WiMAX基站与IMT-2000基站间干扰共存研究，孙慧，，本文主要研究了WiMAX系统基站与IMT-2000系统基站间的干扰共存问题，采用确定性计算方法研究两系统基站间的邻频干扰。在干扰分析的基��
山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 一些管部门可能使用仟意双工间隔或相反的双工方式。但是当管部门选择采用混合的 FDDITDD方式,并且使用固定的双工间隔时,双工间隔和双工方式优选C1方案 美国FCC在2004年允许固定黴波业务使用2495~269GHz频段,这极大促进了Wmax系统在 此频段的设备研制和开发。因此将导致在部分地理区域,例如“热点”地区,出现3G和 Wimax系 统邻频共冇的情况。由于高频器件的非线性特性,这些不同系统之间将冇在相互干扰,造成3G 系统容量损失以攴 Wimax系统性能下降。 WIMAX的双工方式为TDD,与邻频工作的IMT2000系统间可能出现以下干扰场景。 1) IMT-2000 BS + WiMAX BS 2) IMT-2000 BS + WiMAX UE 3) IMT-2000 UE ()WIMAX BS 4) IMT-2000UE> WiMAX UE 这里我们着重于用确定性分析方法来研究第一和场景。 确定性分析方法 硏究同一地理区域内邻频工作的无线通信系统间的共存问题通常用以下三种方法:确定性 分析、蒙特卡罗仿真和实地测试方法。其中确定性分析方法基于链跻预算原则,通过理论计算 得出衡量两系统能否共存的重要指标之一:保证受害系统能够正常运营所需的系统间额外保护 度的粗值,为蒙特卡罗仿真提供哩淰指导和校验依据。首先,根据十扰源发射枳和受害接收机 ψ心频率间隔和发尉机发射频谱特性和接收杋接收频谱特性计算两系统间该干扰链路的邻信 道干扰比ACR,再由受害系统干扰评估准则求出受害接收机所能容纳的最人外来干扰电平,最 后通过公式(2)求出所需额外保护度AL AL= PTx +GTx +GbfTx +GbfRx- Pathloss +GRx-ACIr-Imax 其中:Px为干扰源发射功率,Gπx为干扰源天线增益,Gh/x为发送分集增益,Gb/κ为接 收分集增益,Pα schloss为干扰链路路径损耗,GRκ为接收杋天线増益,mα为受害接收杋所能 容忍的最大外来十扰强度。 确定性分析方法通常用于定性分析台站间的干扰,该方法比较适用于基站间干扰分析,但 是对于终端与基站间以及终端与终端间的干扰,山于移动终端的数日众多以及位置的不确定性, 会导致结果的不确定性,通常只能根据最差情況计算相关干扰,无法得到比较切合实际的结果。 因此我们在这里主要运用确定性方法来硏究两系统基站间的相互扰情况。确定性分析一服选 取干扰最严重的链路进行分析,且相关参数,如发射功率,发射天线增益,接收天线增益均取 最大佶,所得干扰程度较实际情况严重一些,但该方法简单髙效,适合研究前期进行定性分析。 基站基站路径损耗模型 当wMAX基站和MT-2000基站间距离大于dbak时采用双折线视距传播模型,并由于 反射或散射效应,衰减系数增大倍,考虑10dB的对数正态阴影衰洛;小于 break时采用自由 空问模型,不考虑对数正态阴影衰落,如公式(3)所示 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 40.7+20log(d) k<d<d break 40.7-20log(break)+40log(d) reak 其中距离d表示基站之间的距离,单位为米。拐点计算公式为 4.h.h 在 WiMAX基站与IMI-2000基站间简化路径损耗公式为 Pathloss=40*log10(R)21.22,R>1248m,附加10dB阴影衰落 Pathloss-40.74+20*log10(R,R<1248m,无阴影衰洛; 的计算 邻信道干扰功率比( Adjacent Channel Interference Ratio,AC/R)可以用式(1)综合表征邻信 道泄漏比和邻信道选择性。 ACIR ACLR ACS 的计算 邻信道沮漏比( Adjacent Channel Leakage Ratio,ACLR)定义为发射功率与邻信道测得功 率之比 表2某移动通信系统基站发射机的频谱 △f f offset 最高点 测量带宽 0.8MHz<△f< 0815MHz≤ f offset 20 dBm 30 kHZ L O MHZ <1.015MHz 0MHz<△f 1. 015MHz <f offset offset 30 kHZ l 8 MHz <1.815MHz -20dBm-10( 1.015) MHz dB 1.8MHz<△f< 1. 815MHz< f offset 2 8 dBm 30 kHZ 2.3 MHZ 2.315MHz 2.3MHz<△f 2.315MHZ< f offset -13 dBm 1 MHZ <△fmax f offsetmax 上表2中为某移动通信系统基站发射机的频谱模板,其中Δf为载波频率与最靠近载波频率 的测量滤波器降3dB频率点之间的频差;f- offset是载波频率与测量滤波器中心频率之间的频 差 根据上表中BS的发射模板计算1.6MHz处的ACLR,设BS的最大发射功率为34dBm。BS相 邻信道偏移是1.6MHz,相应的Δ/范围为θ.8MHz~2.4MHz,根据发射模板采用中值积分法分段 积分 (1)当10.8MHz≤△f<1.0MHz时 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 干扰功率POOB1=-20dBm+101g(1-0.8)0.03-176dBm-0.0667mw (2)当1.0MHz≤△f<18MHz时 中值功率为-20dBm-10(1785+1.015)2-1.015)23.85dBm 干扰功率POOB2=-2385dBm-101g(1.8-1)003=9.55dBm=0.1mw (3)当18MHz≤△f<23MHz时 干扰功率POOB3=8dBm+10lg(23-18)0.03=-158Bm=0.0263mw (4)当2.3MHz≤△fmax时 干扰功率POOB4=-13dBm+101g(24-23)1=23dBm=0.005mw n: POOB-POOB1+POOB2+PO0B3+P00B4=-68dBm 所以,ACLR=34dBm-(-68dBm)-40.8dB 基站计算 3GPP25.104办议中对 WCDMA BS接收特性相关规定如下 与 WCDMA接收机灵敏度测试相比较,ACS测试的干扰中增加了邻道干扰和由于测试设备 发射机不理想产生的泄漏功率,3 GPP TS25.141[28中规定在ACS测试中,要求测试设备ACLR 至少为63dB,因此山于发射机不理想产的干扰在总干扰中可以忽略不计。 根据3 GPP TS25.104,在 WCDMA基站ACS测试时,对于12.2kbps语音业务而言,当频率间 隔F=5MH时,施加的十扰信号平均功率( Interfering Signal MeanPower)为-52dBm,带内接 收有用信号( Wanted Signal Mcan Power)为-115dBm,较之接收机灵敏度测试中基站灵敏度(RS Reference Sensitivity Level)为-12ldBm增加6dB,在保证BER≤0.001的条件不变(终端状态不 变,EbN0个变,即SR不变)的情况下,接收有用信号增加6dB,相应的接收干扰信号功率在 噪声功率( NoisePower:-103dBm)的基础上也增加6dB,则 WCDMA基站带内接收到的外部干 扰信号功率约为-103+6--97dBm。 WCDMA基站ACS@5MHz=-2-(-97)-45dB 同理,保证BER≤0.001的条件下,当频率间隔F=10MHz时,施加平均功率为-40dBm的 十扰信号,带内接收有用信号为-115dBm, WCDMA基站带内接收到的外部十扰信号功率约为 10316=-97dBm。 WCDMA基站ACS@10MI=-40-(-97)=57dB。 基站与 基站干扰分析 参数的选取与计算结果 两大系统的参数选取 分析中相关参数的取值对 WIMAX与IMT-2000基站系统的干扰共存研究结果的准确度和 合理性起着决定性的作用。仿真参薮可按性质划分为: WIMAX系统参数、IMT-2000系统参数 及公共参数,如传播模型,天线方程式等。 WIMAX系统参数及IMT200系统相关参数分別如下表3及表4所示 表3 WIMAX系统相关链路参数 小区结构 宏小区蜂窝结构,19小区/57扇区,小区半径1000m 系统间平移量 0,500m,1000m 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 研究频段 2500-2690MIIz 带宽 SMHZ 每扇区下用户数 16d:1个/区;16e:5个/区 功率控制 无 DLUL比例 2:1 BS MCL(包括天线增益)BsBS:50dB 最大发射功率 36dBm 天线参数 基站天线类型 60°定向天线 大线增益 1 8dB 天线高度 30m 声参 数 噪声基底 174dBm/H7 噪声指数 3dB 噪声功率 104dBm 允许的外系统干扰门限-110dBm 表4IMT2000系统相关锛路参数 小区结构 宏小区蜂窝结构,19小区/57扇区,小区半径100m 系统间平移量 0,500m,l000m 研究频段 2500-2690MIIz 带宽 SMHZ BS MCL(包括天线增益)BSB:50dB 最大发射功率 基站最大发射功率43dBm每码道最大发射功率30dBm 功率搾制模式 基于SINR 「功本控制步长 l dB Outage条件 SINR没有达到目标值-0.5dB 天线高度 30m 大线增 1 dbI 噪声基底 174dBm/Hz 噪声指数 SdE 噪声功率 -103dBm 允许的外来干扰门限-109Bm 日标EbN 6.ldB 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 计算结果 利用以上参数可分别计算出表5和表6所示的ACLR及ACS值。 表5 WIMAX BS相关十扰参数 BS 5MHz间隔 10MHz间隔 ACLR 53.5dB 66dB ACs 70 dB 70 dB 表6IMTF200UBS相关干扰参数 BS 5MHz间隔 1OMHz间隔 标准ACIR 45 dB 50 dB 设备ACS 46 dB 58 dB 实际ACLR 57 dB 74 dB 没备ACS 65 dB 75 dB 冉利用表5和表6中的参数计算出使用IMT2000标准设备和IMT2000实际设备时相应场景的 ACIR值,如表7和表8所示 表7使用IMI200标准设备时的ACIR 十扰路径 WMAⅩBS十扰MT2000MT-200BS十扰WMAX BS BS 5MHz间隔 aClr (dB 53.5 acs (dB) 4 ACiR(dB) 45.3 45.0 1OMHz隔ACLR(dB) 66 acS (dB) 58 I ACIR (dB) 57.4 50.0 表8使用IMT2000实际设备时的ACR 干扰路径 WIMAX BS干扰 WCDMA WCDMA BS干扰 WIMAX BS BS 5MHz间隔「ACLR(dB) 53.5 57 acs (dB) 65 70 ACir (dB) 56.8 10MHz间隔ACLR(dB) 74 ACS (dB) 75 70 ACIR (dB) 65.5 68.5 确定性分析结果 我们假定有三种地理位置布局结构,分别为两系统基站共站,间隔500米及间隔1000米。两 系统基站共站情况如图1所示,两系统基站非共站即异址共存情况如图2所示ε 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 图1两系统基站共站的网络布置图 图2两系统基站异址共存的网络布置图 当 WIMAX基站和IMT2000基站同址共存时,采用最小耦合损耗MCL方法分析两者之间 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 的干扰误来找到明用,计算公式如下所示 所需额外隔离度=发射功率一 MCL-ACIR一允许的干扰门限电平 结果见表9和表10。 表9 WIMAX基站干扰IMT2000基站确定性分析结果(共站) 参数名称 5MHz间隔10Mz间隔 发射功率|dBm 36 36 MCL [dB 50 50 ACIR [dB] 45.3 74 接收机输入端干扰电半[dBm] 59 71 允许的干扰门限电半[dBm] 109 所需额外隔离度[dB 49.7 37.6 表10IMT-2000基站干扰 WIMAX基站确定性分析结果(共站) 参数名称 5MHz间隔10MHz间隔 发射功率[dBm] 43 43 MCL [dB] 50 ACiR [dB] 45.0 50.0 接收机输入端干扰电平[dBm] -52 57 允许的干扰门限电平[dBm 110 -110 所需额外隔离度[dB] 58.0 53.0 WiMAX基站与IMT2000基站非共址即两者之间有一定的地理偏移量时,干扰分析基于链 路预算原则。所用的计算公式如卜 所需额外隔离度=发射功率十天线增益一路径损耗一ACIR-一允许的干扰门限电平 结果如表11所示 表1 WIMAⅹ与IMT-2000基站间干扰确定性分析结果(异址) 所需额外隔离度 距离发射功路径损天线增 acaridS ldB m率dBm]耗[dB]益 Bi]5MHz10MHz5MHz10MHz 间隔 间隔间隔 间隔 WIMAX BS干50036 94.7 35 45.3 57.4 40.0 27 扰IMT-2000BS 100036 100.7 35 45.3 574 34.0 IMT-2000 BS 500 36 94.7 35 45.0 50.0 483433 千扰 WIMAX BS 100036 100735 45.0 50.0 42.3 37.3 山国科技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 总结 由以上分析可知,邻频共存的 WIMAX和IMI-2000系统基站间会有一定程度的干扰。为 了使以上两科种无线通信系统合理共存,需要采用一些无线通信系统间干扰保护鷺用的规避措施, 可采用以下方法 使用频率保扩带 使用频率保护带是一种比较通用,适用于全网的方法。在进行频率分配时,应尽量在可能 冇在干扰的无线通信系统间留一定的保护频带,这样可以有效的降低系统间相互干扰,还能在 定程度上降低共存系统收发信机的射频指标 增加天线间的最小耦合损失 增加天线间的最小耦合损失(MCL)是经济且有效的方法。可以通过调整天线的下倾角 选用不同方向角或调整两系统天线的水平垂直隔离距离等方法提高天线间的最小耦合损失,从 而有效降低十扰。 限制射频指标 对共冇的系统的收发信机的射频指标进行严格限制,以提高各干扰链路的固有ACIR,满 足共存需要。 采用共存滤波器 采用共存滤波器是一种比较灵活有效的方法,既可以用于发射端,改善ACLR指标:也可 以用于接收端,改善ACS指标,但对于大规模內络来堄其造价也是极具可观的。 采用功放的线性化技术 釆用功放的线性化技术可以降低射频的非线性,从而减少由于发射机和接收机的非线性带 来的带外辐射干扰和杂散干扰。 理的站址规划 运营商在布网时要结合邻频运营的无线通信系统间共存研究结果,合理选取站址。例如 如果影响两系统共存的最大因紊为基站间干扰,应尽量使不同系统的基站远宮;如果影响两系 统共存的最大囚素为基站与终端间的干扰,应尽量使不同系统的基站共址放置。 参考文献 [1 IEEE 802.16, "IEEE SLandard for Local and MeTropolitan Area Networks Part 16: Air Interface fur Fixed Broadband Wireless Access Systems", IEEE 802. 16-2004 [2]IEEE 802.16, Drall Amendment Lo IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems- Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands", IEEE P80216e [3] ITU-R Document 8F/427, Chairman's Report on the 15 meeting of wp &F(Geneva, 1-8 February 2005) 4 Parsons D, "The Mobile Radio Propagation Channel, Pentech Press, London, 1992 [5] 3GPP TS25 104 V7.4.0, Base Station(BS)radio transmission and reception(FDD), 2006.06