SCDMA与WCDMA系统间要求保证40dB的隔离度即可（如果采用分天馈方式共存，则需要考虑天线增益增加隔离度）。

5总结

外场条件下，结合实际产品性能，建议两系统共存时规避干扰所需要的空间隔离距离如表2所示。室内分布系统中，TD-SCDMA与WCDMA系统间要求保证40dB的隔离度即可。如果采用分天馈方式共存，则需要根据天线增益计算隔离度。

6参考文献

[1] 黄标，彭木根，王文博，《第三代移动通信系统干扰共存研究》，《电信科学》2004年第7期 34页

[2] Harri Holma，Antti Toskala，《WCDMA技术与系统设计》，机械工业出版社 2004年

[3] Peter Vizmuller，《RF Design Guide》，Artech House Publishers，2005年