室内分布多系统合路干扰协调分析.doc

京信通信系统（广州）有限公司室内覆盖中多系统合路的干扰协调分析1、概述随着3G牌照发放临近，国内无线运营商将达到3家以上，在一些会展中心、展览馆、机场、地铁、商场等大型建筑室内覆盖，考虑到施工方面的可行性，投资节约性建设等方面的思路，业主方面必然会建议考虑使用多系统接入，将接入的多种业务信号合路，并将合路后的信号引入天馈分布系统，达到充分利用资源，节省投资的目的。2G，PHS，3G和WLAN共用一个分布系统，相互之间会产生干扰。各系统的有源设备在发射有用信号的同时，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其他系统的工作频带内，就会对其他系统形成干扰。 在对共用室内分布式系统时所带来的频谱间干扰，需根据各系统之间的频率关系以及发射/接收特性来具体研究。可以说干扰的主要影响是对系统上行接收通道的影响。在这里，主要考虑以下两个方面：接收机灵敏度降低和接收机过载。为了将这些影响所带来的性能损失降到最小，而不修改（或少修改）现有的发送和接收单元，必须对整个系统的杂散、互调及阻塞干扰进行仔细地考虑。2、干扰的分类系统间的干扰主要分为以下的三类：1）发射杂散杂散干扰就是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到了另一个系统的接收频段内而可能造成的干扰，杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。2）接收机阻塞阻塞干扰，就是各系统信号及其频率组合成分，落在各系统中某基站接收机所接收的信道带宽之外，却仍然能进入该基站接收机，当此干扰大于相关标准中所规定的干扰电平时，就会引起接收机接收灵敏度的下降，恶化接收机的性能。3）系统间互调干扰互调干扰是指两个或以上不同的频率作用于非线性电路或器件时，频率之间相互作用所产生的新频率落入接收机的频段内所产生的干扰。通信系统中的无源器件的线性度一般优于有源器件，但也可能产生互调干扰。互调干扰的常见形式及影响最大的是三阶互调干扰，可能产生干扰的频率组合有2f1-f2、2f1-f3、2f2-f1、2f2-f3、2f3-f1、2f3-f2、f1+f2-f3、f1-f2+f3、f2+f3-f1。这些频率组合可归纳为2f-f2(一型互调)及f1+f2-f3(二型互调)两种类型。互调干扰集中在各系统的下行输出，在进行合路时的互调产物上，主要表现为三阶互调干扰。如果互调产物落在其中某一个系统的上行接收频段内，从而对该系统基站的接收灵敏度造成一定的影响。3、我国移动通信系统频谱划分根据信息产业部相关频率规划的规定，目前我国移动通信系统频谱划分具体如下所示：表一 各系统间的工作频段频率移动通信系统使用频率范围（MHz）上行频率下行频率联通CDMA系统825-835870-880移动GSM系统885-909930-954联通GSM系统909-915954-960移动DCS1800系统1710-17301805-1825联通DCS1800系统1745-17551840-1850电信和网通PHS系统1900-19203G FDD 系统1920-19802110-21703G TDD 系统1880-1920和2010-2025WLAN系统24002483.5由于3G频谱未做具体划分,WCDMA、CDMA2000以及TDSCDMA各频段的详细划分及其运营商的对应关系还不得而知，需要信息产业部在发放3G牌照时具体分配。中国移动和中国联通分别选取了WCDMA和CDMA2000作为各自的3G发展路径，而电信和网通采用的制式未定，TDSCDMA最终以何种方式应用无法确定，因此以下对于3G系统的讨论主要针对3G FDD制式即WCDMA上讨论。4、合路方式多系统合路可采用如下两级合路方式：4.1 前级合路各系统前级合路的系统包括：中国移动GSM900系统、中国移动DCS1800系统，中国移动3G系统，中国联通GSM900系统、中国联通CDMA800系统、中国联通3G系统、中国电信3G系统，中国网通3G系统。前级合路采用上下行天馈分开的方式。4.2 后级合路系统后级合路的系统包括：中国电信PHS1900系统在下行做后级合路；中国移动WLAN系统在上行做后级合路。5、各系统工作信道带宽内总的热噪声功率计算：各系统工作信道带宽内热噪声功率按照下面的公式可以计算出来，具体计算如下： Pn=10lg（KTB）其中：K为波尔兹曼常数，其值为K=1.3810JK；T为绝对温度，常温下取值为T=290K；B为信号带宽，单位为Hz。 将常量代入公式可以简化为：Pn = -174dBm+10lg（B）GSM、DCS1800系统工作信道带宽为200KHz，因此GSM、DCS1800系统工作信道带宽内总的热噪声功率：Pn1 = Pn2 = -174 dBm+10lg（20010Hz）= -121 dBmCDMA系统工作信道带宽为1.23MHz，因此CDMA系统工作信道带宽内总的热噪声功率：Pn3 = -174 dBm+10lg（1.2310Hz）= -113 dBmPHS系统工作信道带宽为300KHz，因此PHS系统工作信道带宽内总的热噪声功率：Pn4 = -174 dBm+10lg（30010Hz）= -119 dBmWCDMA系统工作信道带宽为5MHz（WCDMA系统速率取（384KHZ bit/s），因此WCDMA系统工作信道带宽内总的热噪声功率：Pn5 = -174 dBm+10lg（3.84106Hz）= -108dBmWLAN系统工作信道带宽为22MHz，因此WLAN系统工作信道带宽内总的热噪声功率：Pn6 = -174 dBm+10lg（2210Hz）= -101dBm备注：上面计算暂时不考虑信源的噪声系数，在后面计算里面予以考虑，对于码分系统也未计入扩频增益；6指标分析各种基站的杂散指标：1、GSM/DCS蜂窝发信机杂散指标：频率范围最大值测试带宽9 KHz1GHz-36dBm200 KHz890 MHz915MHz-103dBm10 KHz1GHz12.75 GHz-30dBm3 MHz2、CDMA蜂窝发信机杂散指标：频率范围最大值测试带宽30MHz1GHz-36dBm100 KHz1GHz12.75 GHz-36dBm1MHz806MHz821MHz-67dBm100 KHz885MHz915MHz-67dBm100 KHz930MHz960MHz-47dBm100 KHz1.7GHz1.92 GHz-47dBm100 KHz3.4GHz3.53 GHz-47dBm100 KHz发射工作频带两边各加上1MHz过渡带内的噪声电平-22dBm100 KHz3、PHS蜂窝发信机杂散指标：频率范围最大值测试带宽1.9GHz1.92 GHz（带内）-36dBm300 KHz其他频带（带外）-26dBm300 KHz4、WCDMA蜂窝发信机杂散指标频率范围最大值测试带宽9KHz150KHz-36dBm1KHz150KHz30MHz-36dBm10KHz30MHz1GHz-36dBm100 KHz1GHzFc1-60 MHz or 2100 MHz两者中的最大值-30dBm1MHzFc1-60 MHz or 2100 MHz两者中的最大值Fc1-50 MHz or 2100 MHz两者中的最大值-25dBm1M HzFc1-50 MHz or 2100 MHz两者中的最大值Fc2+50 MHz or 2180 MHz两者中的最大值-15dBm1M HzFc2+50 MHz or 2180 MHz两者中的最大值Fc2+60 MHz or 2180 MHz两者中的最大值-25dBm1M HzFc2+60 MHz or 2180 MHz两者中的最大值12.75GHz-30dBm1M Hz5、特殊频段的抑制保护频段最大电平测量带宽备注19201980MHz-96dBm100KHzBS接收频段921960MHz-57dBm100KHz与GSM900共存时876915MHz-98dBm100KHzGSM900 BTS与UTRA Node B 共址时18051880MHz-47dBm100KHz与DCS1800共存时17101785 MHz-98dBm100KHzDCS1800 BTS与UTRA Node B 共址时1893.51919.6MHz-41dBm300KHz与PHS共存时21002105MHz-30+3.4（f-2100MHz）dBm1MHz与邻频带业务共存时21752180 MHz-30+3.4（2180MHzf）dBm1MHz与邻频带业务共存时18801920MHz20102025 MHz-52 dBm1MHz与TDSCDMA BS 共存时18801920MHz20102025 MHz-86 dBm1MHz与TDSCDMA BS 共存时23002400 MHz-52 dBm1MHz与TDSCDMA BS 共存时23002400 MHz-86 dBm1MHz与TDSCDMA BS 共存时6、WLAN AP 杂散指标：频带最大值测量宽带301000 MHz-36 dBm100KHz2.42.4835GHz-33 dBm100KHz3.43.53GHz-40 dBm1MHz5.7255.85GHz-40 dBm1MHz其他112.75GHz-30 dBm1MHz将干扰系统产生的杂散干扰带宽转换到被干扰系统后整理得：转换公式：10Log表二：各系统杂散辐射指标（单位: dBm）干扰频段被干扰系统CDMA频段内（1.23MHz）GSM频段内（200KHz）DCS频段内（200KHz）PHS频段内（300KHz）WCDMA频段内（3.84MHz）WLAN频段内（22MHz）CDMA-28dBm-28 dBm-20dBm-25dBm-25dBmGSM-64dBm-90dBm-28dBm-95dBm33dBmDCS-44dBm-42dBm-28dBm-95dBm-37dBmPHS-42dBm-40dBm-40dBm-41dBm-35dBmWCDMA-30dBm-29dBm-29dBm-15dBm-24dBmWLAN-23dBm-21dBm-21dBm-8dBm-17dBm备注：为，带宽转换因子，原杂散指标应加上转换因子。7、干扰电平对底噪影响表经过计算，可得到干扰电平的增加对系统噪声的影响，进而恶化了系统的接受灵敏度。表三：干扰电平增量对系统噪声影响表单位（dB）干扰电平相对原噪声电平的增量-20-16-12-10-9-7-6-3-0受到干扰后的系统噪声增量0.040.10.270.40.50.80.971.763系统接收灵敏度恶化的程度0.040.10.270.40.50.80.971.763在被干扰信号上迭加一个比它低7dB的干扰信号，系统噪声增量允许值为0.8dB，接收机灵敏度恶化了0.8dB，下面为各系统的干扰容限表:表四：各系统干扰容限表（单位：dBm）被干扰系统CDMA GSMDCSPHSWCDMAWLAN系统热噪声(Pn)-113dBm-121dBm-121dBm-119dBm-108dBm-101dBm干扰保护7dB7dB7dB7dB7dB7dB基站接收噪声系数Nf5dB5dB5dB5dB5dB5dB允许干扰电平(SI)-115dBm-123dBm-123dBm-121dBm-110dBm-103dBm8 隔离度计算通过干扰分析，我们可以计算出将干扰对系统的影响降低到适当的程度所需要的隔离度，即不明显降低受干扰接收机的灵敏度时的干扰水平。在实际应用中我们选择最大的一个作为隔离度要求即可满足实际的工程需要。发射机杂散对接收机的干扰计算杂散所需要的隔离度为：MCLPspu(Pn+Nf-7)Pspu-SI其中：MCL为隔离度要求Pspu为干扰源发射的杂散信号功率，单位为dBmPn为被干扰系统接收带内热噪声，单位为dBmNf为接收机的噪声系数，可设为5dB，因为基站接收机噪声系数一般不会超过5dB7dB为干扰保护比，在这里为WCDMA的干扰保护比PnNf7SI为被干扰系统的允许干扰电平表五： 发射杂散隔离度 （单位：dB）干扰系统被干扰系统CDMAGSMDCSPHSWCDMAWLANC8008787959090G9008287952890G18007982952886PHS7981818086WCDMA8080809585WLAN80828295869 PHS与WCDMA合路的隔离度计算下面对二级合路PHS的杂散辐射进行单独计算:PHS基站和终端的性能都必须符合RCR-STD28规范的规定，RCR-STD28规范对标称功率、杂散等性能指标的要求是较为松散的，只能作为设备性能的最低要求。一般而言，实际设备的很多性能指标比规范有较大的提高。下面就从规范中定义的指标和实际设备的指标来计算PHS和WCDMA的隔离度1） 按规范定义的杂散指标计算：RCR规范定义发射机的杂散辐射为：带内杂散（19201980MHz）为-36dBm/300KHZ，带外杂散为-26dBm/300KHZ。杂散所需要的隔离度为：MCLPspuPnNf+7 -26+10Log-（PnNf7）-26+10LOG（）-(SI)-26+11-(-110)95dB其中：MCL为隔离度要求 Pspu为干扰源发射的杂散信号功率，单位为dBm为，带宽转换因子 Pn为被干扰系统WCDMA接收带内热噪声，为110dBm Nf为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB 7dB为干扰保护比，在这里为WCDMA的干扰保护比PnNf7SI为被干扰系统的允许干扰电平，WCDMA该值为110dBm2） 按实际设备的杂散指标计算隔离度事实上，实际设备的性能均高于规范要求，中国电信广州研发中心对某型500mW基站进行杂散辐射测试，在19201980MHz其杂散指标为-58dBm/1MHz（在PHS原理及无线网络规划与优化P96页有介绍）。对于PHS与3G共用室内分布系统时，对合路器的隔离度要求计算：MCLPspuPnNf+7 -58+10Log-（PnNf7）-58+10LOG（）-(SI)-58+6-(-110)58dB按照PHS基站的实际杂散指标（-58dBm/1MHz）来计算，PHS和其余系统合路的杂散干扰隔离度为：被干扰系统干扰系统CDMAGSMDCSPHSWCDMAWLANPHS585858-5858通过以上分析发现，当PHS和WCDMA合路时，当PHS基站杂散指标为规范定义值时，系统隔离度要求大于95dB；如果PHS基站杂散指标为实际厂家指标值时，两个系统合路器的隔离度只需要大于60dB。计算结果表明在杂散辐射指标上实际设备均有较大的余量（定义该余量为M，M的典型值为30dB）。因此在考虑合路/共址的工程时应依据设备的实际情况设置隔离度（MCL-M），而不需要完全按照协议要求的情况来考虑系统间的隔离度，不同厂家，不同类型的PHS基站的实际杂散指标可能不一样，应该以厂家给出的指标或实际测试为准。PHS空中接口频段为19001980MHz，WCDMA上行频段为19201980MHz，两者之间没有隔离，合路器的隔离度很难实现。由于3G频段尚未划分给运营商，可以通过改变PHS频段来解决这个问题，初步压缩室内分布系统基站的工作频段为19001910MHz，这样两个网络间的工作频段就有10MHz的间隔，合路器较容易做到70dB隔离度，达到抑制杂散干扰的目的。另外对于隔离度要求过大的系统合路时，可以考虑在干扰系统发射机后增加一级滤波器降低干扰系统的杂散输出，再与其他系统合路。10、由接收机离散型干扰电平确定系统间最小隔离度由于时分系统以突发脉冲发射功率，因而其产生的互调、谐波以及阻塞将有可能对其它系统产生干扰。国家无线电主管部门在进行频段划分时已经极大地防止了互调和谐波的出现；因此，我们仅计算阻塞干扰所需的系统间最小隔离度，并将此值与第三节中因宽带杂散辐射而计算所得的MCL1，作比较。因阻塞所需的系统间最小隔离度应按下式计算：PT干扰源发射的（主信号）功率电平（对多载频系统应适当增加余量）Sb接收机抗阻塞干扰限制电平根据相关技术资料：ETSI GSM05.0.5；3GPPTS25.104；3GPPTS25.101；3GPPTS25.942；ITU-R8F研究报告M2030。以及我国行业标准TD-SCDMA设备规范等，我们在表六中列出了各系统的阻塞干扰限制电平。干扰系统被干扰系统PT表六 各系统接收机阻塞干扰限制电平（单位：dBm）C800G900G1800PHSWCDMAWLAN+43+43+43+36+43+20C800-1-16-16-16-16G900-138888G180000-1300PHS0-5-5-15-15WCDMA-15-15-15-40-15WLAN00000由此可计算得MCL2，列于表七表中G900和G1800主信号发射功率增加2dB为多载波余量表七 阻塞干扰隔离度要求干扰系统被干扰系统C800G900G1800PHSWCDMAWLANC8004459525936G9005635283512G18004343494320PHS4348485835WCDMA5858587635WLAN4343433643按表四和表七，取其高者即需要外接滤波器的阻带衰减值，以上推导是在各系统上、下行全部合为一路的特定情况下得出的。具体要求还应根据合路情况而定。11、京信公司的多系统合路解决方案为了将各个系统能正常接入同一个覆盖系统中，京信公司生产各种不同频段间的合路器，可以根据实际组网的需求来进行选取，如有：GSM+CDMA+DCS 三端口合路器、（GSM+CDMA+DCS）+PHS+3G+WLAN 四端口合路器、（GSM+CDMA+DCS）+PHS+3G 三端口合路器、PHS+3G二端口合