TDD-CDMA系統(tǒng)干擾研究

1、TDD-CDMA系統(tǒng)干擾研究     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。對小區(qū)間干擾的分析與仿真，為優(yōu)化未來網(wǎng)絡的容量以及性能提供了有價值的參考。     關鍵詞：TDD-CDMA TDD FDD 干擾 業(yè)務負荷TDD-CDMA移動通信系統(tǒng)的優(yōu)點在于它能夠靈活處理不對稱數(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。為了認識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

2、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：（1）在FDD中，由于上下行是頻分雙工，信道間的干擾只存在基站與移動臺之間（BS<>MS）。下行信道只會對下行的信道產生干擾，上行的信道只會對上行的信道產生干擾，上下行之間不存在干擾。在TDD系統(tǒng)中，由于上下使用同一二甲基甲酰胺波，所以基站與移動臺之間可能存在各種干擾（BS<>MS、MS&

3、lt;>MS、BS<>BS），其中BS<>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和適應性天線，來自當前小區(qū)內部的干擾相對較小，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，這是因為MS的發(fā)射功率小，而且路徑損耗較大；而BS<>的干擾較大，這是因為BS的發(fā)

4、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、蜂窩間幀結構不同、信道不對特性以及多徑傳播時延幾方面的因素引起的。    對TDD-CDMA系統(tǒng)而方，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)務負荷也

5、是影響小區(qū)間干擾大小的一個因素。隨著相鄰小區(qū)業(yè)務負荷的增大，小區(qū)間干擾要隨之增大，那么這種干擾增大的趨勢是怎樣的？當鄰小區(qū)業(yè)務負荷達到一個很高的水平時，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，因此FDD的下行與TDD系統(tǒng)下相互干擾。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。TDD小區(qū)的小行，BS1收到來自MS1的信號和上行干擾。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。其中：損耗公式中各參數(shù)

6、的含義為：R為發(fā)射機與接收機之間的距離；為波長；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)射機與接收機之間的距離，f為載波頻率，hB為基站天線的平均高度。當hM=10.5m,x=15m,d=80m,f=2000MHz; hB=15m,則上面的路徑損耗公式可以簡化為：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，=arctan(|hB|)/d,其余參數(shù)意義見BS<> MS損耗公式。當hM=10.5m,x=15

7、m,d=80m, hB=-5m,f=2000MHz時，路徑損耗公式變?yōu)椋篖MS<> 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<> =38.46+20log10(R)4 TDD-CDMA系統(tǒng)小區(qū)間干擾模型對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構，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)的就是來自其它小區(qū)中MS

8、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。4.2 非同步情況當小區(qū)之間不同步或具有不同的幀結構時，將會造成系統(tǒng)中間時存在上下行鏈路的情況，此時系統(tǒng)中除了存在BS<>MS類型的干擾，對上行鏈路新引入了類型的干擾，對下行鏈路新引入了MS<>MS類型的干擾，此時小區(qū)間上下行干擾如圖6、7所示。假設小區(qū)之間的定時偏移量與一個時隙的百分比用參數(shù)offset來表示，如圖8所示。則小區(qū)間的上下行干擾可以表示為：上式當中的Iuplink-inter-cells和Idownlink-

9、inter-cells分別表示小區(qū)間上下行鏈路的干擾，IBS-other-cells表示由其它小區(qū)基站產生的干擾，IMS-other-cells表示由其它小區(qū)移動臺產生的干擾。可以看到，上述計算公式在偏移參數(shù)offset=0時，與同步情況下得到的干擾計算公式相同。當偏移參數(shù)offset=1時，此時小區(qū)之間的定時偏移相差一個時隙，處于完全不同步狀態(tài)。>"5 仿真結果與分析5.1 仿真假設鄰近小區(qū)的干擾考慮來自鄰近18個小區(qū)的干擾；只考慮話音信道；對小區(qū)業(yè)務負荷的計算，采用的公式：業(yè)務負荷=呼叫率×呼叫持續(xù)時間。5.2 仿真主要參數(shù)設置仿真當中MS和BS射頻參數(shù)的設置如下

10、：小區(qū)數(shù)為36；移動臺的速度為10km/h60km/h；呼叫持續(xù)時間為30s240s；單時隙最多可容納用戶數(shù)16；小區(qū)半徑為577m；實時測量間間隔為5s；呼叫平均間隔時間為（0.05,0.15,0.25,0.35,0.5,0.8,1.0）s。53 仿真結果與分析根據(jù)上述仿真假設和參數(shù)設置，采用Bones系統(tǒng)仿真軟件得到仿結果如下：圖9和圖10中的橫坐標mean burden表示相鄰小區(qū)業(yè)務負荷，是以一個時隙當中最多容納16個用戶為標準，例如圖中的mean burden為1時，表示一個時隙當中容納了16×1=16個用戶，Mean burden為1表示這時業(yè)務負荷達到100%（16個用

11、戶）。以此類推,當mean burden為0.5時，代表這時業(yè)務負荷達到50%，這時一個時隙當中容納16×0.5=8個用戶。從圖9和圖10中可以看出：隨著相鄰小區(qū)業(yè)務負荷的增加，來自其它小區(qū)的干擾呈增加的趨勢，對上下行鏈路來說都是如此，這也與前面的推測一致。不同的是，對上行鏈路而方，來自其它小區(qū)的干擾會隨著小區(qū)間定時偏移offset的增大而增大，在offset=0同步情況下干擾最小，在offset=1時干擾最嚴重，如圖9所示。而對于下行鏈路，情況則剛好相反，來自其它小萄干擾會隨著小區(qū)定時偏移offset的增大而減小，在offset=0同步情況下干擾最嚴重，在offset=1時干擾最小

12、，如圖10所示。千萬這種情況的原因是：當offset=0時，上行主要是MS<>BS的干擾，下行是BS<> MS的干擾；當offset0（不同步情況）時，對上行引入了BS<> BS的干擾，對下行引入了MS<> MS的干擾。根據(jù)干擾模型當中的干擾計算公式，offset值越大，上行鏈路引入的干擾越大，同時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)值相應增大，當offset=1時，上行鏈路將主要是BS<> BS干擾，此時干擾最嚴重。而對于下行鏈路，根據(jù)干擾計算公式，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