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(fù)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N_single，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N_interfered，則受害系統(tǒng)的容量損失為：
　　Capacity_loss=1-N_interfered/N_single×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?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　仿真基于正六邊形宏蜂窩拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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，I_OWN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，I_OTHER是來自其他小區(qū)的干擾(在多系統(tǒng)情況下，I_OTHER也包括來自鄰近系統(tǒng)降低 ACIR(dB)后的干擾)，N_O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E_b/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；