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WCDMA與WiMAX系統(tǒng)共存干擾分析
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發(fā)表于 2008-01-03 17:02:42  只看樓主 
摘要 本文根據(jù)IEEE802.16d和WCDMA的標準規(guī)范,結合實際網絡的組網情況,通過計算機仿真,對WCDMA與WiMAX系統(tǒng)在同一地理區(qū)域共存可能存在的干擾類型和干擾大小進行分析,文章提出了一種新穎的系統(tǒng)共存研究的方法和相應的仿真流程,并給出了由于系統(tǒng)間干擾引起的WCDMA系統(tǒng)容量損失和WiMAX系統(tǒng)性能下降的分析結果,最后給出了減少干擾所需的措施。
1、引言
國際電聯(lián)ITU-R第8F工作組第14次會議為3G的FDD(頻分雙工模式)和TDD(時分雙工模式)系統(tǒng)劃分了2.5~2.69 GHz頻段。美國FCC(聯(lián)邦通信委員會)在2004年允許固定微波業(yè)務使用2.495~2.69 GHz頻段。這極大促進了WiMAX系統(tǒng)在此頻段的設備研制和開發(fā)。不斷增長的業(yè)務需求和有限的頻譜資源,很有可能導致在部分地理區(qū)域,例如“熱點”地區(qū),出現(xiàn)WCDMA和WiMAX系統(tǒng)鄰頻共存的情況。由于高頻器件的非線性特性,這些不同系統(tǒng)之間將存在相互干擾,從而可能造成WCDMA系統(tǒng)容量的損失以及WiMAX系統(tǒng)性能下降;谶@個原因。本文主要研究在2.5~2.69 GHz頻段內WiMAX TDD系統(tǒng)和WCDMA系統(tǒng)鄰頻情況下(見圖1),WiMAX系統(tǒng)(IEEE 802.16d TDD標準)和IMT-2000中的WCDMA系統(tǒng)之間的共存。
2、干擾產生及類型
當WiMAX和WCDMA系統(tǒng)單獨存在時,系統(tǒng)中的干擾為系統(tǒng)內干擾,它包括本小區(qū)干擾、鄰小區(qū)干擾和熱噪聲。當兩系統(tǒng)在同一區(qū)域共存時,系統(tǒng)中的干擾除系統(tǒng)內干擾外,還包括系統(tǒng)間干擾。本文主要分析系統(tǒng)間干擾,它可以用ACIR表示。

[attach]29529[/attach]

其中A CLR是指發(fā)射功率與在鄰近信道經過濾波器接收到的功率之比,A CS是指接收濾波器在指配信道的衰減與在鄰近信道上的衰減之比。
圖1所示為WCDMA系統(tǒng)上/下行和WiMAX TDD系統(tǒng)頻段的相鄰情況,因此會存在WiMAX基站和終端與WCDMA的基站和終端之間的干擾,具體可分為:WCDMA上行干擾WiMAX TDD上/下行;WCDMA下行干擾WiMAX TDD上/下行;WiMAX TDD上/下行干擾WCDMA上行;WiMAX TDD上/下行干擾WCDMA下行。

[attach]29530[/attach]

圖1 WCDMA和WiMAX頻譜相鄰情況
3、系統(tǒng)仿真分析
本文采用蒙特卡羅統(tǒng)計仿真方法,WCDMA和WiMAX系統(tǒng)分別進行單系統(tǒng)仿真,然后再進行兩個系統(tǒng)共存的仿真,仿真流程如圖2所示。在圖2中,根據(jù)WCDMA輸入鏈路標志,選擇上行或下行仿真。其中WCDMA功率控制過程中,要考慮WiMAX系統(tǒng)上行和下行鏈路分別對WCDMA載干比的影響。在完成WCDMA單系統(tǒng)仿真后,即考慮了WCDMA在受WiMAX系統(tǒng)干擾,保持WCDMA移動臺或基站受干擾時發(fā)射功率,繼續(xù)仿真對WiMAX下行和上行鏈路的影響,即考慮系統(tǒng)間干擾互反饋過程。

[attach]29531[/attach]

圖2 WCDMA和WiMAX共存仿真流程
下面將對仿真中所涉及到的地理拓撲結構,傳播模型等部分加以簡要介紹。
3.1 地理拓撲結構
兩個系統(tǒng)都采用多小區(qū)廣闊覆蓋區(qū)域的地理分布,每個系統(tǒng)有16個小區(qū),小區(qū)半徑為1 000 m,每個小區(qū)有3個扇區(qū)的方式,扇區(qū)半徑為577 m。為了用有限的蜂窩結構覆蓋全平面,消除邊界效應,采用了Wrap-around技術。
3.2 傳播模型
基站之間采用雙折線視距傳播模型;竞鸵苿优_之間采用車載測試傳播模型,移動臺和移動臺之間采用COST231模型。
3.3 功率控制
仿真過程中,WCDMA系統(tǒng)功率控制需要同時考慮系統(tǒng)內干擾和系統(tǒng)間干擾。上行鏈路在功率控制完成后,每個移動臺要滿足基站Eb/No的最小功率發(fā)射信號:下行鏈路中基站給每個鏈路發(fā)射相等的功率,這樣保證接收信號最弱的移動臺也可以接入。
每個WCDMA幀長為10 ms,包括15個時隙,每個時隙的持續(xù)時間為0.667 ms,WiMAX幀長為5 ms,因此WCDMA一幀的時長相當于WiMAX兩幀。在150步的功率控制周期中,對應WCDMA系統(tǒng)150個時隙,來自WiMAX系統(tǒng)的干擾是隨著UL/DL比例時變的,過程如圖3所示。

[attach]29532[/attach]

圖3 WCDMA和WiMAX幀結構時間軸上的對應關系
對移動臺和基站而言,每一步功率控制的步長為1 dB,即信號功率每次增加或減少1 dB,對應于每個WCDMA時隙的WiMAX上/下行鏈路是獨立的。WCDMA系統(tǒng)上/行鏈路功率控制過程如下。
(1)上行鏈路功率控制
上行鏈路的初始發(fā)送功率由路徑損耗、熱噪聲電平和6 dB噪聲門限抬升反推得到,即,PTX=PRX+PL=N0+6+PL,其中PRX表示接收功率,PL表示路徑損耗,N0表示熱噪聲功率。上行鏈路載干比計算公式為:

[attach]29533[/attach]

其中C表示載波功率,I表示干擾功率,β表示多址干擾抵消因子,Iown表示本扇區(qū)內其他鏈路干擾功率,Iother表示鄰扇區(qū)干擾功率,在多系統(tǒng)情況下,Iother還包括系統(tǒng)間附近扇區(qū)的干擾功率,可以表示為:

[attach]29534[/attach]

(2)下行鏈路功率控制
下行鏈路初始發(fā)送功率在下行業(yè)務信道功率范圍內隨機選取,下行鏈路載干比計算公式為:

[attach]29535[/attach]

其中a表示多址干擾的正交因子。
在上/下行鏈路功率控制過程中。功率控制步長為1 dB。即如果當前載干比比目標載干比大,則信號功率降低1 dB;如果當前載干比比目標載干比小,則信號功率增加1 dB。
WiMAX系統(tǒng)沒有功率控制過程。移動臺和基站信號都以最大功率發(fā)射。
3.4 切換仿真過程
切換過程包括軟切換和硬切換。軟切換過程適用于WCDMA系統(tǒng),硬切換過程適用于WiMAX系統(tǒng)。對于硬切換,則選擇鏈路載干比最大的基站通信。對于軟切換,切換窗為3 dB。并且一個移動臺最多可能有兩條工作鏈路。對于上行通信鏈路,采用選擇分集方法。而對于下行通信鏈路,采用宏分集方法進行處理,即對兩條鏈路載干比之和進行功率控制。這時。鏈路總載干比為:

[attach]29536[/attach]

其中,C1、C2是鏈路接收的有用信號功率,I1、I2表示鏈路干擾功率,N0是熱噪聲功率。
3.5 系統(tǒng)容量準則
干擾對于WCDMA系統(tǒng)上/下行鏈路的影響,主要用有系統(tǒng)間干擾和無系統(tǒng)間干擾的相對容量損失表示。干擾對WiMAX系統(tǒng)的上/下行鏈路的影響,主要用頻譜效率衡量。
WCDMA單系統(tǒng)上行鏈路容量,根據(jù)底噪抬升6 dB時用戶數(shù)確定。WCDMA單系統(tǒng)下行鏈路容量根據(jù)中斷概率為5%時用戶數(shù)確定。
對于WiMAX系統(tǒng)負荷是75%。在每次仿真之后,都可以得到WiMAX系統(tǒng)每個鏈路的信噪比。再根據(jù)表1中信噪比和頻譜效率的對應關系。得到系統(tǒng)所有鏈路的頻譜效率平均值。
表1中,QPSK CTC編碼中6、4和2分別表示重復編碼的次數(shù)。
表1 WiMAX物理層1%PER(誤包率)時的頻譜效率

[localimg=350,235]9[/localimg]

4、仿真結果
4.1 WiMAX系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)的干擾
由前面的功率控制可以看出,由于WCDMA和WiMAX幀結構的不同,WCDMA在進行功率控制時要同時考慮WiMAX上/下行對其的干擾。
(1)WiMAX系統(tǒng)上/下行對WCDMA系統(tǒng)上行的干擾
為了便于比較,WiMAX系統(tǒng)上/下行干擾WCDMA系統(tǒng)上行的仿真結果如圖4~6所示。

[attach]29537[/attach]

圖4 WCDMA上行容量損失與A CIR的關系

[attach]29538[/attach]

圖5 WCDMA上行容量損失與基站間距的關系

[attach]29539[/attach]

圖6 WCDMA上行容量損失與MCL的關系
由以上結果可以清晰地看出:
WiMAX上行干擾WCDMA上行和WiMAX下行干擾WCDMA上行兩種情況下的ACIR對WCDMA的容量都有影響。由圖4可以看出,隨著ACIR的增大,WiMAX系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)上行的干擾減小,WCDMA系統(tǒng)容量損失隨之減小。要想保證WCDMA系統(tǒng)損失小于5%,要求WiMAX上行干擾WCDMA上行和WiMAX下行干擾WCDMA上行的ACIR值分別為60 dB和95 dB。相對于標準設備情況下ACIR值分別提高了23 dB和50 dB左右。
在相同ACIR的情況下,隨著WiMAX和WCDMA基站距離偏移量的由0增大為288.5 m和577 m時,WiMAX系統(tǒng)對WCDMA基站的干擾相應減小。由圖5可以看出,隨基站間距離增大,仿真曲線距離相距逐漸減小,說明干擾抑制改善效果逐漸減弱。
在WiMAX系統(tǒng)和WCDMA系統(tǒng)基站共站址的情況下,增大最小耦合損耗(MCL),看到WCDMA系統(tǒng)受到的干擾和容量損失相應減小(見圖6)。原因是增大MCL相當于兩系統(tǒng)基站之間增大了保護間隔。增加了干擾鏈路的鏈路損耗,從而降低了干擾。
(2)WiMAX系統(tǒng)上/下行對WCDMA系統(tǒng)下行的干擾
經過仿真得到,WiMAX上/下行對WCDMA下行的干擾造成的WCDMA系統(tǒng)容量的損失,在不同的系統(tǒng)布局下都小于3%。如果對設備指標加以限制,WCDMA系統(tǒng)容量的損失將近似可以忽略。
4.2 WCDMA系統(tǒng)對WiMAX系統(tǒng)的干擾
(1)WCDMA系統(tǒng)上行對WiMAX系統(tǒng)上行的干擾經過仿真得到,WCDMA上行對WiMAX上行的干擾造成的WiMAX系統(tǒng)頻譜效率的損失,在不同的系統(tǒng)布局下都小于4%。
(2)WCDMA系統(tǒng)下行對WiMAX系統(tǒng)上行的干擾
從圖7可以看出,隨著ACIR的增大,WCDMA系統(tǒng)下行對WiMAX系統(tǒng)上行的干擾減小,WiMAX系統(tǒng)頻譜效率損失隨之減小。在相同ACIR的情況下,隨著WiMAX和WCDMA基站距離偏移量的增大為288.5 m和577 m時,由于WCDMA系統(tǒng)的干擾引起的WiMAX頻譜效率的損失逐漸降低。

[attach]29540[/attach]

圖7 WiMAX上行頻譜效率與基站間距的變化
(3)WCDMA系統(tǒng)上行對WiMAX系統(tǒng)下行的干擾
經過仿真得到,WCDMA上行對WiMAX下行的干擾造成的WiMAX系統(tǒng)頻譜效率的損失,在不同的系統(tǒng)布局下都小于2%。
(4)WCDMA系統(tǒng)下行對WiMAX系統(tǒng)下行的干擾
經過仿真得到,WCDMA下行對WiMAX下行的干擾造成的WiMAX系統(tǒng)頻譜效率的損失,在不同的系統(tǒng)布局下都小于3%。
5、結語
從以上的分析可以確定在不同網絡布局情況下,兩系統(tǒng)之間共存對WCDMA系統(tǒng)容量和WiMAX系統(tǒng)頻譜效率的影響。在共站情況下的WiMAX下行對WCDMA上行的干擾和WCDMA下行對WiMAX上行的干擾是最嚴重的兩種情況。仿真中通過嚴格設備參數(shù)提高ACIR、增大地理偏移距離、提高MCL的方法降低干擾到可以接受的水平。在實際的工程中,對于干擾嚴重的情況,還可以采用通過附加濾波器和線性化功率放大器、使用保護帶寬等方法來減小系統(tǒng)間干擾。
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    • utmost 專家指數(shù) +5 , 威望 +10 個
      · 很好的東西,WCDMA和WiMAX,可能將會是 ... 詳細.. 發(fā)表與:2008-1-4 11:06:31




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    發(fā)表于 2008-05-29 23:41:55 
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    發(fā)表于 2008-06-07 19:59:33 
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