作者:俞利遷 劉懷林

    摘要：移動網絡的規劃和建設中需要解決時分同步碼分多址(TD-SCDMA)系統與個人手持機系統(PHS)之間的干擾問題。通過基于TD-SCDMA單系統平臺仿真分析PHS下行對TD-SCDMA上行的干擾，可得出TD-SCDMA系統與PHS系統共存所需的空間隔離度。仿真中TD-SCDMA系統的基站分別采用全向基站和定向基站比較兩種不同類型基站的蜂窩小區覆蓋距離和用戶的中斷情況。仿真結果表明，TD-SCDMA系統基站采用定向基站，小區覆蓋的距離比全向基站遠，與PHS系統共存所需的空間隔離度比采用全向基站小10dB。

    要害詞：時分同步碼分多址；個人手持機系統；中斷率；鄰道干擾比

    Abstract:Itisnecessaryto solve the interference PRoblem between Time Division Synchronous Code Division Multiple access (TD-SCDMA) and Personal Handy-phone System (PHS) during the process of planning and building a mobile network. The space isolation required between TD-SCDMA and PHS can be oBTained by analyzing the interference from the PHS downlink on the TD-SCDMA uplink based on the emulation for a single TD-SCDMA system. In the TD-SCDMA system emulation, the omni-directional and direction-orientd base stations are used and a comparision is made betweem them in terms of coverage distance and interruption of user traffic. The results show that the directon-oriented base station has a longer coverage distance and a 10 dB decrease in isolation.

    KeyWords:TimeDivision-SynchronousCode Division Multiple Access (TD-SCDMA); Personal Handy-phone System (PHS）

    隨著3G腳步的日益臨近，各大運營商在對自己目前的網絡加大優化力度的同時，都面臨著如何更好與后續系統相兼容的問題，都在從成本代價最小、工程最具操作性、對現有網絡影響最小的角度出發，尋求網絡建設中存在的互干擾問題的解決方案。

    政府主管部門也在密切關注并通過行業標準化組織來研究和制訂符合中國國情的最佳3G決策方案和政策規定。

    如何實現個人手持機系統(PHS)和時分同步碼分多址(TD-SCDMA)網絡的融合和共存，成為運營商共同關心和研究的重大課題，這個問題假如解決得當，可以極大地節省投資，有效控制風險，使運營商投資獲利最大化，會產生巨大的社會經濟效益。

    中國對3G系統頻率使用進行了規劃，規定1 880～1 920 MHz為時分雙工(TDD)使用頻段之一。目前，中國已大規模商用的PHS系統占用的是1 900～1 920 MHz頻段。因此，TD-SCDMA系統和PHS系統將在多個頻點處鄰頻共存。由于發射機和接收機濾波器的不完善性，共存的兩個系統會產生相互干擾，造成覆蓋半徑減小和系統容量降低。研究TD-SCDMA與PHS系統之間的干擾問題，可以為移動網絡規劃提供重要的參考依據。隨著TD-SCDMA逐步走向商用化，TD-SCDMA與PHS系統之間的干擾與共存問題已提到議事日程上來[1-5]。

    1 干擾分析

    干擾的產生是多種多樣的，某些專用無線電系統占用沒有明確劃分的頻率資源、不同運營商網絡配置不當、收發濾波器的性能、小區重疊、環境、電磁兼容(EMC)以及有意干擾，都是移動通信網絡射頻干擾產生的原因。系統間干擾類型主要有：加性噪聲干擾、鄰道干擾、交調干擾和阻塞干擾。

    加性噪聲干擾是指干擾源在被干擾接收機工作頻段產生的噪聲，包括干擾源的雜散、噪底、發射互調產物等等，使被干擾接收機的信噪比惡化。

    阻塞干擾是指當強的干擾信號與有用信號同時加入接收機時，強干擾會使接收機鏈路的非線性器件飽和，產生非線性失真。

    鄰道干擾指在接收機第一鄰頻存在的強干擾信號，由于濾波器殘余、倒易混頻和通道非線性等原因引起的接收機性能惡化。

    交調干擾指當多個強信號同時進入接收機時，在接收機前端非線性電路作用下產生交調產物，交調產物頻率落入接收機有用頻帶內造成的干擾。

    考慮到PHS和TD-SCDMA兩個系統均為TDD系統，且TD-SCDMA有一段頻段與PHS系統的頻段重疊，實際情況中應該會是鄰頻共存。因此TD-SCDMA與PHS互干擾主要考慮PHS下行對TD-SCDMA上行的干擾和TD-SCDMA下行對PHS系統上行的干擾。對于PHS系統，由于占用的頻帶為1 900～1 920 MHz，跟TD-SCDMA系統1 880～1 900 MHz頻帶最為靠近，因此主要分析TD-SCDMA在該頻段上受到PHS系統下行的干擾，只要在該頻段上PHS對TD-SCDMA的干擾解決了，TD-SCDMA在其他頻段上受PHS干擾的問題也就解決了。

    由于PHS系統的帶寬為300 kHz，因此假設PHS系統的中心頻率在1 900.15 MHz，根據中國通信標準化協會(CCSA)TC5 WG1頻譜子工作組召開的會議確定的TD-SCDMA系統宏小區對PHS系統間共存的研究方法、仿真原理和仿真假設，規定PHS鄰道泄漏功率為：2△f的頻帶內泄漏功率小于800 nW；3△f的頻帶內泄漏功率小于250 nW，其中△f表示PHS系統帶寬(如圖1所示)。則TD-SCDMA系統在1 880～1 900 MHz頻段分兩種情況考慮。取TD-SCDMA的一個帶寬間隔1 888.40 MHz(PHS的3倍頻干擾在一個TD帶寬內，3倍頻以外的干擾當作雜散干擾進行處理)為分隔點。在1 888.40MHz～11 900 MHz之間為最差情況，既要考慮雜散干擾又要考慮鄰頻干擾；在1 880～1 888.40 MHz當作雜散干擾來處理。

    按RCR STD28 V4.0最新標準，核心頻段內的雜散功率為1.6×251 nw=401.6 nW≌-34.0 dBm(≌表示nW與dBm之間的等效)。最差的情況，即中心頻率在1 900.15 MHz的載頻產生的泄漏功率為800 nW＋250 nW=1 050 nW≌-29.8 dBm，鄰道泄漏值大于雜散干擾值，所以在這個頻段必須考慮鄰道泄漏；對于1 880～1 888.40 MHz的頻段，如考慮鄰道泄漏，計算鄰道功率為250 nW≌-36 dBm，其值小于雜散干擾值，因此無需考慮鄰道泄漏，只考慮雜散干擾。

    綜合上述考慮，在不同頻段的干擾類型和功率為：

    1880MHz～1888.40 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm，1 898.72 MHz～1 900 MHz(雜散＋鄰道干擾)：401.6+800+250 nW=1451.6 nW≌-28.4 dBm，2 010 MHz～2 025 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm，2 300 MHz～2 400 MHz(雜散干擾)：401.6 nW≌-34.0 dBm。

    2 仿真研究

    2.1仿真過程介紹

    仿真的思想基于TD-SCDMA單系統同頻組網平臺，分析PHS下行對TD-SCDMA上行的干擾情況。信噪比(SIR)公式[6]為：

    其中ν是話務激活因子(語音通常為0.6，數據為1)，b是聯合檢測因子，a是多用戶檢測抑制因子，P是基站接收到TD-SCDMA用戶的功率，I own是本小區干擾，I other是鄰小區干擾，IPHS是PHS下行對TD-SCDMA上行的干擾，N是熱噪聲。

    本仿真的重點是I PHS的計算，仿真中采用1C7T的PHS基站(8個時隙，其中一個是控制時隙，支持7個用戶)，每個PHS基站最多容納7個用戶。由于我們只關心PHS下行對TD-SCDMA的影響，PHS系統本身做了許多簡化。仿真中計算干擾的時候，把某個空口時隙的PHS信號減某個ACIR值的衰減作為干擾功率[7]，具體為：

    I PHS＝基站的發射功率－ACIR－路損(包括模型損耗和陰影衰落損耗)＋TD用戶智能天線增益賦形圖在PHS基站方向上的增益＋基站天線增益－TD饋線損耗－PHS饋線損耗

    其中，ACIR是鄰道干擾比，可以表示共存系統的干擾。

    ACIR與鄰道泄漏比(ACLR)和鄰道選擇性(ACS)關系公式為：

    其中ACLR是指鄰道(或者帶外)發射信號落入到被干擾接收機通帶內的能力，ACS定義為發射功率與相鄰信道(或者被干擾頻帶)上的測得功率之比。ACS是指在相鄰信道信號存在的情況下，接收機在其指定信道頻率上接收有用信號的能力，ACS定義為接收機濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減的比值。

    TD-SCDMA系統采用智能天線技術，該技術核心是自適應天線波束賦形技術，可將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向(DOA)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。本仿真采用的智能天線分為全向基站和定向基站兩種，全向天線采用的是8陣元的均勻圓陣，定向天線是8陣元均勻線陣。只要把全向或定向天線的方向圖主波束對準單用戶，計算出PHS基站和該用戶之間的夾角，就可以得到PHS基站的賦形增益值。

    傳播模型的損耗與基站間的距離有關，與環境也有關系。本仿真采取的PHS基站到TD-SCDMA系統基站之間的傳播模型如圖2所示[7]。

    至于陰影衰落損耗，由于它服從正態分布，因此通過產生高斯正態分布隨機數的函數來模擬陰影衰落。考慮到各個PHS基站與TD-SCDMA基站間的陰影衰落具有相關性，因此計算陰影衰落的時候采用公式：

    Shadowj =a×hadowj +b×Shadow計算，其中陰影衰落的相關系數通常為0.5，Shadow表示所有基站位置產生的公共陰影衰落部分，Shadowj 表示單獨由第j 個基站位置產生的陰影衰落部分。

    仿真流程是：按照一定的方式分布基站，然后進行多次快照，每次快照在這些小區(全向的或者扇區化的)中按照一定的方式撒入用戶，假定這些用戶不移動，計算這些用戶上行受到PHS基站干擾后的上行信噪比，然后對這些用戶進行上行功率控制，假如SIR目標

    具體步驟如下：

    (1)分布基站。本文采用的是按照規則六邊形的蜂窩狀小區來分布基站，基站可以是全向的也可以是扇區化的。

    (2)進行快照循環。在每次快照中重新撒入用戶，進行功率控制。對于某一次快照，撒入的用戶分布可能具有一定的非凡性，所以需要進行大量的快照，用大量快照的統計平均來模擬實際情況。

    (3)在一次快照中，首先是撒入用戶，然后是功率控制過程。撒入用戶的方法是：撒入一個用戶，在廣播信道中計算該用戶到四周各基站的實際路損，根據廣播信道的路損來判定該用戶物理歸屬小區，還需要根據一定的規則來判定歸屬小區是否接受該用戶，假如不滿足條件就需要重新撒入，假如滿足條件就算撒入了一個用戶。重復上面的過程直到撒入足夠的用戶個數。

    (4)干擾計算，下行4個空口時隙對TD-SCDMA的干擾分別計算，再對4個下行空口時隙的結果做平均，然后計算在這個干擾基礎上的TD-SCDMA用戶的中斷率，最后做各個快照間的中斷結果的平均。

    2.2仿真結果

    對于中斷率的仿真，首先選取小區覆蓋半徑，做法如下：在沒有PHS下行干擾的情況下，即在TD-SCDMA單系統找到中斷率非常接近5%下的相對應的TD-SCDMA系統蜂窩小區覆蓋半徑(由于TD是單系統同頻組網，所以參數ACIR值不影響中斷率)，然后固定小區半徑，仿真不同的ACIR值下得到的中斷率變化曲線。

    本仿真TD-SCDMA系統采用的是全向基站系統中斷率為4.967%下的對應的半徑(388 m)；定向基站是中斷率5.029%下的對應的半徑(512 m)。根據CCSA的統一設置，PHS系統基站的半徑取為TD-SCDMA系統基站半徑的1/4。

    得到TD-SCDMA系統基站和PHS基站的分布如圖4所示，TD-SCDMA采用的是2層蜂窩系統，PHS采用的是9層蜂窩系統。

    在快照時均勻隨機的撒入用戶時，首先判定撒入的用戶屬于哪個小區，然后判定該用戶是否被小區接收。假如撒入的用戶符合以下條件的可以被所在的小區接受，否則丟棄該用戶并重新撒入用戶。

    條件1：總用戶數未到小區最大用戶數。

    條件2：與基站間的距離大于設定的最小距離。

    條件3：到服務小區的路損應該在路損的最小值和最大值之間。

    假如TD-SCDMA的基站屬于定向基站，那么撒入的用戶還應該滿足智能天線的應用條件。

    一次快照中撒入有效用戶的位置分布，全向基站如圖5所示，定向基站如圖6所示。

    基本上是一個小區8個用戶，對于有的小區出現多于8個用戶也是正常的，因為小區邊緣的用戶可能到鄰小區的鏈路損耗更小，它實際上屬于鄰小區。

    最后分別得到全向基站和定向基站再加入PHS干擾后TD-SCDMA用戶的中斷情況(如圖7所示)。

    從圖7中可以看出，智能天線采用定向基站的效果明顯好于全向基站，同樣在TD-SCDMA單系統下，要求5%中斷率的情況下，全向基站蜂窩小區覆蓋的距離約為388 m，而定向基站可以覆蓋到512 m左右；在加入PHS下行的干擾后，同樣在5%中斷率的情況下，TD-SCDMA系統采用全向基站必須與PHS基站有95 dB左右的空間隔離度，而定向基站的空間隔離度在85 dB左右。

    在仿真的時候，理論分析考慮的都是很惡劣的情況：

    (1)仿真的中斷率是一個統計平均值。根據經驗，5%的中斷率相當于現網1%的掉話率，因此對TD-SCDMA系統5%的中斷率這一指標要求還是很高的。

    (2)所有TD-SCDMA和PHS系統的天線高度一樣，而且還有可能出現天線對打情況，而實際中各天線的高度各異，也不存在主瓣對打情況；由于TD-SCDMA天線的空間位置高于PHS基站天線的空間位置，所以可以將PHS天線更換為對上副瓣抑制較大的類型。

    (3)仿真采用同頻組網，假如是異頻組網，TD-SCDMA系統的性能將大大提高。

    (4)若采用垂直隔離將大大提高工程實施的可行性。

    (5)仿真PHS天線沒有考慮濾波器作用，實際操作可通過PHS基站發射天線加帶通濾波器來減小PHS雜散。同時采用垂直隔離和加濾波器濾波方法將更具有工程可實施性。

    (6)理論分析TD-SCDMA的工作頻段為1 880～1 900 MHz，實際中TD-SCDMA優先使用2 010～2 025 MHz頻段，在該頻段上TD-SCDMA受到PHS系統的干擾減小，所需的空間隔離度也就小些。

    綜上所述，實際網絡中PHS干擾TD-SCDMA系統所需的空間隔離將好于上述理論分析。

    3 結束語

    目前TD-SCDMA逐步走向商用化，對TD-SCDMA與PHS系統之間的干擾問題的討論成為熱點。本文在中興通訊股份有限公司TD-SCDMA單系統平臺基礎上，基于干擾的主要類型，著重分析了PHS下行對TD-SCDMA上行的干擾問題[8]。通過對TD-SCDMA系統的基站分別采用全向基站和定向基站進行討論，得出兩種系統共存的情況下兩個系統的基站所需要的空間隔離度。

    4 參考文獻

    [1]徐福新.小靈通(PAS)個人通信接入系統[M]. 修訂版.北京:電子工業出版社,2004.

    [2]TD-SCDMA與PHS互干擾預算分析[R].深圳:中興通訊股份有限公司,2005.

    [3]李世鶴.TD-SCDMA第三代移動通信系統標準[M].北京:人民郵電出版社,2003.

    [4]3GPPTS25.142 v6.1.0. Case Station (BS) conformance testing (TDD) [S]. 2004.

    [5]TD-SCDMA系統智能天線模型[R].北京:大唐移動通信設備有限公司, 2004.

    [6]TD-SCDMA靜態系統仿真概要設計[R].深圳:中興通訊股份有限公司, 2005.

    [7]PHS干擾WCDMA上行的仿真測試報告[R].深圳:中興通訊股份有限公司, 2005.

    [8]王衍文.PHS系統中的智能基站[J].中興通訊技術, 2004,10(1):27-31.

    作者簡介：

    俞利遷，南京郵電大學通信與信息工程學院在讀碩士研究生。2006年在中興通訊股份有限公司實習。目前主要從事移動通信中的網絡規劃與優化、智能天線技術。

    劉懷林，中興通訊股份有限公司移動事業部工程師，主要研究方向為3G網絡仿真、互干擾以及網絡規劃等。（寧一編輯）