WCDMA与cdma2000相邻频段共存性研究

    作者：苏洁  匡晓烜  李国庆

    采用系统级仿真的方法对WCDMA与cdma2000宏蜂窝移动通信系统在同一地理区域、相邻频段共存的方案进行了研究。

    对系统间干扰分析方法、仿真系统设计及仿真结果进行了讨论，并给出了两系统共存时的干扰预防措施。

    1、引言

    当前，第三代移动通信系统3G已逐步走向商用化阶段。国际电联ITU为WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三大标准划分了2GHz四周的核心频段，这将导致未来3G移动通信系统实现商用后，在同一片地理区域出现不同移动通信体制占用相邻频段的情况。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，从而可能造成系统容量损失。

    3GPP标准化组织充分考虑了3G系统间相互干扰的影响，制订了规范的系统间干扰仿真方法与评估准则。本文主要针对未来3G商用的实际需求，参照3GPPTR25.942协议，设计一个系统级仿真评估方案，并对WCDMA系统与cdma2000系统在相邻频段共存时的干扰进行蒙特卡罗（MonteCarlo）仿真研究，从而得到有效可信的评估结果。

    本文研究的主要目的是探讨当前主流3G通信网络在同一地理区域、相邻频段共存时可能存在的问题，并给出相应的干扰预防措施。

    2、问题描述

    1920～1980MHz和2110～2170MHz为分配给3G移动通信系统的对称频段，分别被WCDMA/cdma2000的上行和下行频段占用。这将导致在未来3G移动通信系统商用的过程中，WCDMA与cdma2000两种体制的移动通信网络工作在相邻频段，从而可能产生系统间干扰。两个系统间的干扰频谱分配如图1所示。

    图1  WCDMA与cdma2000干扰频谱分配

    由于高频器件的非线性特征，当两系统在同一地理区域、相邻频段共存时，系统间干扰可能导致两系统容量衰减。这些干扰主要来自干扰系统对受害系统的异实体干扰，即相邻系统基站与终端间的干扰。

    3、系统模型

    在本文所研究的系统中，WCDMA与cdma2000网络拓扑均采用如图2所示的宏蜂窝系统。每个系统如图所示有16个宏基站，每个宏基站均为三扇区结构，采用120度定向天线，扇区半径为577m，小区半径为1000m。

    同时，在系统模型中采用“卷扰”技术，图2中的灰色区域为“镜象”区域以防止仿真中出现干扰“边缘效应”。

    图2  WCDMA与cdma2000宏蜂窝网络拓扑

    在系统模型中，双系统基站与终端间的链路损耗计算采用如下传播模型：L=max（128.1+37.6Log（R）+Log（F），MCL）。

    公式中，R是天线和终端间的距离，F表示10dB阴影衰落标准方差，MCL（最小连接损耗）被定义为系统中终端与基站之间的最小路径损耗。

    同时，系统模型中多扇区基站信号发送与接收的方向性增益计算基于3GPPTR25.996协议。

    4、仿真算法

    以下参照3GPPTR25.942协议，对WCDMA与cdma2000宏蜂窝在相邻频段共存的场景进行仿真研究。

    为了评价双系统共存带来的影响，仿真将分别分析受害系统的单系统容量（Nsingle）与双系统共存时的容量（Nmulti）。这样系统间干扰带来的影响可以通过容量损失来表示，其计算公式为：1-Nmulti/Nsingle。

    在仿真中，外循环将计算满足某一服务质量（QoS）要求的系统容量。即首先设定一定数量的终端，在仿真结束时计算出该系统平均的QoS。若未达到QoS要求，则通过调整终端用户数量使仿真计算得到的QoS达到设定值。

    在下行链路仿真中，QoS要求设定为5%呼损率；在上行链路仿真时，QoS要求设定为6dB噪声提升。

    内循环执行蒙特卡洛（MonteCarlo）仿真，并通过计算数次快照的平均值得出可信的结果，其输出结果为平均QoS值（如呼损、噪声提升）。在每次快照开始时，终端被随机分布在覆盖区域。然后，计算每个终端和基站间的路径损耗，得到链路增益并存入增益矩阵中。根据链路增益结果确定和终端连接的一个或若干个基站，来决定WCDMA/cdma2000的激活集。在闭环功率控制完成后得到统计数据，并根据统计数据将没有达到要求的终端设定为呼损。

    5、仿真与讨论

    参照3GPP建议的系统仿真参量，对WCDMA与cdma2000双系统共存的场景进行仿真研究。在仿真中，以地理偏移因子offset表示双系统基站地理位置的偏移情况。显然。offset=0对应双系统基站共站时的情况，而offset=1则对应双系统基站地理位置偏移最大化的场景。

    由于文章篇幅的限制，以下仅给出不同地理偏移因子和附加频率保护间隔下。WCDMA的上、下行链路由于系统间干扰导致的容量损失（见图3、图4、图5、图6）。

    图3  不同保护间隔以及不同地理偏移因子下的WCDMA上行容量损失

    图4  WCDMA上行容量损失与频率保护间隔、地理偏移因子间的三维关系

    图5  不同保护间隔以及不同地理偏移因子的WCDMA下行容量损失

    图6  WCDMA下行容量损失与频率保护间隔、地理偏移因子间的三维关系

    由仿真结果得出：当WCDMA与cdma2000移动通信系统共存时，WCDMA的上下行容量损失远大于cdma2000。

    当两系统在相邻频段共存时，WCDMA与cdma2000的系统容量均随着附加频率保护间隔的增大而减小，这是邻信道干扰比ACIR随着载波间隔增加而增加的结果。

    当两系统在同一地理区域共存时，不同地理偏移因子对系统容量损失影响很大。在频率保护间隔为定值的情况下，当地理偏移因子offset=0时，双系统的容量损失降至最小；当地理偏移因子offset=1时，双系统的容量损失最大化。

    6、结束语

    本文采用系统级仿真的方法对WCDMA与cdma2000宏蜂窝移动通信系统在同一地理区域、相邻频段共存的方案进行了研究，研究表明当两系统共存时，WCDMA的容量损失远大于cdma2000。同时，两系统的容量损失均随着频率保护间隔的增大与基站地理偏移因子的减小而降低。因此，WCDMA运营商与cdma2000运营商如有条件，应尽可能共站，或者使用较小的基站间隔，从而降低系统间干扰，提高频谱利用率。