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基于实验测试的WLAN与TD-LTE之间干扰情况分析

The analysis based on the experimental test for interference between WLAN and TD-LTE

严方

YANG Fang

(中国电子科技集团公司第七研究所，广东 广州 510310)

(The 7th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Guangzhou 510310,China )

【摘要】：针对 WLAN(Wireless Local Area Networks)网络与TD-LTE(Time Division Long Term Evolution)网络之间存在的相互干扰问题，在现场实测数据和实验室测试数据的基础上，通过对测试结果的数据分析，就WLAN网络与TD-LTE网络之间存在的主要干扰问题进行分析，根据干扰形成的原因，结合现有实际网络建设情况，提出可行的解决方案。切实支撑了TDD（Time Division Duplexing）系统网络规划建设及优化工作。

 [Abstract] For the mutual interference problems between WLAN and TD-LTE，on the basis of the analysis of measured data and laboratory test data, given a interferometric analysis between WLAN and TD-LTE,and according to the causes of the formation of the interference, put forward feasible solutions by combined with the existing network construction actual situation。The solution was presented to reall support the network planning,construction and optimization for TDD system.

【关键词】：WLAN  TD-LTE 阻塞干扰 杂散干扰 MLC 接收灵敏度

[Key words]: WLAN  TD-LTE  Barrage Jamming  SpuriousEmission Interference  MLC  Receiver Sensitivity

       中图分类号：TN919.4 文献标识码：A

1.        引言

       WLAN和4G通信技术作为互联网+的重要组成，现在已经成为人们生活中不可或缺的组成部分。在给人们带来便捷、高速的上网途径的同时， 在TD-LTE与WLAN共同使用中发现WLAN设备出现通信中断，通信速度下降等问题。因此有必要对TD-LTE与WLAN之间的干扰情况进行分析，并通过实验测试、数据分析等手段为后续有效改进该问题提供相应的数据理论支持。

2.        产生干扰可能存在的原因

       目前在网络段中国将E频段2300MHz～2400MHz用于TDD系统，中国目前已分配其中的2320MHz～2370MHz作为TD-LTE室内分布频段。WLAN参照IEEE802.11相关标准工作在2400MHz～2483.5MHz的ISM(Industrial Scientific Medical)频段。两者之间仅有30MHz的频段隔离间隔。而在终端侧，由于TD-LTE终端为了能够满足漫游需要，要支持E频段全频带2300MHz～2400MHz，与WLAN工作的ISM频段之间无任何间隔缓冲区。

       根据以上两种频段紧邻的特性推断干扰产生的原因主要有杂散干扰与阻塞干扰两种可能。

图1相邻频段无线系统干扰及传输

2.1   杂散干扰的产生和原理

图1为无线传输系统简图，发射机中的运算放大器、滤波器和混频器等器件的非线性效应是造成杂散干扰的主要原因，杂散干扰会在设备工作频带以外的一定范围内产生辐射信号分量，形成包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等的杂散干扰。若杂散干扰落的频带在被干扰系统接收机的工作频带内时，则会抬高接收机本底噪声，使信噪比恶化，从而降低接收灵敏度，使得通信功能异常。

2.2   阻塞干扰的产生和原理

而阻塞干扰主要指强干扰信号和有用信号同时进入接收机时，由于接收功率超出了接收机的线性工作范围，导致接收机处于饱和状态而无法接收到有效型号，长时间的阻塞干扰还有可能造成接收机的永久性能下降甚至损坏。

3.        干扰原因分析

3.1   干扰可能的原因种类

       已知杂散干扰主要取决于发射机性能，而阻塞干扰则取决于接收机性能，且问题主要存在于WLAN上，所以干扰的产生应该是由TD-LTE设备产生的杂散干扰或WLAN设备形成阻塞干扰导致的。为了确认干扰产生的原因是何种情况分别对TD-LTE基站的发射机的杂散指标和WLAN接收机抗阻塞指标进行测量。

3.2   TD-LTE设备与WLAN设备干扰指标测试

       发射机杂散指标采用频谱仪测量读取带外功率即可，本文不再复述。为了测试WLAN接收机抗阻塞指标设计了如图2所示的仪器组网。其中IQnxn为WLAN综测仪器，采用2台WLAN综测仪对被测WLAN设备进行双空间流（MIMO 2*2）的接收灵敏度测量，设置信号源的工作频段为TD-LTE的工作频段，WLAN设备工作于2412MHz频段（1信道），在信号源不施加邻频干扰的情况下测得该WLAN设备的接收灵敏度为α。然后逐步加大信号源输出电平，当被测WLAN终端接收灵敏度性能下降γ=5dB时，可以认为WLAN设备已经受到阻塞干扰，此时WLAN设备射频口接收到的信号源干扰信号电平即为该设备的抗阻塞指标。

图2 阻塞干扰指标测试系统组网图

       通过对不同厂家，不同类型的设备进行杂散指标和抗阻塞指标测试，测试结果如下表1所示。

表1 不同设备杂散骚扰及抗阻塞指标测试结果

通过表1测试数据可以分析得出，LTE基站/终端杂散指标都较为优秀，对WLAN的影响基本可以忽略。而WLAN接入点/终端的抗阻塞指标较低，容易受到TD-LTE工作频段的影响。

4.        多应用环境下阻塞干扰测试与分析

4.1   WLAN设备阻塞干扰指标

根据实际应用情况，WLAN端阻塞干扰主要可能存在于LTE室分基站对WLAN接入点的干扰和LTE终端对WLAN终端的干扰2个方面。要避免LTE设备对WLAN设备造成阻塞干扰，WLAN设备的阻塞指标应满足下列关系：

WLAN设备的阻塞指标＞LTE设备发射功率-MCL(Minimum Coupling Loss)

式中：

MCL=插损+空间隔离-天线增益

通过计算分析，在不同距离为保证WLAN设备正常工作其阻塞指标应该满足表2、表3所示：

表2 LTE室分基站与WLAN接入点

表3 LTE终端与WLAN终端

4.2   不同应用场景下阻塞干扰

目前WLAN接入点和WLAN终端的阻塞指标均＜-35dB，均不能满足上述要求。为进一步了解LTE设备对WLAN设备阻塞干扰造成的WLAN产品性能下降情况，分别针对存在阻塞干扰的近点和远点进行了测试，在现场实际测试中发现，WLAN设备网络性能因阻塞干扰有明显下降，如图3、图4、图5所示：

图3 WLAN接入点速率受LTE基站影响情况

基站间距1M-3M时，TD-LTE基站对WLAN接入点性能均产生明显影响。从上图3看出间距越小，影响越大。两者间距3米、WLAN终端处于近点时，吞吐量下降22%。两者间距1米、WLAN终端处于近点时，吞吐量下降64%，性能下降严重。

同时可以发现WLAN 接入点与终端距离越远，受影响越大，因此干扰使WLAN覆盖出现明显收缩。基站间距3米、WLAN终端处于远点时，吞吐量下降82%，性能下降严重。基站间距1米、WLAN终端处于远点时，基本无吞吐量，WLAN无法正常使用。

图4 WLAN终端速率受TD-LTE终端影响情况（近点）

从图4可以看出，WLAN终端和LTE终端离基站较近位置，且两终端间距较小时，WLAN终端吞吐率略受影响。在0.2m间距时吞吐率性能下降10%左右，间距0.5m以上基本无影响。

图5 WLAN终端速率受TD-LTE终端影响情况（远点）

从图5可以看出，WLAN终端和LTE终端离基站较远位置，且两终端间距较小时，WLAN终端吞吐量受影响非常明显。在0.2m间距时吞吐率性能下降70%左右，间距0.5m以上下降约40%。

5.        改进措施

       针对本文测试分析发现的问题，结合理论原理与实际应用情况，为避免TD-LTE设备对WLAN设备造成阻塞干扰，可以采取以下两条改进措施：

1)        提高未来WLAN设备的抗阻塞指标

目前市场上主流WLAN设备抗阻塞指标过低是造成TD-LTE阻塞干扰最根本的原因，应该结合我国无线频段管理的实际情况，通过采取在WLAN接收机增加滤波器等技术手段，提高WLAN设备抗阻塞指标的要求，从而避免阻塞干扰的发生。

2)        对于现有WLAN设备的安装应加大与TD-LTE基站天线的距离。

阻塞干扰的形成主要与WLAN设备与TD-LTE基站天线的距离有关，加大两者之间的距离能够减轻或避免阻塞干扰。

按照现在市场上主流WLAN设备阻塞指标（-40dB），若WLAN设备完全不受TD-LTE的干扰，MCL需达到86dB，即系统间距要达到7米左右。在建设TD-LTE室分网络和安装WLAN接入点时，应保证两者间距在7米以上以避免阻塞干扰的发生。

6.        结束语

通过以上分析可以看出WLAN端因阻塞指标过低原因和在与TD-LTE端设备间距过小的情况下易受TD-LTE端的干扰，其性能下降可达82%，严重影响了用户体验。

TD-LTE端设备本身杂散指标满足国家标准和相关行业要求，TD-LTE对WLAN造成阻塞干扰主要是由于TD-LTE的频段与WLAN频段相邻，而IEEE制定的WLAN相关802.11系列标准未考虑我国频段划分实际情况导致的。由于IEEE制定的抗阻塞指标较低，使得该问题较为普遍，一定程度上影响了TD-LTE的发展。后续的干扰优化工作的侧重点应该主要放在WLAN端上。

因此在后续的TD-LTE及WLAN网络建设中需充分考虑可能发生的阻塞干扰情况，结合实际情况及结合以上分析思路，通过提升WLAN设备抗阻塞指标要求及加大其与TD-LTE设备间距离等手段，进行系统设计，避免出现TD-LTE于WLAN之间的阻塞干扰。

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作者简介：

       严方：助理工程师，学士毕业于中国计量大学电子信息工程专业，现任职于中国电子科技集团公司第七研究所，长期从事移动通信系统设备检验测试、相关通信技术标准的研究工作。