WCDMA與cdma2000相鄰頻段共存性研究
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1、引言
當(dāng)前，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3G已逐步走向商用化階段。國(guó)際電聯(lián)ITU為WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三大標(biāo)準(zhǔn)劃分了2GHz附近的核心頻段，這將導(dǎo)致未來(lái)3G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商用后，在同一片地理區(qū)域出現(xiàn)不同移動(dòng)通信體制占用相鄰頻段的情況。由于高頻器件的非線性特性，這些不同系統(tǒng)之間將存在相互干擾，從而可能造成系統(tǒng)容量損失。
3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織充分考慮了3G系統(tǒng)間相互干擾的影響，制訂了規(guī)范的系統(tǒng)間干擾仿真方法與評(píng)估準(zhǔn)則。本文主要針對(duì)未來(lái)3G商用的實(shí)際需求，參照3GPP TR25.942協(xié)議，設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)級(jí)仿真評(píng)估方案，并對(duì)WCDMA系統(tǒng)與cdma2000系統(tǒng)在相鄰頻段共存時(shí)的干擾進(jìn)行蒙特卡羅（Monte Carlo）仿真研究，從而得到有效可信的評(píng)估結(jié)果。
本文研究的主要目的是探討當(dāng)前主流3G通信網(wǎng)絡(luò)在同一地理區(qū)域、相鄰頻段共存時(shí)可能存在的問(wèn)題，并給出相應(yīng)的干擾預(yù)防措施。
2、問(wèn)題描述
1920～1980MHz和2110～2170MHz為分配給3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的對(duì)稱頻段，分別被WCDMA/cdma2000的上行和下行頻段占用。這將導(dǎo)致在未來(lái)3G移動(dòng)通信系統(tǒng)商用的過(guò)程中，WCDMA與cdma2000兩種體制的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)工作在相鄰頻段，從而可能產(chǎn)生系統(tǒng)間干擾。兩個(gè)系統(tǒng)間的干擾頻譜分配如圖1所示。
由于高頻器件的非線性特征，當(dāng)兩系統(tǒng)在同一地理區(qū)域、相鄰頻段共存時(shí)，系統(tǒng)間干擾可能導(dǎo)致兩系統(tǒng)容量衰減。這些干擾主要來(lái)自干擾系統(tǒng)對(duì)受害系統(tǒng)的異實(shí)體干擾，即相鄰系統(tǒng)基站與終端間的干擾。
3、系統(tǒng)模型
在本文所研究的系統(tǒng)中，WCDMA與cdma2000網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚捎萌鐖D2所示的宏蜂窩系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)如圖所示有16個(gè)宏基站，每個(gè)宏基站均為三扇區(qū)結(jié)構(gòu)，采用120度定向天線，扇區(qū)半徑為577m，小區(qū)半徑為1000m。
同時(shí)，在系統(tǒng)模型中采用“卷擾”技術(shù)，圖2中的灰色區(qū)域?yàn)?ldquo;鏡象”區(qū)域以防止仿真中出現(xiàn)干擾“邊緣效應(yīng)”。
圖2 WCDMA與cdma2000宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?
在系統(tǒng)模型中，雙系統(tǒng)基站與終端間的鏈路損耗計(jì)算采用如下傳播模型：L=max（128.1+37.6Log（R）+Log（F），MCL）。
公式中，R是天線和終端間的距離，F(xiàn)表示10dB陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)方差，MCL（最小連接損耗）被定義為系統(tǒng)中終端與基站之間的最小路徑損耗。
同時(shí)，系統(tǒng)模型中多扇區(qū)基站信號(hào)發(fā)送與接收的方向性增益計(jì)算基于3GPP TR25.996協(xié)議。
4、仿真算法
以下參照3GPP TR25.942協(xié)議，對(duì)WCDMA與cdma2000宏蜂窩在相鄰頻段共存的場(chǎng)景進(jìn)行仿真研究。
為了評(píng)價(jià)雙系統(tǒng)共存帶來(lái)的影響，仿真將分別分析受害系統(tǒng)的單系統(tǒng)容量（Nsingle）與雙系統(tǒng)共存時(shí)的容量（Nmulti）。這樣系統(tǒng)間干擾帶來(lái)的影響可以通過(guò)容量損失來(lái)表示，其計(jì)算公式為：1-Nmulti/Nsingle。
在仿真中，外循環(huán)將計(jì)算滿足某一服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求的系統(tǒng)容量。即首先設(shè)定一定數(shù)量的終端，在仿真結(jié)束時(shí)計(jì)算出該系統(tǒng)平均的QoS。若未達(dá)到QoS要求，則通過(guò)調(diào)整終端用戶數(shù)量使仿真計(jì)算得到的QoS達(dá)到設(shè)定值。
在下行鏈路仿真中，QoS要求設(shè)定為5%呼損率；在上行鏈路仿真時(shí)，QoS要求設(shè)定為6dB噪聲提升。
內(nèi)循環(huán)執(zhí)行蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真，并通過(guò)計(jì)算數(shù)次快照的平均值得出可信的結(jié)果，其輸出結(jié)果為平均QoS值（如呼損、噪聲提升）。在每次快照開(kāi)始時(shí)，終端被隨機(jī)分布在覆蓋區(qū)域。然后，計(jì)算每個(gè)終端和基站間的路徑損耗，得到鏈路增益并存入增益矩陣中。根據(jù)鏈路增益結(jié)果確定和終端連接的一個(gè)或若干個(gè)基站，來(lái)決定WCDMA/cdma2000的激活集。在閉環(huán)功率控制完成后得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將沒(méi)有達(dá)到要求的終端設(shè)定為呼損。
5、仿真與討論
參照3GPP建議的系統(tǒng)仿真參量，對(duì)WCDMA與cdma2000雙系統(tǒng)共存的場(chǎng)景進(jìn)行仿真研究。在仿真中，以地理偏移因子offset表示雙系統(tǒng)基站地理位置的偏移情況。顯然。offset=0對(duì)應(yīng)雙系統(tǒng)基站共站時(shí)的情況，而offset=1則對(duì)應(yīng)雙系統(tǒng)基站地理位置偏移最大化的場(chǎng)景。
由于文章篇幅的限制，以下僅給出不同地理偏移因子和附加頻率保護(hù)間隔下。WCDMA的上、下行鏈路由于系統(tǒng)間干擾導(dǎo)致的容量損失（見(jiàn)圖3、圖4、圖5、圖6）。
圖3 不同保護(hù)間隔以及不同地理偏移因子下的WCDMA上行容量損失
圖4 WCDMA上行容量損失與頻率保護(hù)間隔、地理偏移因子間的三維關(guān)系
圖5 不同保護(hù)間隔以及不同地理偏移因子的WCDMA下行容量損失
由仿真結(jié)果得出：當(dāng)WCDMA與cdma2000移動(dòng)通信系統(tǒng)共存時(shí)，WCDMA的上下行容量損失遠(yuǎn)大于cdma2000。
當(dāng)兩系統(tǒng)在相鄰頻段共存時(shí)，WCDMA與cdma2000的系統(tǒng)容量均隨著附加頻率保護(hù)間隔的增大而減小，這是鄰信道干擾比ACIR隨著載波間隔增加而增加的結(jié)果。
當(dāng)兩系統(tǒng)在同一地理區(qū)域共存時(shí)，不同地理偏移因子對(duì)系統(tǒng)容量損失影響很大。在頻率保護(hù)間隔為定值的情況下，當(dāng)?shù)乩砥埔蜃觨ffset=0時(shí)，雙系統(tǒng)的容量損失降至最小；當(dāng)?shù)乩砥埔蜃觨ffset=1時(shí)，雙系統(tǒng)的容量損失最大化。
6、結(jié)束語(yǔ)
本文采用系統(tǒng)級(jí)仿真的方法對(duì)WCDMA與cdma2000宏蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在同一地理區(qū)域、相鄰頻段共存的方案進(jìn)行了研究，研究表明當(dāng)兩系統(tǒng)共存時(shí)，WCDMA的容量損失遠(yuǎn)大于cdma2000。同時(shí)，兩系統(tǒng)的容量損失均隨著頻率保護(hù)間隔的增大與基站地理偏移因子的減小而降低。因此，WCDMA運(yùn)營(yíng)商與cdma2000運(yùn)營(yíng)商如有條件，應(yīng)盡可能共站，或者使用較小的基站間隔，從而降低系統(tǒng)間干擾，提高頻譜利用率。
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