移動通信中的新趨勢是在移動設備、平板電腦和其他通信模塊中同時使用多種無線技術。為了支持這種平行運行，設備中配備了多個無線收發(fā)模塊，它們相互緊挨在一起。當這些不同的無線技術同時工作時，這些模塊彼此干擾導致產(chǎn)生設備內(nèi)共存（In-Device Coexistence, IDC）干擾。本文介紹涉及LTE(頻段7)和WLAN（2.4 GHz）技術的IDC干擾問題，評估兩種用于降低這種干擾影響的緩解技術的性能。

1 序言

由于對數(shù)據(jù)隨時隨地連接到多個無線網(wǎng)絡的需求不斷增加，現(xiàn)代設備被設計成支持不同無線接入技術 (RAT)。這些設備，例如，移動電話、平板電腦和各種其他通信模塊，能夠同時支持不同蜂窩以及非蜂窩通信標準。例如，移動電話或許連接到無線局域網(wǎng) (WLAN) [1]的路由器登錄互聯(lián)網(wǎng)，同時平行建立長期演進 (LTE) [2]呼叫。由于這些設備體積較小，不同無線技術的收發(fā)模塊相互緊挨在一起。因此，當這些并置的無線收發(fā)信機同時工作在相同或相鄰頻段時，產(chǎn)生潛在的相互干擾，這種干擾被稱作設備內(nèi)共存 (IDC) 干擾。IDC干擾影響接收機靈敏度，因此降低了期望信號的質(zhì)量或?qū)е聰?shù)據(jù)丟失。

本文討論當多種無線接入技術同時工作時減少IDC干擾面臨的挑戰(zhàn)。降低IDC干擾將防止信號質(zhì)量劣化，而無需斷開發(fā)出干擾的無線信號。本文重點介紹LTE和WLAN共存場景，這里LTE頻段7上行鏈路影響WLAN 2.4GHz信道，文章還討論緩解IDC干擾的可能方案。文章首先描述IDC干擾的起因。然后討論出現(xiàn)IDC干擾的不同頻段，以及所涉及的不同無線接入技術。接著討論計算退靈敏度數(shù)值的方法，包括描述執(zhí)行此測量需要的可能測試裝置。在此之后，文章分析兩種不同緩解技術的使用，以便針對不同LTE - WLAN用例場景降低IDC干擾，評估它們的測量結果。最后，文章結合某些將來可能的增強技術和這項工作的將來應用做了歸納。

2 設備內(nèi)共存干擾問題和場景

正如術語“in-device”暗示的，由于坐落在同一平臺上的不同無線技術收發(fā)信機挨得很近，產(chǎn)生這類干擾。因此，當這些不同無線接入技術在相同或相鄰頻段同時工作時，其中一種技術的發(fā)射機充當了侵略者/干擾者，影響著其他技術的接收機，使其他的接收機變成受害者。造成這種負面影響的原因有三個：

無處不在地連接多種無線技術的需求和有限的頻譜可用性，這導致在緊鄰的頻率范圍內(nèi)這些不同無線技術同時工作。

不希望的輻射，如來自侵略者發(fā)射機的雜散輻射、帶外輻射、頻譜諧波和互調(diào)產(chǎn)物[3]，它們落入受害者接收機的頻率范圍。

由于不同無線技術的過渡頻段存在重疊，不同無線接入技術收發(fā)信機中的濾波器不能完全地濾除不需要的信號[4]。

最終，所有這些影響疊加，引起受害者接收機噪聲電平增加，于是降低接收機靈敏度，導致該接收機阻塞或退靈敏度（Desensitization）。圖1給出IDC干擾的例子，圖中，LTE、全球定位系統(tǒng)（GPS）、藍牙（BT）和無線局域網(wǎng)（WLAN）的收發(fā)信機都放在同一設備中。由于各自的收發(fā)信機物理位置上挨得很近且工作在相同或相鄰頻率范圍，當LTE發(fā)射機工作時，它影響GPS、藍牙和WLAN的接收機，同樣的，藍牙和WLAN的發(fā)射機也影響著LTE接收機。

圖 1：設備內(nèi)共存干擾示例[5]

IDC干擾情況在無線通信領域逐漸蔓延，用戶在使用他們的通信設備時會無意中遭遇這類干擾。在一些常見場景中用戶可能遇到這種情況，包括使用LTE和WLAN便攜式路由器、LTE和WLAN分流、LTE網(wǎng)絡話音（VoIP）呼叫、多媒體和其他可能的應用，如藍牙耳機等。正如前面提到的，引起IDC干擾的主要原因之一是同時工作的多種無線接入技術都要使用有限的頻譜。這種情況可在位于3GPP各頻段間的2.4 GHz 工業(yè)、科學和醫(yī)療（ISM）頻段中觀察到，導致各種無線接入技術之間相鄰工作頻率僅有很小或沒有防護頻段[5]。如圖2所示，WLAN和藍牙技術工作在ISM頻段，該頻段下邊界毗鄰以TDD模式工作的LTE頻段40，上邊界鄰近LTE頻段7的上行鏈路頻率區(qū)（采用FDD模式），有大約20 MHz的頻段間隙[5]。因為LTE頻段40采用TDD模式工作，LTE頻段40的發(fā)射機影響WLAN和藍牙接收機正常工作，類似，WLAN和藍牙的發(fā)射機影響LTE頻段40的接收機正常工作。同樣，LTE頻段7的上行鏈路頻率影響WLAN和藍牙接收，因為頻段7上行鏈路頻率位置緊靠ISM頻段。另一個共存場景發(fā)生在導航衛(wèi)星系統(tǒng)和LTE頻段13、頻段14之間，如圖2所示，導航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機受到LTE頻段13和頻段14上行鏈路頻率的2次諧波影響。LTE頻段13和頻段14的上行鏈路頻率分別工作在777 MHz到787 MHz 和 788 MHz 到 798 MHz頻段，這些LTE頻段的2次諧波落在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）（用于商業(yè)民用目的）接收機的工作頻率范圍內(nèi)[4][5]，因此引起干擾。

圖2：圍繞 ISM 頻段的3GPP頻段 [5]

3 方法和測試裝置

IDC干擾對不同無線接入技術運行的影響可用受影響接收機的退靈敏度值來分析。此退靈敏度值基于該接收機的靈敏度性能，它是首先在無干擾信號情況下測量，接著在有干擾信號情況下再次測量，如圖3所示。

圖3：有和無干擾信號情況下的誤包率[PER]測量 [6]

圖3顯示誤包率（PER）測量情況，其中x軸代表該接收機正在接收的功率電平，單位是dBm，y軸代表PER值，單位是百分比。當功率電平減少時，PER值開始增加，這體現(xiàn)在曲線或曲線膝部坡度逐漸增加，PER值達到10%時的功率電平定義為該接收機的靈敏度。使用這種接收機靈敏度，可定義兩種不同類型的接收機功率電平或靈敏度術語 - 接收機或中間靈敏度以及有效中間靈敏度，它們稍后將用于確定圖3中描述的接收機退靈敏度值。接收機或中間靈敏度是對應無任何干擾信號情況下測得10% PER值的接收機功率電平。同樣，對應有干擾信號情況下測得10% PER值的功率電平稱作有效中間靈敏度。最后，這兩種接收機靈敏度參數(shù)間的差定義為退靈敏度值，如方程（1）所示[6]。

退靈敏度值 =有效中間靈敏度電平 - 中間靈敏度電平 (1)

用于IDC干擾測量和分析的實驗性測試裝置可由圖4所示的羅德與施瓦茨公司測試儀器配置形成。因為現(xiàn)實世界中大多數(shù)無線通信發(fā)生在空中下載（OTA）情況，本IDC干擾分析和測量通過執(zhí)行OTA的方式實施。R&S CMW500寬帶無線通信測試儀用于生成兩種不同的無線信號，即，WLAN信號和LTE信號，它們工作在不同的射頻信道，分別作為希望的信號和干擾信號。被測設備放置在如R&S CMW-Z10屏蔽箱這樣的隔離環(huán)境中，以便將其與任何外部干擾信號隔離。此兩路無線信號用耦合器混合，然后使用射頻電纜將它們饋送到此射頻屏蔽箱的天線耦合板。由此通信測試儀建立的無線鏈路是雙向的，以便生成受害者無線信號和干擾者無線信號，并且不僅測量采用受害者技術的被測設備接收機特性，而且測量采用侵略者技術的被測設備發(fā)射機質(zhì)量。

圖4：執(zhí)行IDC干擾測量的實驗性測試裝置[8]

整個裝置使用R&S CMWrun序列儀軟件工具控制，該軟件安裝在筆記本或PC上，通過SCPI指令管理R&S CMW500的運行。為了控制放置在屏蔽箱中的被測設備，在被測設備和控制器筆記本之間建立USB連接，從而該軟件能夠使用安卓調(diào)試橋（Android Debug Bridge, ADB）指令管理被測設備的運行。

4 緩解技術和效果

為了分析LTE頻段7上行鏈路對WLAN的IDC干擾影響，第一和最重要的一步是建立證實理念。為了實現(xiàn)這個理念，用一種方法選擇大多數(shù)無線接入技術參數(shù)，以便模擬兩種無線技術間的幾種干擾場景。考慮下述方法：

兩種無線接入技術，即，LTE充當侵略者技術，WLAN扮演受害者技術，被盡可能相互貼近地放置在頻率域中

給引起干擾的無線接入技術配置最大發(fā)射功率電平

由引起干擾的無線接入技術生成連續(xù)或重度流量

首先，使用表1中的參數(shù)設置WLAN連接，測量PER值，將其作為確定被測設備WLAN接收機靈敏度性能的一個因素。用于PER測量的參數(shù)細節(jié)見表2。當WLAN接入點（AP）發(fā)射時，被測設備內(nèi)的WLAN接收機能夠高效接收大部分分組，即使當AP發(fā)射功率降低到大約–80 dBm時，如圖5中的“僅WLAN”曲線所示。

表 1： LTE頻段 7 和 WLAN連接裝置參數(shù)列表， 用LTE充當侵略者技術 [8]

表 2： 用于WLAN PER測量的參數(shù)列表 [8]

接著，按照表1中定義的參數(shù)建立LTE連接，再一次執(zhí)行WLAN PER測量，以便研究干擾影響。當在有LTE信號情況下再次測量PER時，WLAN AP以比之前高很多的大約–71 dBm的功率發(fā)射，誤差值突然增加，如圖5中“LTE + WLAN Ch 13 (平均)”曲線所示。

最后，使用兩種PER曲線的靈敏度電平差，測量由來自LTE頻段7上行鏈路的IDC干擾引起的WLAN接收機退靈敏度，計算過程如方程（2）所示。

退靈敏度值 = 有效中間靈敏度電平 – 中間靈敏度電平(2)

= (–70.64 dBm) – (–79.84 dBm)

= 9.2 dB

圖5：由LTE頻段7上行鏈路(fC = 2510 MHz, UplinkTxPwr = 23 dBm)引起的WLAN 信道 13 (fC = 2472 MHz) 退靈敏度[8]

注意：

本文給出的IDC測量結果與特定設備有關，設備不同測量結果亦或不同。

所有測量執(zhí)行5次，取平均值。

所有PER測量均采用2 dB的接收機功率步長，由此導致PER測量曲線呈現(xiàn)尖銳邊緣。功率步長粒度越大很可能導致測量時間越長。

檢測到LTE和WLAN間的IDC干擾影響后，下一步是分析對降低這種影響可能有幫助的各種緩解技術。一種避免IDC干擾的方法是增加干擾者無線技術和受害者無線技術間的頻段間隙[4] [5] [7]。也就是說，將受害者無線技術使用的頻率從干擾者無線技術使用的頻率處移開，或者相反將干擾者的頻率移開，移到隔開一定頻段間隙的另一個頻率區(qū)域處。由于兩種無線技術間的頻段間隙增加，即使這兩種無線接入技術同時工作，它們間的過渡頻段也不會重疊。結果，射頻濾波器能夠適當識別想要的信號和不需要的信號，從而降低了IDC干擾的影響。圖6演示了這種緩解技術，圖中各種顏色曲線代表與LTE頻段7上行鏈路信號同時工作的不同WLAN頻率信道。隨著WLAN頻率信道逐漸離開此LTE上行鏈路載波頻率，LTE信號與WLAN信號間的頻段間隙逐漸增加，從而相對降低了IDC干擾影響。

圖6：WLAN頻率逐漸離開充當干擾者的LTE頻段7上行鏈路頻率(fC = 2510 MHz, UplinkTxPwr = 23 dBm) [8]

也可以通過降低干擾信號的信號強度來抑制IDC干擾。不需要的發(fā)射機輻射，如帶外輻射、互調(diào)產(chǎn)物和雜散輻射直接與發(fā)射機功率有關，即，發(fā)射機功率越高，這些輻射的幅值越大，導致的干擾越嚴重。此外，如前所述，這些來自干擾者無線接入技術的無用輻射降低了受害者接收機的靈敏度，導致在該接收機端有用信號被抑制或數(shù)據(jù)丟失。為了降低IDC干擾影響，一種可能的解決方案是減少侵略者技術的發(fā)射功率。圖7給出了IDC干擾場景，圖中LTE頻段7上行鏈路充當WLAN接收機的主要干擾源。通過減少LTE上行鏈路功率，可以降低無用輻射，最終降低IDC干擾。圖7中的各種顏色曲線代表與WLAN接收機同時工作的LTE頻段7上行鏈路信號的不同功率電平。當此LTE上行鏈路功率電平減少時，來自此LTE端的無用輻射減少，從而干擾相對較少。

除了上面提到的緩解技術外，還有幾種方法可能降低IDC干擾影響。一種可能的技術是在LTE和WLAN間分配或調(diào)度工作時間，采用這種方法，一種技術的發(fā)射時間與另一種技術的接收時間不一致。從而使得即使兩種技術工作在相同或相鄰頻段，它們也不會相互干擾[4] [5] [7]。另一種方法是將分配給UE，用于LTE上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源塊（RB）移動到離開WLAN技術使用的頻率區(qū)域。換句話講，位于遠離WLAN工作頻率的資源塊用于此LTE上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。如此一來，增加了LTE和WLAN間的頻段間隙，因此改善了射頻濾波器的濾波性能。

圖7：用LTE頻段 7上行鏈路 (fC = 2510 MHz)充當WLAN信道13(fC = 2472 MHz)干擾者的LTE發(fā)射功率控制 [8]

上面提到的技術可大大緩解LTE和WLAN間的IDC干擾，然而這些緩解技術有它們自己的局限性。具體選擇哪一種緩解技術，取決于無線接入技術組合，這樣的組合限定了充當侵略者或干擾者的無線接入技術和作為受害者的無線接入技術。它也取決于考慮兩種技術的最先進功能后，這些技術的實施難易程度。如降低發(fā)射功率技術，通過降低LTE上行鏈路功率電平，降低了干擾影響。然而，僅當信道質(zhì)量不好時LTE上行鏈路功率才會高，例如，UE可能在隧道內(nèi)，在建筑物的地下室內(nèi)或位于小區(qū)邊緣。其次，減少上行鏈路發(fā)射功率以便減少IDC干擾影響的方法，可能會在實際中導致LTE呼叫掉線或降低數(shù)據(jù)吞吐率。頻率移動技術通過增加兩種無線技術間的頻段間隙，降低干擾影響。然而，最大的挑戰(zhàn)在于頻譜可用性，因為可能的場景是頻譜中沒有空閑的頻率區(qū)域，或頻譜中所有頻率信道都正在遭受來自另一種無線技術的干擾。類似，在分配的網(wǎng)格中修改資源塊的相對位置或調(diào)度不同無線接入技術工作時間也可用于降低IDC干擾。然而，這些技術的實施或許取決于用于移動資源塊的子載波的可用性，取決于數(shù)據(jù)吞吐率加上調(diào)度工作時間時的延時限制。

5 結論

日益增長的用戶對于對新應用和新服務的強烈需求，只有讓幾種無線接入技術平行工作才能滿足，這驅(qū)使大量無線設備配上多種無線接入技術收發(fā)信機。這些置于同一設備內(nèi)，采用相同或相鄰頻段無線接入技術的收發(fā)信機同時工作，導致IDC干擾和有用數(shù)據(jù)丟失。本文討論或許有助于緩解這種干擾影響的不同技術。盡管這些技術有這樣那樣的缺點，在LTE各協(xié)議層中實施前3GPP仍然對其進行了討論。分析IDC干擾和緩解這種干擾的可能解決方案，對于無線芯片組和設備制造商，物聯(lián)網(wǎng)（IOT）場景創(chuàng)新 - 尤其是機器對機器（M2M）通信，汽車行業(yè)和未來通信技術（它或許在相同通信信道內(nèi)創(chuàng)新使用多種無線接入技術）具有十分重要的意義。