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TD—LTE系统干扰分析

来源:233网校论文中心[ 13-02-18 08:35:44 ]阅读:7作者:程敏编辑:studa1211

  【摘 要】文章对TD-LTE的系统内外干扰的机理进行了系统分析,并结合标准中的设备性能最低要求计算出典型情况下系统间隔离度要求,以及隔离度的实现方法。
  【关键词】TD-LTE 干扰 隔离度
  1 概述
  随着TD-LTE标准的冻结、设备的成熟以及移动互联网业务飞速发展,TD-LTE已经成为业界的关注焦点。而TD-LTE系统内外干扰问题是网络部署时必须要考虑的关键问题之一。
  TD-LTE系统面临的干扰包括噪声Pn、系统内干扰Iintra-system和系统间干扰Iinter-system,下面将分别对这三种干扰进行分析。
  2 噪声
  噪声可以按照来源分为接收机内部噪声和外部噪声。接收机内部噪声包括导体的热噪声和放大器的噪声放大;外部噪声是指来自接收机以外的非移动通信发射机的电磁波信号,可以分为自然噪声和人为噪声。
  一般在进行分析时主要考虑接收机内部噪声,可通过以下式子计算得到:
  Pn=KTB+NF (1)
  其中:
  K:波尔兹曼常数(Boltzmann constant),1.380662×10-23JK-1;
  T:开尔文绝对温度,一般计算中取常温290K;
  B:接收机有效带宽;
  NF:接收机的噪声系数,标准中一般取基站的噪声系数分别为7dB。
  由于LTE系统带宽在1.4MHz~20MHz可变,并且采用OFDMA/SC-FDMA的多址方式,用户实际只占用系统带宽中的一部分。因此,信道的热噪声水平也会随着占用带宽的变化而变化。
  3 系统内干扰
  系统内干扰是本移动通信系统内各无线网元收发单元之间的干扰。
  3.1 同频干扰
  TD-LTE系统同小区下的不同用户下行采用OFDMA、上行采用SC-FDMA的多址方式,不同用户占用不同的、相互正交的子载波,因此不存在3G系统中的同小区不同用户的多址干扰问题。LTE系统中的同频干扰主要是同频的其他小区的干扰,这也是LTE系统中干扰协调、抑制技术要解决的问题。
  3.2 LTE TDD系统上下行链路间干扰
  LTE TDD系统采用时分双工的方式,上下行信道工作在相同的频点,通过上下行转换点设置上下行信道可占用的时隙。上行与下行之间由于时间转换点不一致、基站之间不同步或无线信号传播时延等,可能出现“重叠”(同时存在上行链路和下行链路)的时间点,引起eNode B小区间或终端用户间的干扰。
  (1)相邻小区间或同小区不同频率间的上下行转换点不一致
  如果相邻小区第二转换点设置不同,在上下行配置不同的时隙,会出现一个小区eNodeB发射时,另一个小区eNode B正在接收的情况,因而将出现比较严重的上下行链路间干扰,如图1所示:
  为了避免该类干扰,规划中应注意:
  1)结合各区域的上下行业务量需求特点,尽量在成片的区域内采用同一时隙分配方案;
  2)在采用不同时隙分配方案的区域交界处,相邻两个采用不同时隙分配方案的小区中,应有一个闭塞发生重叠的时隙,或者两个相邻小区通过检测重叠时隙上的干扰强度,决定是否将用户继续分配在该重叠时隙上。
  (2)相邻小区间失同步
  在相邻的小区之间同步基准不一致时,即使小区间采用相同的转换点设置方案,由于起始时刻不同,也会有“重叠”时间点出现,如图2所示:
  LTE的eNode B之间一般采用外接参考时钟源(如GPS或伽利略卫星系统)实现同步。当外接参考时钟源故障,以及同步过程误差过大时,都有可能出现Node B之间失同步。根据3GPP TS36.133要求,采用相同频率、且有重叠覆盖区域的相邻Node B之间,帧起点的时间误差应小于或等于3μs(覆盖距离小于3km);如果满足该要求,则相邻小区间的上下行干扰时间很短,对网络的性能影响不大。
  在规划LTE TDD系统的基站间同步时,应满足该要求。
  (3)无线传播时延大于转换点保护时隙
  在无线信号传播过程中,随着传播距离的增加会形成传播时延。此外,在采用移动通信直放站延伸小区覆盖距离时,也会引入直放站设备的时延。传播距离产生的时延为:
  Δτ=d/c (2)
  其中,d是传播距离,c是光速。
  在一个小区内如果传播时延过大,也会引起终端的上行链路对附近其他终端的下行链路接收形成干扰。为了在eNode B接收端实现各终端的上行信号同步,终端必须提前一定的时间发送上行的UpPTS和子帧2。如图3所示,以eNode B发射端的时间作为基准,该时间提前量应该等于终端到eNode B的无线传输时延τ,也就等于Node B发射的下行信号到达终端的无线传输时延。如果以终端接收到的下行信号时间作为基准,该时间提前量就是两倍的无线传输时延(2τ)。
  相对于接收到的下行信号基准,由于终端需要以2τ的时间提前量发送上行UpPTS和子帧2,如果2τ大于DwPTS和UpPTS之间的保护间隔GP,就会引起该终端的上行UpPTS信道干扰附近其他终端接收来自Node B的DwPTS信道。因此,按照以下公式可确定不产生上下行干扰的最大传输距离(即最大覆盖距离):
  (3)
  其中,tgap是保护时间间隔。
  根据标准中的特殊子帧配置,可计算得出不同特殊子帧配置格式下TD-LTE基站的最大覆盖距离,如表1所示:
  如果存在移动通信直放站等转发设备,由于直放站设备内部的滤波器件固有时延和光纤介质中的信号传播时延,会导致上述时延保护间隔对应的最大覆盖距离进一步缩小。

  考虑到该干扰信号经过远距离的传播损耗后,信号功率已经比较微弱,工程中一般较少考虑该干扰的影响。
  (4)邻频干扰
  由于设备滤波特性的非理想性,干扰也存在于使用相邻频率的各方之间。
  假设不同频率上的终端数量和位置分布相同,从3GPP标准中对接收机的ACS和ACLR指标要求来看(一般在30dB以上),相对于同频干扰,邻频干扰对接收机的影响小30dB以上,即邻频干扰比同频干扰弱1000倍以上,可以忽略。
  4 系统间干扰
  4.1 系统间干扰类型
  从形成机理角度可分为邻频干扰、杂散辐射、接收机互调干扰和阻塞干扰。
  (1)邻频干扰(ACI)
  如果不同的系统分配了相邻的频率,就会发生邻频干扰。由于收发设备滤波性能的非完美性,工作在相邻频道的发射机会泄漏信号到被干扰接收机的工作频段内;同时被干扰接收机也会接收到工作频段以外其他发射机的工作信号。决定该干扰的关键特性指标是发射机的ACLR和接收机的ACS。
  (2)杂散辐射(Spurious emissions)
  由于发射机中的功放、混频、滤波等部分工作特性非理想,会在工作带宽以外很宽的范围内产生辐射信号分量(不包括带外辐射规定的频段),包括电子热运动产生的热噪声、各种谐波分量、寄生辐射、频率转换产物以及发射机互调等。
  邻频干扰和杂散辐射不同,邻频干扰中所考虑的干扰发射机泄漏信号指的是被干扰接收机所处频段距离干扰发射机工作频段较近,尚未达到杂散辐射的规定频段的情况,即有效工作带宽2.5倍以上(或者工作带宽上下边界10MHz以外的频段)。当两系统的工作频段相差带宽2.5倍以上(或者相隔10MHz以上)时,滤波器非理想性将主要表现为杂散干扰。
  (3)接收机互调干扰
  接收机互调干扰包括多干扰源形成的互调、发射分量与干扰源形成的互调(TxIMD)、交叉调制(XMD)干扰。
  多干扰源形成的互调是由于被干扰系统接收机的射频器件非线性,在两个以上干扰信号分量的强度比较高时所产生的互调产物。
  发射分量与干扰源形成的互调是由于双工器滤波特性不理想,所引起的被干扰系统的发射分量泄漏到接收端,从而与干扰源在非线性器件上形成互调。
  交叉调制也是由于接收机非线性引起的,在非线性的接收器件上,被干扰系统的调幅发射信号,与靠近接收频段的窄带干扰信号相混合,将产生交叉调制。
  (4)阻塞干扰
  阻塞干扰并不是落在被干扰系统接收带宽内的。但由于干扰信号功率太强,而将接收机的低噪声放大器(LNA)推向饱和区,使其不能正常工作。被干扰系统可允许的阻塞干扰功率一般要求低于LNA的1dB压缩点10dB。
  根据不同干扰形成的特性,邻频干扰、杂散干扰、互调干扰都是落在被干扰系统接收机内,被其接收而恶化通信质量的;阻塞干扰则是在被干扰系统接收带宽以外,通过将被干扰系统接收机推向饱和而阻碍通信的。
  对于落在被干扰系统的接收带宽内的干扰,可以进行功率上的相加。总的干扰功率为:
  (4)
  其中,PACI、PSE、PIMD分别为邻频干扰、杂散干扰、互调干扰,单位为dBm。
  一般情况下,三种干扰的强度相差较大;合成的干扰功率将主要取决于其中最大的一项。即使在最极端的情况下,三种干扰强度相等,总的干扰功率增加4.5dB,仍符合一般情况下干扰指标留有的余量要求。因此工程中一般分别核算各干扰情况是否满足系统指标要求,以简化分析。

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