异系统对TD-LTE系统（F频段）的干扰分析
中国移动广东公司中山分公司 潘广津 赵明伟 卿春 姜宏伟
【摘要】本文从移动通信系统间互干扰的基本原理、干扰的原因、分类以
及分析方法，讨论了 TD-LTE作为新的无线通信标准制式，如何在2G、3G及以后新制式中生存、发展，如何克服异系统间各种干扰问题。详细分析了F频段的TD-LTE系统和异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)共存时的干扰问题，共同推进移动四网的协同发展。
【关键词】TD-LTE、GSM/DCS、干扰、共存
1. 概述
TD-LTE作为正在蓬勃发展中的无线通信标准制式，有着美好的前景，但在实际商用中还有一些问题。其中之一就是如何能在2G、3G及以后新制式中生存、发展问题。目前，为了降低建网成本，在建设TD-LTE系统时多数会选择共站址的建网方案，一方面可以减低成本，另一方面可以提高工程建设的效率。但是，TD-LTE标准作为一个后来者，在考虑TD-LTE网络不对现有网络造成干扰的同时，也要考虑现有各无线制式的网络不会对新建的TD-LTE网络造成干扰。
共站址必然带来异系统互干扰问题，下面以分析F频段的TD-LTE系统和异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)共存时的干扰问题。
2. 系统间互干扰的基本原理
2.1 3GPP频谱分布情况分析
以下图1频谱是3GPP给出的需要考虑共存共站的各标准无线制式的频谱分布情况。
图1 3GPP频谱分布图
通过以上3GPP给出的频谱分布分析，在各系统间，不可避免地存在各种类型的干扰，包括共站杂散、共存杂散、共站阻塞等，都是3GPP协议36.104中所要求的。本文主要分析F频段的TD-LTE系统和异系统(主要是DCS1800和GSM900系统)共存时的干扰分析。
2.2 系统间互干扰的原因
干扰产生的原因是多种多样的。频率资源划分不明确、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。
不同系统之间的互干扰，与干扰和被干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，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。
图2给出了两个射频站间互干扰原理图，主要用于共址基站间的干扰分析。与干扰强度相关的重要射频器件包括干扰站的发放大器、发滤波器和被干扰站的收滤波器、接收机。天线隔离度指的是两个天线终端间的路径损耗，即从干扰站发单元输出端口到被干扰站收单元输入口的路径损耗。
图 2 两个射频基站间干扰的示意图
2.3 系统间干扰分类
干扰分为内部干扰和外部干扰，而外部干扰又包括系统间干扰及其它随机干扰，针对系统间干扰，系统间干扰类型主要有：杂散干扰、阻塞干扰、交调干扰、邻频干扰，分析说明如下。
杂散干扰：由于发射机中的功放、混频器和滤波器等器件的非线性，会在工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量, 包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等；当这些发射机产生的干扰信号落在被干扰系统接收机的工作带内时，抬高了接收机的噪底，从而减低了接收灵敏度。
阻塞干扰：阻塞干扰并不是落在被干扰系统接收带内的，但由于干扰信号过强，超出了接收机的线性范围，导致接收机饱和而无法工作。
交调干扰：主要是由接收机的非线性引起的，后果也是抬高噪底，降低接收灵敏度。
邻频干扰：如果不同的系统工作在相邻的频率，由于发射机的邻道泄漏和接收机邻道选择性的性能的限制，就会发生邻道干扰。对于TD-LTE，由于各不同组织频谱划分的不同，可能出现FDD-LTE和TD-LTE、WIMAX和TD-LTE存在邻频布网的情况。
2.4 系统间干扰分析方法
通常分析系统间的干扰时主要关注杂散和阻塞干扰，杂散和阻塞分析方法如下：
对于杂散和阻塞的分析，一般基于36.104和36.101协议所规定的指标来进
行，以下对杂散和阻塞进行推导。
举例说明，对于TD-LTE，20MHz带宽，协议要求的-101.5dBm灵敏度，基站通常采用0.8dB灵敏度损失为评估准则。
参考灵敏度（PREFSENS）是指接收机在理想传播环境下接收微弱信号的能力。LTE协议对其定义是：对于指定的参考测量信道，系统吞吐量不小于最大吞吐量95%的条件下，天线连接口处输入的最低信号电平。
接收灵敏度的计算公式为：S=Pn+NF+SNR 式中，Pn=10lg（KTB）为接收机输入端的热噪声，K=1.381*10-23 W/Hz/K为波尔兹曼常数，T = 290K；B为射频载波带宽(Hz)，协议制定灵敏度指标时规定的资源块数目为25RB，即占用带宽为4.5MHz；故接收机输入端的热噪声功率Pn= -174+10lg（4.5MHz）= -107.5dBm。NF为接收链路（从天线端口到解调器端口）的系统噪声系数；SNR为解调信噪比门限。通常将Pt=Pn+NF称为接收机底噪。目前对于TD-LTE可估算出接收机的噪声系数NF应小于4dB。
? 杂散
基底噪声一般用每MHz来衡量，可以对应到对其他系统杂散的要求，基本都用/MHz来表示。那么接收机的基底噪声就是-174（dBm/MHz）+60dB(MHz)+4dB(NF)=-110dBm。按照系统可容忍的0.8dB的灵敏度损失，也就是说允许底噪再抬高0.8dB。那么也就是允许其他系统的杂散在本系统带宽内的干扰功率为-109.2dBm-(-110dBm)=-116.9dBm(注意这是把dBm换算为mW相减，然后再折算回dBm)。因此，在灵敏度损失的容忍度范围内，其他系统杂散在TD-LTE系统天线入口处在工作频段内所产生噪声应该小于-116.9dBm/MHz，才能够满足要求。
对于不同的场景，最小耦合损耗（MCL）的设定值不同，假设共站的MCL设为30dB，共存的MCL设为70dB。对于共存来说，其他无线通信系统比如GSM、UMTS等的杂散要求就是-116.9dBm/MHz+70dB=-46.9dBm/MHz。协议上对于带外共存杂散的要求是不同的，不过大概都在-47dBm/MHz左右，所以我们的推导也是符合协议对异系统干扰的考虑。
对于共站的最坏情况考虑，那么对于共站的异系统的辐射杂散要求即为-116.9dBm/MHz+30dB=-86.9dBm/MHz。基本接近于协议对共站杂散的要求
-98dBm/100kHz。
? 阻塞
对于阻塞的考虑。一般系统的功率大约在46dBm左右，协议在考虑共站杂散其实就是系统的最大发射功率减去共站最小耦合损耗（MCL），即46dBm-30dB=16dBm。
如果波段内阻塞性能要求为-43dBm则是考虑到对系统中频滤波器性能的约束；波段外-15dBm则是考虑到对系统中频滤波器和腔体滤波器性能的约束。这个一般不在互干扰分析中体现。
3. GSM/DCS系统对F频段LTE系统干扰理论分析
目前国内F频段TD-LTE的工作频点为1880-1900MHz，这涉及到GSM1800对F频段的TD-LTE的杂散干扰、GSM900的二次谐波干扰以及联通移动的DCS1800对TD-LTE的互调干扰。
3.1 DCS1800对F频段TD-LTE的杂散干扰
中移DCS1800和联通DCS与1880MHz分别隔了65MHz和30MHz，协议规定DCS下行工作频段为1805MHz-1880MHz，无委核准的DCS1800设备频段为1805-1850MHz，也有少量的设备频段为1805-1880MHz，核准的工作频段频段为1805-1880MHz，如下图3：
图3 无委核准的DCS1800设备频段
如果DCS1800基站工作频段在1805MHz-1880MHz，当DCS1800的滤波器性能差，设计没有考虑与F频段系统设备共址要求设计时，会对F频段TD-LTE产生比较严重的杂散干扰，F频段LTE和DCS1800基站共址就难了。根据协议对DCS带外杂散定义可以计算出1880-1900MHz带宽内产生的干扰为：-7.2dBm，其中1880-1890MHz中产生的干扰为-8dBm,1890-1900MHz内产生的干扰为-15dBm，TE-LTE 20MHz带宽中前后10MHz相差7dB左右。
考虑到1.5m的空间隔离，MCL约为42dB，两边的馈线接口损耗共2dB，