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WCDMA与WiMAX系统共存干扰分析
kunsino
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发表于 2008-01-03 17:02:42
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摘要 本文根据IEEE802.16d和WCDMA的标准规范,结合实际网络的组网情况,通过计算机仿真,对WCDMA与WiMAX系统在同一地理区域共存可能存在的干扰类型和干扰大小进行分析,文章提出了一种新颖的系统共存研究的方法和相应的仿真流程,并给出了由于系统间干扰引起的WCDMA系统容量损失和WiMAX系统性能下降的分析结果,最后给出了减少干扰所需的措施。
1、引言
国际电联ITU-R第8F工作组第14次会议为3G的FDD(频分双工模式)和TDD(时分双工模式)系统划分了2.5~2.69 GHz频段。美国FCC(联邦通信委员会)在2004年允许固定微波业务使用2.495~2.69 GHz频段。这极大促进了WiMAX系统在此频段的设备研制和开发。不断增长的业务需求和有限的频谱资源,很有可能导致在部分地理区域,例如“热点”地区,出现WCDMA和WiMAX系统邻频共存的情况。由于高频器件的非线性特性,这些不同系统之间将存在相互干扰,从而可能造成WCDMA系统容量的损失以及WiMAX系统性能下降。基于这个原因。本文主要研究在2.5~2.69 GHz频段内WiMAX TDD系统和WCDMA系统邻频情况下(见图1),WiMAX系统(IEEE 802.16d TDD标准)和IMT-2000中的WCDMA系统之间的共存。
2、干扰产生及类型
当WiMAX和WCDMA系统单独存在时,系统中的干扰为系统内干扰,它包括本小区干扰、邻小区干扰和热噪声。当两系统在同一区域共存时,系统中的干扰除系统内干扰外,还包括系统间干扰。本文主要分析系统间干扰,它可以用ACIR表示。
[attach]29529[/attach]
其中A CLR是指发射功率与在邻近信道经过滤波器接收到的功率之比,A CS是指接收滤波器在指配信道的衰减与在邻近信道上的衰减之比。
图1所示为WCDMA系统上/下行和WiMAX TDD系统频段的相邻情况,因此会存在WiMAX基站和终端与WCDMA的基站和终端之间的干扰,具体可分为:WCDMA上行干扰WiMAX TDD上/下行;WCDMA下行干扰WiMAX TDD上/下行;WiMAX TDD上/下行干扰WCDMA上行;WiMAX TDD上/下行干扰WCDMA下行。
[attach]29530[/attach]
图1 WCDMA和WiMAX频谱相邻情况
3、系统仿真分析
本文采用蒙特卡罗统计仿真方法,WCDMA和WiMAX系统分别进行单系统仿真,然后再进行两个系统共存的仿真,仿真流程如图2所示。在图2中,根据WCDMA输入链路标志,选择上行或下行仿真。其中WCDMA功率控制过程中,要考虑WiMAX系统上行和下行链路分别对WCDMA载干比的影响。在完成WCDMA单系统仿真后,即考虑了WCDMA在受WiMAX系统干扰,保持WCDMA移动台或基站受干扰时发射功率,继续仿真对WiMAX下行和上行链路的影响,即考虑系统间干扰互反馈过程。
[attach]29531[/attach]
图2 WCDMA和WiMAX共存仿真流程
下面将对仿真中所涉及到的地理拓扑结构,传播模型等部分加以简要介绍。
3.1 地理拓扑结构
两个系统都采用多小区广阔覆盖区域的地理分布,每个系统有16个小区,小区半径为1 000 m,每个小区有3个扇区的方式,扇区半径为577 m。为了用有限的蜂窝结构覆盖全平面,消除边界效应,采用了Wrap-around技术。
3.2 传播模型
基站之间采用双折线视距传播模型。基站和移动台之间采用车载测试传播模型,移动台和移动台之间采用COST231模型。
3.3 功率控制
仿真过程中,WCDMA系统功率控制需要同时考虑系统内干扰和系统间干扰。上行链路在功率控制完成后,每个移动台要满足基站Eb/No的最小功率发射信号:下行链路中基站给每个链路发射相等的功率,这样保证接收信号最弱的移动台也可以接入。
每个WCDMA帧长为10 ms,包括15个时隙,每个时隙的持续时间为0.667 ms,WiMAX帧长为5 ms,因此WCDMA一帧的时长相当于WiMAX两帧。在150步的功率控制周期中,对应WCDMA系统150个时隙,来自WiMAX系统的干扰是随着UL/DL比例时变的,过程如图3所示。
[attach]29532[/attach]
图3 WCDMA和WiMAX帧结构时间轴上的对应关系
对移动台和基站而言,每一步功率控制的步长为1 dB,即信号功率每次增加或减少1 dB,对应于每个WCDMA时隙的WiMAX上/下行链路是独立的。WCDMA系统上/行链路功率控制过程如下。
(1)上行链路功率控制
上行链路的初始发送功率由路径损耗、热噪声电平和6 dB噪声门限抬升反推得到,即,PTX=PRX+PL=N0+6+PL,其中PRX表示接收功率,PL表示路径损耗,N0表示热噪声功率。上行链路载干比计算公式为:
[attach]29533[/attach]
其中C表示载波功率,I表示干扰功率,β表示多址干扰抵消因子,Iown表示本扇区内其他链路干扰功率,Iother表示邻扇区干扰功率,在多系统情况下,Iother还包括系统间附近扇区的干扰功率,可以表示为:
[attach]29534[/attach]
(2)下行链路功率控制
下行链路初始发送功率在下行业务信道功率范围内随机选取,下行链路载干比计算公式为:
[attach]29535[/attach]
其中a表示多址干扰的正交因子。
在上/下行链路功率控制过程中。功率控制步长为1 dB。即如果当前载干比比目标载干比大,则信号功率降低1 dB;如果当前载干比比目标载干比小,则信号功率增加1 dB。
WiMAX系统没有功率控制过程。移动台和基站信号都以最大功率发射。
3.4 切换仿真过程
切换过程包括软切换和硬切换。软切换过程适用于WCDMA系统,硬切换过程适用于WiMAX系统。对于硬切换,则选择链路载干比最大的基站通信。对于软切换,切换窗为3 dB。并且一个移动台最多可能有两条工作链路。对于上行通信链路,采用选择分集方法。而对于下行通信链路,采用宏分集方法进行处理,即对两条链路载干比之和进行功率控制。这时。链路总载干比为:
[attach]29536[/attach]
其中,C1、C2是链路接收的有用信号功率,I1、I2表示链路干扰功率,N0是热噪声功率。
3.5 系统容量准则
干扰对于WCDMA系统上/下行链路的影响,主要用有系统间干扰和无系统间干扰的相对容量损失表示。干扰对WiMAX系统的上/下行链路的影响,主要用频谱效率衡量。
WCDMA单系统上行链路容量,根据底噪抬升6 dB时用户数确定。WCDMA单系统下行链路容量根据中断概率为5%时用户数确定。
对于WiMAX系统负荷是75%。在每次仿真之后,都可以得到WiMAX系统每个链路的信噪比。再根据表1中信噪比和频谱效率的对应关系。得到系统所有链路的频谱效率平均值。
表1中,QPSK CTC编码中6、4和2分别表示重复编码的次数。
表1 WiMAX物理层1%PER(误包率)时的频谱效率
[localimg=350,235]9[/localimg]
4、仿真结果
4.1 WiMAX系统对WCDMA系统的干扰
由前面的功率控制可以看出,由于WCDMA和WiMAX帧结构的不同,WCDMA在进行功率控制时要同时考虑WiMAX上/下行对其的干扰。
(1)WiMAX系统上/下行对WCDMA系统上行的干扰
为了便于比较,WiMAX系统上/下行干扰WCDMA系统上行的仿真结果如图4~6所示。
[attach]29537[/attach]
图4 WCDMA上行容量损失与A CIR的关系
[attach]29538[/attach]
图5 WCDMA上行容量损失与基站间距的关系
[attach]29539[/attach]
图6 WCDMA上行容量损失与MCL的关系
由以上结果可以清晰地看出:
WiMAX上行干扰WCDMA上行和WiMAX下行干扰WCDMA上行两种情况下的ACIR对WCDMA的容量都有影响。由图4可以看出,随着ACIR的增大,WiMAX系统对WCDMA系统上行的干扰减小,WCDMA系统容量损失随之减小。要想保证WCDMA系统损失小于5%,要求WiMAX上行干扰WCDMA上行和WiMAX下行干扰WCDMA上行的ACIR值分别为60 dB和95 dB。相对于标准设备情况下ACIR值分别提高了23 dB和50 dB左右。
在相同ACIR的情况下,随着WiMAX和WCDMA基站距离偏移量的由0增大为288.5 m和577 m时,WiMAX系统对WCDMA基站的干扰相应减小。由图5可以看出,随基站间距离增大,仿真曲线距离相距逐渐减小,说明干扰抑制改善效果逐渐减弱。
在WiMAX系统和WCDMA系统基站共站址的情况下,增大最小耦合损耗(MCL),看到WCDMA系统受到的干扰和容量损失相应减小(见图6)。原因是增大MCL相当于两系统基站之间增大了保护间隔。增加了干扰链路的链路损耗,从而降低了干扰。
(2)WiMAX系统上/下行对WCDMA系统下行的干扰
经过仿真得到,WiMAX上/下行对WCDMA下行的干扰造成的WCDMA系统容量的损失,在不同的系统布局下都小于3%。如果对设备指标加以限制,WCDMA系统容量的损失将近似可以忽略。
4.2 WCDMA系统对WiMAX系统的干扰
(1)WCDMA系统上行对WiMAX系统上行的干扰经过仿真得到,WCDMA上行对WiMAX上行的干扰造成的WiMAX系统频谱效率的损失,在不同的系统布局下都小于4%。
(2)WCDMA系统下行对WiMAX系统上行的干扰
从图7可以看出,随着ACIR的增大,WCDMA系统下行对WiMAX系统上行的干扰减小,WiMAX系统频谱效率损失随之减小。在相同ACIR的情况下,随着WiMAX和WCDMA基站距离偏移量的增大为288.5 m和577 m时,由于WCDMA系统的干扰引起的WiMAX频谱效率的损失逐渐降低。
[attach]29540[/attach]
图7 WiMAX上行频谱效率与基站间距的变化
(3)WCDMA系统上行对WiMAX系统下行的干扰
经过仿真得到,WCDMA上行对WiMAX下行的干扰造成的WiMAX系统频谱效率的损失,在不同的系统布局下都小于2%。
(4)WCDMA系统下行对WiMAX系统下行的干扰
经过仿真得到,WCDMA下行对WiMAX下行的干扰造成的WiMAX系统频谱效率的损失,在不同的系统布局下都小于3%。
5、结语
从以上的分析可以确定在不同网络布局情况下,两系统之间共存对WCDMA系统容量和WiMAX系统频谱效率的影响。在共站情况下的WiMAX下行对WCDMA上行的干扰和WCDMA下行对WiMAX上行的干扰是最严重的两种情况。仿真中通过严格设备参数提高ACIR、增大地理偏移距离、提高MCL的方法降低干扰到可以接受的水平。在实际的工程中,对于干扰严重的情况,还可以采用通过附加滤波器和线性化功率放大器、使用保护带宽等方法来减小系统间干扰。
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utmost
专家指数 +5 , 威望 +10 个
· 很好的东西,WCDMA和WiMAX,可能将会是 ...
详细..
发表与:2008-1-4 11:06:31
人生总有失意的时候,逃避不是最好的办法,我相信我有勇气和能力去挑战;年轻时多受点挫折无所谓!
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maxer
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发表于 2008-05-29 23:41:55
技术问题,回答得专家指数,快速升级
数通有哪些产品
在线,4天前提问
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dengnanxin1984
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发表于 2008-06-07 19:59:33
谢谢哈先下载了看看......
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发表于 2008-06-10 17:12:47
下载了看看?还用下载吗?
这样的发布多好,一目了然,还省钱。
多谢楼主!
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