移动通信系统FDD/TDD之间频率干扰研究(上)

概述
　　由于TD-SCDMA系统采用TDD模式，上下行链路在一子帧中都存在，而WCDMA或CDMA2000系统采用的是FDD模式，如果两种系统都使用ITU建议的2G频段，则TD-SCDMA系统与WCDMA或CDMA2000系统的上行链路可能会存在干扰。  
研究两者的干扰只能基于TDD系统的不同时隙进行，当TD-SCDMA系统处于上行链路通信状态时，此时的干扰主要是TDD UE对FDD BS的干扰，以及FDD UE对TDD BS的干扰。而当TDD系统处于下行链路通信状态时，此时的干扰主要是TDD BS对FDD BS的干扰，以及FDD UE对TDD BS的干扰。本报告将基于这两种情形研究TD-SCDMA和FDD系统间的干扰，由于TD-SCDMA建议采用智能天线技术，所以本仿真报告分成两大部分，第一部分重点研究全向天线技术下TD-SCDMA和FDD干扰共存问题，而第二部分则重点研究智能天线技术下TD-SCDMA和FDD干扰共存问题。
基本干扰模式
　　FDD/TDD之间的共存研究不仅考虑基站和移动台之间的干扰，也要考虑基站和基站以及移动台和移动台之间的干扰。
1.1 基站对移动台的干扰
　　基站对移动台的干扰包括FDD基站对TDD移动台的干扰和TDD基站对FDD移动台的干扰，如图1所示。

1.2 移动台对基站的干扰
　　移动台对基站的干扰包括FDD移动台对TDD基站的干扰和TDD移动台对FDD基站的干扰，如图2所示。

1.3 移动台对移动台的干扰
　　不论FDD系统还是TDD系统，其移动台时时在移动，因此两个不同系统的移动台可能靠得很近（<1米），这时可能会发生移动台对移动台的干扰情况，如图3所示。

1.4 基站对基站的干扰情况
　　当FDD基站和TDD基站共站址或两基站距离不远时，由于基站的带外发射或阻塞，很可能发生基站对基站之间的干扰。基站对基站的干扰包括FDD基站和TDD基站之间的相互干扰，如图4所示。

　　对于工作在1920 MHz频率附近的两种系统，只会发生TDD MS干扰FDD BS、TDD BS干扰FDD BS、FDD MS干扰TDD MS和FDD MS干扰TDD BS等情况，而工作在2500 MHz频段的两种系统，则会产生上述所有干扰情况。
　　WCDMA系统与TD-SCDMA系统之间的干扰分析
　　当WCDMA系统的载波与TD-SCDMA系统的载波相邻且只考虑1920 MHz频段时，根据WCDMA与TD-SCDMA的载波频率配置，WCDMA载波中心频率与TD-SCDMA的载波中心频率间的间隔至少为:
　　载波间隔=1/2*(WCDMA载波5MHz)+0.200MHz
　　+1/2*(TD-SCDMA载波1.6MHz)=3.5 MHz
　　具体频率配置如图5所示，这时只会发生WCDMA移动台干扰TD-SCDMA基站和移动台以及TD-SCDMA基站和移动台干扰WCDMA基站。

2.1 WCDMA系统对TD-SCDMA系统的干扰研究
2.1.1 ACIR的确定
2.1.1.1 WCDMA系统移动台的ACLR
　　WCDMA系统与TD-SCDMA系统干扰时，WCDMA系统移动台的ACLR值可根据其频谱发射掩模计算，此时WCDMA带外泄漏功率为:

2.1.1.2 TD-SCDMA系统移动台ACS的确定
　　参见3GPP TS 25.102, TD-SCDMA UE的ACS的值见表1:

2.1.1.4 WCDMA系统对TD-SCDMA系统干扰时的ACIR
　　根据以上计算，我们可以计算出WCDMA系统和TD-SCDMA系统在不同频率偏置时的ACIR值，见表3。

2.1.2 全向天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA移动台和基站的干扰
　　在仿真WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰时，不考虑TD-SCDMA对WCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m的全向小区，对于运营商间的距离共仿真了三种情况：运营商间距离为0、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。WCDMA系统上行链路的用户数为单WCDMA系统能够支持的满意用户数的75%，即在仿真时始终保持WCDMA系统噪声升高6dB。干扰仿真结果见图6和图7。

　　从图6和图7可以看出，当WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰时:

　　1. TD-SCDMA系统上下行容量损失均随着ACIR值的增大而减小，但对于TD-SCDMA系统的下行链路，ACIR可设定为任意值，容量损失均小于5%。
　　2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为0即共基站时，上下行的容量损失最小，运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大，上下行容量损失也最大。
　　3. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔虽然有3.5 MHz，但在频率偏置为3.5 MHz时WCDMA移动台对TD-SCDMA上行链路和下行链路的ACIR值分别为30.6 dB和30.8 dB，可见在基站间隔为0、R/2和R时，WCDMA移动台均不会对TD-SCDMA移动台和基站的接收造成干扰。
2.1.3 智能天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA移动台和基站的干扰
　　在智能天线情况下，由于智能天线增益可达8 dB以上，此时TD-SCDMA系统资源受限（12.2 kbit/s话音时最大可传输8路话音，而通过单系统仿真可见TD-SCDMA系统的上下行容量均超过8路），所以此时智能天线时WCDMA移动台对TD-SCDMA基站和移动台的干扰可以忽略（R<1500m）。
2.1.4 结论
　　从以上的仿真结果可以看出，当WCDMA与TD-SCDMA邻频工作时，在全向天线时不论两系统的基站如何不知，WCDMA的移动台均不会对TD-SCDMA系统移动台和基站产生有害干扰;在智能天线情况下，由于智能天线增益可达8dB以上，虽然TD-SCDMA系统的容量大大提高，但仍资源受限，这时WCDMA的移动台也不会对TD-SCDMA系统移动台和基站产生有害干扰。
2.2 TD-SCDMA系统对WCDMA系统的干扰研究
　　在1920 MHz频段时，只会发生TD-SCDMA基站和移动台干扰WCDMA基站的情况。
2.2.1 ACIR的确定
2.2.1.1 TD-SCDMA基站的ACLR
　　根据3GPP TS 25.105，基站的发射功率大于34dBm时，其带外发射将不超过表4所规定的限值。

　　当TD-SCDMA基站使用1900～1920 MHz时，且与WCDMA共存时或共址时要求TD-SCDMA的带外发射不超过表5的限值。当基站发射功率为34 dBm时，则共址时的ACLR为114 dBc，共存时的ACLR为70 dBc。

　　一般UE发射将不超过表6所规定的发射限值。
　　此时TD-SCDMA UE带外泄漏功率为:

2.2.1.3 WCDMA基站的ACS
　　前已计算，WCDMA基站在5 MHz和10 MHz频率偏置时，WCDMA基站的ACS分别为45 dB和57 dB。
2.2.1.4 TD-SCDMA系统对WCDMA系统干扰时的ACIR
　　根据以上计算，我们可以计算出WCDMA系统和TD-SCDMA系统在不同频率偏置时的ACIR值，见表7。

2.2.2 TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响
2.2.2.1 全向天线时TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响
2.2.2.1.1 系统容量与ACIR，系统间基站间隔距离
　　在仿真TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的干扰时，不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m的全向小区，对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。TD-SCDMA系统移动台（上行链路）的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数的75%。干扰仿真结果见如图8。（图9 给出了TD-SCDMA系统移动台（上行链路）的用户数设置为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数时WCDMA BS的容量，仅供参考）。

　　从图8可以看出:
　　1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。当ACIR≥50dB时，容量损失随ACIR值的增大而趋于平衡。
　　2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为0即共基站时，上行的容量损失最小，运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大，上下行容量损失也最大。但当ACIR≥50dB，容量损失基本不随运营商基站距离的变化。
　　3. 为了保证系统容量损失小于5%，在小区半径为577米时，上行链路的ACIR至少应为34dB。
　　4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB，可见TD-SCDMA与WCDMA两系统在基站间隔为0、R/2和R时，TD-SCDMA移动台不会对与WCDMA基站的接收造成干扰。
2.2.2.1.2 系统容量与ACIR，小区半径
　　上面的结果显示了在小区半径为577米，两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时，WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况。下面的仿真结果显示了在小区半径为1000米和3000米时WCDMA的容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况（见图10、图11、图12）。


　　从图10～图12可以看出，
　　1. 随着小区半径的增大，WCDMA上行容量损失随着增大，当ACIR≥50dB时，容量损失基本不随半径的变化而变化。
　　2. 当小区半径在1000米和577米时，WCDMA上行容量损失基本相同，即当小区半径小于1000米，WCDMA上行容量损失不随小区半径的增大而变化。
　　3. 当小区半径等于3000米时WCDMA上行容量损失比小区半径小于1000米时WCDMA上行容量损失要小得多，这主要由于3000米半径时，小区容量明显减少之故。
　　4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时， TD-SCDMA与WCDMA两系统不论基站间隔为0、R/2和R，还是小区半径为577米、1000米和3000米，TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。
2.2.2.1.3 小结
　　以上分析了TD-SCDMA在全向天线时，TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响。在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB，不论TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站如何设置，也不论小区半径的大小，TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。
2.2.2.2 智能天线时TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响
2.2.2.2.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离
　　在仿真TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的干扰时，不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m的全向小区，对于运营商间的距离共仿真了三种情况：运营商间距离为0、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。TD-SCDMA系统移动台（上行链路）的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持用户数的75%。干扰仿真结果见图13。

　　从图中可以看出:
　　1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。
　　2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为10米即共站址时，WCDMA系统上行容量损失最小，运营商间的干扰最小;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最大，上行容量损失也最大。
　　3. 为了保证WCDMA系统上行容量损失小于5%，在小区半径为577米时，TD-SCDMA 移动台与WCDMA基站(WCDMA为上行链路)的ACIR至少应为36dB。
　　4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5 dB，可见TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站不管如何设置，TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。
2.2.2.2.2 系统容量与ACIR及小区半径
　　上面的结果显示了在小区半径为577米，两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时，WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA移动台干扰时随ACIR的变化情况。下面的图14仿真结果显示了在小区半径为3000米时WCDMA的上行容量在受到TD-SCDMA干扰时随ACIR的变化关系。

　　从图14中可以看出，在智能天线情况下其干扰结果与全向天线情况下相似，即当小区半径等于3000米时WCDMA上行容量损失比小区半径小于1000米时WCDMA上行容量损失要小得多，因此只要满足小区半径577米时的干扰要求就行了。
2.2.2.2.3 小结
　　以上分析了TD-SCDMA在智能天线时，TD-SCDMA移动台对WCDMA基站的影响，其结果与全向天线时的相似，即在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为37.5dB，不论TD-SCDMA与WCDMA两系统的基站如何设置，也不论小区半径的大小，TD-SCDMA移动台均不会对WCDMA基站的接收造成干扰。
2.2.2.3 结论
　　从以上仿真可知，在TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，TD-SCDMA移动台不会对WCDMA基站的接收造成干扰。
3.2.3 TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响
3.2.3.1 全向天线时TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响
3.2.3.1.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离
　　在仿真TD-SCDMA基站对WCDMA基站的干扰时，不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m的全向小区，对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。TD-SCDMA系统基站（下行链路）的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持的用户数。干扰仿真结果见图15～图17。

　　从图中可以看出:
　　1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。
　　2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。
　　3. 为了保证系统容量损失小于5%，在小区半径为577米时，共址时TD-SCDMA基站与WCDMA基站（WCDMA上行链路）的ACIR至少应为78dB；当基站的间隔距离为小区半径时，所需的ACIR至少应为60dB以上；当基站的间隔距离为小区半径的一半时，所需的ACIR也至少应为60dB以上。
　　4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，此时TD-SCDMA移动台与WCDMA基站之间的ACIR值为45dB，可见TD-SCDMA与WCDMA两系统在基站间隔为0、R/2和R时，TD-SCDMA基站会对WCDMA基站的接收造成干扰。为了避免干扰，在基站间隔为R时，需要34dB的额外隔离，或适当增加保护带宽。
2.2.3.1.2 系统容量与ACIR及小区半径
　　图15～图17 也显示了小区半径不同时的仿真结果。从图中可以看出:
　　1. 当两系统共基站时，半径为3000米时的容量损失比半径为577米的容量损失大;当两系统基站间隔为R和R/2时，半径为3000米时的容量损失比半径为577米的容量损失小;而当两系统基站间隔为R和R/2，半径为1000米时的容量损失要大，这主要由于基站的发射功率变大所致。
　　2. 当两系统共基站时，在小区半径为3000米时， TD-SCDMA基站与WCDMA基站（WCDMA上行链路）的ACIR至少应为90dB左右;当两系统基站间隔为R和R/2时，TD-SCDMA基站与WCDMA基站（WCDMA上行链路）的ACIR至少应为70dB左右。
2.2.3.1.3 小结
　　以上分析了TD-SCDMA在全向天线时，TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响。当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，TD-SCDMA基站与WCDMA基站之间的ACIR值为45dB，而在小区半径为577米时，共址时TD-SCDMA基站与WCDMA基站（WCDMA上行链路）的ACIR至少应为78dB，需附加衰减33dB;在3000米时ACIR至少应为90dB。当两系统基站间隔为R和R/2时，TD-SCDMA基站与WCDMA基站（WCDMA上行链路）的ACIR至少应为70dB左右。
3.2.3.2 智能天线时TD-SCDMA基站对WCDMA基站的影响
3.2.3.2.1 系统容量与ACIR及系统间基站间隔距离
　　在仿真TD-SCDMA基站对WCDMA基站的干扰时，不考虑WCDMA对TD-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m的全向小区，对于运营商间的距离共仿真了三种情况:运营商间距离为0、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。TD-SCDMA系统基站（下行链路）的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持的用户数。干扰仿真结果见图18。

　　1. WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小。
　　2. 运营商间的距离对系统性能的影响也很大。当运营商间的距离为10米即共基站时，上行的容量损失最大，运营商间的干扰最大;而运营商间的距离为577m(小区半径)时运营商间的干扰最小，上下行容量损失也最小。
　　3. 为了保证WCDMA上行容量损失小于5%，在小区半径为577米时，共站时的ACIR至少应为89dB;基站间隔距离为R和R/2时，ACIR至少应为74dB。
　　4. 当TD-SCDMA与WCDMA邻道工作时，WCDMA与TD-SCDMA的载波间隔为3.5 MHz，TD-SCDMA基站与WCDMA基站之间的ACIR值为45 dB，而在小区半径为577米时，共站时的ACIR至少应为89 dB，尚需44dB的额外衰减;基站间隔距离为R和R/2时，ACIR至少应为74dB，尚需29dB的额外衰减。
2.2.3.2.2 系统容量与ACIR及小区半径
　　上面的结果显示了在小区半径为577米，两系统基站间隔距离分别为0、R/2和R时，WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干扰时随ACIR的变化情况。下面的仿真结果显示了在小区半径为3000米时WCDMA的容量在受到TD-SCDMA基站干扰时随ACIR的变化情况，见图19。

　　从图中可以看出，当运营商间的距离为10米即共基站时，小区半径越大，WCDMA的容量损失越大；为了保证WCDMA上行容量损失小于5%，共站时的ACIR至少应为89dB。