LTE與GSM系統的干擾分析

LTE是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作夥伴計畫)組織制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移動通信系統)技術標準的長期演進。

全球移動通信系統Global System for Mobile Communication就是眾所周知的GSM,是當前套用最為廣泛的行動電話標準。

LTE與GSM系統在同時部署的情況下,會發生相互干擾,對於兩者的干擾分析可以幫助避免或減少干擾帶來的不良影響。

基本介紹

  • 中文名:LTE與GSM系統的干擾分析
  • 外文名:Interference analysis of LTE and GSM system
  • 套用學科:通信
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共存干擾場景

LTE與GSM間的干擾場景可以分為4種:LTE基站對GSM終端的干擾、GSM基站對LTE終端的干擾、LTE基站對GSM基站的干擾、GSM基站對LTE基站的干擾,如圖1所示。
圖1  LTE與GSM間的干擾場景圖1 LTE與GSM間的干擾場景
我們以2.6GHz頻段的LTE系統與1800MHz的GSM系統(DCS1800系統)為例,介紹LTE與GSM系統的干擾分析。由於頻段間隔較遠,干擾將主要是雜散干擾,並且主要是基站與基站間的干擾問題。

共存干擾分析

GSM基站對LTE基站的干擾

由於LTE系統相對GSM系統是後部署系統,在LTE標準制定中考慮了LTE系統對GSM系統的共覆蓋干擾情況,通過仿真發現LTE系統對GSM造成的雜散干擾滿足系統要求。但是,在共站址情況下的干擾情況還需要分析,並且GSM系統由於部署較早,設備參數沒有考慮與LTE系統的干擾,所以GSM系統對LTE系統有較大幹擾。
20MHz的LTE系統基站底噪計算如下。
公式(1)公式(1)
其中:BW為系統頻寬;efficiency為頻寬利用率,LTE系統取為90%;noisefigure為熱噪聲指數,一般LTE基站取為5,終端取為9。
如果按照干擾標準為底噪抬升0.6dB,則最大允許干擾功率為
M=−96.45(dBm/18MHz)−7dB=−103.45(dBm/18MHz)=−126(dBm/100kHz)
DCS1800系統帶外雜散為−96dBm/100kHz,高於LTE系統允許的最大允許干擾功率。所以要GSM系統對LTE系統的干擾符合要求,需要額外的30dB隔離度。DCS1800基站對LTE基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

LTE基站對GSM基站的干擾

DCS1800允許最大幹擾功率為
公式(2)公式(2)
2.6GHz的LTE系統帶外雜散為−96dBm/100kHz。所以要LTE系統對GSM系統的干擾符合要求,需要額外的約20dB隔離度。
由於GSM是已經部署的系統,設備的射頻性能已經確定,所以我們將通過工程方法來增加額外隔離度,消除干擾。共站址情況下,GSM基站對LTE基站的干擾需要額外的工程方法進行隔離。

LTE基站與GSM基站的工程隔離需求

通過上一節分析,如果共站址部署,DCS1800基站與LTE基站間需要採用工程隔離的方法增加額外隔離度。
將DCS1800基站對LTE基站的干擾代入水平隔離式,有
其中:G為LTE天線增益。在LTE天線與DCS天線同向布置時,LTE側面對DCS側面,假設LTE天線在90°方向增益為0.5dBi,則水平隔離距離為0.56m。
將LTE基站對DCS1800基站水平隔離需求代入式有
其中:G為DCS1800天線增益。在LTE天線與DCS1800天線同向布置時,DCS1800側面對LTE側面,假設DCS1800天線在90°方向增益為0.5dBi,則水平隔離距離為0.123m。
綜上,LTE基站與DCS1800基站共站址部署時,如果天線保持同向布置,則兩系統天線水平間距需要0.56m。
同樣,可以得到兩系統天線垂直間距需要0.24m。
在上面的分析中,只考慮了兩系統天線同向部署的場景,如果天線夾角發生變化,工程隔離距離也將發生變化。在分析中採用了3GPP規範中基站設備共址時的雜散要求,實際設備的性能都要優於該指標,所以在實際中隔離需求將小於理論計算得到的數值。

LTE

LTE概念

LTE(LongTermEvolution,長期演進),又稱E-UTRA/E-UTRAN,和3GPP2UMB合稱E3G(Evolved3G)
LTE是由3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作夥伴計畫)組織制定的UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem,通用移動通信系統)技術標準的長期演進,於2004年12月在3GPP多倫多TSGRAN#26會議上正式立項並啟動。LTE系統引入了OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交頻分復用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output,多輸入多輸出)等關鍵傳輸技術,顯著增加了頻譜效率數據傳輸速率(20M頻寬2X2MIMO在64QAM情況下,理論下行最大傳輸速率為201Mbps,除去信令開銷後大概為140Mbps,但根據實際組網以及終端能力限制,一般認為下行峰值速率為100Mbps,上行為50Mbps),並支持多種頻寬分配:1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等,且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段,因而頻譜分配更加靈活,系統容量覆蓋也顯著提升。LTE系統網路架構更加扁平化簡單化,減少了網路節點和系統複雜度,從而減小了系統時延,也降低了網路部署和維護成本。LTE系統支持與其他3GPP系統互操作。LTE系統有兩種制式:FDD-LTE和TDD-LTE,即頻分雙工LTE系統和時分雙工LTE系統,二者技術的主要區別在於空中接口物理層上(像幀結構、時分設計、同步等)。FDD-LTE系統空口上下行傳輸採用一對對稱的頻段接收和傳送數據,而TDD-LTE系統上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸,相對於FDD雙工方式,TDD有著較高的頻譜利用率
LTE/EPC的網路架構如圖2所示。
圖2  3GPP接入的非漫遊架構圖2 3GPP接入的非漫遊架構

LTE系統結構

LTE採用由eNB構成的單層結構,這種結構有利於簡化網路和減小延遲,實現低時延、低複雜度和低成本的要求。與3G接入網相比,LTE減少了RNC節點。名義上LTE是對3G的演進,但事實上它對3GPP的整個體系架構作了革命性的改變,逐步趨近於典型的IP寬頻網路結構。
LTE的架構也叫E-UTRAN架構,如圖3所示。E-UTRAN主要由eNB構成。同UTRAN網路相比,eNB不僅具有NodeB的功能,還能完成RNC的大部分功能,包括物理層、MAC層、RRC、調度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM等。eNodeB和eNodeB之間採用X2接口方式直接互連,eNB通過S1接口連線到EPC。具體地講,eNB通過S1-MME連線到MME,通過S1-U連線到S-GW。S1接口支持MME/S-GW和eNB之間的多對多連線,即一個eNB可以和多個MME/S-GW連線,多個eNB也可以同時連線到同一個MME/S-GW。
圖3  LTE整體結構圖3 LTE整體結構

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