系统间干扰是影响TD-LTE网络性能发挥的重要问题,需根据TD-LTE系统间干扰的成因、类型、重要指标、干扰场景进行干扰分析方法与采取规避措施。
原因及类型
系统间干扰包括杂散辐射干扰、阻塞干扰、互调干扰、邻频干扰等。
(1)杂散辐射干扰:干扰系统发射机中的功放、混频器和滤波器等非线性器件会在其工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量,包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等。当这些发射机产生的干扰信号落在被干扰系统接收机的工作带内时,就会抬高接收机的噪底(接收机本身的噪声电平),从而降低接收灵敏度,造成杂散辐射干扰,如图1所示。
(2)互调干扰:互调干扰主要是由发射机的非线性引起的,当数个不同频率的干扰信号通过非线性电路时,会产生与有用信号频率相同或相近的频率组合,形成干扰,如图2所示。
(3)阻塞干扰:阻塞干扰是指当强度较大的干扰信号与有用信号同时注入接收机时,强干扰信号会使接收机链路的非线性器件饱和,产生非线性失真,如图3所示。当信号过强时,也会产生振幅压缩现象,严重时会阻塞整个接收链路而使其不能工作。
(4)邻频干扰:如图4所示,不同的系统工作在相邻的频率(邻频通常指相距两个信道带宽以内的情况,在相邻最近的一个信道称为第一邻频,第二个信道称为第二邻频),由于发射机的邻道泄漏和接收机邻道选择性(对位于邻道的干扰信号的抑制能力)的性能限制,会发生邻道干扰。所以一般不同系统不会分配在相邻频率,至少会分配足够宽的保护频带。
关键指标
对于干扰源的发射机,对产生干扰有重要影响的指标包括ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio,邻道泄漏比)和杂散辐射(Spurious emission)。ACLR是指发射机本身发射信号功率与信号泄漏到相邻信道上的功率的比值;杂散辐射是指发射机泄漏到相邻信道以外频带的功率。
对于被干扰的接收机,对其所受干扰有重要影响的指标包括ACS(Adjacent Channel Selectivity,邻道选择性)和阻塞(Blocking)。ACS是指接收机抵抗邻道干扰信号的能力,用接收机在指定信道的衰减与在相邻信道上的衰减的比值来表示。阻塞指标用来反映当相邻信道以外的其他频率上接收到较强功率时,接收机在其有用信号频带内的性能。
邻频干扰的大小受被干扰系统接收机的ACS和干扰系统发射机的ACLR两方面因素的影响。当不同的系统工作在相邻的频率,工程上采用ACIR(Adjacent Channel Interference Ratio,邻道干扰比)来综合ACLR和ACS的共同作用,ACIR与ACLR和ACS的关系如下:
ACIR(线性)=1/((1/ACLR(线性)+1/ACS(线性))
干扰场景
移动通信系统间的干扰场景分为基站间干扰、基站与终端间干扰和终端间干扰,如图5所示。
(1)基站间的干扰:基站间干扰相对固定且可预测,而且由于发射功率高,天线位置也一般较高,空间传播环境好,此类干扰容易发生,所以通常基站间的干扰更加备受关注。基站间的干扰可分为共站址干扰(共用一处站址,相距较近,隔离度较小)和共存干扰(不共站址,但在同一片区域,相距较远,隔离度较大)。由于共站址场景的干扰更加严重,因此通常仅需研究共站址场景,若共站址场景能够满足干扰保护条件,则认为共存场景也能满足干扰的要求。
(2)基站与终端间干扰:由于基站与终端的距离相对较远,如果干扰系统和受干扰系统间有足够的保护频带,则基站和终端间的干扰非常小。
(3)终端间干扰:一方面,终端的发射功率较低,所以终端间的干扰一般来说较基站之间轻微;另外,和位置固定的基站不同,终端位置的随机性很大,相互间的空间隔离距离和路径损耗是变化的;并且由于体积和成本的限制,难以给终端加装高性能滤波器以提高邻道杂散抑制性能,从而导致终端的带外辐射指标较差。另一方面,虽然两个终端互相靠近的概率很低,但是一旦出现两个终端相距很近的特殊情况,干扰可能会较为严重。
规避准则和隔离措施
为了减小系统间的干扰,不同基站的天线之间必须要有足够的隔离度。基站间隔离度是指发射基站到接收基站之间的全部损耗,包括路径损耗、天线增益和馈线损耗。基站间MCL(Minimum Coupling Loss,最小耦合损耗)是网络部署中经常应用到的指标,用来表示两个基站间能达到的最小隔离度。
为了保证受扰系统能够正常工作,根据干扰产生的机理和效果,通常需要遵守以下三条规避准则:
杂散干扰规避准则:受扰基站天线口接收的杂散干扰功率应比接收机底噪低7dB(降敏0.8dB);受扰终端天线口接收的杂散干扰功率应不高于接收机底噪(降敏3dB);
阻塞干扰规避准则:受扰基站从干扰基站接收到的总载波功率应比接收机的1dB压缩点(定义请参考本章“Q&A”部分)低5dB。由于1dB压缩点为接收机射频电路部分的指标而非整机指标,不易评估,因此通常情况下采用受扰基站的接收阻塞指标作为干扰门限即可。
互调干扰规避准则:在受扰基站生成的三阶互调干扰电平比它的接收机噪底低7dB(降敏0.8dB);如果满足了这些隔离度要求,受扰基站的接收机灵敏度只下降0.8dB,这对于绝大多数系统都是可以接受的。
工程实施和网络规划时常用的干扰隔离措施有如下几种:
1、发射和接收天线保证足够的空间隔离,二者必须在距离上保持足够远;
2、 合理利用建筑物、山体等阻挡或使用隔离板;
3、 调整干扰基站天线的倾角或水平方向角,或使用高前后比的天线;
4、 在干扰基站发射口增加外部带通滤波器,但这会增加额外的插损和故障点,降低下行覆盖,同时增加成本;
5、减低干扰基站的发射功率,但会降低下行覆盖;
6、在被干扰基站的接收端增加带通滤波器,但会增加接收机的噪声系数,降低灵敏度,降低反向覆盖;
7、修改频率规划,使干扰系统的下行频率和被干扰系统的上行频率之间保留足够的保护带,降低频率使用率。
分析方法
干扰分析的目的是提前预知可能存在的系统间干扰,从而提出规避措施,包括保护频带、射频指标、工程隔离等。干扰分析的方法有很多,常用的有确定性计算方法、仿真模拟方法和现网测试方法。
排查方法
当目标系统面临的干扰情况比较复杂时,就需要进行干扰排查,确定干扰的类型和产生原因,以便选取合适的规避方案解决干扰,保证系统正常工作。
通常结合“全网干扰快速筛查”和“单站干扰精确定位”两种手段进行干扰排查:首先利用“全网干扰快速筛查”方法定位出受干扰区域或站点,对于干扰原因较为复杂、不能通过该方法定位和区分出所有干扰源的站点,再进行“单站干扰精确定位”。“全网干扰快速筛查”手段适用于大规模、全网拉网式排查,速度快、效率高,能短时间内找出可能受到干扰的站点;“单站干扰精确定位”手段适用于精确定位干扰类型及干扰源(全人工),并有针对性地找到解决方法。
以某城市为例,共有1000个站点,通过半自动定位发现100个站点存在明显干扰,且能初步判断出干扰类型;除此之外还有10个站点,干扰情况复杂以至于不能判断出干扰的种类,可对这10个站点进行上站点精确干扰定位。