WCDMA与WiMAX系统共存干扰分析

1、引言

　　国际电联ITU-R第8F工作组第14次会议为3G的FDD(频分双工模式)和TDD(时分双工模式)系统划分了2.5～2.69 GHz频段。美国FCC(联邦通信委员会)在2004年允许固定微波业务使用2.495～2.69 GHz频段。这极大促进了WiMAX系统在此频段的设备研制和开发。不断增长的业务需求和有限的频谱资源，很有可能导致在部分地理区域，例如"热点"地区，出现WCDMA|0">WCDMA和WiMAX系统邻频共存的情况。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WCDMA系统容量的损失以及WiMAX系统性能下降。基于这个原因。本文主要研究在2.5～2.69 GHz频段内WiMAX TDD系统和WCDMA系统邻频情况下(见图1)，WiMAX系统(IEEE 802.16d TDD标准)和IMT-2000中的WCDMA系统之间的共存。

2、干扰产生及类型

　　当WiMAX和WCDMA系统单独存在时，系统中的干扰为系统内干扰，它包括本小区干扰、邻小区干扰和热噪声。当两系统在同一区域共存时，系统中的干扰除系统内干扰外，还包括系统间干扰。本文主要分析系统间干扰，它可以用ACIR表示。

　　其中A CLR是指发射功率与在邻近信道经过滤波器接收到的功率之比，A CS是指接收滤波器在指配信道的衰减与在邻近信道上的衰减之比。

　　图1所示为WCDMA系统上/下行和WiMAX TDD系统频段的相邻情况，因此会存在WiMAX基站和终端与WCDMA的基站和终端之间的干扰，具体可分为：WCDMA上行干扰WiMAX TDD上/下行;WCDMA下行干扰WiMAX TDD上/下行;WiMAX TDD上/下行干扰WCDMA上行;WiMAX TDD上/下行干扰WCDMA下行。
3、系统仿真分析

　　本文采用蒙特卡罗统计仿真方法，WCDMA和WiMAX系统分别进行单系统仿真，然后再进行两个系统共存的仿真，仿真流程如图2所示。在图2 中，根据WCDMA输入链路标志，选择上行或下行仿真。其中WCDMA功率控制过程中，要考虑WiMAX系统上行和下行链路分别对WCDMA载干比的影响。在完成WCDMA单系统仿真后，即考虑了WCDMA在受WiMAX系统干扰，保持WCDMA移动台或基站受干扰时发射功率，继续仿真对WiMAX下行和上行链路的影响，即考虑系统间干扰互反馈过程。
　　下面将对仿真中所涉及到的地理拓扑结构，传播模型等部分加以简要介绍。

3.1　地理拓扑结构

　　两个系统都采用多小区广阔覆盖区域的地理分布，每个系统有16个小区，小区半径为1 000 m，每个小区有3个扇区的方式，扇区半径为577 m。为了用有限的蜂窝结构覆盖全平面，消除边界效应，采用了Wrap-around技术。

3.2　传播模型

　　基站之间采用双折线视距传播模型。基站和移动台之间采用车载测试传播模型，移动台和移动台之间采用COST231模型。

3.3　功率控制

　　仿真过程中，WCDMA系统功率控制需要同时考虑系统内干扰和系统间干扰。上行链路在功率控制完成后，每个移动台要满足基站Eb/No的最小功率发射信号：下行链路中基站给每个链路发射相等的功率，这样保证接收信号最弱的移动台也可以接入。

　　每个WCDMA帧长为10 ms，包括15个时隙，每个时隙的持续时间为0.667 ms，WiMAX帧长为5 ms，因此WCDMA一帧的时长相当于WiMAX两帧。在150步的功率控制周期中，对应WCDMA系统150个时隙，来自WiMAX系统的干扰是随着 UL/DL比例时变的，过程如图3所示。
　　对移动台和基站而言，每一步功率控制的步长为1 dB，即信号功率每次增加或减少1 dB，对应于每个WCDMA时隙的WiMAX上/下行链路是独立的。WCDMA系统上/行链路功率控制过程如下。

　　(1)上行链路功率控制

　　上行链路的初始发送功率由路径损耗、热噪声电平和6 dB噪声门限抬升反推得到，即，PTX=PRX+PL=N0+6+PL，其中PRX表示接收功率，PL表示路径损耗，N0表示热噪声功率。上行链路载干比计算公式为：

　　其中C表示载波功率，I表示干扰功率，β表示多址干扰抵消因子，Iown表示本扇区内其他链路干扰功率，Iother表示邻扇区干扰功率，在多系统情况下，Iother还包括系统间附近扇区的干扰功率，可以表示为：

　　(2)下行链路功率控制

　　下行链路初始发送功率在下行业务信道功率范围内随机选取，下行链路载干比计算公式为：

　　其中a表示多址干扰的正交因子。

　　在上/下行链路功率控制过程中。功率控制步长为1 dB。即如果当前载干比比目标载干比大，则信号功率降低1 dB;如果当前载干比比目标载干比小，则信号功率增加1 dB。

　　WiMAX系统没有功率控制过程。移动台和基站信号都以最大功率发射。

3.4　切换仿真过程

　　切换过程包括软切换和硬切换。软切换过程适用于WCDMA系统，硬切换过程适用于WiMAX系统。对于硬切换，则选择链路载干比最大的基站通信。对于软切换，切换窗为3 dB。并且一个移动台最多可能有两条工作链路。对于上行通信链路，采用选择分集方法。而对于下行通信链路，采用宏分集方法进行处理，即对两条链路载干比之和进行功率控制。这时。链路总载干比为：

　　其中，C1、C2是链路接收的有用信号功率，I1、I2表示链路干扰功率，N0是热噪声功率。