《電子技術(shù)應(yīng)用》
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蒙特卡羅仿真在GSM1800與3G系統(tǒng)間電磁兼容研究中的應(yīng)用

2008-05-21
作者:李 男, 彭木根, 王文博

  摘 要: 基于3GPP TR25.942[1]協(xié)議建議的靜態(tài)蒙特卡羅仿真方法,,從系統(tǒng)級仿真角度對鄰頻運營的GSM1800系統(tǒng)與3G系統(tǒng)間的電磁兼容性進行研究,。結(jié)合仿真結(jié)果,給出GSM1800與各3G系統(tǒng)共存時的互相干擾程度和所需的規(guī)避措施,。闡述了靜態(tài)干擾仿真的原理,、流程,、方法和重要技術(shù),并提出將鏈路" title="鏈路">鏈路層數(shù)據(jù)結(jié)合到系統(tǒng)級干擾仿真中的思想,,使仿真結(jié)果更加合乎實際系統(tǒng),。
  關(guān)鍵詞: 電磁兼容 蒙特卡羅 相鄰信道干擾比


  隨著我國3G移動通信產(chǎn)業(yè)商用化腳步的踏進,屆時可能出現(xiàn)GSM1800,、WCDMA,、CDMA2000、TD-SCDMA" title="TD-SCDMA">TD-SCDMA等多個不同體制的移動網(wǎng)絡(luò)在同一地理區(qū)域共存的局面,。由于移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機的非理想性,,彼此之間勢必會產(chǎn)生一定程度的干擾。如何進行頻率規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,,提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率,,減少系統(tǒng)間的干擾成為運營商和設(shè)備制造商關(guān)心的熱點問題。中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CCSA)正通過建立相關(guān)課題,,組織相關(guān)單位對不同系統(tǒng)間電磁兼容問題進行探討研究,,力求多種移動網(wǎng)絡(luò)合理共存。
  本文基于3GPP TR25.942 [1]協(xié)議建議的蒙特卡羅仿真方法,,對GSM1800與鄰頻共存的WCDMA,、CDMA2000、TD-SCDMA間干擾程度進行評估,,并給出系統(tǒng)間共存時所需額外保護度及相應(yīng)規(guī)避措施,。
1 仿真的基本原理和方法
1.1 仿真原理及流程

  本文的仿真平臺基于干擾仿真研究中經(jīng)典的Monte-Carlo仿真方法,針對基站和移動臺" title="移動臺">移動臺的不同發(fā)射功率" title="發(fā)射功率">發(fā)射功率,、移動臺不同的狀態(tài)和位置分布以及基站的不同負載等情況進行仿真,,通過對系統(tǒng)進行有限次的抓拍(Snapshot)所得數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,給出近似真實網(wǎng)絡(luò)間的干擾情況。
  每次抓拍的描述如下:
  (1) 仿真參數(shù)讀入和仿真環(huán)境初始化,;
  (2) 移動臺生成:在系統(tǒng)內(nèi)生成一定數(shù)量的移動臺,,其位置服從均勻分布,從而通過有限次抓拍來模擬實際網(wǎng)絡(luò)中移動臺的各種位置分布可能性,;
  (3) 路徑損耗計算:計算本系統(tǒng)內(nèi)各條鏈路的路徑損耗,,附加陰影衰落后存儲到系統(tǒng)內(nèi)鏈路增益矩陣,本次抓拍內(nèi)保持不變,;同理,,計算系統(tǒng)間相關(guān)干擾鏈路的路徑損耗,附加陰影衰落后存儲到系統(tǒng)間鏈路增益矩陣,;
  (4) 接納控制:移動臺根據(jù)鏈路增益矩陣找尋目標(biāo)基站接入,,WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)移動臺接入時還應(yīng)根據(jù)鏈路增益矩陣和軟切換門限判斷移動臺是否處于軟切換狀態(tài);
  (5) 單系統(tǒng)不受干擾容量找尋循環(huán):對系統(tǒng)內(nèi)所有鏈路開始功率控制" title="功率控制">功率控制過程,,以滿足目標(biāo)Eb/N0要求,。功率控制后根據(jù)發(fā)射機發(fā)射掩模和接收機阻塞特性及收發(fā)機間頻率間隔進行干擾計算,所得結(jié)果與容量評估準(zhǔn)則進行比較,,若不符合標(biāo)準(zhǔn),,相應(yīng)地調(diào)整移動臺數(shù)量,重復(fù)步驟(2)~(5)直到滿足評估標(biāo)準(zhǔn),,得出干擾源系統(tǒng)不受干擾容量,,并記錄此時移動臺和基站的位置及發(fā)射功率;
  (6) 同理得出受害系統(tǒng)不受干擾容量Nsingle,,引入步驟(5)記錄的外系統(tǒng)干擾源,,進行干擾計算和功率控制,得出受害系統(tǒng)被干擾后容量Ninterfered,,則受害系統(tǒng)的容量損失為:
  Capacity_loss=1-Ninterfered/Nsingle×100%    (1)
  經(jīng)過有限次抓拍后,根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸出各期望指標(biāo)值,,如容量損失與ACIR,、基站間距或載波間隔的關(guān)系、干擾電平分布,、受害系統(tǒng)被干擾概率等,。
1.2 仿真方法
1.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

  仿真基于正六邊形宏蜂窩拓撲結(jié)構(gòu),共16個基站/48個扇區(qū),,基站半徑1 000m,,為了消除有限覆蓋帶來的邊界效應(yīng),加快仿真速度,采用了wrap around技術(shù),。圖1 是仿真中系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖,。
  評價系統(tǒng)間干擾程度時,一般需要仿真容量損失與系統(tǒng)間偏移量(D)的關(guān)系,圖 1中箭頭方向為系統(tǒng)間平移方向,,D的范圍為[0,,R]米,其中R為基站半徑,。D=0時,,兩系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)重合,D=R時,,系統(tǒng)A的基站位于系統(tǒng)B三個基站中心點構(gòu)成的三角形中心,,此時達到兩系統(tǒng)基站間的相對最大偏移。


1.2.2 頻率復(fù)用
  頻率規(guī)劃是指在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)過程中,,根據(jù)某地區(qū)的話務(wù)量分布分配相應(yīng)的頻率資源,,以實現(xiàn)有效覆蓋。GSM網(wǎng)絡(luò)一般采用頻率復(fù)用(reuse)技術(shù),,使同一頻率覆蓋不同的區(qū)域,,這些使用同一頻率的區(qū)域彼此需要相隔一定的距離(稱為同頻復(fù)用距離),以滿足將同頻干擾抑制在允許的指標(biāo)以內(nèi),。
  仿真中GSM1800采用4×3頻率復(fù)用方式,,如圖1,將每12個頻點劃分為4組,,每組3個頻點在同一顏色基站的3個扇區(qū)復(fù)用,,這樣在相鄰基站間不會有同頻干擾,同一個基站內(nèi)不會有較大的鄰頻干擾,,有效提高了鏈路質(zhì)量,。
1.2.3 軟切換
  考慮WCDMA與CDMA2000軟切換技術(shù),切換門限為3dB,,激活集為2,,即處于軟切換狀態(tài)的移動臺最多與兩個基站同時通信。移動臺處于軟切換時,,上行鏈路選擇性分集合并,,選擇質(zhì)量最好的鏈路進行功率控制;下行對兩條鏈路進行等增益合并,,分別進行功率控制,。
1.2.4 理想功率控制
  WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)上下行鏈路均考慮開環(huán)功率控制和理想閉環(huán)功率控制,另外,,上行鏈路考慮多用戶檢測技術(shù),,下行鏈路利用正交性減少扇區(qū)內(nèi)干擾。 (1)上行C/I計算

  其中,,S是接收到的有用信號,,IOWN是用戶接收到本扇區(qū)基站對其他用戶的發(fā)射功率,,也包括由公共信道引起的干擾,IOTHER是來自其他小區(qū)的干擾(在多系統(tǒng)情況下,,IOTHER也包括來自鄰近系統(tǒng)降低 ACIR(dB)后的干擾),,NO是熱噪聲,α是正交因子,。正交因子α考慮了由于多徑傳播而引起的下行不能完全正交的情況,,正交因子為0對應(yīng)于小區(qū)內(nèi)用戶完全正交的情況,正交因子為1表示小區(qū)內(nèi)干擾與小區(qū)間干擾具有相同的影響,。
  (3)鏈路層數(shù)據(jù)接口


  功率控制與終端狀態(tài)息息相關(guān),,涉及終端移動速率、鏈路質(zhì)量,、軟切換狀態(tài)等,。仿真中根據(jù)終端的狀態(tài)、速率和業(yè)務(wù)要求的FER,,通過查找鏈路層數(shù)據(jù)映射表得出的Eb/N0,,再由理想閉環(huán)功率控制算法(見公式4)求出相應(yīng)下一時刻的發(fā)射功率。這種結(jié)合終端狀態(tài)和鏈路層數(shù)據(jù)的功率控制算法更加接近實際系統(tǒng)特性,,見圖 2,。

1.2.5 慢速功率控制
  GSM1800系統(tǒng)采用慢速功率控制。仿真中在理想功率控制的基礎(chǔ)上,,通過5dB的功率控制目標(biāo)值余量來實現(xiàn),,即(C/I)target=12+5·random(dB),其中random∈[0,1]是均勻分布的隨機數(shù),。
1.2.6 干擾計算
  上下行所受干擾分別為:

  由于引入聯(lián)合檢測和正交化技術(shù),,大大減小了扇區(qū)內(nèi)干擾。對于TD-SCDMA系統(tǒng)來說β=0.78,;而WCDMA,、CDMA2000系統(tǒng)α=0.4, β=0,。
1.2.7 容量評估準(zhǔn)則
  TD-SCDMA 和GSM1800上下行容量均以5%中斷概率準(zhǔn)則,。
  

2 仿真結(jié)果及分析
  在干擾研究中,可以通過簡單的鏈路預(yù)算從理論上分析影響兩系統(tǒng)鄰頻共存的主導(dǎo)干擾情況,,通過對這種最嚴(yán)重的干擾情況的仿真,得出所需額外保護度,,即滿足兩系統(tǒng)合理共存的最小額外保護度,,以下仿真均針對系統(tǒng)間最嚴(yán)重的干擾情況,理論分析從略,。
2.1 GSM1800與WCDMA共存
  由圖 3,、圖4可以得出以下結(jié)論:
  (1) GSM廣播信道干擾WCDMA終端,,兩系統(tǒng)間距D增大后,位于被干擾小區(qū)邊緣的用戶從統(tǒng)計上多處于臨近的干擾源基站中心附近,,受到較強的外來干擾,,為滿足鏈路質(zhì)量必須提高下行發(fā)射功率,這樣導(dǎo)致基站下行平均發(fā)射功率增大,,勢必對其他用戶的下行造成較大程度干擾,,以上內(nèi)外系統(tǒng)干擾量的增加將導(dǎo)致WCDMA下行容量降低。當(dāng)ACIR >35dB時,,WCDMA下行容量損失〈5%,根據(jù)協(xié)議[2] [4]可求出此時固有ACIR=42.7dB,,不需要額外保護度;
  (2)GSM終端干擾WCDMA基站,,兩系統(tǒng)間距D增大后,,干擾源基站的邊緣用戶多位于受害系統(tǒng)基站附近,由于邊緣用戶一般發(fā)射功率較強,,這樣對受害基站的干擾較大,,導(dǎo)致WCDMA上行容量降低。當(dāng)ACIR>40dB時,,WCDMA上行容量損失〈5%,,根據(jù)協(xié)議[2] [4]可求出此時固有ACIR=42.5dB,不需要額外保護度,;
  GSM1800與WCDMA間基本不需要額外保護間隔,,目前的射頻指標(biāo)可以滿足共存要求。由于兩系統(tǒng)間的干擾隨著系統(tǒng)間偏移量增加而增大,,建議在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時,,盡量使兩系統(tǒng)共站,這樣可以降低滿足共存的射頻指標(biāo)要求,。


2.2 GSM1800與CDMA2000共存
  由圖5,,圖6可以得出以下結(jié)論(分析2.1節(jié)中GSM和WCDMA間干擾類似):
  (1)GSM廣播信道干擾CDMA2000終端,當(dāng)ACIR>37dB時,,CDMA2000下行容量損失〈5%,,根據(jù)協(xié)議[2][5]可求出此時固有ACIR=55.7dB,不需要額外保護度,;
  (2)GSM終端干擾CDMA2000基站,,當(dāng)ACIR>46dB時,CDMA2000上行容量損失〈5%,,根據(jù)協(xié)議[2][5]可求出此時固有ACIR=44.3dB,,所需額外保護度為1.7dB;
  影響GSM1800與CDMA2000共存的主要因素為GSM1800終端對CDMA2000基站的干擾,。這種情況下需要采取一定的規(guī)避措施,,由于所需額外保護度較小,,通過簡單規(guī)避措施即可滿足共存要求。例如:增加頻率保護帶,,增大系統(tǒng)間最小耦合損耗MCL,,在發(fā)射端或接收端加濾波器等。由于兩系統(tǒng)間的干擾隨系統(tǒng)間偏移量增加而增大,,為了降低兩系統(tǒng)合理共存時的射頻指標(biāo)要求,,建議在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時,盡量使兩系統(tǒng)共站,。
2.3 GSM1800與TD-SCDMA共存
  由圖7,、圖8可以得出以下結(jié)論:
  (1)GSM1800廣播信道干擾TD-SCDMA基站,隨著系統(tǒng)間距D的增加,,TD-SCDMA上行容量損失降低,。當(dāng)ACIR分別>83dB時,TD-SCDMA上行容量損失〈5%,,根據(jù)協(xié)議[2][3]可求出此時固有ACIR=85dB,,故不需要額外保護度;


  (2)TD-SCDMA基站干擾GSM1800終端,,當(dāng)ACIR分別>40dB時,,GSM1800下行容量損失〈5%,根據(jù)協(xié)議[2][3]可求出此時固有ACIR=77.6dB,,故不需要額外保護度,;
  GSM1800與TD-SCDMA間基本不需要額外保護間隔,目前的射頻指標(biāo)可以滿足共存要求,。
  本文重點研究了GSM1800與3G系統(tǒng)在宏小區(qū)下的電磁兼容問題,,通過系統(tǒng)級仿真給出了系統(tǒng)間共存的結(jié)論和建議。通過合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和適當(dāng)?shù)囊?guī)避措施,,能夠使即將投入商用的3G系統(tǒng)與現(xiàn)有的GSM1800系統(tǒng)在同一地理區(qū)域內(nèi)合理共存,。
參考文獻
1 3GPP TR25.942 v6.1.0: Radio Frequency (RF) system sce-narios[S]. 2003
2 ETSI TS 100 910 V8.18.0: Radio Transmission and Recep-tion[S]. 2005
3 3GPP TS25.105 v5.4.0:Base Station (BS) radio transmission and reception (TDD)[S]. 2003
4 3GPP TS25.104 v5.7. 0: Base Station (BS) radio transmis-sion and reception (FDD)[S]. 2003
5 3GPP2 C.S0010-B V2.0: Recommended Minimum Perfor-mance Standards for cdma2000 Spread Spectrum Base Sta-tions-Release B[S]. 2004

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