WLAN與TD-LTE系統(tǒng)在2．4GHz頻段共存干擾

摘要 作為系統(tǒng)共存產(chǎn)生的帶外干擾，由接收機(jī)和發(fā)射機(jī)特性的不完善造成。工作于ISM頻段的WLAN設(shè)備的帶外輻射值會(huì)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)造成一定程度干擾，因此，需要對(duì)WLAN設(shè)備的帶外輻射值進(jìn)行限制。
關(guān)鍵詞 TD-LTE WLAN；路徑損耗；帶外功率限值

    2002年10月23日，原信息產(chǎn)業(yè)部公布了我國(guó)第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃，其中2 300～2 400 MHz是TDD方式的補(bǔ)充工作頻段。目前3GPP定義TDD的頻段有：1 850～1 920 MHz；2 010～2 025 MHz；2．3～2．4 GHz；2 570～2 620MHz。
    目前，我國(guó)TD-LTE系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用的頻段為2 300～2 400 MHz。同時(shí)，2 400～2 483．5 MHz為ISM頻段。根據(jù)頻譜規(guī)劃，在2．4 GHz頻段將會(huì)出現(xiàn)TD-LTE與WLAN系統(tǒng)共存的場(chǎng)景。
    作為系統(tǒng)共存產(chǎn)生的帶外干擾，由接收機(jī)和發(fā)射機(jī)特性的不完善造成。工作于ISM頻段的WLAN設(shè)備的帶外輻射值會(huì)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)造成一定程度的干擾，因此，需要對(duì)WLAN設(shè)備的帶外輻射值進(jìn)行限制。由此可見，研究TD-LTE和WLAN系統(tǒng)的共存問題很有實(shí)際意義。運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，必須對(duì)WLAN設(shè)備的帶外干擾值進(jìn)行限制，否則會(huì)影響TD-LTE系統(tǒng)的正常工作。

1 WLAN系統(tǒng)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)干擾分析
    TD-LTE與WLAN系統(tǒng)都是TDD工作方式且不同步。當(dāng)WLAN和TD-LTE系統(tǒng)都工作于上行或下行時(shí)隙時(shí)，WLAN的AP(Access Point)會(huì)對(duì)TD-LTE的UE(User Equipment)產(chǎn)生干擾，或WLAN的STA(Station)對(duì)TD-LTE的eNodeB干擾；當(dāng)兩系統(tǒng)共存于不同時(shí)隙時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生AP對(duì)UE的干擾或STA對(duì)eNodeB的干擾。因此，WLAN與TD-LTE系統(tǒng)的共存干擾主要包括以下8種場(chǎng)景：(1)WLAN系統(tǒng)STA(Station)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)基站干擾。(2)WLAN系統(tǒng)AP(Access Point)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)基站干擾。(3)WLAN系統(tǒng)STA對(duì)TD-LTE系統(tǒng)終端干擾。(4)WLAN系統(tǒng)AP對(duì)TD-LTE系統(tǒng)終端干擾。(5)TD-LTE系統(tǒng)終端對(duì)WLAN系統(tǒng)AP干擾。(6)TD-LTE系統(tǒng)基站對(duì)WLAN系統(tǒng)AP干擾。(7)TD-LTE系統(tǒng)終端對(duì)WLAN系統(tǒng)STA干擾。(8)TD-LTE系統(tǒng)基站對(duì)WLAN系統(tǒng)STA干擾。
    當(dāng)WLAN設(shè)備作為干擾源時(shí)，產(chǎn)生的輻射主要分為帶外輻射(Out-Of-Band，OOB)和雜散輻射。WLAN系統(tǒng)STA的空中接口物理層要求在YDC 079-2009(移動(dòng)用戶終端無線局域網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法》做了規(guī)定。WLAN系統(tǒng)在2．4GHz頻段的工作范圍為2 400～2 483．5MHz。
1．1 工作信道
    WLAN系統(tǒng)在2．4 GHz頻段的工作信道編號(hào)和信道中心頻率如表1所示。

1．2 無線指標(biāo)要求
1．2．1 uhy等效全向輻射功率
    等效全向輻射功率應(yīng)滿足：(1)天線增益<10 dBi時(shí)：≤100 mW或≤20 dBm；(2)天線增益=10 dBi時(shí)：≤500 mW或≤27 dBm。
    帶外輻射功率≤-80 dBm／Hz(EIRP)；雜散輻射功率≤-30 dBm／1 MHz。
1．2．2 TD-LTE設(shè)備受干擾保護(hù)準(zhǔn)則
    TD-LTE系統(tǒng)接收機(jī)所受到的干擾電平可表示為
    IT≤N+I／N    (1)
    其中，N表示接收機(jī)熱噪聲電平，計(jì)算公式
    N=-174 dBm／Hz+10 log(B)+NF    (2)
    B為接收機(jī)信道帶寬；NF為噪聲系數(shù)。TD-LTE系統(tǒng)基站的熱噪聲系數(shù)為5 dB，移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲系數(shù)為9 dB。I／N為接收機(jī)輸入端噪聲功率與干擾功率的比值。TD-LIE系統(tǒng)基站的噪聲功率與干擾功率比值為-10dB，移動(dòng)臺(tái)噪聲功率與干擾功率的比值取-6dB。
    可得到TD-LTE設(shè)備對(duì)WLAN設(shè)備帶外干擾功率值的要求為
    IOOB=N+I／N+Pathloss-GTX-GRX    (3)
    Pathloss為干擾機(jī)到接收機(jī)的路徑損耗，GTX為干擾機(jī)的天線增益，GRX為接收機(jī)的天線增益。由此可計(jì)算出TD-LTE系統(tǒng)所允許的WLAN設(shè)備的最大帶外干擾功率值。

2 仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)
2．1 仿真方法
    系統(tǒng)仿真分為靜態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)仿真，靜態(tài)仿真又稱蒙特卡羅仿真。該方法將對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率、基站的負(fù)載等情況進(jìn)行仿真，將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間劃分為若干個(gè)間隔，每?jī)蓚€(gè)間隔之間為一個(gè)快照(Snapshot)取樣時(shí)刻，將所有快照時(shí)刻的取樣結(jié)果進(jìn)行記錄，用統(tǒng)計(jì)方法加以分析，產(chǎn)生所需結(jié)果，所以這種方法又稱為靜態(tài)快照方法。
    文中采用靜態(tài)仿真，每次仿真時(shí)設(shè)定滿足通信要求的區(qū)域覆蓋面積，計(jì)算出所要求的WLAN系統(tǒng)最大帶外干擾功率值。在CCSA中，此種方法又稱為干擾地理分布研究。
2．2 仿真參數(shù)設(shè)定
    TD-LTE系統(tǒng)主要參數(shù)如表2所示。

    WLAN系統(tǒng)主要參數(shù)如表3所示。
2．3 仿真場(chǎng)景
    場(chǎng)景1中WIAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

    此WLAN系統(tǒng)位于一3層辦公樓內(nèi)。如圖1所示，房間的面積為10 m×10 m。走廊寬5 m，長(zhǎng)100 m，每層樓高為3 m。圖中所示黑點(diǎn)為AP的分布。S表示干擾機(jī)，即WLAN系統(tǒng)的STA；D為被干擾機(jī)，即TD-LTE系統(tǒng)的終端。仿真設(shè)定中，AP共20個(gè)，如圖1所示分布。STA共200個(gè)，位于房間的概率為90％。
    場(chǎng)景2中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，3層辦公樓中WLAN設(shè)備的分布與圖1相同。TD-LTE的基站位于室外，位于辦公樓中心25m處。Xo-ffset為基站偏離辦公樓中心的距離。θ為基站天線到辦公樓外墻的入射角。Yoffset為基站天線與相應(yīng)樓層的相對(duì)高度。

    場(chǎng)景3中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
    室外WLAN系統(tǒng)對(duì)室外TD-LTE移動(dòng)臺(tái)的干擾網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用曼哈頓結(jié)構(gòu)。各個(gè)街區(qū)大小為200 m×200 m，街道寬度為30 m，總區(qū)域面積為6．5 km2。AP如圖中黑色實(shí)點(diǎn)所示，共72個(gè)。STA均勻分布于街道中心，仿真中所采用數(shù)量為72×5=360。TD-LTE系統(tǒng)的被干擾終端位于街道中心。
    場(chǎng)景4中，室外WLAN系統(tǒng)對(duì)室外TD-LTE系統(tǒng)基站干擾的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用如圖3所示結(jié)構(gòu)。此時(shí)，TD-LTE的基站位于整個(gè)街區(qū)的中心位置。

3 仿真結(jié)果
    下面將根據(jù)4種場(chǎng)景的仿真結(jié)果，得到TD-LTE系統(tǒng)達(dá)到95％和99％覆蓋時(shí)對(duì)WLAN設(shè)備帶外功率的限值。圖4～圖7分別得到不同場(chǎng)景下TD-LTE設(shè)備對(duì)WLAN設(shè)備帶外輻射功率限值CDF曲線圖。

    室內(nèi)場(chǎng)景下TD-LTE終端達(dá)到99％的覆蓋時(shí)，對(duì)WLAN設(shè)備帶外功率輻射要求為-91．64dBm(5 MHz)，達(dá)到95％覆蓋時(shí)為-80．08dBm(5MHz)。
    場(chǎng)景2仿真結(jié)果如表4所示。
    室外曼哈頓街區(qū)中TD-LTE終端達(dá)到99％覆蓋時(shí)，WLAN設(shè)備帶外功率限值為-69．56 dBm(9 MHz)，達(dá)到95％覆蓋時(shí)是-59．30 dBm(9MHz)。
    室外曼哈頓街區(qū)中TD-LTE基站達(dá)到99％覆蓋時(shí)，WLAN設(shè)備帶外功率限值為-79．24 dBm(9 MHz)，達(dá)到95％覆蓋時(shí)是-54．80 dBm(9MHz)。

4 結(jié)束語
    綜合4種場(chǎng)景的分析結(jié)果，可知WLAN和TD-LTE系統(tǒng)鄰頻共存時(shí)，WLAN系統(tǒng)的帶外輻射會(huì)對(duì)TD-LTE系統(tǒng)造成較大干擾，使系統(tǒng)吞吐量下降。
    為使WLAN系統(tǒng)和TD-LTE系統(tǒng)共存組網(wǎng)，可增加兩系統(tǒng)間的頻率間隔，減小WLAN設(shè)備落入TD-LTE接收機(jī)內(nèi)的雜散輻射值。由于WLAN設(shè)備工作于ISM頻段，頻率較為靈活，所以可將TD-LTE設(shè)備的工作頻段<(2 400-9)MHz=2 391 MHz，即TD-LTE和WLAN系統(tǒng)相隔一個(gè)WLAN信道帶寬的頻率間隔。
    同時(shí)制定更為嚴(yán)格的規(guī)范，將WLAN設(shè)備的帶外輻射和雜散輻射功率降低到更低的限值，以減少對(duì)TD-LTE及其他系統(tǒng)的干擾。根據(jù)以上分析，WLAN設(shè)備帶外功率限值建議取-60 dBm(9 MHz)。