张晓燕， 江 帆， 关 璐

(西安邮电大学 通信与信息工程学院， 陕西 西安 710121)

部署TD-LTE系统空闲频谱分布分析

张晓燕， 江 帆， 关 璐

(西安邮电大学 通信与信息工程学院， 陕西 西安 710121)

为了得到部署时分-长期演进(Time Division-Long Term Evolution, TD-LTE)系统的空闲频谱，根据698～806 MHz频谱占用度实测数据，利用系统“抗干扰门限准则”，通过数值仿真，分析该频段的频谱使用现状，从而获得该频段上部署TD-LTE系统的空闲频谱资源。

时分-长期演进；抗干扰门限；接收机灵敏度；空闲频谱

随着以长期演进(Long Term Evolution, LTE)为代表的未来移动通信技术和移动数据业务的快速发展，移动通信频率资源的需求日益突出。根据国际电信联盟(International Telecommunication Union, ITU)及各国的研究报告，2020年用于国际移动通信(International Mobile Telecommunications, IMT)系统的频谱资源需求大约在1 300～1 800 MHz之间[1-2]，而目前各国分配给IMT系统的频谱资源与之存在较大的缺口。

为改善未来移动用户的数据体验，世界无线电大会(World Radio communication Conference, WRC)分配了450～470 MHz、698～806 MHz、2 500～2 690 MHz、3 400～3 600 MHz等多段频谱资源用于移动通信业务。在WRC-2007上，698～806 MHz频段被标识为IMT业务[3]。从中国和国际业务应用情况来看，698 MHz频点附近主要开展广播电视业务。因此，如果要在698 MHz附近部署移动业务，首先需要在该频段上找出能够部署移动通信系统的空闲频谱资源；然后在该频段展开“频率干扰与系统共存”研究工作，以此得出两系统共存时所需的保护度和相应的干扰规避措施，为频率规划和干扰协调提供必要的技术支撑。

在“频率干扰与系统共存”研究中，通常采用确定性计算分析方法[4]。确定性计算分析方法不考虑用户的分布统计特性，而仅从理论上基于最差链路条件下分析两系统共存时的干扰情况，以此得出两系统共存所需的额外隔离度。

为了能够找到部署移动系统的空闲频谱资源，本文首先对我国典型城市(如西安)、典型候选频段(如698～806 MHz)的频谱占用进行了实际测量；在实测数据的基础上，我们将实测信号看作是对移动系统(比如，TD-LTE系统)的干扰，利用确定性计算中的系统“抗干扰门限准则”，通过数值仿真分析了该频段的频谱使用情况，得到了该频段上部署TD-LTE系统的空闲频谱资源的实际分布。

1 实测数据

698～806 MHz属于移动通信的低频段资源，与属于高频段资源的2.3 GHz和2.6 GHz相比，其在网络覆盖方面具有明显优势。因为无线信号工作频率低，其传播损耗小，传播距离就远，部署LTE网络所需的基站数量可以减少，这将大幅降低建网成本，有利于网络快速形成规模覆盖。

目前698～806 MHz主要用于广播电视的传送，随着广播电视技术的进步，数字电视的频谱利用率较模拟电视要高出很多。一般来说，传输1套模拟电视节目需要8 MHz带宽，若转换成数字方式，就可以同时传输4～6套标清数字电视节目。将广播电视由模拟技术转换到数字技术后所节省出来的频率资源称为“数字红利”频率，将“数字红利”频率用于LTE已经成为国际趋势[5]。

为了了解我国典型城市698～806 MHz频段的频谱使用情况，从而为部署TD-LTE系统提供有效的实测数据支持，本文以典型城市西安为例，在城区和郊区等不同场景下，分析“数字红利(698 ～ 806 MHz)”频段下的频谱占用情况，实测功率数据分别见图1和图2所示。图中横坐标为测量频段分布，单位MHz，纵坐标为特定场景下测得的功率，单位dBm。

图1 698～806 MHz频段城区接收信号强度

图2 698～806 MHz频段郊区接收信号强度

2 理论依据

“频率干扰与系统共存”的确定性计算方法的基本工作原理是：干扰发射机的发射功率经过各种损耗(如路径损耗)和邻道干扰抑制(如邻道隔离)后，将所得到的结果与被干扰接收机的最大允许干扰电平(称为抗干扰门限)相比较，即得到两系统能否共存的结论[6-7]。

在系统共存研究中，通常用被干扰接收机的灵敏度损失或恶化来衡量其接收系统性能的下降程度。第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)针对“频率干扰与系统共存”的确定性分析时采用的准则[8-9]是基站接收机灵敏度损失不超过0.8 dB，终端灵敏度损失不超过3 dB。

一般情况下，接收机灵敏度损失[10]

10lg(1+10(I-N)/10) ,

(1)

其中I为被干扰系统在工作带宽内收到的来自干扰系统的干扰功率；N为被干扰系统接收机底噪，其计算公式为

N(dBm)=10lg(KTB)+Nf=

-174+10lgB +Nf,

(2)

其中Nf为接收机噪声系数,K为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,B为接收机射频载波带宽，在TD-LTE系统中，B的取值可以为1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz和20MHz。

当我们取基站接收机灵敏度损失不超过0.8dB时，代入公式(1)中可计算出部署TD-LTE系统所需的“抗干扰门限”

Ith=0.2N。

(3)

工程中取分贝(dB)为单位，则

[Ith/N]dB=10 lg 0.2=-7(dB)，

即得到了部署TD-LTE系统时要求干扰I比底噪N低7 dB即可。换句话说，TD-LTE系统所遭受的实际干扰(I)不超过抗干扰门限Ith，此系统就可以正常工作。

根据实测数据，我们知道了被干扰接收机所能收到的实际空中干扰电平，能否在此频段部署TD-LTE系统主要取决于该频段上的实际干扰信号强度是否大于部署TD-LTE系统所需的抗干扰门限。

如果该空闲频段上的接收信号强度(Ireceive)大于TD-LTE系统的抗干扰门限(Ith)，即

Ireceive≥Ith,

(4)

则认为此空闲频段上存在干扰，会影响到TD-LTE系统的正常工作，此频段不能部署TD-LTE系统；如果该空闲频段上的接收信号强度小于TD-LTE系统的抗干扰门限，即

Ireceive

(5)

则认为此空闲频段上干扰较小，不会影响到TD-LTE系统的正常工作，此频段能够部署TD-LTE系统。

3 分析与结论

根据以上判决依据，我们分析了西安地区698～806 MHz频段，在城区场景和郊区场景下分别部署TD-LTE系统的频谱空闲分布情况。由于项目组在进行频谱测试的过程中，使用的是Agilent N8201A接收机，为了对测试数据进行准确的分析，必须要将Agilent N8201A接收机收到的数据通过转换，折合成TD-LTE接收机接收的数据。

因此在对实测数据根据“抗干扰门限准则”进行分析的过程中，首先需要完成数据的转换。具体实现步骤如下。

(1) 计算TD-LTE系统的抗干扰门限

Ith=10lg(KTB)+Nf-7=

-174+10lgB+ 5 - 7=

-174+10lg(5×106) + 5 - 7=

-109 (dBm),

其中接收机噪声系数Nf取5 dB，带宽B取5 MHz计算。

(2) 根据文献[11]得到TD-LTE系统的天线增益(GTD)为15 dB，馈线损耗(LTD)为2 dB；首先将TD-LTE系统的抗干扰门限Ith折算到空间上去，得到

-109 + 2 - 15 = -122 (dBm)。

-122 - 1 + 8 = -115 (dBm)。

根据以上步骤，通过数值仿真得到的分析结果见图3和图4所示。图中直线表示抗干扰门限 ，曲线表示实测信号强度。

图3 城区部署TD-LTE系统的空闲频段

图4 郊区部署TD-LTE系统的空闲频段

由图3可见，698～806 MHz频段、西安城区场景无空闲频段能够部署TD-LTE系统。由图4可见，698～806 MHz频段、西安郊区场景共有将近91.25 MHz的空闲频段能够部署TD-LTE系统。

4 结语

在频谱占用实测数据的基础上，将实测信号看作是对TD-LTE系统的干扰，利用确定性计算中的系统“抗干扰门限准则”，通过接收机灵敏度计算得到TD-LTE系统允许的抗干扰门限，通过数值仿真分析了“数字红利”频段的频谱使用情况，得到了该频段上部署TD-LTE系统的空闲频谱资源的实际分布。

在实际情况下如需部署TD-LTE系统，还需要在以上分析的基础上，根据实际部署系统的具体位置、实际的工作频段以及两系统具体的设备参数分别计算出最小耦合损耗(Minimum Coupling Loss, MCL)和邻道干扰功率比(Adjacent Channel Interference power Ratio, ACIR)，根据共存原则判断两系统是否满足共存条件及两系统共存所需要的额外隔离度。

[1] ITU. ITU-R.M. 1768，Methodology for Calculation of Spectrum Requirements for the Future Development of the Terrestrial Component of IMT-2000 and Systems Beyond IMT-2000[S]. Switzerland：ITU，2006.

[2] 郎保真. IMT-Advanced频率需求计算方法及结果[J]. 移动通信，2006(10)：27-31.

[3] 郎保真. WRC07大会及未来移动通信发展的频谱研究[J]. 移动通信，2008(16)：13-19.

[4] 王大鹏，李新. TD-LTE无线网络与既有网络的干扰分析[J]. 移动通信，2011(19)：33-38.

[5] 肖军. 频率数字红利带来的思考[J].中国有线电视，2012(10)：1147-1151.

[6] 陈彦名，孟德香，何继伟，等. TD-LTE系统与数字广播电视系统之间共存干扰研究[J]. 开发与研究，2011(1)：67-71.

[7] 刘德全. TD-LTE室内分布系统干扰研究[J].广东通信技术，2011(9)：31-35.

[8] 3GPP. 3GPP TS 36.104，Evolved universal terrestrial radio access (E-UTRA)：Base station (BS) radio transmission and reception[S]. USA：3GPP，2010.

[9] 3GPP. 3GPP TS 25.105， Base station(BS) radio transmission and reception (TDD)[S]. USA：3GPP， 2010.

[10] 李建宇. 频率干扰与系统共存理论分析与仿真评估[D]. 北京：北京邮电大学，2011：19-33.

[11] 大唐电信. 同一区域698MHz频点附近IMT系统与广播系统共存研究[R]. 西安：CCSA TC5 WG8 第51次会议，2011.

[责任编辑:瑞金]

Idle spectrum analyses for TD-LTE deployment

ZHANG Xiaoyan, JIANG Fan, GUAN Lu

(School of Communication and Information Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

In order to obtain the idle spectrum for TD-LTE system deployment, based on the basic of spectrum occupancy data, the spectrum occupation condition of band 698～806MHz is analysed in this paper by employing “rule of anti-interference threshold” and combining with numerical simulation. The idle spectrum for deployment TD-LTE system is acquired.

TD-LTE, anti-interference threshold, receiver sensitivity, idle spectrum

10.13682/j.issn.2095-6533.2014.05.001

2014-05-15

工信部通信软科学基金资助项目(2014R33，2014R34)；陕西省自然科学基础研究计划基金资助项目(2011JK8027)；西安邮电大学青年基金资助项目(109-0444)

张晓燕(1973-)，女，硕士，副教授，从事宽带无线通信研究。E-mail: zxy@xupt.edu.cn 江帆(1982-)，女，博士，副教授，从事下一代无线网络关键技术研究。E-mail: jiangfan@xupt.edu.cn

TN929.52

A

2095-6533(2014)05-0001-04