TD-SCDMA与WCDMA系统基站共容问题

        摘要  本文分析了WCDMA和TD-SCDMA联合组网的互干扰，根据基站的收发特性和无线性能指标，给出了共站址时的最少隔离度和隔离距离，从理论上分析了WCDMA和TD-SCDMA联合组网的可行性。

        干扰是由于干扰源的存在，使得在被干扰系统的接收机产生了信噪比的恶化，影响了系统的性能。干扰从产生的机理上讲分为干扰源产生加性噪声干扰和互调干扰。图1为两个共址基站的互干扰原理图。

 
图1　共址基站互干扰原理

        基站间的干扰主要分为3类：杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。

        杂散干扰是由于干扰源滤波特性不能满足技术要求，使干扰源的带外信号以噪声的形式出现在相邻频段内，抬高被干扰基站的噪声基底，接收机灵敏度降低，上行链路性能变差。

        阻塞干扰是接收微弱的有用信号时，受到接收频率两旁、高频回路带内一强干扰信号，超出了接收机的线性范围，导致接收机因饱和而无法工作。

        互调干扰是指频率为f1和f2的两个信号经过非线性器件或传播媒介后出现的频率为F1的和或差的信号，如果它们落在被干扰系统的频带内，就会导致干扰，使信噪比下降。研究表明，三阶互调干扰是最强的互调干扰，其频率为f1+2f2，f1-2f2，2f1+f2，2f1-f2。

1、天线干扰隔离措施

        为保证良好的系统性能，必须使两个共址基站的天线有好的隔离度，使3种干扰得到避免或最小化。天线隔离度是指基站间的路径损耗（包括天线增益和馈线损耗的综合作用），它体现了发射机到接收机间的信号衰减程度。可以采取的隔离措施如下。

        （1）发射天线和接收天线保证足够的空间隔离，二者在垂直或水平距离上保持足够远；

        （2）利用地形地物阻挡或使用挡板；

        （3）调整基站天线的方位角或下倾角；

        （4）干扰基站发送端增加带通滤波器；

        （5）降低干扰基站的发射功率；

        （6）在被干扰基站的接收端增加带通滤波器；

        （7）修改频率规划，使干扰系统下行和被干扰系统上行的频率之间保留足够的保护带。

        实际应用中，可根据具体情况采用一种或多种组合方案。上述方案中，（1）～（3）项比较容易实现，（4）～（6）项可在调测阶段有选择的使用，（7）项涉及到国家的频率政策，不太容易实现。通常最常用的方法是通过空间隔离方式降低基站间的干扰。

2、WCDMA与TD-SCDMA基站天线干扰分析

        TD-SCDMA与WCDMA系统的工作频段存在接近点。我国3G频谱分配情况为TD-SCDMA的频率为1880～1920MHz、2010～2025MHz，WCDMA的工作频率为上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，可见TD-SCDMA的1880～1920MHz与WCDMA的上行频率相隔最近，系统间将会存在一定程度的干扰。

        TD-SCDMA与WCDMA系统间的干扰是相互的，包括基站和基站，移动台和移动台，移动台和基站之间的干扰。在网络建设中，主要考虑基站与基站间的干扰，而不必考虑移动台与移动台之间的干扰。

2.1　TD-SCDMA基站对WCDMA基站的杂散干扰

        根据3GPP协议，WCDMA Node B和TD-SCDMA基站性能如表1所示。

表1　WCDMA Node B基站和TD-SCDMA基站性能

        TD-SCDMA基站带外杂散辐射根据不同的情况有不同的要求，共站与临近建站时ACLR性能要求分别如表2、3所示。分析时采用性能要求较低的情况，即临近测量频点的最大干扰功率电平取-36dBm。

表2　共站时基站的ACLR性能要求

表3　临近建站时基站的ACLR性能要求

        WCDMA基站的灵敏度为-120.2dBm（对12.2kbit/s的话音业务），在满足灵敏度的条件下，要求的S/N为-18dB，这样等效的系统的噪声最大为：

        -120.2dBm-（-18dB）=-102.2dBm

        如果从外部接收到的加性噪声导致系统的等效噪声增大0.8dB时，WCDMA基站的灵敏度降低0.8dB，可认为对系统是可以接受的，计算出此时外界的干扰约为：

        10log（10-101.4/10-10-102.2/10）=-109.14dBm

        当TD-SCDMA和WCDMA共存，为了避免TD-SCDMA的杂散干扰，这样TD-SCDMA和WCDMA的最小隔离度为：

        -36dBm-109.09dBm=73.14dB

2.2　TD-SCDMA基站对WCDMA基站的阻塞干扰

        WCDMA基站的带外阻塞指标为-40dBm，所以要消除TD-SCDMA基站对WCDMA基站的阻塞干扰需要的最小隔离度为：

        39dBm-（-40dBm）=79dB

2.3　WCDMA与TD-SCDMA基站的互调干扰

        TD-SCDMA的最低频点为f1=1880.8MHz，最高频点为f2=1919.2MHz，三阶互调范围在（2f1-f2）～（2f2-f1）即1842.4～1957.6MHz，可见三阶交调频率落在WCDMA上行工作频段内，对基站的上行接收性能有影响。根据3GPP协议WCDMA基站的接收机接收到的信号小于-48dBm时，WCDMA的基站不会产生交调，所以要消除PHS基站的交调对WCDMA基站的干扰需要的最小隔离度为：

        39dBm-（-48dBm）=87dB

        根据以上结果，WCDMA基站为防止TD-SCDMA基站的干扰，最小的隔离度应为87dB。

3、基站天线空间隔离

        天线隔离方式一般有3种方式：水平隔离，垂直隔离，组合梯形隔离，可以通过以下3个公式计算隔离度。

        水平隔离度计算公式为：

        其中，Gant为两基站天线的有效天线增益，dh为两系统天线间的水平间隔距离，λ为波长。对WCDMA全向天线，其增益为11 dBi，TD-SCDMA天线在此基础上增加7dB的赋形增益，共18dBi，两基站共站时还存在-6dB的耦合增益，因此Gont=11+11+7-6=23dBi。隔离度Ih为87dB，波长λ为3×108/1922.5×106=0.1560m，则水平隔离距离为3918.54m。表4为不同水平隔离距离时的隔离度。

表4　水平隔离度

        垂直隔离度计算公式为：

        其中dv为垂直隔离距离。同样，代入上面所取的数值，可计算为达到87dB的隔离度要求，需要的垂直隔离距离为4.66m。分析水平隔离和垂直隔离度的计算公式可见，采用垂直隔离时，获得的隔离度与垂直距离的对数呈40倍关系，也就是说，当垂直距离增大10倍时，隔离度将增大40dB，而对于水平隔离的情况，隔离度只能增大20dB。同时，水平隔离时还需考虑发送和接收天线的增益，这在很大程度上也提高了水平隔离时的距离要求。表5为不同垂直隔离距离时的隔离度。

表5　垂直隔离度

        梯形组合隔离度计算公式为：

        采取不同的垂直隔离和水平隔离距离组合，可得到组合隔离度如表6所示。

表6　梯形组合隔离度

4、结论

        由以上分析可见，WCDMA和TD-SCDMA基站之间要达到87 dB的隔离度，采用水平隔离时需7147m的距离，实际中只能通过增加外接带通滤波器解决，但是要评估使用外接带通滤波器对网络覆盖和容量的影响。采用垂直隔离时需4.66m的天线高度差，这说明两者共站建设是完全可能的，只要通过天线高度差就可以解决互干扰问题。

        对于共址建设的情况，需处理好垂直隔离距离和水平隔离距离的组合，若由于实际场景的限制而无法实现所定出的最小空间距离的无线站，则需要另外增加外接带通滤波器。必要时，要对网络的无线设计做适当的调整或对网络进行优化，以弥补由于使用外接带通滤波器对网络覆盖和容量产生的不良影响。