PHS与WCDMA系统共存干扰问题研究

摘要：文章分析了PHS 和WCDMA 系统共存下的干扰问题，通过设置相关的仿真条件和假设， 对PHS系统干扰WCDMA 进行了MonteCarlo 仿真，得到被干扰系统容量损失和ACIR 间的关系，最后提出了解决干扰的方案。

1 频率干扰原理分析

移动通信系统的干扰主要有：同频干扰、邻频干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰。工作于不同频率的系统产生共存干扰是由于两个系统内发射机和接收机特性的不完善造成的。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来的非完美性，带外信号（发射机有用信号）会引起接收机的带外阻塞。发射机和接收机间的干扰还取决于两个系统工作频段的间隔和收发信机空间隔离等因素。由于PHS 系统和WCDMA 系统的频率间隔很近，因此两系统间存在着干扰的可能性，本文仿真分析了PHS 对WCDMA 系统的干扰及容量损失的关系。

2 干扰类型及分析方法

2.1 干扰类型

在1920MHz 频段，由于PHS 与WCDMA 的上行处于邻频段，因此会存在PHS 和WCDMA 的干扰问题。可能的干扰情况有：WCDMA 终端干扰PHS 基站，WCDMA 终端干扰PHS 终端， PHS 终端干扰WCDMA 基站， PHS 基站干扰WCDMA 基站。或者根据无线信号的上下行关系，将以上四种干扰情形表示为：

◆ WCDMA UL —>PHS UL；
◆ WCDMA UL —>PHS DL；
◆ PHS UL —>WCDMA UL；
◆ PHS DL —>WCDMA UL。

2.2 分析方法

根据3GPP 规范，干扰分析主要有两种方法：确定性计算方法和MonteCarlo仿真方法。

(1)确定性计算方法

当PHS 系统基站在发射信息，同时在相邻的小区中WCDMA 系统基站以临近的频率接收时，就会出现基站之间的干扰。避免这种干扰的最好的方法是通过网络规划，使得基站之间有足够的耦合损耗。

最小耦合损耗（MCL）＝干扰功率- 邻道衰减- 邻道

其中：干扰功率为干扰源的发射功率，邻道干扰电平指落入接受频带内的干扰电平功率， 邻道衰减指的就是邻道干扰比ACIR。这种方法只适用于理论上估计和分析，得出的结论不太符合实际系统，但该方法简单高效，容易计算。

(2)MonteCarlo 仿真方法

对基站和移动台的发射功率、基站的负载等情况进行仿真，得出近似真实环境下的干扰情况。该方法目前应用最广泛，也是公认的行之有效的方法，但该方法随着系统的复杂，运算量和系统资源需求会急剧增加。确定性计算方法主要是对两个系统基站间干扰的最坏情况进行研究，采用确定性分析得到额外需要的隔离度。因此建议对研究基站与基站间、基站与终端间和终端与终端间干扰采用MonteCarlo仿真方法。

3 仿真及假设

3.1 传播模型

（ 1） BS<—>MS

这个模型应用在城市或郊区的环境，这些环境中建筑物有相似的高度，没有突出的高度。公式为：

考虑到载波频率为2000MHz，基站的天线的高度为15米，公式变为：

LMS-BS = 37.6lg (R)+15.3式中R 单位为米。

（2）室外到室内传播模型L = 149.0 + 40lg (R)式中R 单位为公里。

（3）自由空间的路径损耗L=-27.6+20lg(f)+20lg(d)

其中，d 表示间隔距离（m），f 是载波频率（MHz）。该模型适用于短距离（几十米以内）传播的情况。各种情况下计算出的路径损耗均不应该小于自由空间的路径损耗，如果小于自由空间路径损耗的话，应该强制其为自由空间的路径损耗值。

（4）传播模型的应用
◆ WCDMA 宏蜂窝基站和移动台（包括WCDMA 系统移动台和PHS 移动台）之间的路径损耗计算采用BS<—>MS 模型；
◆ PHS 基站与其移动台之间的路径损耗计算采用"室外到室内传播模型"；
◆ PHS 基站与WCDMA 基站处于NLOS 时， 它们之间的路径损耗计算采用BS<—>MS 模型；
◆ PHS 基站与WCDMA 基站处于LOS 时，它们之间的路径损耗计算采用自由空间传播模型。

3.2 仿真原理和仿真假设

PHS 系统的仿真频率选在1905～1920MHz 范围内，每个基站采用二个载波，即1C7T 的工作方式。小区半径为250米，全向天线覆盖，基站之间的平均间距为500 米。WCDMA系统的小区半径为577 米，1 个WCDMA 系统的基站被4 个PHS 基站所包围。PHS 系统采用随机分配频率的方式，即每个基站均可以使用5MHz 频率中的任意两个不相邻的频率，可以使用同一载波的相邻时隙（每个载波最多4 个用户），这时PHS 基站的平均发射功率为2W（依每载波实际接入的用户数量而定）。当PHS 满足所需的载干比（C/I）时，系统不切换；当C/I 不满足通信要求时则发起切换，有两种切换方式：

◆若电平大于25dBu 时就T-channel switch；
◆若电平小于25dBu 时就Handover。

（1）拓扑结构假设

WCDMA 系统的拓扑结构为整齐排列的64 个正六边形小区，PHS 的拓扑结构也是正六边形的小区，数目的多少由PHS 小区半径相对于WCDMA 小区半径的大小而定。本文假设WCDMA 小区半径R 为577m 且保持不变，PHS 的半径r 可取r ＝R 和r ＝R/2。如果PHS 的半径r ＝R，则PHS的基站数目对应取64 个；如果r ＝R/2，则1 个WCDMA 系统的基站被4 个PHS 基站所包围，所以PHS 基站数量为256个，下面的仿真结果也是在这两种情况下给出的。

（2）干扰假设

本文中只给出PHS 对WCDMA 干扰的仿真情况，没有讨论WCDMA 对PHS 的干扰仿真。在仿真中主要有如下的假设条件：

◆ PHS 系统容量以5％的阻塞率为标准衡量；
◆ WCDMA 系统基站位于小区中间，使用全向天线模型；
◆由于WCDMA 小区半径不变，只改变PHS 的小区半径，从而小灵通的分布密度不同，针对不同的PHS BS/UE分布密度，得出不同ACIR 对应的不同的容量。

4 仿真结果

考虑到PHS 系统协议简单且不严格，而WCDMA 技术规范完备，本文主要仿真PHS 基站和手机对WCDMA 基站的干扰。

4.1 PHS UE 干扰WCDMA BS 时的情况

PHS UE 干扰WCDMA BS 时的系统性能如图1 所示。

图1 PHS UE 干扰WCDMA BS

从图中可以看出，PHS 小区半径小时，WCDMA 基站覆盖区内的PHS UE 数目很大，PHS 移动台对WCDMA BS 的干扰也比较大，当ACIR=60dB 以上时，WCDMA 基站的容量损失才能控制在5% 之内。

4.2 PHS BS 干扰WCDMA BS 的情况

PHS BS 干扰WCDMA BS 在" r ＝R" 时存在运营商之间的位置关系，且不共站的情况干扰一定会比共站的时候小。从图2 知，曲线"r ＝R/2"性能要比"r ＝R(共基站)"的好，但是要比"r ＝R(相距R)"和"r ＝R(相距R/2)"的差。由此我们知道，系统间BS 之间的距离对WCDMA 的性能影响较大。当两系统共站时，PHS 基站与WCDMA 基站之间的隔离应为ACIR =100dB；当"r ＝R/2"时，PHS基站与WCDMA 基站之间的隔离应为ACIR =90dB。

图2 PHS BS 干扰WCDMA BS

5 结论及建议

从以上仿真的结果可知，PHS 系统和WCDMA 系统之间需要有较大的隔离才能避免干扰，对实际网络两系统的共存提出了较高的要求。建议采用以下几种解决方案。

（1）增加天线间的耦合损失。

增加天线间的耦合损失是最经济有效的方法，通过适当的布置（水平或垂直隔离），天线间的最小耦合损失(MCL)可以从30dB 提高到50～60dB 而不牺牲基站位置设置的灵活性。

（2）采用滤波器方法。

在原有设备的无线系统的基础上，通过附加滤波器来进一步提高发射机或接收机的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度。

（3）频率保护带

保护带解决方法就是通过频率规划，使得干扰系统的发射频段和被干扰系统的接收频段在频域上得到一定的距离。随着隔离的增大，干扰系统发射机信号落入被干扰接收机接受带宽内的分量减少，同时接收机接受滤波器对干扰系统信号的衰落加大，因此系统间干扰减少。