摘 要： 基于3GPP TR25.942[1]協議建議的靜態(tài)蒙特卡羅仿真方法,，從系統級仿真角度對鄰頻運營的GSM1800系統與3G系統間的電磁兼容性進行研究。結合仿真結果,，給出GSM1800與各3G系統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,，并提出將鏈路" title="鏈路">鏈路層數據結合到系統級干擾仿真中的思想,，使仿真結果更加合乎實際系統。
關鍵詞： 電磁兼容 蒙特卡羅 相鄰信道干擾比
隨著我國3G移動通信產業(yè)商用化腳步的踏進,，屆時可能出現GSM1800,、WCDMA、CDMA2000,、TD-SCDMA" title="TD-SCDMA">TD-SCDMA等多個不同體制的移動網絡在同一地理區(qū)域共存的局面,。由于移動通信系統的發(fā)射機和接收機的非理想性，彼此之間勢必會產生一定程度的干擾,。如何進行頻率規(guī)劃和網絡規(guī)劃,，提高系統容量和頻譜利用率，減少系統間的干擾成為運營商和設備制造商關心的熱點問題,。中國通信標準化協會(CCSA)正通過建立相關課題,，組織相關單位對不同系統間電磁兼容問題進行探討研究，力求多種移動網絡合理共存,。
本文基于3GPP TR25.942 [1]協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,，并給出系統間共存時所需額外保護度及相應規(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，通過對系統進行有限次的抓拍(Snapshot)所得數據統計分析,，給出近似真實網絡間的干擾情況,。
每次抓拍的描述如下：
(1) 仿真參數讀入和仿真環(huán)境初始化；
(2) 移動臺生成：在系統內生成一定數量的移動臺,，其位置服從均勻分布,，從而通過有限次抓拍來模擬實際網絡中移動臺的各種位置分布可能性；
(3) 路徑損耗計算：計算本系統內各條鏈路的路徑損耗,，附加陰影衰落后存儲到系統內鏈路增益矩陣,，本次抓拍內保持不變；同理,，計算系統間相關干擾鏈路的路徑損耗,，附加陰影衰落后存儲到系統間鏈路增益矩陣；
(4) 接納控制：移動臺根據鏈路增益矩陣找尋目標基站接入,，WCDMA和CDMA2000系統移動臺接入時還應根據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) 單系統不受干擾容量找尋循環(huán)：對系統內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Eb/N0要求,。功率控制后根據發(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,，所得結果與容量評估準則進行比較，若不符合標準,，相應地調整移動臺數量,，重復步驟(2)~(5)直到滿足評估標準,，得出干擾源系統不受干擾容量，并記錄此時移動臺和基站的位置及發(fā)射功率,；
(6) 同理得出受害系統不受干擾容量Nsingle,，引入步驟(5)記錄的外系統干擾源，進行干擾計算和功率控制,，得出受害系統被干擾后容量Ninterfered,，則受害系統的容量損失為：
Capacity_loss=1-Ninterfered/Nsingle×100% (1)
經過有限次抓拍后，根據統計數據輸出各期望指標值,，如容量損失與ACIR,、基站間距或載波間隔的關系、干擾電平分布,、受害系統被干擾概率等,。
1.2 仿真方法
1.2.1 網絡拓撲結構
仿真基于正六邊形宏蜂窩拓撲結構，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，加快仿真速度,采用了wrap around技術,。圖1 是仿真中系統拓撲結構圖,。
評價系統間干擾程度時，一般需要仿真容量損失與系統間偏移量(D)的關系,，圖 1中箭頭方向為系統間平移方向,，D的范圍為[0，R]米,，其中R為基站半徑,。D=0時，兩系統拓撲結構重合,，D=R時,，系統A的基站位于系統B三個基站中心點構成的三角形中心，此時達到兩系統基站間的相對最大偏移,。
1.2.2 頻率復用
頻率規(guī)劃是指在建設網絡過程中,，根據某地區(qū)的話務量分布分配相應的頻率資源，以實現有效覆蓋,。GSM網絡一般采用頻率復用(reuse)技術,，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(稱為同頻復用距離),，以滿足將同頻干擾抑制在允許的指標以內,。
仿真中GSM1800采用4×3頻率復用方式，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)復用,，這樣在相鄰基站間不會有同頻干擾，同一個基站內不會有較大的鄰頻干擾,，有效提高了鏈路質量,。
1.2.3 軟切換
考慮WCDMA與CDMA2000軟切換技術，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，下行鏈路利用正交性減少扇區(qū)內干擾,。 (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(在多系統情況下，IOTHER也包括來自鄰近系統降低 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對應于小區(qū)內用戶完全正交的情況,，正交因子為1表示小區(qū)內干擾與小區(qū)間干擾具有相同的影響。
(3)鏈路層數據接口
功率控制與終端狀態(tài)息息相關,，涉及終端移動速率,、鏈路質量、軟切換狀態(tài)等,。仿真中根據終端的狀態(tài),、速率和業(yè)務要求的FER，通過查找鏈路層數據映射表得出的Eb/N0,，再由理想閉環(huán)功率控制算法(見公式4)求出相應下一時刻的發(fā)射功率,。這種結合終端狀態(tài)和鏈路層數據的功率控制算法更加接近實際系統特性，見圖 2,。
1.2.5 慢速功率控制
GSM1800系統采用慢速功率控制,。仿真中在理想功率控制的基礎上,，通過5dB的功率控制目標值余量來實現，即(C/I)target=12+5·random(dB),，其中random∈[0,1]是均勻分布的隨機數,。
1.2.6 干擾計算
上下行所受干擾分別為：
由于引入聯合檢測和正交化技術，大大減小了扇區(qū)內干擾,。對于TD-SCDMA系統來說β=0.78,；而WCDMA、CDMA2000系統α=0.4,， β=0,。
1.2.7 容量評估準則
TD-SCDMA 和GSM1800上下行容量均以5%中斷概率準則。
2 仿真結果及分析
在干擾研究中,，可以通過簡單的鏈路預算從理論上分析影響兩系統鄰頻共存的主導干擾情況,，通過對這種最嚴重的干擾情況的仿真，得出所需額外保護度,，即滿足兩系統合理共存的最小額外保護度,，以下仿真均針對系統間最嚴重的干擾情況，理論分析從略,。
2.1 GSM1800與WCDMA共存
由圖 3,、圖4可以得出以下結論：
(1) GSM廣播信道干擾WCDMA終端，兩系統間距D增大后,，位于被干擾小區(qū)邊緣的用戶從統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，為滿足鏈路質量必須提高下行發(fā)射功率,，這樣導致基站下行平均發(fā)射功率增大,，勢必對其他用戶的下行造成較大程度干擾，以上內外系統干擾量的增加將導致WCDMA下行容量降低,。當ACIR >35dB時,，WCDMA下行容量損失〈5%,根據協議[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,，兩系統間距D增大后，干擾源基站的邊緣用戶多位于受害系統基站附近,，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，導致WCDMA上行容量降低,。當ACIR>40dB時,，WCDMA上行容量損失〈5%，根據協議[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,，目前的射頻指標可以滿足共存要求。由于兩系統間的干擾隨著系統間偏移量增加而增大,，建議在網絡規(guī)劃時,，盡量使兩系統共站，這樣可以降低滿足共存的射頻指標要求,。
2.2 GSM1800與CDMA2000共存
由圖5,，圖6可以得出以下結論(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ACIR>37dB時,，CDMA2000下行容量損失〈5%,，根據協議[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ACIR>46dB時,，CDMA2000上行容量損失〈5%,，根據協議[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,。由于兩系統間的干擾隨系統間偏移量增加而增大，為了降低兩系統合理共存時的射頻指標要求,，建議在網絡規(guī)劃時,，盡量使兩系統共站。
2.3 GSM1800與TD-SCDMA共存
由圖7,、圖8可以得出以下結論：
(1)GSM1800廣播信道干擾TD-SCDMA基站,，隨著系統間距D的增加，TD-SCDMA上行容量損失降低,。當ACIR分別>83dB時,，TD-SCDMA上行容量損失〈5%，根據協議[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ACIR分別>40dB時，GSM1800下行容量損失〈5%,，根據協議[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,，目前的射頻指標可以滿足共存要求,。
本文重點研究了GSM1800與3G系統在宏小區(qū)下的電磁兼容問題，通過系統級仿真給出了系統間共存的結論和建議,。通過合理的網絡規(guī)劃和適當的規(guī)避措施,，能夠使即將投入商用的3G系統與現有的GSM1800系統在同一地理區(qū)域內合理共存。
參考文獻
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