作者：蘇潔  匡曉烜  李國慶

    采用系統級仿真的方法對WCDMA與cdma2000宏蜂窩移動通信系統在同一地理區域、相鄰頻段共存的方案進行了研究。

    對系統間干擾分析方法、仿真系統設計及仿真結果進行了討論，并給出了兩系統共存時的干擾預防措施。

    1、引言

    當前，第三代移動通信系統3G已逐步走向商用化階段。國際電聯ITU為WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三大標準劃分了2GHz四周的核心頻段，這將導致未來3G移動通信系統實現商用后，在同一片地理區域出現不同移動通信體制占用相鄰頻段的情況。由于高頻器件的非線性特性，這些不同系統之間將存在相互干擾，從而可能造成系統容量損失。

    3GPP標準化組織充分考慮了3G系統間相互干擾的影響，制訂了規范的系統間干擾仿真方法與評估準則。本文主要針對未來3G商用的實際需求，參照3GPPTR25.942協議，設計一個系統級仿真評估方案，并對WCDMA系統與cdma2000系統在相鄰頻段共存時的干擾進行蒙特卡羅（MonteCarlo）仿真研究，從而得到有效可信的評估結果。

    本文研究的主要目的是探討當前主流3G通信網絡在同一地理區域、相鄰頻段共存時可能存在的問題，并給出相應的干擾預防措施。

    2、問題描述

    1920～1980MHz和2110～2170MHz為分配給3G移動通信系統的對稱頻段，分別被WCDMA/cdma2000的上行和下行頻段占用。這將導致在未來3G移動通信系統商用的過程中，WCDMA與cdma2000兩種體制的移動通信網絡工作在相鄰頻段，從而可能產生系統間干擾。兩個系統間的干擾頻譜分配如圖1所示。

    圖1  WCDMA與cdma2000干擾頻譜分配

    由于高頻器件的非線性特征，當兩系統在同一地理區域、相鄰頻段共存時，系統間干擾可能導致兩系統容量衰減。這些干擾主要來自干擾系統對受害系統的異實體干擾，即相鄰系統基站與終端間的干擾。

    3、系統模型

    在本文所研究的系統中，WCDMA與cdma2000網絡拓撲均采用如圖2所示的宏蜂窩系統。每個系統如圖所示有16個宏基站，每個宏基站均為三扇區結構，采用120度定向天線，扇區半徑為577m，小區半徑為1000m。

    同時，在系統模型中采用“卷擾”技術，圖2中的灰色區域為“鏡象”區域以防止仿真中出現干擾“邊緣效應”。

    圖2  WCDMA與cdma2000宏蜂窩網絡拓撲

    在系統模型中，雙系統基站與終端間的鏈路損耗計算采用如下傳播模型：L=max（128.1+37.6Log（R）+Log（F），MCL）。

    公式中，R是天線和終端間的距離，F表示10dB陰影衰落標準方差，MCL（最小連接損耗）被定義為系統中終端與基站之間的最小路徑損耗。

    同時，系統模型中多扇區基站信號發送與接收的方向性增益計算基于3GPPTR25.996協議。

    4、仿真算法

    以下參照3GPPTR25.942協議，對WCDMA與cdma2000宏蜂窩在相鄰頻段共存的場景進行仿真研究。

    為了評價雙系統共存帶來的影響，仿真將分別分析受害系統的單系統容量（Nsingle）與雙系統共存時的容量（Nmulti）。這樣系統間干擾帶來的影響可以通過容量損失來表示，其計算公式為：1-Nmulti/Nsingle。

    在仿真中，外循環將計算滿足某一服務質量（QoS）要求的系統容量。即首先設定一定數量的終端，在仿真結束時計算出該系統平均的QoS。若未達到QoS要求，則通過調整終端用戶數量使仿真計算得到的QoS達到設定值。

    在下行鏈路仿真中，QoS要求設定為5%呼損率；在上行鏈路仿真時，QoS要求設定為6dB噪聲提升。

    內循環執行蒙特卡洛（MonteCarlo）仿真，并通過計算數次快照的平均值得出可信的結果，其輸出結果為平均QoS值（如呼損、噪聲提升）。在每次快照開始時，終端被隨機分布在覆蓋區域。然后，計算每個終端和基站間的路徑損耗，得到鏈路增益并存入增益矩陣中。根據鏈路增益結果確定和終端連接的一個或若干個基站，來決定WCDMA/cdma2000的激活集。在閉環功率控制完成后得到統計數據，并根據統計數據將沒有達到要求的終端設定為呼損。

    5、仿真與討論

    參照3GPP建議的系統仿真參量，對WCDMA與cdma2000雙系統共存的場景進行仿真研究。在仿真中，以地理偏移因子offset表示雙系統基站地理位置的偏移情況。顯然。offset=0對應雙系統基站共站時的情況，而offset=1則對應雙系統基站地理位置偏移最大化的場景。

    由于文章篇幅的限制，以下僅給出不同地理偏移因子和附加頻率保護間隔下。WCDMA的上、下行鏈路由于系統間干擾導致的容量損失（見圖3、圖4、圖5、圖6）。

    圖3  不同保護間隔以及不同地理偏移因子下的WCDMA上行容量損失

    圖4  WCDMA上行容量損失與頻率保護間隔、地理偏移因子間的三維關系

    圖5  不同保護間隔以及不同地理偏移因子的WCDMA下行容量損失

    圖6  WCDMA下行容量損失與頻率保護間隔、地理偏移因子間的三維關系

    由仿真結果得出：當WCDMA與cdma2000移動通信系統共存時，WCDMA的上下行容量損失遠大于cdma2000。

    當兩系統在相鄰頻段共存時，WCDMA與cdma2000的系統容量均隨著附加頻率保護間隔的增大而減小，這是鄰信道干擾比ACIR隨著載波間隔增加而增加的結果。

    當兩系統在同一地理區域共存時，不同地理偏移因子對系統容量損失影響很大。在頻率保護間隔為定值的情況下，當地理偏移因子offset=0時，雙系統的容量損失降至最小；當地理偏移因子offset=1時，雙系統的容量損失最大化。

    6、結束語

    本文采用系統級仿真的方法對WCDMA與cdma2000宏蜂窩移動通信系統在同一地理區域、相鄰頻段共存的方案進行了研究，研究表明當兩系統共存時，WCDMA的容量損失遠大于cdma2000。同時，兩系統的容量損失均隨著頻率保護間隔的增大與基站地理偏移因子的減小而降低。因此，WCDMA運營商與cdma2000運營商如有條件，應盡可能共站，或者使用較小的基站間隔，從而降低系統間干擾，提高頻譜利用率。