Can nhiễu từ máy phát DVB-T đến trạm thu gốc LTE [5]

3.4.1 Đặc điểm kỹ thuật

Nghiên cứu sử dụng song công theo tần số (FDD) với 2x30 MHz, 703 MHz- 733 MHz (uplink) và 758 MHz-788 MHz (downlink). Sự sắp xếp của băng tần 700 MHz được thể hiện ở bảng dưới đây:

Bảng 3.1 Sắp xếp kênh băng tần 700 MHz

694-703 703-733 733-758 758-788 788-791 Guard band LTE-uplink Duplex gap LTE-downlink Guard band

9 MHz 30 MHz 25 MHz 30 MHz 3 MHz

Sắp xếp kênh này thiết lập các vấn đề nhiễu có thể có giữa phát sóng truyền hình và mạng LTE. Tình hình quan trọng nhất là giữa các kênh 48 của truyền hình số mặt đất (686 MHz-694 MHz) và kênh uplink đầu tiên của LTE (703 MHz-713 MHz).

Kênh của LTE với 10 MHz băng thông được sử dụng trong nghiên cứu này nhằm đánh giá một kịch bản thực tế hơn, nơi một nhà điều hành điện thoại di động sử dụng một khối tần số 2 × 10 MHz.

3.4.2 Các tham số của DVB-T

Các tham số DVB-T được sử dụng trong nghiên cứu này được tóm tắt trong bảng dưới đây. Các giá trị tham số được sử dụng được lấy từ đầu vào cho JTG 4-5- 6-7 từ WP6A cho DVB-T [10]. Các đặc tính cơ bản của DVB-T được thể hiện trong bảng 3.2.

Các out-of-band (OOB) mức phát thải, mà can nhiễu với máy thu của trạm gốc LTE, là yếu tố nhạy cảm nhất của DVB-T. Các mặt nạ phát xạ phổ tần của trạm DVB-T được trình bày trong hình 3.5.

Bảng 3.2 Các tham số của DVB-T [5]

Tham số Giá trị

Tần số 690 MHz

Kênh băng thông 8 MHz

e.r.p 200 kW (high power)

e.i.r.p 85.15 dBm

Chiều cao anten phát Tx 300 m

Chiều cao anten thu Rx 10 m

Mẫu angten thu Rx Ngang: đa hướng BT.419 Tăng ích ăng ten Rx

(bao gồm feeder loss)

SNR 21 dB

Feeder loss 3 dB

Cự ly vùng phủ DVB-T 70.53 Km (Sử dụng P.1546-4 với 10 m clutter)

Hình 3.5 Mặt nạ phát xạ phổ tần trạm DVB-T.

Mặt nạ phát xạ phổ tần này mô tả mức độ nhiễu có hại trong băng tần LTE mới được thành lập. Tỷ lệ nhiễu kênh lân cận (ACLR) của đài DVB-T được hiển thị để hiểu rõ hơn về mức độ OOB.

3.4.3 Các tham số của LTE

Các tham số trong nghiên cứu này được tóm tắt trong bảng sau. Các giá trị tham số được lấy từ WP5D cho IMT (LTE) và Report ITU-R M.2292-0.

Các đặc tính cơ bản của trạm gốc LTE được thể hiện trong bảng 3.3.

Bảng 3.3 Các đặc tính cơ bản của trạm gốc LTE [5]

Tần số Tx 763 MHz

Tần số Rx 706 MHz

Băng thông kênh 10 MHz

Băng thông tín hiệu 9 MHz

Công suất đầu ra tối đa 46 dBm

e.i.r.p 58 dBm

Chiều cao anten 30 m

Độ lợi anten 15 dBi

Feeder loss 3 dB

Trạm gốc (BS) mẫu angten ITU-R F.1336 với k = 0.7

Antenna downtilt 3 độ

Số nhiễu NF = 5 dB

Kích thước/bán kính cell 8 Km (kịch bản thảnh phố lớn)

sectorization 3 hình quạt

Phân cực anten 45 độ

Độ nhạy tham khảo -101.5 dBm

I/N - 6 dB

Receiver blocking mask Table 6.6.3.2.1-3 of 3GPP TS 36.104 (V11.2.0)

Receiver blocking mask (bộ lọc) là tham số tiêu chuẩn của trạm gốc LTE trong nghiên cứu này. Receiver blocking mask của trạm gốc LTE được thể hiện trong hình 3.6.

Hình 3.6 Receiver blocking mask của trạm gốc LTE

Receiver mask cho thấy mức lựa chọn của thiết bị riêng biệt. Đặc tính này tuân theo khuyến nghị 3GPP TS36.104. Được xem xét là chỉ dẫn kỹ thuật hạn chế ít nhất cho LTE BS. Đặc tính cơ bản của thiết bị người dùng (UE) được thể hiện trong bảng 3.4.

Bảng 3.4 Các đặc tính của UE

Tham số Giá trị

Tần số Tx 708 MHz

Tần số Rx 763 MHz

Công suất đầu ra tối đa, e.i.r.p 23 dBm

Chiều cao anten 1.5 m

Độ lợi anten - 3dB

Body loss 4 dB

Nhiễu nhiệt NF = 9 dB

Độ nhạy tham khảo -95.5 dBm

Số UE hoạt động mỗi cell của BS 3

Tất cả các thông số của thiết bị người dùng LTE được lấy từ khuyến nghị 3GPP TS 36.101.

3.4.4 Tiêu chuẩn bảo vệ

Phương pháp Minimum Coupling Loss (MCL) I/N = -6dB. (Tỷ số công suất tín hiệu can nhiễu trên công suất tạp âm)

Các phương pháp Minimum Coupling Loss (MCL) tính cách ly cần thiết giữa các nhiễu và nạn nhân để đảm bảo rằng không có can nhiễu. Phương pháp này là phân tích trường hợp xấu nhất và tạo ra một kết quả quang phổ hiệu quả cho các kịch bản có tính chất thống kê. Người nhận nạn nhân được giả định là tiếp tục hoạt động độ nhạy chuẩn ở trên 3dB. Can nhiễu phải được giới hạn đến tầng nhiễu để duy trì tỷ lệ bảo vệ của nạn nhân.

Phương pháp MCL là hữu ích cho việc đánh giá ban đầu của khả năng tương thích. MCL giữa máy phát gây nhiễu ( )It và người nhận nạn nhân ( )Vr .

Công suất nhiễu nhiệt, Pn , cho người nhận cho người nhận 1 MHz băng thông được lấy từ

10 10 114 10 log 10 1 NF n P dBm           (3.1)

Sau đó công suất nhiễu, PnBS, ở trạm thu gốc dịch vụ di động là 114 3.4 110.6 [ ]

nBS

P   dBm dB  dBm (3.2)

Cho can nhiễu mục tiêu tới tỷ lệ nhiễu I/N, mức nhiễu mục tiêu, PI , được cho bởi

/

I n

P  P I N (3.3)

Tỷ lệ bảo vệ I/N cho trạm gốc IMT là -6 dB

Mức can nhiễu, PIBS , tại trạm thu dịch vụ di động của băng thông 1 MHz là

 

110.6 6 116.6[ ]

IBS

P   dBm  dB   dBm (3.4)

Tổng công suất bức xạ đẳng hướng tương đương tối đa, Pe i r p. . . , Của máy phát được lấy từ: . . . X X e i r p T T P P G (3.5) X T P công suất phát. X T

G Suy hao tín hiệu gồm cả độ lợi anten phát.

Tổng công suất bức xạ đẳng hướng tương đương,Pe i r p DVB T. . . _  , của máy phát DVB-T là

 

. . . _ 85.15 0 85.15

e i r p DVB T

P   dbM  dBi dBm (3.6)

Sự cô lập (isolation) yêu cầu (MCL) giữa nhiễu và nạn nhân để đảm bảo rằng không có can nhiễu được lấy từ

. . . _ ( , . . . _ ) _ x e i r p DVB T DVB T e i r p DVB T R I BS IsolationP   f dBc  P  G P (3.7) x R

G là suy hao tín hiệu gồm cả độ lợi anten thu.

, . . . _

( DVB T e i r p DVB T)

f dBc  P  chức năng xác định công suất của nhiễu băng rộng ở tần số bù đắp được coi là tương đối so với công suất sóng mang của nhiễu .

Sự cô lập yêu cầu,Is

BS

DTT

olation , với những trạm gốc dịch vụ điện thoại di động nhận được từ máy phát DTT nằm ngoài băng tần truyền là

85.15 86 (15 3 ) ( 106.6 ) 117.75[ ]

BS

DTT

Isolation  dBm dBc dbi db   dBm  dB (3.8) Kết quả của tính toán MCL là một con số cô lập sau đó có thể được chuyển đổi thành một sự tách biệt vật lý, chọn mô hình tiêu hao đường truyền thích hợp. Sự cô lập được chuyển đổi thành một khoảng cách tách biệt bằng cách sử dụng suy hao trong không gian tự do (free-space), L (loss), giữa anten đẳng hướng bởi công thức.

10 10

( ) 32.4 20 log ( ) 20 log ( ).

L loss   f  d (3.9)

f là tần số (MHz), d là khoảng cách (km).

Khoảng cách bảo vệ được yêu cầu, dsep req DVB T BS_ _   , giữa trạm gốc dịch vụ di động và trạm DTT là: 10 ( ) 32.4 20log ( ) 20 _ _ 10 . L loss f sep req DVB T BS d      (3.10) 10 117.75 32.4 20log (708) 20 _ _ 10 26.15[ ]. sep req DVB T BS d km       (3.11)

3.4.5 Nhận xét

Các tính toán MCL phân tích cho thấy để chánh can nhiễu khoảng cách tách biệt tối thiểu giữa máy phát DVB-T và trạm thu gốc LTE là hơn 26 km.

3.5 Can nhiễu từ thiết bị người dùng LTE tới máy thu DVB-T ở ngoài trời và trong nhà [9] và trong nhà [9]

3.5.1 Phương pháp SFP

Phương pháp chủ yếu được chia theo hai bước. Bước đầu tiên bao gồm việc đo lường tỷ lệ bảo vệ can nhiễu (PR) cho DTT can nhiễu của LTE. Một PR là giá trị tối thiểu của sự khác biệt giữa các tín hiệu hữu ích (DTT) và tín hiệu can nhiễu (LTE), tính bằng dB, tại đầu vào máy thu để hoàn thành với một yêu cầu chất lượng cụ thể. Trong nhiễu kênh lân cận, PR thấp hơn hàm ý rằng mức độ tín hiệu nhiễu cao hơn được cho phép (thậm chí cao hơn mức tín hiệu hữu ích) và do đó, có nhiễu thấp hơn trong một kịch bản thực. Bước thứ hai bao gồm trên thực hiện một phân tích ngân sách liên kết hoàn chỉnh.

Các phương pháp để đo lường PR giữa LTE và DVB được định nghĩa trong khuyến nghị ITU-R BT.2215. Phương pháp QoS này được gọi là phương pháp Subjective Failure Point (SFP). Phương pháp SFP tương ứng với chất lượng hình ảnh mà không có nhiều hơn một lỗi có thể nhìn thấy trong bức ảnh cho một thời gian quan sát trung bình 20s. Việc điều chỉnh mức tín hiệu mong muốn và không mong muốn đối với phương pháp SFP là để được thực hiện theo từng bước nhỏ, thường là trong các bước của 0,1 dB. Tín hiệu và mô hình kênh được sử dụng trong khuyến nghị này được định nghĩa trong khuyến nghị ITU-R BT.2033. Để cạnh tranh với các tín hiệu DVB-T và LTE, hai máy phát tín hiệu độc lập và một giả lập kênh đã được sử dụng. Ba bộ TV và hai hộp set-top được sử dụng như máy thu DTT. Tất cả các phép đo đã được thực hiện nếu xét một kênh Gaussian.

Bảng 3.5 cho thấy chế độ DVB-T2 và LTE sử dụng trong công việc này. Các chế độ DVB-T2 đầu tiên là một trong những hiện được sử dụng ở Vương quốc Anh

cho việc thu cố định. Cho việc thu trong nhà, một chế độ DVB-T2 mạnh mẽ hơn là cần thiết để đảm bảo phủ sóng tương tự, do suy hao đường truyền bổ sung. Mặt khác, sử dụng một chế độ mạnh mẽ hơn hàm ý một công suất thấp hơn.

Bảng 3.5 Các tham số tín hiệu nhiễu DTT và LTE [9]

DTT LTE

Tham số RX cố định RX cố định Tham số Giá trị UL Giá trị DL Tiêu chuẩn DVB-T2 DVB-T2 Multiplex SC-FDMA OFDM

Điều chế 256-QAM 64-QAM FFT 1024 Normal

1024 Normal Code rate 2/3 3/5 Khoảng

thời gian bảo vệ (4.7 μs first symbol, 5.2 μs next) (4.7 μs first symbol, 5.2 μs next) FFT 32K Extended 16K Extended Thời gian bảo vệ 1/128 (28 s  ) 1/8 (224s ) Băng thông 5 / 10 /15 / 20 MHz 5/ 10 / 15 / 20 MHz mẫu Pilot PP7 PP3 Tải lưu

lượng 1 / 10 / 20 Mbit/s IDLE / 50% / 100% Băng thông 8 MHz 8 MHz

Các tác động của các thông số LTE sau đây được nghiên cứu: - Liên kết can nhiễu LTE: UL hoặc DL.

- Tải lưu lượng: 1 Mbit/s (tải ánh sáng duy nhất nơi mà một số lượng nhỏ các khối tài nguyên được sử dụng cho một số thời gian), 10 Mbit/s (tải trung bình), hoặc 20 Mbit/s (tải cao).

-Băng thông LTE: 5, 10, 15 hoặc 20 MHz.

Thông số LTE chỉ có ảnh hưởng đến tín hiệu DTT hữu ích được xem xét. Sử dụng các loại khác nhau của điều chế LTE hoặc tỷ lệ mã hóa sẽ không ảnh hưởng đến thông tin liên lạc DTT, vì họ không thay đổi hình dạng của tín hiệu LTE. Tất cả các tải lưu lượng và cấu hình đã được xem xét cho một điều chế QPSK. Sự biến động của các thông số được nghiên cứu trong một phạm vi nhất định của các băng bảo vệ, ví dụ 0-17 MHz, có tính đến tất cả các PRs có thể từ trước tới ba từ kênh cuối cùng.

Để thực hiện ngân sách liên kết hoàn toàn, nó là cần thiết để có được PR cần thiết cho kênh lân cận và cũng so sánh với các kênh lân cận và đồng kênh PR, để ước tính tỷ số yêu cầu can nhiễu kênh lân cận (ACIR) tại UE. Vì vậy, một bộ lọc băng tần thấp sẽ là cần thiết nếu các giá trị chọn lọc kênh lân cận (ACS) là không cao hơn ACIR. Trong một kịch bản với máy thu di động và DTT trong nhà, PRs đo được sử dụng để tính toán khoảng cách tối thiểu giữa LTE UE và DTT thu để tránh nhiễu.

3.5.2 Máy thu DTT và LTE-UE ở ngoài trời

Bảng 3.6 cho ta thấy những tham số ngân sách liên kết cho máy thu DTT ngoài trời cố định. LoS giữa UE và anten cố định DTT đã được giả định.

Bảng 3.6 Tham số ngân sách liên kết ở băng tần 700 MHz [9]

DTT anten LTE UE

Tham số Giá trị Tham số Giá trị

Số nhiễu 7 dB Công suất phát tối đa

Băng thông nhiễu tương đương

7.6 MHz Công suất thành thị/nông thôn điển

hình

2/-9 dBm

Độ lợi anten 9.15 dBi Độ lợi anten -3 dBi

Chiều cao 10m Chiều cao 1.5 m

Mẫu anten CEPT Report 30 Mẫu anten Omni Băng thông (BW) 8 MHz Băng thông (BW) 10 MHz

Tỷ lệ bảo vệ được yêu cầu để tránh can nhiễu có thể được tính toán từ công suất DTT được yêu cầu tối thiểu, Pmin , bằng cách giảm trừ can nhiễu của LTE, và thêm vào giá trị desensitization máy thu  . desensitization máy thu bị gây ra bởi các sản phẩm xuyên điều chế bậc lẻ trong một bộ khuếch đại nhận hoặc chuỗi máy trộn, làm giảm cường độ tín hiệu mong muốn. Một giá trị tiêu biểu cho máy thu thương mại là 1 dB.

Các yêu cầu tối thiểu điện năng cho tín hiệu DTT điều chế phụ thuộc vào chế độ truyền dẫn. Giả sử mức tối thiểu CNRmin của 19.9 dB, số nhiễu máy thu tương đương với nhiễu BW trong bảng trên. Công suất yêu cầu tối thiểu là -78.2 dBm (

min 10log( ) min)

P  kTB NF CNR .

Sự can nhiễu LTE nhận được tại máy thu DTT được cho bởi (12), khi PTXlà công suất phát LTE UE , GTX là độ lợi anten LTE UE, 𝐹𝑆𝐿 là suy hao không gian tự do, GDIRlà độ lợi của các ăng-ten DTT bao gồm feeder loss, GRXlà phân biệt anten dựa vào các mô hình bức xạ theo chiều dọc của ăng-ten DTT, và Lbody là một thuật ngữ để giải thích cho sự suy hao của cơ thể người (body loss).

TX TX DIR RX body

Đối với cả hai chiều cao anten UE và DTT thể hiện trong Bảng 3.6 và cả hai mô hình ăng-ten, trường hợp xấu nhất xảy ra tại một khoảng cách tách biệt ngang 23,6 m, nơi tăng ích đường chung giữa UE và ăng ten DTT cố định cao hơn, thu được một sự suy hao không gian tự do của 58,3 dB, sử dụng một giá trị tiêu biểu cho body loss (4 dB), độ lợi anten DTT được đề xuất trong bảng 3.6, phân biệt theo chiều dọc (-0,45 dB) và suy hao không gian tự do ở 700 MHz (58.3 dB), 53.6 dB của độ lợi đường tổng. Nếu một LTE UE truyền bằng cách sử dụng công suất tối đa PTX và độ lợi anten GTX được thể hiện trong Bảng 3.6, sự can thiệp nhận được tại máy thu DTT được cho bởi (3.12).

Sử dụng phương trình này, công suât của IMT được nhận tại tham chiếu hình học là -33,6 dBm. Trong trường hợp này, PR được yêu cầu là -50,5 dB. PR đo tính toán cho trường hợp quan trọng là -39 dB, mà làcao hơn 11,5 dB PR yêu cầu.

Để đo PR đồng kênh, cả hai công nghệ DTT và LTE đã tập trung tại 786 MHz (kênh 60 của DTT). Kết quả là 15 dB cho trường hợp xấu nhất, tức là khi tín hiệu LTE can nhiễu có 20 Mbit/s tải lưu lượng (không phải 1 Mbit/s, như xảy ra với nhiễu kênh lân cận).

Như đã đề cập trước đây, PRs đo cho kênh lân cận và đồng kênh là cần thiết để ước tính ACIR yêu cầu tại UE. Một bộ lọc băng thông thấp sẽ là cần thiết nếu ACS được xác định là không cao hơn ACIR yêu cầu. ACIR có thể được tính toán như là một PR đồng kênh trừ đi PR yêu cầu. Trong (3.13), phương trình để tính ACS được hiển thị. 0 10 10 ( ) 10 log 10 10 c meas PR PR ACLR ACS dB             (3.13)

Khi ACLR (~ 80 dB) là tỷ số giữa công suất phát (LTE-UE) với công suất trong kênh vô tuyến liền kề (DTT) cần thiết để hạn chế can nhiễu đến một mức độ tương đương với suy hao của 1 dB. Một ACIR của 65,5 dB. Từ (3.13), một ACS 54