TD-SCDMA和PHS系统干扰共存初探

1、引言

由信产部组织中国移动、中国电信和网通三大运营商实施的“TD-SCDMA规模网络技术应用试验”，正在厦门、保定和青岛三个城市中进行。相信这个规模网络技术应用试验结束后，政府会对3G牌照的发放有一个明确的政策颁布。据分析，两大固网运营商中国电信和网通（或其中之一）将可能获得TD-SCDMA的牌照，这样一个独立的TD-SCDMA网络将会在全国布置。而中国电信和网通目前正在运营着一个PHS的网络，它们的PHS用户已经超过9000万，几乎覆盖了全国所有乡镇以上的人口密集地区。这样它可能将和TD-SCDMA系统在一个相当长的时期内共存，尤其PHS系统目前还占据着TD-SCDMA的1900到1920Mhz的20Mhz频段,这样它们相互之间的干扰共存问题研究就显得十分必要和迫切。

对于工作在同一地区的TD-SCDMA和PHS两个系统，它们之间的干扰可分成四种形式：TD-SCDMA基站干扰PHS中心站，TD-SCDMA终端干扰PHS中心站，TD-SCDMA基站干扰PHS用户站，TD-SCDMA终端干扰PHS用户站。根据文献[1]中的仿真分析，这两个系统的现有射频指标能够满足，基站对终端，终端对基站以及终端对终端的共存要求，而两个系统基站之间的干扰还需要进一步研究分析。本报告使用确定性分析方法研究TD-SCDMA基站和PHS基站干扰共存问题。

2、确定性分析方法

系统A对系统B产生干扰，可以用下面的干扰评估方程进行研究[2]：

Pe(Fi)-MCL(Fi)≤ Imax(Fi) （1）

其中，Fi是研究的频率；

Pe(Fi)是产生干扰的发射机在频率Fi上的发射功率或杂散辐射；

MCL(Fi)是在频率Fi上发射机和接收机之间的最小耦合损耗；

Imax(Fi)是在频率Fi上可接受的最大干扰电平；

根据上面的评估方程，按照干扰在不同频率范围，可以将它分成下面几种情况进行研究：

系统A发射机发射的有用信号（一般来说，功率是比较大）,在系统B接收频段外(除了邻道外)造成的干扰，称为阻塞干扰。主要研究接收机在接收频段外抵抗强干扰信号的能力，可接受最大干扰电平(Imax)门限一般取接收机带外阻塞特性。

系统A发射机的带外杂散辐射，在系统B接收通带内造成的干扰，称为带外干扰。它主要考察接收机接收灵敏度能够承受最大干扰信号程度，这样它可接受最大干扰电平(Imax)门限一般取接收机的灵敏度承受度。

邻道干扰从两个方面考虑：系统A发射机发射的有用信号，在系统B接收第一邻道造成的干扰，称为邻道干扰（从广义上讲，可以称为邻道阻塞干扰）。另外，系统A发射机的邻道泄漏功率落入系统B接收机通带内造成的干扰，也称为邻道干扰。这样在接收机第一邻频上产生的干扰，其可接受最大干扰电平(Imax)门限分别取接收机的邻道选择性以及灵敏度承受度。

如前面所说，如果在接收机通带内产生干扰，则抬高了系统接收噪声电平，将会对接收机灵敏度造成影响，一般认为，灵敏度损失介于0.2dB和1dB都是合理的。本研究中采用的准则是基站接收机灵敏度损失为0.8 dB，相对应的TD-SCDMA和PHS基站可接受最大外来干扰电平为-115 dBm/1.28 MHz和-123dBm/300khz。

3、干扰分析的主要结果

3.1、分析计算中使用的系统参数

文献[3，4]给出TD-SCDMA和PHS的阻塞特性、杂散辐射、邻道选择性和邻道泄漏功率等系统参数（如表1所示）。根据这些参数，利用方程（1）可以分别计算在不同干扰情况下，需要的最小耦合损耗MCL。基站间的最小耦合损耗包含发射天线增益，接收天线增益以及天线之间的隔离损耗三项，可表示为:

MCL=IL(dB)-Gain_Tx(dB)-Gain_Rx(2)

其中，Gain_Tx为发射天线增益；

Gain_Rx为接收天线增益；

IL为两天线之间的隔离损耗。

表1 确定性分析法中使用的TD-SCDMA和PHS射频参数

考虑使用的确定性分析方法是研究在极端（最坏）情况小共存干扰的问题。在下面的分析计算中进行如下的假设：对8天线阵的智能天线，在业务信道上（TS0时隙控制信道是全向发射），天线发射时多天线合成功率因子为9dB,智能天线的波束赋型因子是7dB；而智能天线接收时，仅考虑一个波束赋型因子7dB。另外，再假设不管共存干扰分析是在带内还是带外，全部认为天线的增益是相同的。

假设TD-SCDMA天线增益为11dBi,PHS的天线是9dBi。这样在分析计算中取TD-SCDMA发射端Gain_Tx=11+7+9=27dB；TD-SCDMA接收端Gain_Rx=11+7=18dB；PHS发射端Gain_Tx=9dB；PHS接收端Gain_Rx=9dB。

3.2、TD-SCDMA基站干扰PHS基站

TD-SCDMA基站在2010-2025Mhz或1880-1900Mhz上发射功率，使得PHS基站接收机中产生阻塞干扰。PHS基站在TD-SCDMA的发射频段上的阻塞特性为-15dBm，而TD-SCDMA基站的发射功率为21dBm(基站最大发射30dBm,每个用户占有两个码道),这样可以推算出，当TD-SCDMA和PHS共存时，为了保护PHS基站，需要的基站间的最小耦合损耗是MCL=21dm-(-15dBm)=36dB。

工作在2010-2025Mhz或1880-1900Mhz的TD-SCDMA基站将对PHS基站产生带外干扰，参照3GPP规范中，TD-SCDMA在1900-1920Mhz和非同步TDD基站共存时，发射功率带外杂散辐射的要求是-39dBm/1.28Mhz=-45.3dBm/300khz，并考虑到PHS基站接收灵敏度为-123dBm/300khz。这样可以推算出，当TD-SCDMA和PHS共存时，为了保护PHS的基站，需要的基站间的最小耦合损耗MCL=-45.3dBm-(-123dBm)=77.7dB。

假如两个基站工作频段进一步靠近，以致工作在1900的邻频上，这时将产生邻道干扰。在PHS基站接收频段的邻频1900Mhz上，PHS基站的邻道选择性ACS=-47dBm。而TD-SCDMA基站的发射功率为21dBm,这样可以推算出，当TD-SCDMA和PHS共存时，为了保护PHS基站，需要的基站间的最小耦合损耗是MCL=21dBm-(-47dBm)=68dB

同样参照3GPP规范中，TD-SCDMA在1900的邻频上，和非同步TDD基站共存时邻道泄漏功率为-29dBm/1.28Mhz=-35.3dBm/300kMhz。考虑到PHS基站接收灵敏度可承受度为-123dBm/300khz。这样可以推算出，当TD-SCDMA和PHS共存时，为了保护PHS的基站需要的基站间的最小耦合损耗MCL=--35.3dBm-(-123dBm)=87.7dB。

3.3、PHS基站干扰TD-SCDMA基站

根据表1中的系统参数,使用同样的分析方法，计算PHS基站对TD-SCDMA基站的干扰，需要的最小耦合损耗。将上面计算的最小耦合损耗和按照公式（2）计算的两系统之间需要的隔离损耗汇总在表2中。

表2 计算需要的隔离损耗

从表2可以看到，TD-SCDMA和PHS共存时，PHS对TD-SCDMA的干扰比TD-SCDMA对PHS的干扰要大（特别在带外干扰时），这是由于PHS基站的带外杂散辐射比较大的缘故。

4、工程实施中解决办法的讨论

从上面的分析计算中看到，当TD-SCDMA和PHS两个系统共存时，为了使这两个系统基站之间不产生干扰，需要的隔离损耗如表2所示。下面讨论分析在实际工程实施中，通过一些方法来达到这些隔离损耗要求的情况。

4.1、利用空间隔离

使用信号传播的自由空间模型（视距传播条件），计算信号在空间的衰减。

Lf=20log（R）+38.12(3)

式中，Lf是自由空间损耗（dB）；

R是两个基站之间的距离（m）；

表3 需要的空间距离

通过上面的计算发现，假如仅使用空间隔离来达到需要的隔离损耗，那么在极端情况下需要最大的距离是19km，这个在网络布置中是不现实的。

4.2、增加保护带宽

TD-SCDMA的发射特性在定义规范时,已经考虑了和非同步TD系统的共存问题,它的邻道泄露功率限制，在第一个邻道和第二个邻道都是-29dBm/1.28Mhz。假如两个系统有1.6MHz的保护带宽，这时它的第二邻道泄露功率落在PHS的接收机通带内，同前面在邻道干扰情况下需要的最小耦合损耗一样，计算得87.7dB的最小耦合损耗，而这时的TD-SCDMA发射有用信号对PHS接收机产生阻塞干扰(不是邻道干扰)，需要的最小耦合损耗和前面计算阻塞干扰时也一样（见表4.1）。

同样分析保护带宽为3.2Mhz时，这时它的邻道泄露功率产生的邻道干扰，可以认为是杂散辐射产生的带外干扰，这样需要的最小耦合损耗也是77.7dB。假如再增加保护带宽，它们就没有改进了。表4.1给出了不同保护带宽情况下的最小耦合损耗。

表4.1 不同保护带宽时的最小耦合损耗（TD-SCDMA对PHS干扰）

干扰种类	0MHz保护带宽		1．6Mhz保护带宽		3.2Mhz保护带宽
	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)
阻塞干扰	36	72	36	72	36	72
带外干扰	77.7	113.7	77.7	113.7	77.7	113.7
邻道干扰1	68	104	36	72	36	72
邻道干扰2	87.7	123.7	87.7	123.7	77.7	113.7

从上面可以看出，1.6Mhz的保护带宽对TD-SCDMA干扰PHS的改进不大，而3.2Mhz的保护带宽可以改进10dB的性能（需要的隔离损耗减少10dB）。再大于3.2Mhz又没有明显的改进了（带外干扰是主要因素了）。

PHS系统的邻道泄露功率在规范中有较严格的要求，而它的带外杂散就相对来说较大。假如两个系统有1.6MHz的保护带宽，这时带外杂散（非邻频杂散辐射）也是794nW/100khz,那么最小耦合损耗同样是95.1dB。而这时PHS发射有用信号对TD-SCDMA接收机产生阻塞干扰，需要的最小耦合损耗和前面计算的阻塞干扰中同样是67dB（见表4.2）。可以看到假如再增加保护带宽，它们同样没有任何改进了（带外干扰是主要因素）。

表4.2 不同保护带宽时的最小耦合损耗（PHS对TD-SCDMA干扰）

干扰种类	0MHz保护带宽		1．6Mhz保护带宽		3.2Mhz保护带宽
	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)	MCL (dB)	隔离损耗IL(dB)
阻塞干扰	67	94	67	94	67	94
带外干扰	95.1	122.1	95.1	122.1	95.1	122.1
邻道干扰1	82	109	67	94	67	94
邻道干扰2	85.1	112.1	95.1	122.1	95.1	122.1

从上面可以看出，1.6Mhz的保护带宽对PHS干扰TD-SCDMA的改进基本没有变化。从单个干扰分析看，有了这个保护带宽，它较严格ACP的性能没有发挥出来，反而是较差的带外杂散起了很大的重要。这样增加保护带宽已经没有任何意义了。

综合考虑，得到如下结论：

1）1.6Mhz带宽没有改进

2）3.2Mhz带宽可以有10dB隔离损耗改进（TD-SCDMA对PHS的干扰可以增加10dB隔离损耗,反之则没有），但是从两者结合起来看，1.6Mhz（包括更多）的保护带宽只能改进123.7-122.1=1.6dB。

3）大于3.2Mhz也没有改进。

因此，增加保护带宽，不是一个有效的办法。另外，现阶段TD-SCDMA系统的工作频段是在2010-2025Mhz，它和PHS的1900-1920Mhz就存在较大的频率间隔。因此现阶段不用考虑增加保护带宽这个办法。

4.3、增加滤波器

从上面的分析可以看到，完全通过天线隔离的空间耦合,来达到需要的隔离耦合是不现实的，采取保护带宽的方法也不是很明显。那么考虑在TD-SCDMA和PHS的收发信机顶端直接增加滤波器是一个办法。根据前面分析计算需要的隔离度，下面给出了满足这些隔离度的滤波器一些主要技术指标

表5 增加滤波器的技术指标

	TD-SCDMA滤波器1	TD-SCDMA滤波器2	PHS滤波器1	PHS滤波器2
通带频段（Mhz）	2010-2025	1880-1900	1900-1920	1900-1920
特别抑制频段(Mhz)	1900-1920	1900-1920	2010-2025	1880-1900
抑制度（dB）	113.7	123.7	122.1	112.1

特别要注意的是，由于PHS的带外杂散比较大，甚至比它的邻道泄漏功率还要大，这样它的滤波器在2010-2025Mhz的抑制度要比1880-1900Mhz还要严格。

4.4、天线的安装

假如两个系统的天线安装靠得很近，比如20米以内，可以将它们看作是共站安装的情况。在这个共站的情况下，天线安装隔离度可以用如下的经验公式来计算：

Ih=22+20log(Dh/Lmd)-(Gt(q)+Gr(q))（4）

Iv=28+40log(Dv/Lmd)（5）

式中，Ih是水平隔离度；

Iv是垂直隔离度（非视距）；

Dh是水平隔离距离；

Dv是垂直隔离距离；

Gt(q)是发射天线相对接收天线在q方向上的天线增益；

Gt(q)是接收天线相对发射天线在q方向上的天线增益；

Lmd是波长；

根据上面的公式可以计算出，如下图所示天线安装的总隔离损耗。

图1 不同的天线安装的隔离损耗

从上面计算可以看出，两个天线的垂直方向隔离度比水平方向隔离度要大，因此尽量使两个天线垂直安装是一个比较好的方法。比如在水平方向上相差1米，而在垂直方向上有20米时，两个天线的隔离度是109.6dB。而在垂直方向上20米，水平方向上1米时，天线之间的隔离度是63.8dB。

4.5、结果讨论

从上面的分析中，可以看到在TD-SCDMA和PHS收发信机顶端增加滤波器是一个最直接的方法，滤波器的指标要求如表5所示。但是考虑到这个滤波器指标的严格要求，实现比较困难，成本也很大。尤其对已经安装使要的PHS基站上安装附加的滤波器比较困难，可以综合考虑其它办法。比如尽量使两个系统垂直放置，并且尽量加大两个系统的距离，利用信号的空间隔离衰减，来满足需要的隔离损耗的要求。但是由于PHS已经是一个已布置的基本上是全面覆盖的网络，要寻找满足这些条件的地方安装TD-SCDMA基站是十分困难的。

5、结论

通过上面的分析我们可以看到，TD-SCDMA和PHS两个系统之间是存在干扰的，干扰的主要原因是由于PHS的发射指标不够严格，尤其是带外杂散很大，对TD-SCDMA基站产生干扰。TD-SCDMA对PHS也会产生干扰，尤其在和PHS邻频工作，和智能天线波束指向哪个PHS基站时，将产生较大的干扰。另外，分析中可以看到增加保护带宽的措施不是很明显，这样在目前已布置大量PHS基站的情况下，寻找一个安装TD-SCDMA基站的地方是比较困难的，因此，对TD-SCDMA和PHS共存干扰研究还需要进一步研究。

作者：王建海

参考文献：

1、PHS与TD-SCDMA系统干扰保护研究，CCSA会议报告，2005

2、3GPPTR25.942:Radio frequency(RF) system scenarios

3、3GPPTS25.105:Base station(BS) radio transmission and reception(TDD)

4、ARIBSTD-28:personalhandy phone system