第三代移动通信系统频率使用的研究.docx

第三代移动通信系统频率使用的研究.docx

《第三代移动通信系统频率使用的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三代移动通信系统频率使用的研究.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第三代移动通信系统频率使用的研究

第三代移动通信系统和集群系统干扰测试

11　概述

WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是目前3G技术体系中的3个主要标准，其中TD-SCDMA是中国自己提出的国际通信标准。

从双工技术上讲，WCDMA和CDMA2000属于FDD模式，TD-SCDMA属于TDD模式。

FDD需要对称频段，适用于对称业务；TDD模式通过时隙区分上、下行，可以灵活地调整资源在上、下行之间的分配，适用不对称业务，同时TDD也便于使用联合检测和智能天线等先进技术，提高频谱效率。

对于3G系统而言，WCDMA和CDMA2000属于FDD系统，它们之间的干扰主要发生在基站和移动台之间，即基站对移动台接收的干扰和移动台对基站接收的干扰；TDD技术之间、TDD技术与FDD技术之间的干扰不仅发生在基站和移动台之间，同时也发生在基站和基站之间以及移动台和移动台之间的干扰；当FDD工作在1920MHz附近时，也将发生与PHS系统之间的干扰。

11.1　WCDMA系统概述

WCDMA是一种直接序列码分多址技术（DS-CDMA），码片速率3.84Mchip/s，最小带宽为5Mz，双工方式为FDD。

在WCDMA标准中，上行链路使用专用导频，下行链路则使用公共或专用导频。

WCDMA在5MHz带宽内使用3.84Mcps的码片速率直接扩频。

WCDMA的功率对用户来说是共享资源。

在下行链路上，基站中码分复用的用户分享总的功率；上行链路中，基站有一个最大干扰容限，这个功率在小区中产生干扰的移动台之间分配。

WCDMA使用开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制技术。

下图1就是WCDMA的频谱图和码域图。

图中的第一个黄格为WCDMA的导频信道，另两个黄色信道均为控制信道，其余信道均为业务码道，共能提供125部电话呼叫（图中绿色为加载话音业务，灰色为加载可视电话业务）。

WCDMA基站由扰码来区分。

图1WCDMA的频谱图和码域图

11.2　CDMA2000系统概述

CDMA2000系统分为CDMA20001X和3X，有扩频速率SR（SpreadingRate）决定。

SR指的是前向或反向CDMA信道上的PN码片速率,有两种情况：

一种为SR1，也通常记作1X，SR1的前向和反向CDMA信道在单载波上都采用码片速率为1.2288Mcps的直接序列（DS）扩频。

另一种为SR3，也通常记作3X，SR3的前向CDMA信道有3个载波，每个载波上都采用1.2288Mcps的DS扩频，总称多载波（MC）方式；SR3的反向CDMA信道在单载波上都采用码片速率为3.6864Mcps的DS扩频。

CDMA20001X在无线配置RC3（RadioConfiguration）时每载波可提供64码道，如图2所示。

图中marker点位置是同步信道，第一个黄色码道为导频信道，每个cdma20001x能提供最多61部话音呼叫。

cdma2000的反向链路物理信道用长码加以区分，公用反向链路信道的长码掩码由BS的系统参数确定，而每个用户的业务信道的长码掩码则由用户自己的身份信息来标识。

图2CDMA20001x的频谱图和码域图

11.3　TD-SCDMA系统概述

TD-SCDMA是ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一，是基于S-CDMA和TDMA技术，因此经常将TD-SCDMA的接入模式表示为TDMA/CDMA。

TD-SCDMA载波带宽为1.6MHz，一个10ms的帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙，如图3所示。

图3TD-SCDMA帧结构

从图中可以看出，TD-SCDMA标准在物理层拥有独特的帧结构，每帧有两个上下行转换点，TS0为下行时隙、TS1为上行时隙，并由G\DwPTS\UpPTS三个特殊时隙，其余时隙可根据用户需要进行灵活UL/DL配置。

TD-SCDMA还拥有全向码道和赋形码道，分别得到小区覆盖的全向波束和针对用户终端的赋形波束。

其中，BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使用专门时隙；业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户。

其时域图和码域图参见图4，其频谱图参见图5。

有图中可见，TD-SCDMA的每个时隙有16个码道，可传送16路8kbit/s的话音或8路16kbit/s的话音；TD-SCDMA的频谱看起来像离散频谱，在一定的频率范围内跳来跳去，所以很容易误认为跳频，这种原因是有频谱仪的扫描时间和TDMA结构双重决定的。

图4TD-SCDMA的时域图和码域图

根据3GPP标准，TD-SCDMA可灵活地应用于宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝，也可用于固定无线接入。

不同的干扰类型，其最大覆盖半径也不同，如表1所示。

一般来说，小区最大覆盖半径dmax依赖于保护时隙tgap，其关系式为

，c为光速。

TD-SCDMA系统目前的现场演示实验的终端移动速度为125km/h，但计算机仿真结果表明TD-SCDMA系统在移动速度达到250km/h时，仍能保持较好的误码特性。

因此TD-SCDMA系统完全能够独立地组网。

图5TD-SCDMA频谱图

表1干扰类型和相应的最大小区半径

干扰类型

最大小区半径

UpPTS和DwPTS不允许干扰时

11.25km

UpPTS和DwPTS允许干扰，但TS0不允许干扰时

22.5km

TS1和DwPTS不允许干扰，但其他时隙允许干扰时

30km

TS1和DwPTS允许干扰,但TS0不允许干扰时

41.25km

TDD双工方式的优点是能使用各种频率资源，不需要成对的频谱，只要有2MHz的带宽，就可以运营TD-SCDMA系统，具有很高的频谱灵活性；TD-SCDMA也采用了功率控制技术，通过调整功率保证上下行链路的质量，同时减少远近效应和对抗阴影衰落和快衰落，使网络干扰最小化，从而减少小区间干扰水平，提高网络容量和质量，并减少UE和基站的发射功率；从支持用户语音业务来看，TD-SCDMA每1.6MHz的带宽内可提供48个业务信道，频谱利用率很高；利于使用智能天线等新技术，因为上下行链路频率相同，传播特性一致；TDD双工方式支持不对称数据业务，可根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个数；TDD成本低，无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现RF收发信机。

TDD双工方式也存在一定的问题：

峰值/平均发射功率之比随时隙数的增加而增加（低速/话音业务，超过30dB），由于CDMA工作在线性状态，故要求放大器有较大的线性输出能力；小区覆盖问题（目前典型值设计在11公里），TDD采用时间来划分上下行，受电波传播时延影响，上下行之间必须有保护时间，时间越大系统效率越低；移动速度，由于采用多时隙不连续传输方式，TDD抗快衰落和多普勒效应能力要比连续传输的FDD方式差；上下行之间存在干扰，TDD系统中NODEB之间要求帧同步等。

11.4　PHS系统概述

PHS（PERSONALHANDY-PHONESYSTEM）的空中接口采用RCRSTD-28标准，RCRSTD-28标准经历了三个版本发展的过程，以版本2（V2）和版本3（V3）最为常见。

我国规定PHS移动通信系统使用的频段为1900MHz～1915MHz，载波间隔为300kHz，频点数为65，必要带宽为288kHz，多址方式为TDMA，双工工作方式为TDD。

根据RCRSTD-28标准，PHS的载波间隔为300kHz，每5ms一帧，每帧分成8个时隙，因此每个载波提供多达4路的话音通道，传输速率为384kbit/s，其时隙结构如下图6所示。

5ms

CS->PS|T2|T4|R2|R4T:

为发送时隙

R:

为接收时隙

图6PHS系统的帧结构

*上下行保护间隔4.7us

PHS的一个重要优点就是采用了动态信道选择方式（ContinuousDynamicChannelSelection）。

由基站自动测量工作频段内的干扰情况，自动选择干扰最小的信道进行通话。

当正在使用的信道干扰过大，不能连续工作时，就能重新选择新的信道进行通话，甚至切换到另一基站，因而动态信道选择具有很高的频谱利用率。

和TD-SCDMA一样，PHS的频谱也像离散频谱，在一定的频率范围内跳来跳去，也很容易误认为跳频（见图7）。

其实，像GSM、iDEN、TETRA等TDMA系统的频谱在频谱分析仪上都有类似的频谱。

图7PHS系统的频谱图

图8PHS基站的带外杂散图

12　3G干扰测试安排

无线干扰测试由3G技术试验专家组（3GTEG）组织实施。

测试集中在北京进行，以信息产业部电信研究院MTNet为中心，构建了包括WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA、DCS1800和PHS系统的干扰测试环境。

干扰测试从2004年8月18日开始，到10月9日结束。

集群系统测试从从2004年10月11日开始，到10月21日结束。

测试组由国家无线电监测中心总负责、联合电信研究院标准所（原传输所）和6家运营商的技术人员共同组成。

在相关运营商、设备制造商、终端厂商和仪表厂家的积极配合下，测试组按照测试方案，进行了认真细致的测试。

12.1　网络配置

无线干扰测试中，网络配置主要考虑了两种情况：

共站址和一个系统基站位于另一个系统基站的小区边缘。

具体的网络配置如图9所示。

图9无线干扰测试网络配置

在站址的选择上，电信研究院MTNet作为此次干扰试验的中心，配置了WCDMA基站、cdma2000基站、TD-SCDMA基站、DCS1800基站和PHS基站各一个，这些基站均共站址，且天线方位角相同或采用全向天线。

此外，在MTNet周围配置了一个WCDMA基站、一个cdma2000基站、一个TD-SCDMA基站和两个PHS基站。

环境选择、网络和设备配置中充分考虑了目前我国的频率规划情况。

12.2　频率配置

根据信息产业部2002年确定的3G频率规划，我国3G系统的工作频段包括主要工作频段、补充工作频段等。

其中主要工作频段，频分双工（FDD）方式为1920-1980MHz/2110-2170MHz，时分双工（TDD，即TD-SCDMA）方式为1880-1920MHz、2010-2025MHz。

基于3G设备的支持状况，此次干扰测试只考虑针对3G系统主要工作频段相关的干扰进行测试。

目前我国使用的2G公众移动通信系统包括GSM、cdma两种技术。

此外PHS也得到广泛使用。

GSM系统规划使用的频段有900MHz频段和1800MHz频段，工作于1800MHz频段的GSM系统又常称为DCS1800。

cdma系统规划使用的频段为800MHz频段的2*10MHz。

参考已有的理论研究结果，无线干扰测试对PHS与WCDMA之间的干扰、PHS与cdma2000之间的干扰、DCS1800与WCDMA基站共站下的干扰这几种2G或PHS相关情形进行测试。

无线干扰测试中，WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA系统的频率配置根据不同测试内容的需要进行相应调整。

图10无线干扰测试频率配置

具体频率配置如图10所示：

1）配合干扰测试的WCDMA系统设备在1920-1980MHz/2110-2170MHz频段内调整工作频点；

2）配合干扰测试的cdma2000系统设备在1920-1980MHz/2110-2170MHz频段内调整工作频点；

3）配合干扰测试的TD-SCDMA系统设备在2010-2025MHz频段内调整工作频点；

4）对于PHS系统，考虑到频率实际使用情况，在测试中使用的是1900-1920MHz频段，并根据测试内容锁定载波频点或调整动态信道分配的载波范围。

13　干扰测试方法

根据我国相关频率的划分情况和理论分析，同一3G技术内、不同3G技术间、2G与3G、PHS与3G系统间都有可能产生干扰。

干扰情形基本上可分为两类：

第一类：

基站对基站的干扰：

主要利用接收基站的天线，测量基站接收的干扰电平大小，利用基站统计功能收集一定时间内基站对宽带噪声的测量值，统计其均值和方差，比较在干扰基站工作、不工作两种条件下其差异。

第二类：

基站对移动台的干扰和移动台对基站的干扰。

此次干扰测试以理论研究结果作为指导依据，根据不同干扰情形采用了众多行之有效、可操作的测试方法：

A、对于3G系统（包括集群GOTA）移动台的干扰，主要基于移动台实际接收的导频Ec/Io（或Ec/No）和RSSI的测试方法：

测试在干扰系统工作、不工作条件下小区覆盖范围内不同地点移动台实际接收的导频Ec/Io和RSSI数值，从统计上比较其差异；

B、对于3G系统（包括集群GOTA）基站的干扰，主要测试基站接收的干扰电平大小：

收集一定时间内基站对宽带噪声的测量值，统计其均值和方差，比较在干扰系统工作、不工作两种条件下其差异；

C、利用3G系统（包括集群GOTA）的网络统计功能，收集一定时间内基站对宽带噪声的测量值，统计其均值和方差，比较在干扰系统工作、不工作两种条件下其差异；测试基站或收集基站上报的接收灵敏度指标，比较在干扰系统工作、不工作两种条件下其差异；

D、对于集群系统中iDEN和GT800移动台的干扰，主要测试移动台在干扰系统工作、不工作条件下接收的RSSI,SQE（BER）或主观评价；

E、对于集群系统中iDEN和GT800基站的干扰，主要测试在无干扰、有干扰条件下的基站接收机的噪声提升值和BER值。

测试原理如下图11和图12所示：

图11终端对基站的干扰示意图

终端2处于小区边缘，接收到基站2信号很弱，终端2将以较大的功率发射信号；终端1接收到基站1的信号很强，终端将以较低功率发射信号。

此时与终端2很近的基站1会接收到终端2的较强干扰信号（与终端1相比较），从而终端2对基站1的接收产生干扰。

图12基站对终端的干扰示意图

当终端1处于小区边缘时，接收到基站1的信号很弱，与此同时会接收到来自较近的基站2的较强干扰信号。

此时基站2会对终端1的接收产生干扰。

14　具体测试内容和测试结果

3G干扰测试的具体内容有：

A、WCDMA与WCDMA之间的干扰

主要测试两个相邻信道工作的WCDMA基站不同站址时彼此间干扰。

两个基站的载波间隔根据测试情况进行调整。

采用模拟加载方式对基站下行加载，上行则采用一定数量手机进行加载，以反应系统一定负荷下受干扰所造成的影响。

B、cdma2000与cdma2000之间的干扰

主要测试两个相邻信道工作的cdma2000基站不同站址时彼此间干扰。

测试方式与WCDMA与WCDMA之间的干扰测试类似。

C、TD-SCDMA与TD-SCDMA之间的干扰

主要测试两个相邻信道工作的TD-SCDMA基站不同站址时彼此间干扰。

两个基站的载波间隔1.8MHz。

两个基站同步，分别在相同时隙加载两部64kbps终端（满载），以反映系统之间的干扰情况。

以上三种情况为同一3G技术不同运营网络之间的无线干扰，测试结果见表3。

在WCDMA基站--WCDMA终端测试中，干扰站开启并以最大功率发射时，登录到被干扰WCDMA基站的测试终端接收到的信号Ec/Io值有所下降，从-12.2dB降到-13.5dB左右，WCDMA终端能够正常建立呼叫，通话质量良好。

在WCDMA终端--WCDMA基站测试中，干扰基站加载20部语音用户后，空载的电信研究院WCDMA基站接收的总功率从-101.35dBm升高到-101.19dBm了，底噪升高了0.16dB。

在干扰存在的情况下，电信研究院WCDMA基站加载了4部视频，18部语音用户，通话质量良好。

在cdma2000基站--cdma2000终端测试中，如果两基站的cdma2000系统载波相隔1.25MHz工作，则干扰基站开启并保持空载时，被干扰站终端被阻塞，无法建立呼叫；但如果两基站的cdma2000系统载波相隔2.5MHz，当干扰基站开启后，被干扰站信号的Ec/Io值从-2.94dB降为-3.3dB左右，登录到被干扰基站的终端能够正常建立呼叫，信号稳定。

在cdma2000终端--cdma2000基站测试中，如果两基站的cdma2000系统载波相隔2.5MHz，则干扰站开启并上行加载10个用户后，被干扰基站接收的总功率无明显变化，基本在-105dBm左右,登录到被干扰基站的cdma2000终端能够正常建立呼叫并保持通话。

在TD-SCDMA—TD-SCDMA测试中，干扰站开启并上行加载100%后（单时隙），被干扰基站的接收信号功率升高0.1dB，被干扰终端接收信号的Ec/Io值没有变化。

从以上分析可知，双WCDMA之间、双TD-SCDMA之间在现有的测试条件下完全可以邻频共存；根据3GPP2相关标准，双CDMA20001X之间也可以共存。

D、WCDMA与cdma2000相邻频段共存

对工作于相邻信道的WCDMA、cdma2000基站，在共站址、不同站址两种情况时测试彼此间干扰。

WCDMA、cdma2000载波间隔取3.65MHz，并根据测试情况调整。

E、WCDMA/cdma2000与TD-SCDMA共存

由于此次干扰测试TD-SCDMA设备只支持2010-2025MHz频段，与WCDMA/cdma2000工作频段至少有30MHz间隔，故测试时主要是考察杂散干扰影响。

以上三种情况为不同3G技术之间的无线干扰，测试结果见表4。

在WCDMA基站--cdma2000终端测试中，WCDMA基站开启并以最大功率发射时，cdma2000终端接收的基站信号Ec/Io值从-7dB下降为-8dB左右，能够正常建立呼叫；

在WCDMA终端--cdma2000基站测试中，WCDMA基站上行加载10部语音、2部视频用户后，cdma2000基站接收的总功率升高了0.2dB左右，cdma2000终端能够正常建立呼叫；

在cdma2000基站--WCDMA终端测试中，cdma2000基站开启并以最大功率发射时，WCDMA终端接收的信号Ec/Io值由-10.5dB降为-11.6dB左右，WCDMA终端能够正常建立呼叫；

在cdma2000终端--WCDMA基站测试中，cdma2000上行加载14部语音用户后，空载的WCDMA基站接收功率升高了约0.1dB，WCDMA终端能正常建立呼叫；

在TD-SCDMA—WCDMA/CDMA2000测试中，由于TD-SCDMA工作在2010-2025MHz频段，WCDMA/cdma2000基站接收频段接收信号功率基本没有变化。

从以上分析可知，WCDMA与cdma20001X之间在相邻频段工作时完全可以共存；如果TD-SCDMA工作在2010-2025MHz频段，也不会对WCDMA/CDMA2000造成干扰。

F、PHS与WCDMA/cdma2000共存

分别对PHS与WCDMA共存、PHS与cdma2000共存下的干扰进行测试。

WCDMA基站的发送频率配置为2112.4MHz，接收频率配置为1922.4MHz。

cdma2000基站的发送频率配置为2111.25MHz、接收频率配置为1921.25MHz。

PHS基站的频率配置为1915-1920MHz，采用动态信道分配技术。

在这种频率配置关系下，进行了PHS对WCDMA/cdma2000的干扰测试。

PHS对WCDMA/cdma2000干扰的测试结果见表5。

从表中可得出以下结论：

当PHS基站工作在1918MHz以上时，使cdma2000基站的接收总功率升高3dB左右，将对cdma2000造成严重影响。

当PHS基站工作在1917.5MHz以下时，PHS基站基本对cdma2000没有影响。

由于试验网条件限制，PHS上行容量受限，测试中PHS终端对cdma2000基站没有测到明显干扰，但在话务量大的情况下，我们发现CDMA2000基站受现网影响。

在试验网PHS系统关闭的情况下，观察到WCDMA基站接收的底噪升高了1dB，通过对干扰源的研究，确定在电信研究院周围的PHS系统使用了1915-1918MHz频段，对WCDMA系统产生一定干扰。

当试验网PHS基站工作频点在1917.95MHz以上时，WCDMA基站接收的底噪升高约3dB，对WCDMA基站产生严重干扰。

当试验网PHS基站工作频点在1917.35MHz时，WCDMA基站接收的底噪升高约1dB，对WCDMA系统产生一定干扰，其中可能包括现网PHS系统的影响。

G、DCS1800与WCDMA共存

对于DCS1800与WCDMA基站共存下的干扰进行测试。

WCDMA基站的发送频率配置为2112.4MHz，接收频率配置为1922.4MHz。

DCS1800基站的发射频率配置为1849.6MHz和1849.6MHz。

由于DCS1800工作频段与WCDMA工作频段相隔70MHz左右，故测试时主要是考察杂散干扰影响，测试结果见表2。

表2DCS1800对WCDMA干扰的测试结果

DCS1800基站发射频率

WCDMA基站

接收信号总功率

cdma2000基站

接收信号总功率

（MHz）

（dBm）

（dBm）

1922.4

1927.4

1967.4

1921.25

1925

1940

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

1849.6/1850.0/1870.4

-101.31

-101.40

-101.34

-106.08

-106.23

-106.30

GSM关闭

-101.38

-101.45

-101.34

-106.19

-106.31

-106.36

从表中可以看出，DCS1800基站开启后，在cdma2000基站和WCDMA基站接收频段接收信号功率升高不大于0.11dB，可以认为在试验网测试环境中DCS1800对cdma2000和WCDMA基本没有影响。

（MCL=105dB）

15　测试结论

2从系统共存的角度来看，在试验网的测试环境中，2010-2025MHz的TD-SCDMA对WCDMA和cdma2000；WCDMA与cdma20001x之间；双TD-SCDMA之间、双WCDMA之间以及双cdma20001x之间没有明显的干扰，系统间可以共存。

3当PHS工作在1918-1920MHz频段，cdma2000工作在1921.25MHz时，PHS与cdma2000之间存在明显干扰；当PHS基站载波频点低于1917.5MHz时，对于cdma2000系统基本没有干扰。

但PHS终端对cdma20001x系统的干扰应进一步研究。

4当PHS工作在1918-1920MHz，WCDMA工作在1922.4MHz时，PHS对WCDMA存在较为严重的干扰；PHS基站的工作频点在1917.35MHz时存在一定的干扰，可能由于现网终端的影响，因此PHS终端wcdma系统的干扰应进一步研究。

5由于TD-SCDMA设备条件所限，此次干扰测试对TD-SCDMA只测试了2010-2025MHz频段，对于1880-1920MHz频段有待进一步测试验证。

6无线干扰十分复杂，并与实际网络紧密相关，因此无线干扰测试的结果只可能是在一定的环境配置、设备配置、网络配置下的结果，改变了这些配置，干扰的影响可能会有所变化，但干扰测试、验证应可为规避干扰提供一定的技术参考。

表3同一3G技术不同运营网络之间的无线干扰测试数据

测试项目

测试内容

频率配置

测试数据

加干扰前

加干扰后

WCDMA—WCDMA

WCDMA基站—

WCDMA终端

WCDMA基站1发射/接收频率：

2117