地铁通信系统引入TD—LTE系统后的干扰分析研究

文章基于地铁室内分布系统建设中引入TD—LTE系统的背景下，针对地铁场景下TD—LTE系统引入后对民用通信系统与地铁专用通信系统可能产生的干扰情况进行分析，计算地铁场景下各通信系统间干扰的隔离度需求，并给出TD—LTE系统建议采用的频段。

1引言

地铁信号覆盖工程一般是首次由某一通信运营商承建，三大运营商共建共享的工程，且首次在地铁室内分布系统建设中引入TD—LTE系统，通过上下行信号分路的POI多系统接入模式。该系统接入移动GSM900MHz、移动TD—LTE、联通GSM900MHz、联通WCDMA、电信CDMA2000（800MHz）共五个系统，采用POI合路。对于地铁专用系统TETRA、WLAN和调频广播共三个系统，采用空间隔离方式。

本文主要研究地铁场景下TD—LTE系统（方案一2.3GHz频段、方案二2.6GHz频段）引入后对民用通信系统与地铁专用通信系统的可能产生的干扰情况，计算各通信系统间各种干扰的隔离度需求以及TD—LTE建议采用的频段。研究结论对于后期地铁场景下的室内分布系统建设以及TD—LTE的工程建设，具有重要的理论指导意义。

2 地铁通信系统基本概况

以广州地铁6号线为例，目前明确要引入的系统：电信CDMA2000（800MHz）、联通GSM900MHz、联通WCDMA、移动TD—LTE 2.3GHz及2.6GHz、移动GSM900MHz、移动DCS1800MHz、地铁WLAN、地铁TETRA、调频广播。各个无线系统所占用的系统频段如下：

电信CDMA2000（800MHz）：825MHz～835MHz（上行），870MHz～880MHz（下行）；

联通GSM900MHz：909MHz～915MHz（上行），954MHz～960MHz（下行）；

联通WCDMA：1745MHz～1755MHz（上行），1840MHz～1850MHz（下行）；

移动GSM900MHz：885MHz～909MHz（上行），930MHz～954 MHz（下行）；

移动DCS1800MHz：1710MHz～1735MHz（上行），1805MHz～1830MHz（下行）；

移动TD—LTE：

方案一：2320MHz～2370MHz（上下行共用）

方案二：2570MHz～2620MHz（上下行共用）

地铁WLAN系统：2400MHz～2483.5MHz，采用802.11g和802.11b；

地铁TETRA数字集群通信系统：806MHz～821MHz（上行），851MHz～866MHz（下行）；

地铁调频广播系统工作频段：7MHz～108MHz。

3系统间干扰的分类

及计算

3.1 系统间干扰的分类

系统间的干扰主要有杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰三种。

3.2 系统间干扰隔离度计算

系统间干扰的隔离原则如下：

（1）被干扰接收机在设备机顶天线连接处接收到来自干扰发射机的杂散干扰电平需在接收机底噪ROT以下，ROT以灵敏度损失不超过1dB为原则；

（2）由干扰发射机导致被干扰接收机产生的每个三阶交调（IMP）不超过接收机允许的互调干扰限值；

（3）被干扰接收机经滤波器衰减后的全部干扰载波功率不超过接收机允许的阻塞限值。

为满足干扰隔离的灵敏度损失原则，需对系统灵敏度进行定量分析

其中，Ptotal表示被干扰基站天线连接处接收到的总干扰功率（mW）；Pb表示被干扰基站的接收噪声底限（mW）；Pi表示干扰基站的杂散辐射在被干扰基站的接收机处引入的噪声功率（mW）；Nb表示被干扰基站的接收噪声底限（dBm）；Ni表示干扰基站的杂散辐射在被干扰基站的接收机处引入的噪声功率（dBm）。

干扰功率与灵敏度损失的具体对应关系如图1所示：

为了减少灵敏度的损失控制干扰，取Ni—Nb=—6.9dB作为杂散辐射的干扰底限，这时灵敏度损失0.8dB对系统的影响很小，可忽略不计。

3.3 杂散隔离度计算分析

通常认为干扰基站落入受害系统的干扰在低于受害系统内部的热噪声6.9dB以下（受害系统的灵敏度恶化不到0.8dB），此时干扰可以忽略。这样，对应杂散所需要的隔离度为：

MCL≥Pspu—10lg（WInterfering/WAffected）—Pn—Nf+6.9

（3）

其中，MCL为隔离度要求；Pspu为干扰基站的杂散辐射电平（dBm）；WInterfering为干扰电平的测量带宽（kHz）；WAffected为被干扰系统的信道带宽（kHz）；Pspu—10lg（WInterfering/WAffected）为干扰基站在被干扰系统信道带宽内的杂散辐射电平；Pn为被干扰系统的接收带内热噪声（dBm）；Nf为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB。

3.4 互调隔离度计算分析

计算公式如下：

MCL=MAX（P1，P2，P3）+POI合路器互调—Pn—Nf+6.9 （4）

其中，MCL为隔离度要求；Pn为被干扰系统的接收带内热噪声（dBm）；Nf为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB；P1、P2、P3分别为干扰系统1、2、3的信号电平（dBm）；POI合路器的互调指标一般为—130dBc～—150dBc，这里为了计算取—140dBc。

此时计算的互调要求的隔离度是按最大的干扰信号进行计算的，实际上的互调信号电平都不大于这个值。

3.5 阻塞隔离度计算

在多系统设计时，只要保证到达接收机输入端的强干扰信号功率不超过系统指标要求的阻塞电平，系统就可以正常工作。

假设接收机的阻塞电平指标为Pb，干扰发射机的输出功率为Po，只要：

Pb≥接收的干扰电平=Po—MCL （5）

此时强干扰信号不会阻塞接收机，这种情况下需要的系统间隔离度为：

MCL≥Po—Pb （6）

4计算结果

4.1 民用通信系统间干扰计算

根据各系统的杂散系数及噪声基底，民用通信系统间的杂散干扰计算结果如下：

（1）通过对杂散干扰隔离度计算，在民用通信系统间需要重点隔离的是WCDAM和CDMA2000系统，隔离度需求为90dB。

（2）通过对阻塞干扰隔离度计算，在民用通信系统间需要重点隔离的是电信CDMA2000与其他通信系统，隔离度需求为73dB。

（3）通过对互调干扰隔离度计算，各通信系统间隔离度需求均为23dB。

根据对杂散、阻塞及互调干扰隔离度综合计算，民用通信系统间所需最大的隔离度为90dB。

4.2 民用通信系统间隔离措施

根据地铁民用通信系统的建设方案，即采用POI合路方式，因此对于各系统间的隔离，采用器件隔离方式，即依靠POI系统实现系统间隔离，其杂散和互调隔离度要求大于90dB。

4.3 民用通信系统与专用通信系统间干扰分析

根据计算，民用通信系统与专用通信系统之间的互调干扰最大隔离度要求为36dB；民用通信系统对专用通信系统的杂散干扰与阻塞干扰最小需要90dB的隔离，考虑到民用通信系统采用POI方案，可以实现隔离要求。

减小专用通信系统对民用通信系统的干扰最有效的方法是器件隔离，需要在专用通信系统端采取隔离措施。但在实际工作中，无法要求专用通信系统端加装干扰抑制设施，因此隔离措施重点考虑空间隔离。

4.4 专用通信系统干扰民用通信系统的隔离措施

在地铁专用通信系统中，集群通信一般采用分布系统方式布放

考虑到地铁WLAN布放方式未定，因此在核算隔离度时以要求较严的布放方式二来计算。

对于漏缆隔离距离，可以按如下公式计算：

Vi=64—20×lg （7）

其中，Vi为发射天线与接收天线之间的垂直隔离度（dB）；dv为发射天线与接收天线之间的垂直距离（m）；λ为接收频段范围内的无线电波长（m）。

地铁隧道内各系统天线布放方式如图4所示：

根据地铁隧道民用通信系统，WLAN及集群通信系统的天线布放方式，WLAN与民用通信系统之间隔离1m，集群通信系统与民用通信系统之间隔离0.5m，因此它们之间分别可以实现82dB和68dB的空间隔离。

对于GSM、CDMA2000、DCS系统，信源信号通过POI合路（插损5.5dB）后，经过馈线（损耗4dB）注入漏缆，从信源到漏缆之间合计损耗9.5dB。

对于TD—LTE系统，信源信号经过功分（插损3dB）后进入POI系统（插损5.5dB），经过馈线（损耗1dB）进入漏缆，其损耗合计为9.5dB。

对于WCDMA系统，信源信号经过POI系统（插损5.5dB），经过馈线（损耗1dB）进入漏缆，其损耗合计为6.5dB。

民用通信系统与TETRA通信系统之间0.5m的空间垂直隔离，可以满足两系统间的隔离度要求。

民用通信系统与WLAN系统之间1m的空间垂直隔离，可以满足两系统间的隔离度要求。

4.5 WLAN与TD—LTE通信系统间干扰分析

WLAN和TD—LTE相互间的干扰共有以下三类：

（1）基站与基站之间的干扰；

（2）基站与终端之间的干扰；

（3）终端与终端之间的干扰。

互干扰方主导干扰规避措施

TD—LTE基站

WLAN AP相互间杂散漏缆与WLAN天线间距1m。

TD—LTE基站

WLAN终端相互间杂散干扰按协议要求需相距0.5m以上。

TD—LTE终端

WLAN APTD—LTE终端对WLAN AP的杂散干扰1.按协议要求需相距250m以上；

2.TD—LTE基站加严杂散指标，并使用方案二频段，可使最小间距达到2.2m。

TD—LTE终端

WLAN终端相互间杂散干扰1.TD—LTE使用2.6GHz频段；

2.TD—LTE终端在2.6GHz杂散加严41dB；

3.极端恶劣场景下允许一定的降敏。

5结论与建议

对于TD—LTE基站干扰WLAN基站，POI系统可以实现90dB的隔离，满足系统之间的隔离要求；对于WLAN干扰TD—LTE，在空间隔离1m情况下，可以满足系统间的隔离。当TD—LTE方案一工作于2.3GHz频段，和WLAN基站相距71m即可满足隔离度要求；当TD—LTE方案二工作于2.6GHz频段，和WLAN基站相距2.2m即可满足隔离度要求。

根据上文分析，由于TD—LTE方案一（2.3GHz）和WLAN频段相隔较近，无法满足隔离要求；而TD—LTE 方案二频段远离WLAN频段，可以实现系统间有效隔离。因此，建议TD—LTE网络采用方案二（2.6GHz）进行建设。

参考文献：

[1] 中华人民共和国信息产业部. SJ/T 11228—2000 数字集群移动通信系统体制[S].

[2] 中华人民共和国信息产业部. YD/T1552—2007 2GHz WCDMA数字蜂窝移动通信网无线接入网络设备技术要求[S].

[3] 中华人民共和国信息产业部. YD/T883—1999 900/

1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网基站子系统设备技术要求及无线指标测试方法[S].★

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