1、引言

由信產部組織中國移動、中國電信和網通三大運營商實施的“TD-SCDMA規模網絡技術應用試驗”，正在廈門、保定和青島三個城市中進行。相信這個規模網絡技術應用試驗結束后，政府會對3G牌照的發放有一個明確的政策頒布。據分析，兩大固網運營商中國電信和網通（或其中之一）將可能獲得TD-SCDMA的牌照，這樣一個獨立的TD-SCDMA網絡將會在全國布置。而中國電信和網通目前正在運營著一個PHS的網絡，它們的PHS用戶已經超過9000萬，幾乎覆蓋了全國所有鄉鎮以上的人口密集地區。這樣它可能將和TD-SCDMA系統在一個相當長的時期內共存，尤其PHS系統目前還占據著TD-SCDMA的1900到1920Mhz的20Mhz頻段,這樣它們相互之間的干擾共存問題研究就顯得十分必要和迫切。

對于工作在同一地區的TD-SCDMA和PHS兩個系統，它們之間的干擾可分成四種形式：TD-SCDMA基站干擾PHS中心站，TD-SCDMA終端干擾PHS中心站，TD-SCDMA基站干擾PHS用戶站，TD-SCDMA終端干擾PHS用戶站。根據文獻[1]中的仿真分析，這兩個系統的現有射頻指標能夠滿足，基站對終端，終端對基站以及終端對終端的共存要求，而兩個系統基站之間的干擾還需要進一步研究分析。本報告使用確定性分析方法研究TD-SCDMA基站和PHS基站干擾共存問題。

2、確定性分析方法

系統A對系統B產生干擾，可以用下面的干擾評估方程進行研究[2]：

Pe(Fi)-MCL(Fi)≤ Imax(Fi) （1）

其中，Fi是研究的頻率；

Pe(Fi)是產生干擾的發射機在頻率Fi上的發射功率或雜散輻射；

MCL(Fi)是在頻率Fi上發射機和接收機之間的最小耦合損耗；

Imax(Fi)是在頻率Fi上可接受的最大干擾電平；

根據上面的評估方程，按照干擾在不同頻率范圍，可以將它分成下面幾種情況進行研究：

系統A發射機發射的有用信號（一般來說，功率是比較大）,在系統B接收頻段外(除了鄰道外)造成的干擾，稱為阻塞干擾。主要研究接收機在接收頻段外抵抗強干擾信號的能力，可接受最大干擾電平(Imax)門限一般取接收機帶外阻塞特性。

系統A發射機的帶外雜散輻射，在系統B接收通帶內造成的干擾，稱為帶外干擾。它主要考察接收機接收靈敏度能夠承受最大干擾信號程度，這樣它可接受最大干擾電平(Imax)門限一般取接收機的靈敏度承受度。

鄰道干擾從兩個方面考慮：系統A發射機發射的有用信號，在系統B接收第一鄰道造成的干擾，稱為鄰道干擾（從廣義上講，可以稱為鄰道阻塞干擾）。另外，系統A發射機的鄰道泄漏功率落入系統B接收機通帶內造成的干擾，也稱為鄰道干擾。這樣在接收機第一鄰頻上產生的干擾，其可接受最大干擾電平(Imax)門限分別取接收機的鄰道選擇性以及靈敏度承受度。

如前面所說，如果在接收機通帶內產生干擾，則抬高了系統接收噪聲電平，將會對接收機靈敏度造成影響，一般認為，靈敏度損失介于0.2dB和1dB都是合理的。本研究中采用的準則是基站接收機靈敏度損失為0.8 dB，相對應的TD-SCDMA和PHS基站可接受最大外來干擾電平為-115 dBm/1.28 MHz和-123dBm/300khz。

3、干擾分析的主要結果

3.1、分析計算中使用的系統參數

文獻[3，4]給出TD-SCDMA和PHS的阻塞特性、雜散輻射、鄰道選擇性和鄰道泄漏功率等系統參數（如表1所示）。根據這些參數，利用方程（1）可以分別計算在不同干擾情況下，需要的最小耦合損耗MCL。基站間的最小耦合損耗包含發射天線增益，接收天線增益以及天線之間的隔離損耗三項，可表示為:

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

其中，Gain_Tx為發射天線增益；

Gain_Rx為接收天線增益；

IL為兩天線之間的隔離損耗。

表1 確定性分析法中使用的TD-SCDMA和PHS射頻參數

考慮使用的確定性分析方法是研究在極端（最壞）情況小共存干擾的問題。在下面的分析計算中進行如下的假設：對8天線陣的智能天線，在業務信道上（TS0時隙控制信道是全向發射），天線發射時多天線合成功率因子為9dB,智能天線的波束賦型因子是7dB；而智能天線接收時，僅考慮一個波束賦型因子7dB。另外，再假設不管共存干擾分析是在帶內還是帶外，全部認為天線的增益是相同的。

假設TD-SCDMA天線增益為11dBi,PHS的天線是9dBi。這樣在分析計算中取TD-SCDMA發射端Gain_Tx=11+7+9=27dB；TD-SCDMA接收端Gain_Rx=11+7=18dB；PHS發射端Gain_Tx=9dB；PHS接收端Gain_Rx=9dB。

3.2、TD-SCDMA基站干擾PHS基站

TD-SCDMA基站在2010-2025Mhz或1880-1900Mhz上發射功率，使得PHS基站接收機中產生阻塞干擾。PHS基站在TD-SCDMA的發射頻段上的阻塞特性為-15dBm，而TD-SCDMA基站的發射功率為21dBm(基站最大發射30dBm,每個用戶占有兩個碼道),這樣可以推算出，當TD-SCDMA和PHS共存時，為了保護PHS基站，需要的基站間的最小耦合損耗是MCL=21dm-(-15dBm)=36dB。

工作在2010-2025Mhz或1880-1900Mhz的TD-SCDMA基站將對PHS基站產生帶外干擾，參照3GPP規范中，TD-SCDMA在1900-1920Mhz和非同步TDD基站共存時，發射功率帶外雜散輻射的要求是-39dBm/1.28Mhz=-45.3dBm/300khz，并考慮到PHS基站接收靈敏度為-123dBm/300khz。這樣可以推算出，當TD-SCDMA和PHS共存時，為了保護PHS的基站，需要的基站間的最小耦合損耗MCL=-45.3dBm-(-123dBm)=77.7dB。

假如兩個基站工作頻段進一步靠近，以致工作在1900的鄰頻上，這時將產生鄰道干擾。在PHS基站接收頻段的鄰頻1900Mhz上，PHS基站的鄰道選擇性ACS=-47dBm。而TD-SCDMA基站的發射功率為21dBm,這樣可以推算出，當TD-SCDMA和PHS共存時，為了保護PHS基站，需要的基站間的最小耦合損耗是MCL=21dBm-(-47dBm)=68dB

同樣參照3GPP規范中，TD-SCDMA在1900的鄰頻上，和非同步TDD基站共存時鄰道泄漏功率為-29dBm/1.28Mhz=-35.3dBm/300kMhz。考慮到PHS基站接收靈敏度可承受度為-123dBm/300khz。這樣可以推算出，當TD-SCDMA和PHS共存時，為了保護PHS的基站需要的基站間的最小耦合損耗MCL=--35.3dBm-(-123dBm)=87.7dB。

3.3、PHS基站干擾TD-SCDMA基站

根據表1中的系統參數,使用同樣的分析方法，計算PHS基站對TD-SCDMA基站的干擾，需要的最小耦合損耗。將上面計算的最小耦合損耗和按照公式（2）計算的兩系統之間需要的隔離損耗匯總在表2中。

表2 計算需要的隔離損耗

從表2可以看到，TD-SCDMA和PHS共存時，PHS對TD-SCDMA的干擾比TD-SCDMA對PHS的干擾要大（特別在帶外干擾時），這是由于PHS基站的帶外雜散輻射比較大的緣故。

4、工程實施中解決辦法的討論

從上面的分析計算中看到，當TD-SCDMA和PHS兩個系統共存時，為了使這兩個系統基站之間不產生干擾，需要的隔離損耗如表2所示。下面討論分析在實際工程實施中，通過一些方法來達到這些隔離損耗要求的情況。

4.1、利用空間隔離

使用信號傳播的自由空間模型（視距傳播條件），計算信號在空間的衰減。

Lf=20log（R）+38.12(3)

式中，Lf是自由空間損耗（dB）；

R是兩個基站之間的距離（m）；

表3 需要的空間距離

通過上面的計算發現，假如僅使用空間隔離來達到需要的隔離損耗，那么在極端情況下需要最大的距離是19km，這個在網絡布置中是不現實的。

4.2、增加保護帶寬

TD-SCDMA的發射特性在定義規范時,已經考慮了和非同步TD系統的共存問題,它的鄰道泄露功率限制，在第一個鄰道和第二個鄰道都是-29dBm/1.28Mhz。假如兩個系統有1.6MHz的保護帶寬，這時它的第二鄰道泄露功率落在PHS的接收機通帶內，同前面在鄰道干擾情況下需要的最小耦合損耗一樣，計算得87.7dB的最小耦合損耗，而這時的TD-SCDMA發射有用信號對PHS接收機產生阻塞干擾(不是鄰道干擾)，需要的最小耦合損耗和前面計算阻塞干擾時也一樣（見表4.1）。

同樣分析保護帶寬為3.2Mhz時，這時它的鄰道泄露功率產生的鄰道干擾，可以認為是雜散輻射產生的帶外干擾，這樣需要的最小耦合損耗也是77.7dB。假如再增加保護帶寬，它們就沒有改進了。表4.1給出了不同保護帶寬情況下的最小耦合損耗。

表4.1 不同保護帶寬時的最小耦合損耗（TD-SCDMA對PHS干擾）

干擾種類	0MHz保護帶寬		1．6Mhz保護帶寬		3.2Mhz保護帶寬
	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)
阻塞干擾	36	72	36	72	36	72
帶外干擾	77.7	113.7	77.7	113.7	77.7	113.7
鄰道干擾1	68	104	36	72	36	72
鄰道干擾2	87.7	123.7	87.7	123.7	77.7	113.7

從上面可以看出，1.6Mhz的保護帶寬對TD-SCDMA干擾PHS的改進不大，而3.2Mhz的保護帶寬可以改進10dB的性能（需要的隔離損耗減少10dB）。再大于3.2Mhz又沒有明顯的改進了（帶外干擾是主要因素了）。

PHS系統的鄰道泄露功率在規范中有較嚴格的要求，而它的帶外雜散就相對來說較大。假如兩個系統有1.6MHz的保護帶寬，這時帶外雜散（非鄰頻雜散輻射）也是794nW/100khz,那么最小耦合損耗同樣是95.1dB。而這時PHS發射有用信號對TD-SCDMA接收機產生阻塞干擾，需要的最小耦合損耗和前面計算的阻塞干擾中同樣是67dB（見表4.2）。可以看到假如再增加保護帶寬，它們同樣沒有任何改進了（帶外干擾是主要因素）。

表4.2 不同保護帶寬時的最小耦合損耗（PHS對TD-SCDMA干擾）

干擾種類	0MHz保護帶寬		1．6Mhz保護帶寬		3.2Mhz保護帶寬
	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)	MCL (dB)	隔離損耗IL(dB)
阻塞干擾	67	94	67	94	67	94
帶外干擾	95.1	122.1	95.1	122.1	95.1	122.1
鄰道干擾1	82	109	67	94	67	94
鄰道干擾2	85.1	112.1	95.1	122.1	95.1	122.1

從上面可以看出，1.6Mhz的保護帶寬對PHS干擾TD-SCDMA的改進基本沒有變化。從單個干擾分析看，有了這個保護帶寬，它較嚴格ACP的性能沒有發揮出來，反而是較差的帶外雜散起了很大的重要。這樣增加保護帶寬已經沒有任何意義了。

綜合考慮，得到如下結論：

1）1.6Mhz帶寬沒有改進

2）3.2Mhz帶寬可以有10dB隔離損耗改進（TD-SCDMA對PHS的干擾可以增加10dB隔離損耗,反之則沒有），但是從兩者結合起來看，1.6Mhz（包括更多）的保護帶寬只能改進123.7-122.1=1.6dB。

3）大于3.2Mhz也沒有改進。

因此，增加保護帶寬，不是一個有效的辦法。另外，現階段TD-SCDMA系統的工作頻段是在2010-2025Mhz，它和PHS的1900-1920Mhz就存在較大的頻率間隔。因此現階段不用考慮增加保護帶寬這個辦法。

4.3、增加濾波器

從上面的分析可以看到，完全通過天線隔離的空間耦合,來達到需要的隔離耦合是不現實的，采取保護帶寬的方法也不是很明顯。那么考慮在TD-SCDMA和PHS的收發信機頂端直接增加濾波器是一個辦法。根據前面分析計算需要的隔離度，下面給出了滿足這些隔離度的濾波器一些主要技術指標

表5 增加濾波器的技術指標

	TD-SCDMA濾波器1	TD-SCDMA濾波器2	PHS濾波器1	PHS濾波器2
通帶頻段（Mhz）	2010-2025	1880-1900	1900-1920	1900-1920
特別抑制頻段(Mhz)	1900-1920	1900-1920	2010-2025	1880-1900
抑制度（dB）	113.7	123.7	122.1	112.1

特別要注意的是，由于PHS的帶外雜散比較大，甚至比它的鄰道泄漏功率還要大，這樣它的濾波器在2010-2025Mhz的抑制度要比1880-1900Mhz還要嚴格。

4.4、天線的安裝

假如兩個系統的天線安裝靠得很近，比如20米以內，可以將它們看作是共站安裝的情況。在這個共站的情況下，天線安裝隔離度可以用如下的經驗公式來計算：

Ih=22+20log(Dh/Lmd)-(Gt(q)+Gr(q))（4）

Iv=28+40log(Dv/Lmd)（5）

式中，Ih是水平隔離度；

Iv是垂直隔離度（非視距）；

Dh是水平隔離距離；

Dv是垂直隔離距離；

Gt(q)是發射天線相對接收天線在q方向上的天線增益；

Gt(q)是接收天線相對發射天線在q方向上的天線增益；

Lmd是波長；

根據上面的公式可以計算出，如下圖所示天線安裝的總隔離損耗。

圖1 不同的天線安裝的隔離損耗

從上面計算可以看出，兩個天線的垂直方向隔離度比水平方向隔離度要大，因此盡量使兩個天線垂直安裝是一個比較好的方法。比如在水平方向上相差1米，而在垂直方向上有20米時，兩個天線的隔離度是109.6dB。而在垂直方向上20米，水平方向上1米時，天線之間的隔離度是63.8dB。

4.5、結果討論

從上面的分析中，可以看到在TD-SCDMA和PHS收發信機頂端增加濾波器是一個最直接的方法，濾波器的指標要求如表5所示。但是考慮到這個濾波器指標的嚴格要求，實現比較困難，成本也很大。尤其對已經安裝使要的PHS基站上安裝附加的濾波器比較困難，可以綜合考慮其它辦法。比如盡量使兩個系統垂直放置，并且盡量加大兩個系統的距離，利用信號的空間隔離衰減，來滿足需要的隔離損耗的要求。但是由于PHS已經是一個已布置的基本上是全面覆蓋的網絡，要尋找滿足這些條件的地方安裝TD-SCDMA基站是十分困難的。

5、結論

通過上面的分析我們可以看到，TD-SCDMA和PHS兩個系統之間是存在干擾的，干擾的主要原因是由于PHS的發射指標不夠嚴格，尤其是帶外雜散很大，對TD-SCDMA基站產生干擾。TD-SCDMA對PHS也會產生干擾，尤其在和PHS鄰頻工作，和智能天線波束指向哪個PHS基站時，將產生較大的干擾。另外，分析中可以看到增加保護帶寬的措施不是很明顯，這樣在目前已布置大量PHS基站的情況下，尋找一個安裝TD-SCDMA基站的地方是比較困難的，因此，對TD-SCDMA和PHS共存干擾研究還需要進一步研究。

作者：王建海

參考文獻：

1、PHS與TD-SCDMA系統干擾保護研究，CCSA會議報告，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