??? 摘? 要: 研究TDD-CDMA系統(tǒng)在同步以及非同步情況下相鄰小區(qū)間的干擾,分析了TDD-CDMA系統(tǒng)作為TDD系統(tǒng),其區(qū)別于FDD系統(tǒng)的特有的干擾模型。對(duì)小區(qū)間干擾的分析與仿真,為優(yōu)化未來網(wǎng)絡(luò)的容量以及性能提供了有價(jià)值的參考。
??? 關(guān)鍵詞: TDD-CDMA? TDD? FDD? 干擾? 業(yè)務(wù)負(fù)荷
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??? TDD-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠靈活處理不對(duì)稱數(shù)據(jù)以及它的信道的自然特性,但是同步和干擾問題是其主要限制因素。為了認(rèn)識(shí)TDD-CDMA系統(tǒng)的性能和容量,本文討論并通過仿真研究了系統(tǒng)可能存在的干擾,并且提出了一些避免或者減小TDD-CDMA系統(tǒng)的干擾的建議。
1 TDD-CDMA系統(tǒng)的干擾
??? TDD-CDMA系統(tǒng)采用TDD方式,TDD系統(tǒng)中存在的干擾與FDD系統(tǒng)存在的干擾是不同的。
??? TDD-CDMA系統(tǒng)屬于TDD方式,其干擾模型如圖1所示,TDD系統(tǒng)中的干擾不同于FDD系統(tǒng)中的干擾:
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??? (1)在FDD中,由于上下行是頻分雙工,信道間的干擾只存在于基站與移動(dòng)臺(tái)" title="移動(dòng)臺(tái)">移動(dòng)臺(tái)之間(BS
MS)。下行信道只會(huì)對(duì)下行的信道產(chǎn)生干擾,上行的信道只會(huì)對(duì)上行的信道產(chǎn)生干擾,上下行之間不存在干擾。在TDD系統(tǒng)中,由于上下使用同一載波,所以基站與移動(dòng)臺(tái)之間可能存在各種干擾(BS
MS、MS
MS、BS
BS),其中BS
MS與FDD系統(tǒng)中的干擾是相同的,而另外兩種干擾MS
MS、BS
BS則是TDD特有的干擾。
??? (2)由于TDD模式比較適宜使用多用戶檢測(cè)和適應(yīng)性天線,來自當(dāng)前小區(qū)內(nèi)部的干擾相對(duì)較小,故來自相鄰小區(qū)的干擾將成為主要的干擾。
??? (3)MS
MS、BS
BS干擾與BS
MS的干擾不同,且損耗模型也不一樣。MS
MS的干擾很小,這是因?yàn)镸S的發(fā)射功率" title="發(fā)射功率">發(fā)射功率小,而且路徑損耗較大;而BS
BS的干擾較大,這是因?yàn)锽S的發(fā)射功率較大;而且路徑損耗較小。
??? TDD系統(tǒng)特有的干擾(MS
MS、BS
BS)主要是由于蜂窩的不同步、蜂窩間幀結(jié)構(gòu)不同、信道不對(duì)稱性以及多徑傳播時(shí)延幾方面的因素引起的。
??? 對(duì)TDD-CDMA系統(tǒng)而言,需要區(qū)分同步以及非同步兩種情況來考慮小區(qū)間干擾。在同步情況下,TDD-CDMA系統(tǒng)小區(qū)間的干擾與FDD中的相同只存在BS
MS之間的干擾;在非同步情況下,TDD-CDMA系統(tǒng)小區(qū)間的干擾除了存在BS
MS之間的干擾以外還將引入MS
MS、BS
BS之間的干擾。另外相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)負(fù)荷也是影響小區(qū)間干擾大小的一個(gè)因素。隨著相鄰小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷的增大,小區(qū)間干擾要隨之增大,那么這種干擾增大的趨勢(shì)是怎樣的?當(dāng)鄰小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷達(dá)到一個(gè)很高的水平時(shí),在同步以及非同步情況下小區(qū)間干擾的數(shù)值有多大?本文通過仿真來回答上述問題。
2 TDD/FDD干擾
??? 從圖2看出,F(xiàn)DD的下行與TDD的頻率相差很遠(yuǎn),因此FDD的下行與TDD系統(tǒng)不相互干擾。而FDD的上行頻率與TDD的頻率相鄰,因此FDD與TDD之間存在FDD的上行與TDD的上行或者下行的干擾,如圖3所示。
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??? TDD小區(qū)的上行,BS1收到來自MS1的信號(hào)和上行干擾。上行干擾包括TDD小區(qū)的其它MS的干擾和來自FDD小區(qū)的MS的干擾。
??? TDD小區(qū)的下行,MS1接收到來自BS1的信號(hào)和下行干擾。下行干擾包括來自BS1的其它信道的干擾和來自FDD小區(qū)的MS的干擾。
??? FDD小區(qū)的上行,BS2收到來自MS2的信號(hào)和上行干擾。上行干擾包括來自FDD小區(qū)的其它MS的干擾和來自TDD小區(qū)的基站和MS的干擾。
??? FDD小區(qū)的下行,由于FDD的下行頻率與TDD頻率間隔,它們不互相干擾。
3 傳播損耗模型
3.1 BS
MS損耗模型
??? 參考UMTS 30.03,可以得出如下的路徑損耗公式,該公式適用于城市和遠(yuǎn)郊等建筑物均勻等高的情況:
??? 損耗公式中各參數(shù)的含義為:R為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離;λ為波長(zhǎng);hM為終端的高度;hB為基站的高度;h為建筑物的平均高度;x為終端與反射邊緣的水平距離;f為各排建筑物的距離;R為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離,f為載波頻率,ΔhB為基站天線的平均高度。
??? 當(dāng)ΔhM=10.5m, x=15m,d=80m,f=2000MHz;ΔhB=15m,則上面的路徑損耗公式可以簡(jiǎn)化為:
??? L=128.1+37.6log10(R)
3.2 MS
MS損耗模型
??? MS
MS的路徑損耗模型是基于H.Xia公式:
??? 其中,
,其余參數(shù)意義見BS
MS損耗公式。
??? 當(dāng)ΔhM=10.5m, x=15m,d=80m,ΔhB=-5m,f=2000MHz時(shí),路徑損耗公式變?yōu)椋?BR>??? LMS
MS=170+40·log10(R)
3.3 BS
BS損耗模型
??? 在宏小區(qū)情況下BS
BS損耗模型使用自由空間的路徑損耗模型。公式如下:
??? LBS
BS=38.46+20log10(R)
4 TDD-CDMA系統(tǒng)小區(qū)間干擾模型
??? 對(duì)TDD-CDMA而言,小區(qū)間的干擾需要區(qū)分為同步以及非同步兩種情況來考慮。
4.1 同步情況
??? 如果小區(qū)之間同步且有相同的幀結(jié)構(gòu),則TDD-CDMA系統(tǒng)小區(qū)間的干擾將與FDD中的相同。在上行,BS接收到的來自其它小區(qū)的干擾就是來自其它小區(qū)中MS的干擾(BS
MS);在下行,MS接收到的來自其它小區(qū)的干擾就是來自其它小區(qū)BS的干擾(BS
MS),如圖4、圖5所示。
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4.2 非同步情況
??? 當(dāng)小區(qū)之間不同步或具有不同的幀結(jié)構(gòu)時(shí),將會(huì)造成系統(tǒng)中同時(shí)存在上鏈路" title="鏈路">鏈路" title="下行鏈路" title="下行鏈路">下行鏈路">下行鏈路的情況,此時(shí)系統(tǒng)中除了存在BS
MS類型的干擾,對(duì)上行鏈路新引入了類型的干擾,對(duì)下行鏈路新引入了MS
MS類型的干擾,此時(shí)小區(qū)間上下行干擾如圖6、7所示。
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??? 假設(shè)小區(qū)之間的定時(shí)偏移量與一個(gè)時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙的百分比用參數(shù)offset來表示,如圖8所示。
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??? 則小區(qū)間的上下行干擾可以表示為:
??? 
??? 上式當(dāng)中的
分別表示小區(qū)間上下行鏈路的干擾,
表示由其它小區(qū)基站產(chǎn)生的干擾,
表示由其它小區(qū)移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的干擾。
??? 可以看到,上述計(jì)算公式在偏移參數(shù)offset=0時(shí),與同步情況下得到的干擾計(jì)算公式相同。當(dāng)偏移參數(shù)offset=1時(shí),此時(shí)小區(qū)之間的定時(shí)偏移相差一個(gè)時(shí)隙,處于完全不同步狀態(tài)。
5 仿真結(jié)果與分析
5.1 仿真假設(shè)
??? 鄰近小區(qū)的干擾考慮來自鄰近18個(gè)小區(qū)的干擾;只考慮話音信道;對(duì)小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷的計(jì)算,采用的公式:業(yè)務(wù)負(fù)荷=呼叫率×呼叫持續(xù)時(shí)間。
5.2 仿真主要參數(shù)設(shè)置
??? 仿真當(dāng)中MS和BS射頻參數(shù)的設(shè)置如下:小區(qū)數(shù)為36;移動(dòng)臺(tái)的速度為10km/h~60km/h;呼叫持續(xù)時(shí)間為30s~240 s;單時(shí)隙最多可容納用戶數(shù)16;小區(qū)半徑為577m;實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)間間隔為5s;呼叫平均間隔時(shí)間為(0.05,0.15,0.25,0.35,0.5,0.8,1.0)s。
5.3 仿真結(jié)果與分析
??? 根據(jù)上述仿真假設(shè)和參數(shù)設(shè)置,采用Bones系統(tǒng)仿真軟件得到仿真結(jié)果如下:
??? 圖9和圖10中的橫坐標(biāo)mean burden表示相鄰小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷,是以一個(gè)時(shí)隙當(dāng)中最多容納16個(gè)用戶為標(biāo)準(zhǔn),例如圖中的mean burden 為1時(shí),表示一個(gè)時(shí)隙當(dāng)中容納了16×1=16個(gè)用戶,Mean burden 為1表示這時(shí)業(yè)務(wù)負(fù)荷達(dá)到100%(16個(gè)用戶)。以此類推,當(dāng)mean burden 為0.5時(shí),代表這時(shí)業(yè)務(wù)負(fù)荷達(dá)到50%,這時(shí)一個(gè)時(shí)隙當(dāng)中容納16×0.5=8個(gè)用戶。
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??? 從圖9和圖10中可以看出:隨著相鄰小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷的增加,來自其它小區(qū)的干擾呈增加的趨勢(shì),對(duì)上下行鏈路來說都是如此,這也與前面的推測(cè)一致。不同的是,對(duì)上行鏈路而言,來自其它小區(qū)的干擾會(huì)隨著小區(qū)間定時(shí)偏移offset的增大而增大,在offset=0同步情況下干擾最小,在offset=1時(shí)干擾最嚴(yán)重,如圖9所示。而對(duì)于下行鏈路,情況則剛好相反,來自其它小區(qū)的干擾會(huì)隨著小區(qū)間定時(shí)偏移offset的增大而減小,在offset=0同步情況下干擾最嚴(yán)重,在offset=1時(shí)干擾最小,如圖10所示。造成這種情況的原因是:當(dāng)offset =0時(shí),上行主要是MS
BS的干擾,下行是BS
MS的干擾;當(dāng)offset≠0(不同步情況)時(shí),對(duì)上行引入了BS
BS的干擾,對(duì)下行引入了MS
MS的干擾。根據(jù)干擾模型當(dāng)中的干擾計(jì)算公式,offset值越大,上行鏈路引入的干擾越大,同時(shí)由于路徑損耗模型和發(fā)射功率的不同,BS
BS干擾要大于MS
BS干擾,所以整體上行鏈路干擾數(shù)值相應(yīng)增大,當(dāng)offset=1時(shí),上行鏈路將主要是BS
BS干擾,此時(shí)干擾最嚴(yán)重。而對(duì)于下行鏈路,根據(jù)干擾計(jì)算公式,offset值越大,下行鏈路引入的MS
MS干擾越大,但MS
MS類型的干擾要小于BS
BS類型的干擾,所以整體下行鏈路干擾數(shù)值相應(yīng)減小,當(dāng)offset=1時(shí),下行鏈路將主要是MS
MS類型的干擾,此時(shí)干擾最小。
??? 目前對(duì)于TDD系統(tǒng)干擾的研究主要集中在UTRA-TDD上,如文獻(xiàn)[3~5],專門針對(duì)TDD-CDMA系統(tǒng)在同步以及非同步情況下的干擾研究還比較少。隨著TDD-CDMA系統(tǒng)研發(fā)的不斷深入,TDD-CDMA系統(tǒng)存在的干擾問題越來越受到關(guān)注。
參考文獻(xiàn)
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3 Miao Qingyu, Wang Wenbo, Yang Dacheng.An analysis of?the interference in the TDD-CDMA. Proceedings of TENCON’2000, Malaysia, 2000
4 Miao Qingyu, Wang Wenbo, Yang Dacheng.An Investigation?of Inter-cell Interference in UTRA-TDD system.Proceedings?of IEEE VTC’2000 fall, Boston, 2000
5 H Holma,G J R Povey, & A Toskala.Evaluation of interference between the uplink and downlink in UTRA/TDD.IEEE?VTS 50th Vehicular Technology Conference,19~22 September 1999, AMSterdam:2616~2620
