3g頻譜規(guī)劃與干擾分析

1、1,3G頻譜規(guī)劃與干擾分析,無線與移動研究部徐霞艷2024年3月28日,2,議程,3G頻譜規(guī)劃無線技術間干擾分析WCDMA/GSM共存問題,3,3G頻譜規(guī)劃,2G頻率規(guī)劃與使用情況我國的3G頻率規(guī)劃,4,我國2G頻率規(guī)劃與使用情況,主要技術GSM: GSM900 、DCS1800cdma: IS-95A、cdma2000-1XPHS、DECT等等第二代陸地移動通信頻率主要包括：798～960MHz和1710～2200

2、MHz,5,GSM900 規(guī)劃頻率,885 - 915 MHz：上行頻率（移動臺發(fā)、基站收）930 - 960 MHz：下行頻率（基站發(fā)、移動臺收） 共2*30MHz,6,800MHz cdma規(guī)劃頻率,825 - 835 MHz / 870 - 880 MHz，其中825 - 835 MHz為上行頻率（移動臺發(fā)、基站收），870 - 880 MHz為下行頻率（基站發(fā)、移動臺收） 共2*10MHz,7,DCS1800頻率規(guī)劃,17

3、10 - 1755 MHz / 1805 - 1850 MHz共2*45 MHz,8,PHS頻率使用,政府文件：《信息產(chǎn)業(yè)部關于PHS和DECT無線接入系統(tǒng)共用1.9GHz頻段頻率臺站管理規(guī)定的通知》1900-1920MHz用于無線接入系統(tǒng)（TDD）使用1900-1915MHz 頻段規(guī)定了信道具體頻點中國電信、中國網(wǎng)通在使用,9,3G頻譜規(guī)劃,2G頻率規(guī)劃與使用情況我國的3G頻率規(guī)劃,10,政府文件,信部無[2002]479

4、號“關于第三代公眾移動通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃問題的通知”,11,3G頻率規(guī)劃主要內(nèi)容,1、第三代公眾移動通信系統(tǒng)的工作頻段為：（a）主要工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：1920-1980 MHz / 2110-2170 MHz；時分雙工(TDD)方式：1880-1920MHz、2010-2025 MHz。（b）補充工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：1755-1785 MHz / 1850-1880 MHz；時分雙工(TDD)方式

5、：2300-2400MHz，與無線電定位業(yè)務共用，均為主要業(yè)務，共用標準另行制定。（c）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作頻段：1980-2010 MHz / 2170-2200 MHz。,12,3G頻率規(guī)劃主要內(nèi)容（續(xù)）,2、目前已規(guī)劃給公眾移動通信系統(tǒng)的825 - 835 MHz / 870 - 880 MHz(cdma)、885 - 915 MHz / 930 - 960 MHz(GSM900)和1710 - 1755 MHz / 1805

6、- 1850 MHz(DCS1800)頻段，同時規(guī)劃為第三代公眾移動通信系統(tǒng)FDD方式的擴展頻段，上、下行頻率使用方式不變。,13,議程,3G頻譜規(guī)劃無線技術間干擾分析WCDMA/GSM共存問題,14,無線技術間干擾分析,干擾的性質(zhì)干擾分析評估方法,15,干擾的性質(zhì)(1/4),無線系統(tǒng)間的干擾，從干擾產(chǎn)生的機制來看，可分為:無用輻射：干擾設備發(fā)射的帶外噪聲落入被干擾接收機的接收頻帶內(nèi)，形成對有用信號的同道干擾。一般地，這類干擾只

7、能從干擾源這一側進行消除。阻塞：被干擾接收機的接收頻帶外的強干擾信號，使接收機靈敏度惡化。一般，這類干擾只能在被干擾接收機這側進行消除（如改善性能）。然而，在大多數(shù)情況下，干擾源采用功率控制、良好的站點工程可改善阻塞性能。,16,干擾的性質(zhì)(2/4),鄰道抑制發(fā)射機互調(diào)接收機互調(diào),17,干擾的性質(zhì)(3/4),系統(tǒng)間干擾，一般無用輻射、阻塞是主要的干擾，帶來系統(tǒng)頻率兼容問題。從系統(tǒng)角度看，無用輻射、阻塞分別與“干擾鏈路”的一端相關

8、。這樣，對系統(tǒng)內(nèi)干擾，理想地，應均衡考慮這兩種干擾影響。然而對系統(tǒng)間干擾，一般是其中一種占主要地位。,18,干擾的性質(zhì)(4/4),無用輻射：應轉(zhuǎn)換到被干擾接收機的帶寬。阻塞：不需進行帶寬轉(zhuǎn)換。例如：BWwcdma=3.84MHz BWGSM=200kHzWCDMA GSMWCDMA GSM,,

9、200kHz,,無用輻射,阻塞,3.84MHz,19,無線技術間干擾分析,干擾的性質(zhì)干擾分析評估方法,20,干擾分析評估方法,最小耦合損耗法（MCL）增強最小耦合損耗法（E-MCL）Monte Carlo(MC)仿真,21,最小耦合損耗法（MCL）,基本原理：計算干擾源與被干擾者間所需的隔離以保證不造成干擾。優(yōu)點：簡單，無需計算機即可實現(xiàn)。最大缺點：最壞情形分析，得出的結果過于悲觀，浪費頻率資源,22,計算方法,被干擾接收機假

10、設工作于參考靈敏度之上3dB（即接收機靈敏度惡化3dB）。干擾電平限制為不超過噪聲電平，即被干擾接收機的保護比不變（C/(I+N))。根據(jù)選定的路徑損耗公式，可得出干擾源與被干擾者間物理距離所能獲得的隔離。使用路徑損耗的均值，不考慮衰落影響。干擾源不存在統(tǒng)計分布的問題。,23,兩個公式,MCL主要有兩個公式，分別考慮如下干擾影響：  無用輻射接收機阻塞,24,無用輻射分析公式,Isolation = PINT +

11、 dBBW + MCINT + GVICT + GINT - (SVICT - C/IVICT) + f(dBcINT,,PINT) 其中: PINT：干擾源最大發(fā)射功率dBBW ：干擾源與被干擾者間帶寬轉(zhuǎn)換因子MCINT ：多載波裕量，適用于干擾源為基站，且同時有多個載波發(fā)射時GVICT ：被干擾者的天線增益（包括饋線損耗）GINT ：干擾源的天線增益（包括饋線損耗） SVICT ：被干擾者的接

12、收機靈敏度C/IVICT ：被干擾者的保護比f(dBcINT,,PINT)：相對干擾源最大發(fā)射功率，寬帶噪聲功率與頻率偏移的函數(shù),25,接收機阻塞分析公式,Isolation = PINT + MCINT + GVICT + GINT - f(BVICT,SVICT)其中:PINT：干擾源最大發(fā)射功率MCINT ： 多載波裕量，適用于干擾源為基站，且同時有多個載波發(fā)射時GVICT ：被干擾者的天線增益（包括

13、饋線損耗）GINT ：干擾源的天線增益（包括饋線損耗） f(BVICT,SVICT)：被干擾者的阻塞性能與頻率偏移的函數(shù),26,MCL結果的 解讀,MCL方法計算的結果是干擾源與被干擾者間的隔離值，在選定合適的路徑損耗模型后可轉(zhuǎn)換為兩者間的物理距離。這種隔離要求在如下條件：被干擾者工作于靈敏度惡化3dB干擾源以固定功率發(fā)射（最大）不能獲得需要這種隔離要求的，在時間或覆蓋區(qū)域上的百分比?？赡茉趯嶋H上計算出的隔離要求根本就

14、不需要。,27,MCL方法一個例子,系統(tǒng)B UL,系統(tǒng)B DL,系統(tǒng)A UL,系統(tǒng)A DL,,,UL：MS發(fā)射、BS接收DL：BS發(fā)射、MS接收,A MS－> B MS,B BS－> A BS,28,接收機阻塞的MCL分析,系統(tǒng)B的BS－>系統(tǒng)A的BS,29,,系統(tǒng)參數(shù),30,,Isolation (dB) = PINT + MCINT + GVICT + GINT - f(BVICT, SVICT)= 44

15、+ 0 + 10 + 10 - f(BVICT, SVICT) = 64 - f(BVICT, SVICT),系統(tǒng)A BS的阻塞性能,31,阻塞分析公式,阻塞性能,,,隔離要求（空間、頻率偏移等）,32,,隔離要求（空間、頻率偏移）結果,33,干擾分析評估方法,最小耦合損耗法（MCL）增強最小耦合損耗法（E-MCL）Monte Carlo(MC)仿真,34,增強最小耦合損耗法（E-MCL）,基本特點：準分析方法計算干擾源與被

16、干擾者間所需的隔離以保證不造成干擾對MCL方法進行改進復雜性：MCL < E-MCL < Monte Carlo,35,E-MCL方法的改進,以干擾源最大發(fā)射功率的形式，引入干擾系統(tǒng)中鏈路可用性（覆蓋質(zhì)量）作為計算的一個輸入。干擾系統(tǒng)中引入功率控制對被干擾系統(tǒng)：MCL、E-MCL方法，實際上是都隱含的引入功率控制，因為被干擾接收機接收信號電平保持不變被干擾系統(tǒng)中也引入鏈路可用性概念被干擾接收機假設工作于參考靈敏度

17、之上N dB（MCL取3dB）N值與被干擾系統(tǒng)中鏈路可用性相關，N值越大，鏈路可用性越高,36,兩個公式,E-MCL主要有兩個公式，分別考慮如下干擾影響：  無用輻射接收機阻塞,37,無用輻射分析公式,Isolation= PINT + dBBW + MCINT + GVICT + GINT - (SVICT - C/IVICT) + f(dBcINT,,PINT) - 10 log (10N/10-1)

18、 其中:PINT：干擾源最大發(fā)射功率dBBW ：干擾源與被干擾者間帶寬轉(zhuǎn)換因子 MCINT ：多載波裕量，適用于干擾源為基站，且同時有多個載波發(fā)射時 GVICT ：被干擾者的天線增益（包括饋線損耗） GINT ：干擾源的天線增益（包括饋線損耗） SVICT ：被干擾者的接收機靈敏度 C/IVICT ：被干擾者的保護比 f(dBcINT,,PINT)：相對干擾源最大發(fā)射功率，寬帶噪聲功率

19、與頻率偏移的函數(shù) N：被干擾系統(tǒng)鏈路可用性因子,38,阻塞分析公式,Isolation = PINT + MCINT + GVICT + GINT - f(BVICT,SVICT) - 10 log (10N/10-1) 其中：PINT：干擾源最大發(fā)射功率MCINT ： 多載波裕量，適用于干擾源為基站，且同時有多個載波發(fā)射時GVICT ：被干擾者的天線增益（包括饋線損耗）GINT ：干擾源的天線增益（包括饋線損耗）

20、f(BVICT,SVICT)：被干擾者的阻塞性能與頻率偏移的函數(shù) N：被干擾系統(tǒng)鏈路可用性因子,39,鏈路可用性估計－ W.C.Jakes法,X軸變量為?/n（ ?：陰影效應服從對數(shù)正態(tài)分布，方差為?；n:傳播指數(shù)propagation exponent (Jakes notation) Y軸代表小區(qū)內(nèi)的總體鏈路可用性（即整個面積中有多少比例上的接收信號強度高于某一門限）從鏈路可用性角度來看，E－MCL方法具有一定的統(tǒng)計

21、特性,40,E-MCL方法分析結果的解讀,分析結果是一種平均物理距離（選定傳播模型）平均物理距離－>干擾概率P％的干擾概率100％的用戶經(jīng)受P％的干擾或P％的用戶經(jīng)受100％的干擾E-MCL方法適用于研究熱點地區(qū)的干擾,已知干擾源的分布,41,干擾分析評估方法,最小耦合損耗法（MCL）增強最小耦合損耗法（E-MCL）Monte Carlo(MC)仿真,42,Monte Carlo方法,統(tǒng)計技術考慮時間軸上許多相

22、互獨立的瞬時（仿真的trial,或快照）對每一trial，利用表征干擾特性的不同隨機變量（如用戶位置）構建場景足夠多的仿真trial，則可以很高的精度得到發(fā)生某一事件的功率（如用戶被干擾的干擾）,43,仿真可獲得的概率結果,被干擾接收機接收到的C/I滿足要求的概率移動臺發(fā)射功率的概率分布系統(tǒng)規(guī)劃技術（扇區(qū)化、分集、天線共站址）的效果發(fā)射機和接收機性能的影響（無用輻射、接收機阻塞）CDMA系統(tǒng)的容量評估CDMA系統(tǒng)軟切換效果

23、等等,44,仿真的基本步驟,1. 被干擾MS在小區(qū)中隨機分布，小區(qū)大小已指定；2. 對被干擾有用信號作鏈路預算（路徑損耗模型、天線增益、發(fā)射功率、功控算法、有用信號發(fā)射機位置等）3. 干擾源MSs按照指定的分布形式（如均勻分布）分布于被干擾MS周圍;4. 如干擾源進行功率控制，則隨機分布對應的接收MS并評估鏈路預算；,45,仿真的基本步驟(續(xù)）,5. 規(guī)定每個干擾源的特性（如發(fā)射頻率、功率等）；6. 各干擾源對被干

24、擾MS的影響累計，構成被干擾MS接收到的總干擾；7. 比較干擾電平與有用信號電平，判斷被干擾MS是否達到了要求的C/I（或其它指標）。,46,Monte Carlo仿真結果的解讀,系統(tǒng)性能的衡量干擾概率P％的干擾概率100％的用戶經(jīng)受P％的干擾或P％的用戶經(jīng)受100％的干擾適用于研究熱點地區(qū)的干擾,47,議程,3G頻譜規(guī)劃無線技術間干擾分析WCDMA/GSM共存問題,48,GSM vs WCDAM工作頻段,,,,BTS

25、 發(fā)射,BTS 接收,Tx,,,,Rx,GSM900: 930 – 960 MHzDCS1800: 1805 – 1850 MHzWCDMA: 2110 – 2170 MHz,GSM900: 885 – 915 MHzDCS1800: 1710 – 1755 MHzWCDMA: 1920 – 1980 MHz,每一系統(tǒng)有自己的工作頻段 : Tx頻段 & Rx 頻段.,49,干擾分析,對接收機的干擾有 : 寬帶噪

26、聲鄰近發(fā)射機的雜散輻射互調(diào)產(chǎn)物發(fā)射機產(chǎn)生接收機內(nèi)由于有鄰近的發(fā)射信號進入接收機產(chǎn)生鄰近發(fā)射機發(fā)射的正常載波信號后果接收機靈敏度惡化（接收信道內(nèi)性能）接收機阻塞,50,干擾分析方法,雜散與互調(diào)研究,阻塞研究,,,GSM與WCDMA天線端口間所需的隔離,天線性能,BTS性能,,51,干擾計算的理論基礎與假設 (1/4),信號電平以dBm/Hz衡量. GSM BTS單載波最大發(fā)射功率＝43dBm(20W)GSM BTS

27、的Noise Figure=4dB，則噪聲電平為10*log(1.38e-23 * 300) + 4 = –200 dBW/Hz = -170 dBm/Hz,52,干擾計算的理論基礎與假設 (2/4),WCDMA BTS的單載波最大輸出功率= 43dBmWCDMA BTS 的Noise Figure=3.3dB，則噪聲電平為10*log(1.38e-23 * 300) + 3.3 = –200 dBW/Hz = -170 .7dB

28、m/Hz,53,干擾計算的理論基礎與假設 (3/4),GSM BTS在WCDMA接收頻帶內(nèi)的雜散輻射限值規(guī)定為：造成的干擾引起WCDMA接收機的噪底升高0.8dB 計算,,,底噪 = -170.7 dBm,,0.8 dB 惡化,,,-178 dBm/Hz 干擾,即：WCDMA接收頻帶內(nèi)允許的干擾電平為-178dBm/Hz,54,干擾計算的理論基礎與假設 (4/4),采用相同的原則規(guī)定GSM可接受的干擾電平. GS

29、M：本底噪聲＝-170dBm/Hz允許干擾電平＝-177dBm/Hz以上不考慮饋線損耗,55,GSM/WCDMA共站考慮的干擾情形,Case 1：GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機Case 2：WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機對每一干擾情形，考慮幾類干擾: 寬帶噪聲雜散輻射互調(diào)產(chǎn)物阻塞,56,Case 1：GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機,57,GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機寬帶噪聲,GSM

30、 05.05 只考慮了發(fā)射頻帶兩側最遠到2MHz的調(diào)制譜（即寬帶噪聲）；由于GSM900、DCS1800的發(fā)射頻率與WCDMA的接收頻率間存在很大的頻率間隔， GSM900、DCS1800的發(fā)射機在WCDMA接收頻帶內(nèi)產(chǎn)生的寬帶噪聲應很小，可予以忽略。,58,GSM 規(guī)范 05.05規(guī)定了：在1 – 12.5 GHz頻率范圍內(nèi)，雜散輻射電平不超過–30 dBm / 3MHz 。,GSM 規(guī)范05.05 v8.6.0 (2000-09)

31、規(guī)定： 在WCDMA頻帶內(nèi)，雜散輻射電平不超過-96dBm/100kHz。,新版本GSM,老版本GSM,GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機雜散輻射,59,,GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機－互調(diào)產(chǎn)物,GSM 05.05規(guī)定：當一個低于有用信號30dB的干擾信號進入天線端口，所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平應不超過雜散輻射要求。這樣，為防止互調(diào)產(chǎn)物造成干擾，天線間必需的隔離與雜散輻射情形要求相同。,60,WCDMA規(guī)范3GPP TS

32、25.104中對WCDMA基站接收機的阻塞性能有如下規(guī)定：在GSM發(fā)射頻段內(nèi)，WCDMA基站接收機所能容許的干擾電平（CW載波）為+16dBm。GSM基站輸出功率假定為43dBm/200kHz。,GSM發(fā)射機－>WCDMA接收機－阻塞,61,Case 2：WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機,62,,WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機－寬帶噪聲,與GSM發(fā)射機->WCDMA接收機情形類似，WCDMA發(fā)射機對GS

33、M900、DCS1800產(chǎn)生的寬帶噪聲影響很小，可忽略。,63,WCDMA規(guī)范3 GPP TS25.104中規(guī)定：基站RF輸出端口的雜散輻射電平不超過-98dBm/100kHz。,WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機－ 雜散輻射,64,WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機－互調(diào)產(chǎn)物,3GPP TS 25.104規(guī)定： 當一個低于有用信號30dB的干擾信號進入天線端口，所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平應不超過雜散輻射要求。為防止互調(diào)

34、產(chǎn)物造成干擾，天線間必需的隔離與雜散輻射情形要求相同。,65,GSM 05.05 規(guī)定帶外最大阻塞電平為： 8 dBm （0.1 ～870 MHz 和 925 ～12750 MHz (GSM 900) 0 dBm(0.1~1690 MHz和1805 ～2750 MHz (DCS 1800),WCDMA發(fā)射機－>GSM接收機－阻塞,66,,,寬帶噪聲,雜散輻射,互調(diào),阻塞,共站方案,,共站方案,67,主要措施天線措施附加濾

35、波器發(fā)射機側附加濾波器，以減小帶外雜散和寬帶噪聲電平接收機側附加濾波器，以保護接收機的帶外性能，提高接收機抵抗阻塞干擾能力,防止干擾 －例子,68,WCDMA是干擾受限系統(tǒng)在網(wǎng)絡設計階段應盡可能使干擾最小，以優(yōu)化網(wǎng)絡的覆蓋和容量性能基站共站帶來干擾各種措施可解決共站干擾，實現(xiàn)共站運營 提高BTS 性能(發(fā)射/接收濾波器)天線間空間隔離以實現(xiàn)去耦合 (H/V)多波段天線以改善天線間隔離BTS外加濾波器 (Tx 帶通濾波器