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论IMT-Advanced与现有固定系统的共存与频谱共享
摘要：由于新兴技术和频谱稀缺性，本文将系统之间的共存和共享视为最近的一个关键问题。在WRC-07上，ITU-R为即将到来的4G，也叫IMT-Advanced，在现有固定无线接入（FWA）系统的主要基础上分配了3400-3600 MHz频段。因此，必须在共信道和相邻信道频率方面实现诸如分离距离和频率分离协调的共存和共享要求。两个基站天线共址以及两个系统的非共址共存已有研究。在所述频带中应用干扰分析模型、相邻信道干扰比ACIR和频谱发射掩模，以提取保护相邻信道干扰所需的附加隔离。还介绍了作为标准干扰标准的干扰噪声比，并且最后提出并解释了可能的工程解决方案。
关键词：ACIR邻信道干扰功率比，ACLR相邻频道泄漏比，ACS邻道选择性，附加隔离，共址和非共址共存，FWA系统，IMT-Advanced系统，干扰
1引言
两个无线通信系统之间的干扰发生在这些系统以重叠频率工作、共享相同的物理环境、同时具有重叠的天线方向图时。ITU-R建议根据所考虑的接收机的接收能力因干扰源的存在而受损的概率来表示干扰电平。关于国际移动电信（IMT-Advanced）和固定无线接入（FWA）系统的不同，很自然地得出结论，这些技术将在导致性能下降的相同环境中工作。共存的主要机制是：共址和非共址。
FWA频段和固定卫星业务（FSS）下行链路部分分配了3400-4200 MHz频段。同时，WRC-07为亚洲若干国家的IMT-Advanced确定了3400-3600 MHz频段，这些频段受到监管和技术限制[1]，这意味着这些系统之间的频率共享必然会发生。在所述频带中的地面系统之间进行了一些研究，该频带不用于移动，因为频带低于3GHz，在WCDMA中最高为2690MHz。
在该频段进行的研究见[2]和[3]。在[2]中，通过在超3G系统和固定微波服务之间使用高级最小耦合损耗（A-MCL）来实现该研究，以获得两个系统之间的最小间隔距离和频率。而在[3]中，研究了由FWA表示的BWA系统与p-to-p固定链路系统共享相同的频带，以确定最小间隔距离和频率间隔。在我们的研究中，提出了光谱发射掩模、相邻信道泄漏比和相邻信道选择性的概念，以便考虑发射机和接收机的影响。
论文的剩余部分安排如下：在第2节和第3节中，介绍了IMT-Advanced的愿景及其分配的频谱，第3至7节详细描述了所使用的干扰模型，系统参数，保护标准和传播模型，第8节和第9节致力于描述系统之间的共存场景、结果、分析和兼容性，建议的系统间干扰减轻方法见第10节，最后，结论见第11节。
2 IMT-Advanced系统概念的愿景
预计国际移动通信-2000（IMT-2000）的发展将达到约30Mbps的极限[4]。 IMT-Advanced概念来自ITU的移动通信系统，其功能远远超过IMT-2000。 IMT-Advanced以前被称为“超越IMT-2000的系统”[5]。在ITU的愿景中，IMT-Advanced作为一种新的无线接入技术，大致在2010年左右开发，它能够支持更高的移动性数据速率，大约7年（从现在起）就可以在一些国家广泛部署。这些IMT-Advanced系统的新功能可设计用于处理各种支持的载波带宽：20MHz至100 MHz。对于移动接入等高移动性业务，目标峰值数据速率高达约100Mbps，对于低移动性的业务，比如说游牧接入或是本地无线接入[5]，峰值速率1Gbps。
IMT-Advanced将支持提高各种低移动性环境的系统性能的连接，例如：固定（固定或游牧终端）；行人（行人速度可达3公里/小时）；典型车辆（车速高达120公里/小时）；高速车辆（高达350公里/小时的高速列车）。
此外，IMT-Advanced应支持与其他移动网络和IP网络的无缝应用连接（全球漫游功能），提供改进的单播和多播广播服务，并提供多个无线接口的网络支持，根据ITU-R Rec M.1645 [4]，还支持无缝切换、寻址蜂窝层和热点层（可能还有个人网络层）。此外，作为技术要求，IMT-Advanced系统应支持多输入多输出（MIMO）[6] [7]、波束成形和移动终端的多天线功能，前者包括支持基站（BS），后者包括MIMO操作。此外，IMT-Advanced应支持根据[4] [8]使用覆盖增强技术。
对于小区覆盖，表1记录了IMT-Advanced部署方案，其中部署方案要求游牧用户（短距离）、ad-hoc网络用户、户外用户（广域和大城市范围）的移动接入可用性，并且用于移动用户（在汽车或高速列车中）。
图1：IMT系统频段的WRC-07结果[9]
表1 IMT-Advanced部署方案[8]
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Cell Range |
Performance target |
|
Up to 100 m |
Nomadic performance, up to 1 Gbit/s |
|
Up to 5 km |
Performance targets for at least 100Mbps |
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5-30 km |
Graceful degradation in system/edge spectrum efficiency |
|
30-100 km |
System should be functional (thermal noise limited scenario) |
3 WRC-07 IMT-Advanced频段的成果
在日内瓦WRC-07上，讨论了关于IMT系统候选频段的项目1.4 [1]，该项目的结果如图1所示。NO符号表示WRC-07决定不更改410-430 MHz、2 700- 2 900 MHz和4 400- 4 900 MHz候选频段的分配表。
3.1全球分配
现已确定450-470 MHz和2300-2400 MHz频段用于IMT和全球协调，但是该频带的使用取决于每个政府。
3.2区域1分配（欧洲，非洲和阿拉伯国家）
仅为广播系统分配的790-862 MHz频段现在平等分配用于移动业务，IMT鉴别在欧洲、非洲和阿拉伯国家享有同等权利（译者注：co-primary basis译为主要基础）。根据IMT规定，移动业务现在还可以在1区83个国家的监管和技术条件下，与该频段的其他业务（固定业务：FS和固定卫星服务：FSS）共享3 400-3 600 MHz频段，这些国家包括大多数欧洲国家，
3.3区域2分配（美洲）
现在698-806 MHz频段在该区域平等分配用于移动业务（注意806-862 MHz已经划分移动业务），但在巴西，该频段是次要的（与广播业务的运营限制相比）。该频段也被确定用于IMT。3400-3500 MHz频段现在分配用于与FS和FSS的主要基础移动业务，但在拉丁美洲的一些国家没有IMT鉴别。
3.4区域3分配（亚洲）
470-862 MHz频段已按主要基础业务划分给移动业务。现在有一些国家确定了698-790 MHz用于IMT，但整个亚洲确定了790-862 MHz用于IMT。在一些具有监管和技术限制的国家，3 400-3 500 MHz频段现已分配给用于FS和FSS的主要基础移动业务以及IMT鉴别。在一些国家的监管和技术限制下，3 500至3 600 MHz频段原本分配用于主要基础移动业务，现已确定用于IMT。根据WRC-07的结果，新频段的使用可分为全球频段（450-470 MHz和2300-2400）和区域频段（790-862 MHz和3400-3600 MHz）。在WRC-07上，分配给移动业务和IMT鉴别的频谱数量可以推广到全球120 MHz和许多地区392 MHz（120 72 200）。由于我们关注所有三个区域中的3400-3600 MHz频段，如图2所示，3400-3600 MHz分配给基础移动业务，或者由希望实施IMT的主管部门使用，如图2所示。
图2 WRC-07 IMT频段3.4-3.6 GHz的结果
4干扰模型
当考虑其他IMT-Advanced系统时，主要的干扰类型是系统内干扰，包括来自给定小区，相邻小区和热噪声的干扰。虽然两个系统在同一地理区域共存，但干扰不仅包括系统内干扰，还包括本文所考虑的系统间干扰。
本文建模的干扰形式是FWA系统的频谱发射掩模和IMT-Advanced系统的ACI，它来自IMT-Advanced中的BS传输的相邻信道泄漏（ACLR）和FWA系统中BS接收机的（ACS）以及该接收机防止在相邻信道中合法传输功率的能力。
4.1光谱发射掩模
频谱发射掩模是应用于无线电发射机频谱发射的一组规则的图形表示。此类规则由FCC和ETSI等监管机构制定。它被定义为频谱功率密度掩模，在相关通道间隔（ChS）的plusmn;250％范围内，任何服务类型和任何负载的组合下都不会超过该掩模。掩模随无线电设备的类型而变化，类型是指它们的工作频带以及它们被授权的信道间隔。根据[10] [11]的FWA 7 MHz信道带宽掩模在表2中列出。本研究考虑了频谱发射掩模，因为它可用于生成“最坏情况”功率谱密度，用于最坏情况干扰分析目的，其中共存研究可以通过频谱发射掩模应用作为相邻频率共享分析的基本参数，以评估受干扰接收机频带中干扰信号功率的衰减。
表2 F型ETSI-EN301021频谱掩模的参考频率
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Freq./Ch. Separation (Normalize (MHz) Ch. Spaci g (MHz) |
0 |
0.5 |
0.5 |
0.71 |
|
2.5 |
|
|
dB |
|||||||
|
0 |
0 |
-8 |
-27 |
-32 |
-50 |
-50 |
|
|
7 |
0 |
3.5 |
3.5 |
4.97 |
7.42 |
14 |
17.5 |
4.2相邻信道干扰
接收的干扰电平取决于干扰信号发射机的频谱“泄漏”和接收机的相邻信道阻塞性能。对于发射机而言，频谱泄漏的特征在于相邻信道泄漏比（ACLR），其被定义为发射功率与在接收机滤波器输出处相邻射频（RF）信道中测量的功率的比率。类似地，接收机的相邻信道性能的特征在于相邻信道选择性（ACS），它是无用的ACI的功率电平与接收器中产生相同误码率（BER）时的同信道干扰的功率电平的比值。
为了确定发射机和接收机缺陷的复合效应，将ACLR和ACS值组合在一起，使用以下等式[12]给出单个相邻信道干扰比（ACIR）值。
5 IMT-Advanced和固定业务参数说明
为了检查共存和共享问题，有必要澄清将影响干扰水平和标准的IMT-Advanced和FWA系统的参数，如下一节所述。
5.1 IMT-Advanced参数
现在，术语IMT意味着IMT-2000和IMT-Advanced [13]。如上所述，对于高移动性系统而言，IMT-Advanced目标峰值数据速率为100 Mbps，对于固定和游牧系统的低移动性业务为1 Gbps。所需的信道带宽范围在20-100MHz之间，其中郊区为50MHz，城市覆盖为100MHz [14]。表3包含为比较不同研究而假设的IMT-Advanced参数。其中5MHz，10MHz和15MHz分别是第一相邻信道，第二相邻信道和第三相邻信道与中心频率分离的偏移。
5.2 FWA系统参数
在马来西亚频率范围3.4-3.7 GHz分配给FWA系统，它分为双频段用于双工（非双工系统仍可用于此频段），3400-3500 MHz与3500配对3600 MHz以及3600-3650 MHz与3650-3700 MHz配对。这些FWA频带将用于在点对点和/或点对多点配置中的固定无线电中心站和用户终端站之间的最后一英里的直接无线电连接。各国在3.5 GHz频段内有各种频道间隔可根据容量需求使用1.25,1.75,3.5,7,8.75,10,14和28 MHz [15]。FWA参数如表3所示。
表3 IMT-Advanced和FWA系统参数（宏单元）
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Parameter |
Value |
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IMT- Ad |
|||
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