2.3G TD-LTE和聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)合路互調(diào)干擾問題研究

郭希蕊，張濤

（中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，北京 100048）

2.3G TD-LTE和聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)合路互調(diào)干擾問題研究

郭希蕊，張濤

（中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，北京 100048）

首先對聯(lián)通WCDMA與2.3G TD-LTE系統(tǒng)合路的系統(tǒng)間干擾進行分析；然后對三階互調(diào)干擾進行理論分析及計算，并詳細分析互調(diào)干擾實驗室測試結(jié)果；最后提出了高性能器件與一般器件相結(jié)合的互調(diào)干擾問題解決方案。

系統(tǒng)合路 三階互調(diào) 干擾

1 引言

工信部已于2013年12月4日正式向三大電信運營商發(fā)放4G牌照，中國移動、中國聯(lián)通以及中國電信均獲得了D頻段和E頻段的TD-LTE牌照，其中E頻段TD-LTE主要用于室內(nèi)分布系統(tǒng)。三家運營商E頻段劃分具體為：聯(lián)通TD-LTE（2 300—2 320MHz）、移動TD-LTE（2 320—2 370MHz）、電信TD-LTE（2 370—2 390MHz）。

在LTE室分建設過程中，為節(jié)約建設成本，大多與原有2G/3G室分系統(tǒng)進行合路。2.3G TD-LTE和WCDMA合路后，兩個系統(tǒng)的有源設備在發(fā)射有用信號的同時，還在它的工作頻帶外會產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號，這些信號落到其他系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi)就會對其他系統(tǒng)形成干擾。系統(tǒng)間的干擾主要有雜散干擾、阻塞干擾以及互調(diào)干擾。

通過對雜散干擾和阻塞干擾進行分析，只要系統(tǒng)間的隔離度滿足要求，雜散干擾和阻塞干擾對系統(tǒng)的影響可以忽略不計。根據(jù)3GPP規(guī)定的雜散指標和阻塞指標，可計算兩系統(tǒng)的雜散隔離度和阻塞隔離度分別為31dB、57dB，即兩系統(tǒng)間的隔離度滿足57dB就可抑制雜散干擾和阻塞干擾。而文獻[7]規(guī)定2.3G TDLTE和WCDMA系統(tǒng)合路器隔離度要求為80dB，因此兩系統(tǒng)間的雜散干擾和阻塞干擾將不會對兩系統(tǒng)形成影響。

根據(jù)無源互調(diào)的產(chǎn)生機理，通過對室分合路系統(tǒng)的頻率及相關組合的分析，發(fā)現(xiàn)2.3G TD-LTE和WCDMA合路后的三階互調(diào)落入WCDMA的上行頻段，會對WCDMA產(chǎn)生互調(diào)干擾。

根據(jù)上述分析，本文將對2.3G TD-LTE和WCDMA合路的三階互調(diào)干擾進行重點分析。首先對兩系統(tǒng)的三階互調(diào)進行理論分析，然后對互調(diào)干擾進行實驗室驗證測試，最后提出了互調(diào)干擾問題解決方案。

2 WCDMA與2.3G TD-LTE互調(diào)干擾分析

2.1 WCDMA與2.3G TD-LTE互調(diào)產(chǎn)物計算

下面主要針對WCDMA不同載波配置與2.3G TDLTE不同頻段配置時系統(tǒng)合路的三階互調(diào)干擾進行分析計算。

（1）WCDMA與聯(lián)通2.3G TD-LTE三階互調(diào)產(chǎn)物計算

聯(lián)通引入2.3G TD-LTE后，TD-LTE和WCDMA系統(tǒng)合路產(chǎn)生的三階互調(diào)1 940—1 990MHz落在WCDMA的上行頻段。表1為TD-LTE與WCDMA配置不同載波下的互調(diào)產(chǎn)物計算。

從表1分析可知：

1）如果WCDMA配置1載波，且頻段設置為2 135—2 140MHz、2 140—2 145MHz，則三階互調(diào)不會落在該WCDMA載波的上行。

2）如果WCDMA配置1載波，且頻段設置為2 130—2 135MHz，則三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行。

3）如果WCDMA配置2載波以上，則三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行，無法進行規(guī)避。

（2）WCDMA與移動2.3G TD-LTE三階互調(diào)產(chǎn)物計算

移動TD-LTE E頻段頻譜范圍為2 320—2 370MHz，在與聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)共建共享時，兩個系統(tǒng)的三階互調(diào)1 890—1 970MHz會落在WCDMA系統(tǒng)的上行頻段。WCDMA不同載波配置和TD-LTE不同頻段配置情況下的互調(diào)干擾分析如表2所示。

通過表2可知：

1）如果移動TD-LTE配置帶寬為2 350—2 370MHz，則移動TD-LTE和WCDMA的三階互調(diào)不會落在WCDMA的上行。

2）如果移動TD-LTE配置帶寬為2 330—2 350MHz，則：

◆若WCDMA配置1載波，且頻段設置為2 130—2 135MHz，三階互調(diào)不會落在該WCDMA載波的上行；

◆若WCDMA配置1載波，且頻段設置為2 135—2 140MHz、2 140—2 145MHz，三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行；

◆若WCDMA配置2載波以上，三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行，無法進行規(guī)避。

則移動TD-LTE和WCDMA的三階互調(diào)會落在WCDMA的上行。

4）如果移動TD-LTE配置帶寬為2 340—2 360MHz，則：

◆若WCDMA配置1載波，三階互調(diào)不會落在該WCDMA載波的上行；

表1 WCDMA與聯(lián)通2.3G TD-LTE三階互調(diào)干擾分析

◆若WCDMA配置2載波，且頻段設置為2 130—2 140MHz，三階互調(diào)不會落在該WCDMA載波的上行；

◆若WCDMA配置2載波，且頻段設置為2 135—2 145MHz、2 130—2 135MHz和2 140—2 145MHz，三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行；

◆若WCDMA配置3載波，三階互調(diào)會落在該WCDMA載波的上行，無法進行規(guī)避。

（3）WCDMA與電信2.3G TDLTE三階互調(diào)產(chǎn)物計算

電信TD-LTE E頻段頻譜范圍為2 370—2 390MHz，在與聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)共建共享時，兩個系統(tǒng)的三階互調(diào)1 870—1 920MHz不會落在WCDMA系統(tǒng)的上行頻段，如表3所示。

式中：ψr(0)為初始磁鏈；uT為變壓器CVT瞬時電壓。為保證開斷前磁鏈初值為0，應自電壓最大值處開始積分。考慮到開斷后斷路器斷口電容耦合作用、CVT測量元件誤差及變壓器雜散電容等因素影響，開斷一段時間后CVT測量結(jié)果不可信，因此電壓測量積分終點宜選取為開斷后約1 s左右，此時，電壓暫態(tài)衰減過程基本結(jié)束。

2.2 三階互調(diào)干擾理論計算

目前現(xiàn)網(wǎng)采用的無源器件三階互調(diào)指標為-130dBc@2×43dBm，基站輸出功率一般為43dBm，饋線以及合路損耗一般有1dB，三階互調(diào)輸入功率每降低1dB，互調(diào)抑制度就升高2dB，則其落在WCDMA上行的互調(diào)量為42-130-1×2-1-6=-97dBm。各數(shù)據(jù)的意義如下：

42dBm：輸入分布系統(tǒng)的功率；

-130dBc：集采無源器件的三階互調(diào)抑制度；

1×2：三階互調(diào)輸入信號每降低1dB，互調(diào)抑制度就降低2dB；

1dB：基站到分布系統(tǒng)的損耗；

6dB：LTE和WCDMA的帶寬轉(zhuǎn)換因子。

由于WCDMA的干擾門限為-112dBm，因此三階互調(diào)會對WCDMA的上行形成干擾，采用集采器件不能避免三階互調(diào)干擾的影響。

表2 WCDMA與移動2.3G TD-LTE三階互調(diào)干擾分析

表3 WCDMA與電信2.3G TD-LTE三階互調(diào)干擾分析

目前運營商定制的高性能無源器件三階互調(diào)指標為-145dBc@2× 43dBm，則其落在WCDMA上行的互調(diào)量為42-145-1×2-1-6=-112dBm，滿足WCDMA的上行干擾門限。因此，使用高性能無源器件可以解決三階互調(diào)干擾。

從理論來講，三階互調(diào)產(chǎn)生的互調(diào)量只要小于WCDMA的干擾門限，其產(chǎn)生的互調(diào)干擾就沒有大的影響。由文獻[9]可知，隨著輸入功率的降低，互調(diào)產(chǎn)物產(chǎn)生的干擾也會降低。室分系統(tǒng)中隨著路徑的損耗，當功率降到一定程度時，采用集采器件也可以解決三階互調(diào)干擾。

如圖1所示，基站下行輸出功率為43dBm，假設到達高性能器件和集采器件交界點處時，室分路徑損耗為LdB，采用集采無源器件，則在分界點產(chǎn)生的三階互調(diào)為43-L-130-L×2-L-6（dB），WCDMA的干擾門限為-112dBm，因此可以得到不等式：43-L-130-L×2-L-6≤-112，解得L≥4.75。因此，高性能器件和一般器件交界點處的單系統(tǒng)總功率為43-L=38dBm。

圖1 TD-LTE和WCDMA合路高性能器件及集采器件交界點功率節(jié)點

3 三階互調(diào)干擾實驗室測試結(jié)果分析

針對TD-LTE和WCDMA三階互調(diào)干擾問題，在實驗室搭建了環(huán)境進行測試，本次測試協(xié)調(diào)了現(xiàn)網(wǎng)替換的無源器件、集采器件、到貨抽檢器件以及高性能無源器件。測試連接如圖2所示：

圖2 TD-LTE和WCDMA三階互調(diào)測試連接圖

其中，TD-LTE配置20MHz帶寬，頻率為2 300—2 320MHz，發(fā)射功率為43dBm；WCDMA 配置3載波進行測試，每載波發(fā)射功率為43dBm。在基站滿功率發(fā)射，被測器件直接連接合路器輸出端口時，針對現(xiàn)網(wǎng)替換器件、集采器件和高性能器件，TD-LTE和WCDMA合路三階互調(diào)干擾測試結(jié)果如圖3所示。

通過圖3測試數(shù)據(jù)可知，高性能器件的干擾最小，集采器件次之，現(xiàn)網(wǎng)替換器件最差，最差的器件能夠帶來15dB以上的底噪提升。高性能無源器件即使應用于最前端，其產(chǎn)生的干擾也在可接受范圍內(nèi)。

圖3 TD-LTE和WCDMA三階互調(diào)測試結(jié)果

采用高性能器件雖然能夠解決干擾問題，但卻帶來了建設成本大幅提升的問題。鑒于互調(diào)干擾大小與輸入功率相關，因此可以通過高性能器件應用于前端、一般器件應用于末端的方式來降低建設成本。對于前端和末端，可以通過輸入功率大小進行劃分，為了驗證前端和末端功率劃分標準，在合路器輸出端口接一個無干擾的高性能器件，被測器件連接高性能器件，測試連接如圖4所示：

圖4 連接高性能器件后TD-L TE和WCDMA三階互調(diào)測試連接圖

按照圖4，被測器件連接5dB高性能耦合器耦合端口后，替換器件和集采器件的三階互調(diào)測試結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看到，三階互調(diào)值滿足-130dBc的器件在連接5dB耦合器耦合端口后，其產(chǎn)生的三階互調(diào)可忽略不計，但三階互調(diào)值較差的器件仍有干擾。對于仍有干擾的器件，在5dB耦合端口連接一個高性能二功分后，干擾在可接受范圍內(nèi)，測試結(jié)果如圖6所示。

通過上述測試結(jié)果分析可知，高性能器件應用于最前端可以解決互調(diào)干擾問題，對于集采器件和替換器件，只要輸入功率降低到一定程度，互調(diào)干擾也可以忽略。

圖5 連接5dB耦合器耦合端口后TD-LTE和WCDMA三階互調(diào)測試結(jié)果

圖6 連接5dB耦合器+二功分后三階互調(diào)干擾測試結(jié)果

對于現(xiàn)網(wǎng)2.3G TD-LTE采用雙通道的場景，建議把WCDMA上下行分路再與TD-LTE進行合路，以規(guī)避三階互調(diào)對WCDMA上行干擾的影響，連接如圖7所示：

4 2.3G TD-LTE和WCDMA合路互調(diào)干擾解決方案

基于室分系統(tǒng)中干擾與功率強相關的特性，本文制定出了高性能器件和一般器件相結(jié)合的互調(diào)干擾解決方案，并根據(jù)TD-LTE和WCDMA合路互調(diào)理論分析以及實驗室的測試數(shù)據(jù)，給出了高性能器件和一般器件的功率節(jié)點。

（1）在2.3G TD-LTE配置不同帶寬以及WCDMA配置不同載波，TD-LTE和WCDMA合路三階互調(diào)不會干擾WCDMA上行的情況下，采用一般器件即可互調(diào)干擾要求。

（2）在TD-LTE和WCDMA合路三階互調(diào)干擾WCDMA上行的情況下：

1）對于2.3G TD-LTE和WCDMA合路單通道情況，LTE滿功率發(fā)射時，輸入功率高于36dBm的節(jié)點使用高性能器件、低于36dBm的節(jié)點使用一般器件；老化特別嚴重的器件節(jié)點單載波功率為33dBm。

2）對于2.3G TD-LTE雙通道場景，建議把WCDMA上下行分路再與TD-LTE進行合路，可避免三階互調(diào)干擾的影響，此時采用一般器件即可互調(diào)干擾要求。

5 結(jié)束語

本文通過理論分析和實驗室驗證測試，分析了2.3G TD-LTE和WCDMA合路互調(diào)干擾問題，并給出了互調(diào)干擾問題解決方案，希望在WCDMA室分系統(tǒng)中引入2.3G TD-LTE后應用該方案，以避免三階互調(diào)對WCDMA系統(tǒng)的干擾。

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郭希蕊：工程師，碩士畢業(yè)于重慶郵電大學，現(xiàn)任職于中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，主要從事室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾相關的研究工作。

張濤：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任職于中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，主要從事室內(nèi)分布系統(tǒng)和天線相關的研究工作。

Research on Intermodulation Interference Between 2.3G TD-LTE and China Unicom WCDMA Systems

GUO Xi-rui, ZHANG Tao
(China Unicom Network Technology Research Institute, Beijing 100048, China)

Inter-system interference between 2.3G TD-LTE and China Unicom WCDMA systems was analyzed fi rstly. Then, third-order intermodulation interference was theoretically analyzed and calculated and laboratory test results of intermodulation interference were analyzed in depth. Finally, the solution to intermodulation interference which combines high-performance device with general device was presented.

system combination third-order intermodulation interference

郭希蕊,張濤. 2.3G TD-LTE和聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)合路互調(diào)干擾問題研究[J]. 移動通信, 2015,39(12): 15-20.

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.12.003

TN929.5

A

1006-1010(2015)12-0015-06

2015-03-22

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn