溫正陽(yáng)，梁高光

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

1 前言

隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展，人們對(duì)大量多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率要求不斷提高，應(yīng)運(yùn)而生的第四代移動(dòng)通信技術(shù)LTE（Long Term Evolution）已作為主流技術(shù)之一被通信領(lǐng)域所認(rèn)可。

LTE系統(tǒng)定義了頻分雙工（Frequency Division Duplexing,FDD）和時(shí)分雙工（Time Division Duplexing,TDD）兩種方式，并且以正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）和多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）兩種關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)。

目前，我國(guó)的無(wú)線4G網(wǎng)絡(luò)正在如火如荼的建設(shè)之中，由于TDD方式是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研發(fā)的，且為了更好的實(shí)現(xiàn)由3G網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，中國(guó)移動(dòng)采用的是TD-LTE制式。

雖然TD-LTE的技術(shù)已經(jīng)成熟，也具備了商用的能力，但是，干擾在任何通信系統(tǒng)中都是需要著重注意的問(wèn)題。由于TD-LTE本身所采用的技術(shù)、組網(wǎng)方式以及占用頻段等方面，使之存在各種各樣的干擾。本文就是針對(duì)這些干擾進(jìn)行歸納和分析，并總結(jié)相應(yīng)的解決方案。

2 系統(tǒng)內(nèi)干擾

2.1 OFDM自身干擾

LTE系統(tǒng)下行采用的是正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）方式，它是將傳輸帶寬劃分成一系列正交的子載波資源，并將不同的子載波資源分配給不同的用戶實(shí)現(xiàn)多址，由于子載波相互正交，所以小區(qū)內(nèi)用戶之間沒(méi)有干擾。但是，OFDM技術(shù)本身受到頻率偏差和時(shí)域偏差的影響，使之存在子載波間干擾（Inter-Carrier Interference，ICI）和符號(hào)間干擾（Inter-Symbol Interference，ISI）。如圖1中的黑色圈所示，接收端同時(shí)收到前一個(gè)符號(hào)的延遲信號(hào)（淺灰虛線）和下一個(gè)符號(hào)的正常信號(hào)（深灰實(shí)線），影響了正常接收。時(shí)域上看受到了ISI，頻域上看受到了ICI。

圖1 ICI與ISI干擾示意圖

為了消除OFDM自身的干擾，將在符號(hào)間加循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）做為保護(hù)間隔，就是使保護(hù)間隔的信號(hào)與該符號(hào)尾部相同，同時(shí)，CP還會(huì)使一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)因多徑產(chǎn)生的波形為完整的正弦波，因此可保證不同子載波之間的正交性，從而完全避免ISI和ICI。在TD-LTE系統(tǒng)中，每個(gè)子載波寬度為15 kHz且交疊存在，子載波間干擾對(duì)系統(tǒng)影響較大，因此需采用CP消除其自身干擾。

2.2 同頻干擾

TD-LTE系統(tǒng)的組網(wǎng)方式一般分為同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)。采用同頻組網(wǎng)能在最大程度上發(fā)揮TD-LTE系統(tǒng)頻譜利用率高的優(yōu)勢(shì)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)商頻率資源支出費(fèi)用。而且，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、建設(shè)、擴(kuò)容時(shí)頻率規(guī)劃也非常簡(jiǎn)單。但相對(duì)于異頻組網(wǎng)來(lái)說(shuō)，同頻組網(wǎng)的干擾還是比較大的。因此，這里針對(duì)同頻組網(wǎng)方式下存在的干擾進(jìn)行分析，主要包括鄰小區(qū)同頻干擾和遠(yuǎn)距離同頻干擾。

2.2.1 鄰小區(qū)同頻干擾

同頻組網(wǎng)情況下，鄰小區(qū)同頻干擾同時(shí)包含下行信號(hào)與上行信號(hào)的干擾。如圖2所示，鄰小區(qū)干擾主要是指邊緣用戶的干擾，一般情況下受干擾用戶數(shù)少；同時(shí)，一個(gè)20 MHz帶寬的TD-LTE系統(tǒng)，可分成1 200個(gè)子載波，每子載波15 kHz，假設(shè)每小區(qū)用30%的子載波進(jìn)行隨機(jī)分配，相鄰小區(qū)同頻率的概率較低，這就為同頻組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

另外，TD-LTE可以采用多種同頻干擾抑制技術(shù)來(lái)降低或消除干擾[1]。比如可用小區(qū)擾碼將干擾打散成噪聲，從而使終端可以依賴處理增益對(duì)干擾進(jìn)行抑制；可用小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（Inter-Cell Interference Coordination,ICIC）對(duì)各小區(qū)中無(wú)線資源的使用進(jìn)行限制以避免干擾；還可以對(duì)干擾小區(qū)的干擾信號(hào)進(jìn)行某種程度的解調(diào)解碼，然后利用接收機(jī)的處理增益從接收信號(hào)中消除干擾信號(hào)分量等等。

圖2 鄰小區(qū)干擾示意圖

2.2.2 遠(yuǎn)距離同頻干擾

由于TD-LTE采用的TDD時(shí)分雙工模式，不同基站間需保持嚴(yán)格的時(shí)間同步，包括數(shù)據(jù)幀頭與上下行轉(zhuǎn)換。然而，隨著傳輸距離的增加，遠(yuǎn)端發(fā)射源的信號(hào)經(jīng)過(guò)傳播延遲到達(dá)近端同頻的目標(biāo)基站后，可能會(huì)進(jìn)入目標(biāo)基站的其他傳輸時(shí)隙，即超出TDD系統(tǒng)的上、下行保護(hù)間隔，進(jìn)而影響近端目標(biāo)系統(tǒng)的正常工作，即所謂的遠(yuǎn)距離同頻干擾[2]。它主要是與信號(hào)的傳輸環(huán)境和基站高度等因素有關(guān)。

對(duì)于終端信號(hào)來(lái)說(shuō)，終端天線位置低，發(fā)射功率小，終端發(fā)射的信號(hào)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，不會(huì)產(chǎn)生此類干擾。但是，基站天線位置較高，發(fā)射功率大，在某種條件下，較易產(chǎn)生遠(yuǎn)距離傳輸，從而到達(dá)近端，干擾其他時(shí)隙；受到干擾的近端下行時(shí)隙功率較高，且接收端為終端，一般位置低，不會(huì)影響業(yè)務(wù)；而上行時(shí)隙信號(hào)到達(dá)基站天線時(shí)功率較低，與遠(yuǎn)端干擾同時(shí)被基站接收，即遠(yuǎn)端基站的下行信號(hào)干擾了近端同頻目標(biāo)基站的上行接收，如圖3所示。

對(duì)于遠(yuǎn)距離同頻干擾的解決方案可讓干擾源基站與被干擾基站分別進(jìn)行特殊時(shí)隙的自動(dòng)配置來(lái)規(guī)避干擾，比如增加GP長(zhǎng)度即可增大保護(hù)距離；還可以采取工程上的措施，比如降低天線掛高、增大下傾角等方式消除遠(yuǎn)距離同頻干擾。

圖3 遠(yuǎn)距離干擾示意圖

綜上所述的干擾可以歸納為水平組網(wǎng)方式帶來(lái)的同頻干擾，而這種方式已在LTE系統(tǒng)中得到較好的解決。但隨著建站方式的多樣性，還會(huì)出現(xiàn)垂直同頻組網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如宏小區(qū)與微小區(qū)的垂直干擾、宏小區(qū)與家庭基站層的垂直干擾等，這是需要未來(lái)進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

3 系統(tǒng)間干擾

系統(tǒng)間干擾顧名思義就是不同的頻率系統(tǒng)之間的共存干擾。這種干擾一般分為以下幾類：雜散干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾[3]。

雜散干擾是指一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散發(fā)射落入到另一個(gè)系統(tǒng)接收頻段內(nèi)造成的干擾，其發(fā)射電平可以降低而不致影響相應(yīng)信息的傳遞。干擾基站在被干擾基站接收頻段內(nèi)產(chǎn)生雜散輻射，并且干擾基站的發(fā)送濾波器沒(méi)有提供足夠的帶外衰減，會(huì)引起接收機(jī)底噪抬升而導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度的降低。

互調(diào)干擾是指由于兩個(gè)及以上的不同頻率的載波發(fā)射信號(hào)，通過(guò)非線性電路導(dǎo)致多個(gè)載頻合成產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物，若這些互調(diào)產(chǎn)物落到相鄰或相同頻段的系統(tǒng)上將使接收機(jī)信噪比下降從而產(chǎn)生互調(diào)干擾。

阻塞干擾是指當(dāng)較大功率的干擾信號(hào)落入接收機(jī)端時(shí)，可能導(dǎo)致接收機(jī)過(guò)載，使它的接收靈敏度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至不能接收有用信號(hào)的干擾情況，因此，這也是通信系統(tǒng)中最忌諱的干擾形式。

目前，中國(guó)移動(dòng)通信按照應(yīng)用場(chǎng)景的不同共分為三個(gè)頻段。室外宏站部分采用F頻段（1 880～1 900 MHz）和D頻段（2 570～2 620 MHz），室內(nèi)部分采用E頻段（2 320～2 350 MHz）。同時(shí)在電信業(yè)還存在著多種通信系統(tǒng)的制式標(biāo)準(zhǔn)，也都采用與之不同的頻率段，如圖4所示，在這些系統(tǒng)共址共存的情況下均會(huì)產(chǎn)生以上所述的幾類干擾。

圖4 不同系統(tǒng)的頻段劃分

根據(jù)圖4-a可看出，F(xiàn)頻段可能面臨最復(fù)雜的電磁干擾，因此，下面首先針對(duì)F頻段對(duì)各類系統(tǒng)間干擾進(jìn)行分析。

（1）在F頻段同時(shí)有中國(guó)移動(dòng)的兩個(gè)系統(tǒng)TDSCDMA、TD-LTE，這樣將會(huì)導(dǎo)致同頻異系統(tǒng)的干擾。但由于兩個(gè)系統(tǒng)均采用TDD雙工模式，可以通過(guò)調(diào)整兩個(gè)系統(tǒng)的上下行時(shí)隙使其同步即可規(guī)避基站間的干擾，但這將有一定的速率損失，因此建議逐步對(duì)F頻段的TD-SCDMA系統(tǒng)進(jìn)行清頻，使其占用2 010～2 025 MHz頻段。

（2）目前移動(dòng)和聯(lián)通的DCS1800下行頻率為1 805～1 850 MHz，但濾波器多為1 805～1 880 MHz共75 MHz，與TD-LTE系統(tǒng)的F頻段鄰頻，它們共存共址時(shí)，會(huì)對(duì)此頻段基站的上行鏈路造成雜散和阻塞干擾。如果讓TD-LTE盡量工作于F頻段的高頻段點(diǎn)，可一定程度減小DCS1800的雜散干擾；還可以利用工程手段，如調(diào)整天面增大空間隔離、加裝雜散抑制濾波器以及提高設(shè)備性能系數(shù)來(lái)規(guī)避干擾。

（3）3G FDD補(bǔ)充頻段的下行頻率為1 850～1 880 MHz緊鄰TD-LTE系統(tǒng)的F頻段，若與其共存共址需特別注意對(duì)TD基站上行鏈路的阻塞干擾，這是人們最不愿看到的。目前我國(guó)還沒(méi)明確規(guī)定此頻段的劃分，但建議將此頻段定為過(guò)渡帶。

（4）另外，處于1 900～1 920 MHz頻段的小靈通（Personal Handy-phone System，PHS）系統(tǒng)，其實(shí)際的帶外雜散非常高，也會(huì)對(duì)工作于鄰頻1 880～ 1 900 MHz的TD-SCDMA系統(tǒng)造成嚴(yán)重的雜散和阻塞干擾。

(5)對(duì)于 GSM900系統(tǒng)也會(huì)對(duì)F頻段產(chǎn)生互調(diào)或諧波干擾，同樣可以通過(guò)調(diào)整天面增大天線隔離度及更換互調(diào)指標(biāo)較差的GSM900天線等方式避免干擾。

相對(duì)來(lái)說(shuō)D頻段鄰近的頻率比較干凈，幾乎沒(méi)有系統(tǒng)間的干擾。但是個(gè)別地區(qū)可能會(huì)有MMDS（2 535～2 599 MHz）、射電天文（2 655～2 690 MHz）等系統(tǒng)，會(huì)帶來(lái)干擾，需采取相應(yīng)措施規(guī)避。

對(duì)于E頻段由于其使用場(chǎng)景為室內(nèi)覆蓋，恰好和無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Networks，WLAN）有相同的應(yīng)用環(huán)境，而且兩者之間的頻段也是彼此相鄰，就必然會(huì)存在干擾。由于TD-LTE系統(tǒng)基站和終端的抗干擾指標(biāo)較好，WLAN對(duì)LTE的干擾相對(duì)較小，因此干擾主要體現(xiàn)在LTE系統(tǒng)對(duì)WLAN系統(tǒng)的干擾。尤其是LTE終端對(duì)WLAN終端之間的干擾，因?yàn)榇祟愑脩舻男袨槟Ｊ皆谳^長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)位置相對(duì)固定，室內(nèi)環(huán)境相對(duì)靠近的機(jī)率較大而且主要是數(shù)據(jù)用戶，導(dǎo)致它們之間的干擾很難規(guī)避。這種情況可通過(guò)增加終端間距、提高終端設(shè)備的性能指標(biāo)等措施來(lái)盡量降低干擾。

4 總結(jié)

干擾作為影響通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，一直以來(lái)都是業(yè)內(nèi)人士的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)中國(guó)移動(dòng)剛開(kāi)始商用的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)存在的各種干擾進(jìn)行了全面分析，并簡(jiǎn)單介紹了相應(yīng)的解決方案。雖然綜上所述的干擾已被盡量的降低或者完全規(guī)避，但隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的提升、建站環(huán)境多樣化等多方面因素的影響，都有增大干擾的可能性，因此還需在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不斷解決問(wèn)題，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，打造精品網(wǎng)絡(luò)。

[1]蔡偉明，王瑋，施云濤.TD-LTE同頻干擾抑制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2012(7):57-60.

[2]曲嘉杰，李新，鄧偉，劉光毅.TD-LTE遠(yuǎn)距離同頻干擾問(wèn)題研究[J].電信科學(xué)，2010(10):152-158.

[3]陳其銘，張炎炎，潘毅，孫煉.TD-LTE系統(tǒng)間干擾問(wèn)題的分析與研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2012(7):61-65.