800MHz頻率LTE重耕中系統(tǒng)間同頻組網(wǎng)干擾的研究
2016-11-19 08:41:24陳曉冬林衡華
移動通信 2016年4期
陳曉冬 林衡華
【摘 要】2G/3G頻率重耕是提升頻譜效率的有效手段之一。本文基于800MHz頻率分配現(xiàn)狀，提出800MHz頻率上可能的LTE重耕方案，并結(jié)合無線網(wǎng)規(guī)劃要求，對LTE與CDMA系統(tǒng)間同頻組網(wǎng)干擾進行分析，并給出LTE與CDMA同頻組網(wǎng)干擾緩沖帶設(shè)置建議。
【關(guān)鍵詞】LTE 頻率重耕 同頻干擾
doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.04.009 中圖分類號：TN929.53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）04-0049-05
引用格式：陳曉冬，林衡華. 800MHz頻率LTE重耕中系統(tǒng)間同頻組網(wǎng)干擾的研究[J]. 移動通信， 2016，40（4）： 49-53.
1 引言
隨著VoLTE業(yè)務(wù)的逐步引入，VoLTE用戶對LTE覆蓋廣度和深度提出了更高的要求。但是目前國內(nèi)已分配的4G頻段為1.8GHz—2.6GHz[1]，其和2G/3G的800MHz/900MHz頻段相比，在無線覆蓋能力上具有明顯的劣勢。因此通過對800MHz/900MHz頻率重耕以部署LTE，從而實現(xiàn)4G的低成本廣域覆蓋，改善市區(qū)的深度覆蓋，這是提升4G運營商競爭力的有效手段之一。低頻段部署LTE已成為全球各4G運營商的工作重點。
目前800MHz頻段中的825—835MHz/870—880MHz已被CDMA系統(tǒng)占用[1]，如果在該頻段部署LTE，需將部分區(qū)域的CDMA頻點遷移或者關(guān)閉，以便騰出頻譜供LTE使用。
2 800MHz頻率LTE重耕方案分析
目前已分配的800MHz CDMA頻段共10M，規(guī)劃為CDMA的7個1.23M寬度的信道，信道號分別為37、78、119、160、201、242、283[3]。為維持基本的CDMA語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，800MHz頻率重耕后，必須至少保留兩個CDMA頻點，因此可選的LTE工作帶寬為1.4M/3M/5M。由于與WCDMA的競爭需要，5M帶寬已成為全球CDMA運營商800M LTE重耕中最基本的選擇。
800MHz頻率LTE重耕頻率方案，按照LTE工作頻帶位置的不同，主要分為兩類。
（1）夾心方案
夾心方案中LTE部署頻段為826.7—831.7MHz/871.7—876.7MHz。此方案中，CDMA可以保留37、242、283這三個信道。夾心方案能最大限度地利用空余CDMA頻率，在CDMA兩載波區(qū)域（37 DO+283 1X）部署時，無需進行CDMA載波的遷移。但是該方案在CDMA三載波區(qū)域部署時，LTE可能受到37和242的CDMA鄰道干擾。800M LTE重耕夾心方案頻率示意圖如圖1所示：
圖1 800M LTE重耕夾心方案頻率示意圖
（2）靠邊方案
靠邊方案中LTE部署頻段為825—830MHz/870—875MHz。此方案中，CDMA可以保留201、242、283三個信道。雖然夾心方案在部署時至少需要遷移37號CDMA頻點，但其所受到的CDMA鄰道干擾風險較小。800M LTE重耕靠邊方案頻率示意圖如圖2所示：
800M LTE重耕的夾心方案和靠邊方案各有優(yōu)缺點，但在實際組網(wǎng)中都會面臨LTE與CDMA系統(tǒng)間同頻組網(wǎng)干擾的問題。
3 800M系統(tǒng)間同頻組網(wǎng)干擾分析
3.1 同頻組網(wǎng)干擾的產(chǎn)生
按照800MHz頻率重耕的范圍，可將其定義為兩種類型。
（1）全網(wǎng)重耕。在全網(wǎng)范圍內(nèi)將800MHz的某段頻率重耕為LTE頻率，即此段頻率不再作為CDMA系統(tǒng)使用。美國Sprint、韓國LGU+和日本KDDI屬于此種類型。
（2）部分重耕。在部分區(qū)域?qū)?00MHz的某段頻率重耕為LTE頻率，在其他區(qū)域800MHz頻率仍作為CDMA系統(tǒng)使用。由于中國電信在800MHz上僅有10M帶寬，熱點地區(qū)載波資源緊張，無法騰出足夠的頻譜部署800M LTE，因此只能采用部分重耕的方式。
800MHz部分重耕方式，可能會由于重耕區(qū)域與非重耕區(qū)域相鄰，而出現(xiàn)800MHz CDMA載波與LTE同頻干擾的情況。解決同頻干擾的唯一途徑是在重耕區(qū)域與非重耕區(qū)域間，通過地理隔離的方式，預留足夠?qū)挾鹊耐l緩沖帶。同頻干擾與同頻緩沖帶典型設(shè)置如圖3所示：
圖3 部分重耕場景同頻干擾緩沖帶設(shè)置示意圖
同頻干擾緩沖帶在解決部分重耕場景下的800MHz和LTE間同頻組網(wǎng)干擾問題的同時，也會導致緩沖帶內(nèi)重耕頻段的無法使用，造成頻率資源的浪費。因此如何在避免干擾的前提下設(shè)置合理的同頻干擾緩沖帶是800MHz頻率部分重耕組網(wǎng)中的關(guān)鍵問題之一。
3.2 同頻組網(wǎng)干擾分析假設(shè)
為簡化計算，本文對同頻干擾場景做如下假設(shè)：
（1）僅考慮對同頻干擾緩沖帶距離要求最大的情況，即假設(shè)CDMA基站、CDMA終端、LTE基站為同一直線分布。
（2）僅考慮LTE與EVDO之間的干擾。
（3）無線傳播模型采用的Okumura-HATA模型[4]如下：
Lb=69.55+26.13lgf-13.82lghb-a（hm）+lgd（44.9 -6.55lghb） （1）
其中hb為基站高度，取農(nóng)村典型站高45m；hm為終端高度，取1.5m；f為頻率，取850MHz。則無線傳播模型可簡化為：
Lb=K1+K2×lgd=123.0+34.1lgd （2）
3.3 基于EVDO終端的同頻組網(wǎng)干擾分析
目前網(wǎng)絡(luò)僅支持LTE向DO的激活態(tài)切換，而不支持DO向LTE的激活態(tài)切換[2]。當DO終端向LTE同頻區(qū)域移動時，無法實現(xiàn)DO終端向LTE小區(qū)的切換，因此可能會由于DO異頻切換觸發(fā)條件苛刻導致上行遠近效應干擾。
選取對干擾緩沖帶要求較高的情況，即以DO終端的干擾為例進行分析，同頻組網(wǎng)干擾示意圖如圖4所示：
圖4 800M EVDO對LTE同頻干擾示意圖
DO終端由DO基站向LTE/異頻DO基站移動。當滿足DO異頻切換條件時，將發(fā)起向DO異頻點的切換流程，目前DO異頻測量的啟動門限典型值為激活集導頻強度Ec/Io小于-5dB[5-7]。
DO終端在DO異頻切換臨界點上，對LTE基站上行干擾最大。LTE基站上行底噪抬升和DO終端到LTE基站路徑損耗關(guān)系如式（3）所示：
（3）
其中，LLTE為DO終端到LTE基站的路徑損耗；PDO_UL為DO終端上行發(fā)射；WLTE_RB為LTE與DO同頻的RB信號帶寬；WDO為DO信號帶寬；N0_LTE_RB為LTE基站與DO同頻的RB空載底噪；為LTE基站與DO同頻的RB底噪變化。
根據(jù)式（3）可以計算出在不同的LTE基站，上行底噪允許抬升值的情況下，DO終端到LTE基站的路徑損耗。若允許LTE基站上行底噪抬升為0.5dB，則DO終端到LTE基站的路徑損耗至少需為142.0dB。LTE基站底噪抬升與DO終端到LTE基站路徑損耗關(guān)系如圖5所示：
其中，為DO終端的下行導頻強度；LDO為DO終端到LTE基站的路徑損耗；PDO_DL和WDO為DO基站的下行發(fā)射功率與信號帶寬；PLTE_DL和WLTE為LTE基站的下行發(fā)射功率與信號帶寬；N0_DO為DO終端的空載底噪。
根據(jù)式（4）可以計算，在不同LTE底噪抬升且DO終端位于異頻切換臨界點的情況下，DO終端到DO基站的路徑損耗。若允許LTE基站上行底噪抬升為0.5dB，則在-5dB異頻測量門限的典型值下，DO終端到DO基站的路徑損耗為146.8dB。LTE基站底噪抬升與DO終端到DO基站路徑損耗關(guān)系如圖6所示。
3.4 基于LTE終端的同頻組網(wǎng)干擾分析
目前網(wǎng)絡(luò)僅支持LTE向DO的激活態(tài)切換，因此可以通過調(diào)整切換參數(shù)來避免LTE對EVDO網(wǎng)絡(luò)的上行遠近效應干擾。
LTE終端的同頻組網(wǎng)干擾示意圖如圖7所示：
圖7 800M LTE對EVDO同頻干擾示意圖
LTE終端由LTE基站向DO基站移動，當滿足LTE向DO切換條件時，將發(fā)起LTE向DO的異系統(tǒng)的切換流程。目前LTE向DO切換需滿足A2事件，LTE參考信號強度RSRP小于某門限值，典型值為-121dBm[8-10]。
LTE終端在LTE異系統(tǒng)切換臨界點上，對DO基站上行干擾最大。DO基站上行底噪抬升和LTE終端到DO基站路徑損耗關(guān)系如式（5）所示：
（5）
與式（3）推算結(jié)果類似，根據(jù)式（5），若允許DO基站上行底噪抬升為0.5dB，則LTE終端到DO基站的路徑損耗至少需為142.1dB。
LTE終端在此臨界點上滿足異系統(tǒng)切換門限，則LTE終端到LTE基站的路徑損耗與切換門限的關(guān)系如式（6）所示：
（6）
根據(jù)式（6）若設(shè)置LTE向DO的切換門限為-121dBm，則LTE終端到LTE基站的路徑損耗為136.2dB。
3.5 同頻干擾緩沖帶設(shè)置分析
從上面的分析可以看出，由于目前網(wǎng)絡(luò)僅支持LTE向EVDO的激活態(tài)切換，因此由遠近效應所導致的DO終端對LTE基站的上行干擾是800M LTE與CDMA同頻組網(wǎng)干擾緩沖帶設(shè)置的受限因素。
全向站組網(wǎng)的農(nóng)村典型鏈路預算參數(shù)如表1所示：
以DO終端對LTE基站上行干擾為受限場景，在不同LTE上行底噪抬升允許值的情況下，將鏈路預算所得的允許最大無線路徑損耗代入式（2），得到同頻DO基站與LTE基站距離要求如圖8所示：
圖8 LTE基站底噪抬升與DO基站到LTE基站距離關(guān)系圖
在以上所設(shè)定的無線傳播模型及鏈路預算假設(shè)下，若LTE基站允許底噪抬升值為0.5dB，則800M LTE基站和DO基站間最小距離為8.59km。
考慮800M LTE基站與DO基站1：1共站部署的場景，則在同樣的計算假設(shè)下，可以得出對于不同上行規(guī)劃邊緣速率的EVDO網(wǎng)絡(luò)，EVDO的基站覆蓋距離如表2所示。
表2 EVDO的基站覆蓋距離
邊緣速率/kbps d0/km DO基站與LTE基站距離要求
38.4 4.11 2.8 d0
76.8 3.30 3.5 d0
153.6 2.60 4.5 d0
230.4 2.23 5.2 d0
307.2 2.05 5.7 d0
對于全向站組網(wǎng)的場景，站間距為2.0 d0。因此800M LTE共站部署時，對于上行規(guī)劃邊緣速率為76.8kbps或以下的DO網(wǎng)絡(luò)，與非重耕區(qū)域間需要預留一圈基站作為同頻干擾緩沖帶。而對于上行規(guī)劃邊緣速率為153.6kbps或以上的DO網(wǎng)絡(luò)，需要預留兩圈或兩圈以上基站作為同頻干擾緩沖帶。為不失一般性，以上分析方法可推廣到三扇區(qū)站組網(wǎng)的場景。
4 結(jié)束語
800MHz頻率LTE重耕是提升頻譜效率的有效途徑，但是LTE與CDMA間反向切換機制的不健全，會帶來非全網(wǎng)重耕場景下的嚴重的鄰小區(qū)同頻干擾。在重耕區(qū)域和非重耕區(qū)域間預留適度的同頻干擾緩沖帶能避免LTE與CDMA間組網(wǎng)時的同頻干擾問題。
同頻干擾緩沖帶的實質(zhì)是通過犧牲800MHz LTE重耕區(qū)域范圍來避免系統(tǒng)間同頻干擾，而CDMA現(xiàn)網(wǎng)中載波分布的復雜性，也會給干擾緩沖帶的規(guī)劃造成很大困難，從而進一步限制800MHz LTE的部署范圍。因此，在800M LTE部署初期應盡量減小對原有CDMA頻點的占用，這是800MHz頻率LTE重耕的最優(yōu)選擇。
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