WCDMA和GSM1800宏蜂窝共基站干扰分析

作者：梁双春
本文根据GSM1800和WCDMA协议，通过计算机仿真和确定性计算方法，重点对WCDMA系统与GSM1800系统在基站共站情况下进行干扰分析。
当前3G移动通信产业已逐步走向商用化阶段，我国也为3G不同的技术体制（FDD与TDD）标准划分了2GHz四周的核心频段和补充频段，具体规划如图1所示。
国际电联ITU为WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三大标准划分了2GHz四周的核心频段，同时2G体制的运营商为了满足不断增长的业务需求，正在逐渐采用GSM1800频段。这样将导致在同一片地理区域出现采用不同移动通信体制的多个运营商占用相邻频段的情况。由于高频器件的非线性特性，这些不同系统之间将存在相互干扰，从而可能造成系统容量损失。在GSM1800网络中，干扰影响的大小通常用载波信号电平（C）与同频干扰电平（I）的比值，即C/I值来表示。在WCDMA中，无线频率的复用因子为1 。即同一频率被分配在所有小区中，所有空中接口连接发生在同一载频上。这样同时进行通话的用户数量直接影响接收机噪声水平。因此， WCDMA是一个干扰受限的系统，干扰控制在WCDMA网络中显得尤为重要。另外将来建设3G网络时，移动运营商为了节省投资，必定要最大程度地利用现有资源，包括铁塔、机房、电源、传输等资源。因此， WCDMA和GSM1800共基站干扰分析十分必要。
图1; 中国3G频谱规划方案
1、干扰场景
对于WCDMA核心频段（上行：1920～1980MHz ，下行：2110～2170MHz）和GSM1800系统之间的干扰情况，移动台和基站之间的干扰较小，可以忽略。主要干扰场景是GSM1800基站干扰WCDMA基站，因此是本文分析的重点。
对于WCDMA补充频段（上行：1755～1785MHz ，下行：1850～1880MHz）和GSM1800系统之间的干扰情况，主要场景是GSM1800移动台干扰WCDMA基站， WCDMA移动台干扰GSM1800基站。两个系统载波间隔最小为2.6MHz 。鉴于目前缺少WCDMA补充频段相关技术指标，因此暂不分析干扰情况。
2、主要技术指标
本文主要通过接收灵敏度恶化量、MCL、ACIR等分析干扰程度。下面首先介绍各指标的具体要求。
2.1WCDMA基站接收机灵敏度恶化量
我们先了解WCDMA系统答应外来干扰的定义，根据目前的参考文献，有3种不同参考值。
首先，根据Annex8toITU WP 8A Chairman"s Report 2004 ， WCDMA接收机答应外来干扰为：Pt=S-C/（I N）-10（dBm），其中S表示接收机灵敏度， C/（I N）表示载干比，根据3GPP 25.951v6.2.0和ITU M.2039 ， WCDMA宏蜂窝基站接收机灵敏度为：-121dBm ，所以答应的外来干扰为：
-121-（-18）-10=-113（dBm）。
其次，根据ITUM.2039建议， WCDMA宏蜂窝基站答应外来干扰的限制为I/N=-6dB ，则答应外来干扰为：-103-6=-109（dBm）
最后，根据3GPP25.942（clause8.4.2.1）建议，以及多数厂商认同的WCDMA宏蜂窝基站答应外来干扰标准为：-110dBm 。
通常，由外来干扰导致基站接收灵敏度恶化的计算公式为：
10×log1O（（I N）/N）=10×logl0（（I/N） 1）
则对应不同的干扰噪声比要求，导致的灵敏度下降也不同。
I/N=-6dB ，灵敏度恶化量为0.97dB；
I/N=-7dB ，即外来干扰为-11OdBm ，灵敏度恶化量为0.8dB；
I/N=-10dB ，即外来干扰为-113dBm ，灵敏度恶化量为0.4dB 。
2.2MCL
MCL（MinimumCouplingLoss）即最小耦合损耗，参见3GPP25.942 。通常情况下各厂商根据设备情况，建议宏蜂窝基站之间MCL=50dB 。
2.3ACIR
ACIR（AdjacentChannelInterference Ratio）是邻道干扰功率比定义为在一条干扰链路上，干扰源发送的总功率与受害者接收到的总干扰功率的比率，与频率间隔有关。ACIR表现为发射端邻道泄漏比（ACLR）和接收端邻道选择灵敏度（ACS）的综合效果。得到ACLR和ACS后，使用下面公式计算：
根据3GPP25.104协议Table7.4和Table7.5B ， WCDMA系统基站的ACS取值为：
共站：16-（-103 6）=113dB；
不共站：-15（-103 6）=82dB 。

;根据GSM05.05协议，得到GSM1800基站的ACLR ，以及ACIR 。如表1所示。
表1; GSM1800基站和WCDMA基站共站的ACLR和ACIR
考虑GSM1800频率复用方式为4/12 ，对WCDMA基站产生干扰的主要频率有4个，所以我们采用4个GSM1800载波频率干扰WCDMA基站的ACIR：
得到最终的ACIR结果如表2所示。
表2; GSM1800基站和WCDMA基站共站的ACIR
3、干扰分析方法
在分析频率相邻的两个移动通信系统共存产生的干扰时，主要有理论分析和计算机仿真方法。在我们的研究中主要采用计算机系统仿真的方法，其中对基站之间的干扰研究采用理论分析结合计算机仿真的方法。理论分析又称计算方法或者称确定性计算，主要目的是分析两个系统根据给定参数在“最坏”情况下的干扰。系统仿真方法通常指蒙特卡罗（MonteCarlo）仿真的统计分析方法，可以用于评估“最坏”干扰情况出现的概率。
3.1仿真方法
本文仿真是根据3GPPTR25.942协议中的快照式仿真。其主要特点是在每次快照内，激活的移动台与基站的连接关系固定包括传播损耗固定，同时完成理想功率控制过程。连续的快照仿真之间不存在关联关系，即不仿真移动台的运动模型、实际的功率控制过程和移动台接入过程等。
3.1.1仿真假设条件
【WCDMA和GSM1800宏蜂窝共基站干扰分析】 WCDMA系统仿真假设条件如表3所示。
表3; WCDMA系统仿真参数
GSM1800系统仿真参数见表4所示。
表4; GSM1800系统仿真参数
3.1.2仿真天线方向图和拓扑图（如图2所示）
图2; 地理拓扑图和定向天线方向图
3.1.3仿真结果
根据仿真，得到GSM1800干扰WCDMAl922.4MHz载波引起基站接收灵敏度下降和需要增加的ACIR结果如图3和表5所示。其中增加的ACIR满足WCDMA基站接收机灵敏度恶化量小于O.4dB的要求。
图3; WCDMA灵敏度下降和系统共存需要增加的ACIR
表5; 干扰信号强度和WCDMA灵敏度下降
从图3可以看出， GSM1800prephase2 版本基站和WCDMA基站共站情况下，引起WCDMA灵敏度恶化量最大21.8dB 。当保证WCDMA灵敏度恶化量小于0.4dB时，需要增加ACIR=35dB 。
对于GSM1800phase2 版本基站考虑到和WCDMA基站共站情况，因为规范中定义的杂散辐射指标有附加要求，比原有规定有所提高，所以引起WCDMA灵敏度恶化量较小，也不需要增加ACIR 。

;另外，在仿真过程中没有考虑天线下倾角的影响。在不共站情况下， GSM1800phase2 基站干扰WCDMA需要的额外ACIR最大为20dB ，即额外隔离为20dB 。假如考虑实际工程中天线下倾角的影响，以及避免水平面天线最大增益方向相对，则基站之间收发天线增益之和可以下降6～20dB 。因此结合工程实际，则不共站情况下， GSM1800基站对WCDMA基站干扰可以忽略不计。同样在共站情况下， WCDMA基站收到四周GSM 1800基站的影响也可以忽略不计。
4、确定性分析
根据仿真结果，并结合工程实际，对WCDMA基站干扰，主要来自共站的GSM1800基站，因此可以采用计算的方法分析干扰。WCDMA基站接收到的干扰信号为：
I=PTx-ACIR-MCL
根据以上公式，计算得到WCDMA基站接收到干扰信号和灵敏度下降如表5所示。
当WCDMA灵敏度下降答应值分别为0.4dB和0.8dB时，需要的MCL值如表6所示。
表6; 满足一定灵敏度下降条件的MCL值
根据以上计算结果，对于GSM1800Phase2 版本基站，可以认为MCL=50dB ，对于GSM1800pre phase 2 版本基站，可以认为MCL=80dB满足共存要求。
5、结论和建议
本文通过对GSM1800phase2 和prephase 2 两个版本基站对WCDMA基站干扰仿真分析，并且考虑天线下倾和避免水平最大增益方向相对等工程因素，可以认为干扰主要来自于共站的GSM1800 pre phase 2 版本基站。
根据计算结果，为满足共存要求，共站基站天线隔离度，即最小耦合损耗建议如下。
（1）对于GSM1800phase2 版本基站， MCL=50dB；
（2）对于GSM1800prephase2 版本基站， MCL=80dB满足共存要求。