樊成军 杨乾 周芸 李燕春

(1.宁夏回族自治区无线电管理委员会办公室,宁夏银川 750000;2.华信咨询设计研究院有限公司,浙江杭州 310012)

0 前言

随着各厂商不断发力物联网产业,宽带无线接入技术和短距离无线技术相继涌现,无线接入技术发展已呈多样化,如LoRa、SigFox、NwaveOnRamp、Weightless-NP、NB-IoT等众多通讯技术,LPWA网络协议已呈现多家争鸣的状态,不同的无线接入技术在不同的业务模式下表现出来的技术差异是巨大的,而目前产业运用中绝大多数并不是大连接、大宽带或是低时延高可靠的极致场景,而是融合了多种业务的综合需求,用户期望一张网络同时满足语音、数据和视频等业务,在此背景下eLTE宽带集群技术正满足了此类客户的需求而被广泛运用。为科学规划与合理配置频谱资源,管好无线电台站和设备,有效维护空中电波秩序,保障各类无线电业务各行其道、互不干扰,论文从频谱精细化管理及系统间干扰规避两方面进行深入研究,做到事前审核、事中监测、事后评估的全过程频谱监管体系。

1 精细化频谱管理

图1 行业应用频段划分Fig.1 Frequency band division of industry application

合理的分配频谱资源是规避系统内干扰的最基本手段。集群通信的需求从语音发展到数据,进而有“百闻不如一见”的视频要求,甚至要求实现超越标清的高清视频。因此,宽带集群系统需要提供语音调度、数据调度、视频调度等多种业务协同的融合调度功能[1]。不同的业务对系统能力需求差异是巨大的,而申请单位往往按需求最大化申请宽带,这就需要频谱管理人员根据用频单位提供的业务需求类型、终端规模、网络架构和技术特性等,计算出合量的带宽需求,在满足覆盖、容量需求的前提下在在1.4 M、3M、5M、10M、15M、20M等可变带宽内灵活的规划授权带宽,最大程度上规避用户间干扰,提升频谱利用率[2]。

2 系统间干扰抑制

工行部发布的1785-1805MHz作为城市轨道交通、电力、石油等行业运用专用频段,技术体系为TDD时分双工的方式,与此相邻的1.8GHz商用运用的频段有DCS1800(上行)1710-1735MHz,DCS1800(下行)1805-1830MHz为中国移动DCS1800工作频段,1735-1755MHz(上行),1830-1850MHz(下行)为中国联通DCS1800工作频段,如图1所示。

1785-1805MHz频段介于1.8GHz上下频段之间,其下方是1755-1785MHz的FDD上行频段(即手机发射频率),上方是1805-1830MH的DCS1800下行频段(即基站发射频率),因为上述频段之间完全相邻,其中1830MHz频段以上间隔较大,因此主要关注T D D-L T E行业运用频段(以下简称“eLTE”)与DCS1800系统间的干扰,即中国移动1805-1830MHz的DCS1800基站下行发射频率对1785-1805MHz的eLTE基站上行接收干扰;中国移动1805-1830MHz的DCS1800基站下行发射频率对1785-1805MHz的eLTE基站下行接收干扰;同样1785-1805MH的eLTE基站下行发射频段和上行发射频段对1805-1830MHz的DCS1800下行接收机的干扰也同样存在。

通过精细化频谱管理,使系统间有足够的隔离带,通过各自滤波器对干扰系统的功率进行抑制,来实现干扰隔离,滤波器的抑制边带是一条滚降曲线,一般为保证生产的可实现性,在通带边的1-2 M H z 处是没有抑制作用的,只有偏离5MHz以上才会获得40dB以上的衰减,因此一般情况下至少需5MHz隔离带来考虑,因此精细化分配eLTE行业运用频带尤为重要,在满足业务需求前提下分配10MHz,5MHz甚至3M的带宽可以充分避开邻频频段,如分配给地铁、轨道交通使用1790-1800MHz频段,利用1 80 0-18 0 5M Hz 的5M Hz 频率作为系统隔离带,相应的DCS1800系统仍然可以从1805MHz开始配置载波,其发射滤波器的边带从1805MHz开始,符合运营商现网频谱规划通用做法。

2.1 DCS1800基站对eLTE的基站的杂散干扰

DCS1800发射功率按40W(46dBm)考虑,根据GSM规范(3GPPTS05.05v8.20.0)对DCS1800发射机的杂散电平应小于等于-96dBm/100KHz[3]。系统工作信道带宽内热噪声功率计算公式:

接收灵敏度一般以10log(KTB)+NF计算,NF为系统噪声系数(TD-LTE基站接受机噪声系数为5dB),B为系统载波宽带(eLTE配置5MHz载波带宽)。干扰容限以接收机灵敏度下降0.8dB计算,即干扰比系统接收灵敏度低7dB。在常温17℃下,对任何带宽的噪声功率计算:

要使DCS1800基站对eLTE的干扰不受影响,eLTE所容忍的干扰容限为:-174+10log(5000000)+5-7=-109dBm。用最小耦合损耗(MCL)计算法计算干扰源系统发射指标和被干扰系统接收指标之间的隔离度要求:

其中:Pr为干扰系统的杂散干扰信号强度,BWAF表示带宽调整因子,它的公式定义:

BandWidth_Rx:被干扰接收机工作带宽

BandWidth_Measure:干扰电平可测量带宽

当被干扰系统工作带宽与测量带宽不一致时,需要进行带宽转换。地面基站共存按照MCL为67dB的隔离度要求,BWAF=10×log50=17dB,则DCS1800发射机的杂散电平应为-96dBm/100KHz=-79dBm/5MHz,隔离度=-79-(-109)=30dB。在MCL=67dB时,则DCS1800与eLTE专网共址建设时能满足杂散隔离度要求。

2.2 DCS1800基站对eLTE基站的阻塞干扰

阻塞干扰是将接收机的低噪放大器LNA推向饱和区,使其不能正常工作的强功率带外干扰。与邻道和杂散干扰信号不同,阻塞干扰并不落在被干扰系统接收带宽内的,而是在接收带宽和邻频带宽外的,用于描述远离接收信道的干扰,在远离接收机工作频带部分,虽然阻塞与杂散有频率上的重叠,但阻塞干扰一般指干扰信号为窄带信号或确定系统的调制信号。一般要求阻塞干扰功率比LNA的1dB压缩点低10dB。

DCS1800的发射功率按照40W(46dBm)考虑,TD-LTE的带外抗阻塞能力为-47dBm(3GPP25.104 Table7.5)[4],类似杂散干扰的情况,阻塞隔离度的公式:

Pr为干扰系统的发射功率,PB为TD-LTE带外阻塞电平,Fs为滤波器抑制能力。

TDD-LTE与DCS1800共存时,按照MCL=67dB,则隔离度要求:

67=46-Fs-(-47)得出Fs=26,在5M隔离带下,加装滤波器可以满足eLTE带外阻塞电平要求。

2.3 DCS1800基站对eLTE基站的互调干扰

互调干扰是由传输信道中非线性电路产生的,当两个或多个不同频率的信号输入到非线性电路时,由于非线性器件的作用,会产生很多谐波和组合频率分量,其中与所需要的信号频率ω0 相接近的组合频率分量会顺利通过接收机而形成干扰,这种干扰称为互调干扰。互调干扰特性取决于收发机的非线性器件,两个频率以上的作用,互调产物的频率落入接收机内才造成干扰,使信噪比下降。如果干扰的信号频率为f1,f2,f3,其互调产物的频率将为f=pf1+qf2+rf3+…,|p|+|q|+|r|为互调产物的阶次,据此可列出干扰频率f1、f2的两个干扰信号的互调产物:

二阶互调:f1±f2或f2±f1

三阶互调:2×f2±f1或2×f1±f2

四阶互调:2×f1±2×f2或3×f1±f2

期中三阶互调影响最大。

接收端的互调产物强度:PIMD=3×Pi－2×IIP3,期中IIP3是三阶输入截取点,一般直接给出接收机所允许的互调干扰源强度指标,如图2所示。

DCS1800的工作频率为1805-1830MHz,如DCS1800低频中心频率f1=1810MHz,最高中心频率为f2=1830MHz,则2F1-F2=1790MHz,落在专用频段1785-1805MHz内,根据3GPP 25.105中对GMSK基站对G M S K 互调干扰的要求, 在对应-115dBm所需要信号功率水平,单频(CW)干扰信号不能高于-47dBm,由于DCS1800信号带宽与TDD-LTE专网信号带宽接近,可参考G S M K 基站对e L T E 基站的互调要求,MCL应满足46-MCL≤-47dBm,则MCL要求大于83dBm。在共址建设时MCL=67dB,5M隔离带下,加装滤波器可以满足eLTE带外阻塞电平要求。

3 结语

通过DCS1800与eLTE系统间的三种典型频率干扰现象进行了深入的分析得出以下结论:(1)在分配频段时需要进行与已有1.8GHz系统(例如McWiLL)的共存和兼容(例如后进系统需要与已有系统的时隙对齐)等考虑。(2)1.8GHz带宽分配策略,应该优先考虑5MHz带宽,这样既可以提高1.8GHz的利用率,又容易满足与已有系统的兼容性。(3)1.8GHz频段设备品种繁多,类型多样,并广泛分布在全国各地,因此建议对不符合要求的系统和设备进行整顿和清理。

近几年来,随着介质滤波器工艺的不断进步,介质工艺逐渐成熟,成本也逐渐降低。对于一些杂散发射抑制要求较高的场合,建议考虑介质滤波器并辅以必要的工程技术手段,保证eLTE系统的可靠工作。

图2 谐波和组合频率分量Fig.2 Harmonic and combined frequency components