直放站的噪声系数和互调干扰对GSM网络的影响及解决方法

1、直放站的噪声系数和互调干扰对GSM网络的影响及解决方法南京解放军理工大学通信工程学院无线通信系 马俊峰     移动通信系统中使用直放站可以经济、迅速、有效的填补盲区，改善网络质量，给运营商带来可观经济效益，因此在网络中得到广泛的应用。但是直放站本身是有源设备，它自身的噪声系数和产生的杂散、互调信号如果控制不好会对网络产生干扰，降低网络的质量，严重时会造成系统瘫痪。为了保证网络运行质量，需要在设计过程中合理使用，并通过网络优化工作，将影响降低到合理的范围内。    一、直放站的噪声系数对GSM网络的影响及解决方法  

2、;  直放站的噪声系数对施主基站的影响，主要表现在直放站的上行噪声引入施主基站，从而降低施主基站接收机的接收灵敏度，减小了施主基站的覆盖范围，甚至引起掉话率和误码率的上升。    1影响分析    直放站是有源设备，直放站内部有较多非线性有源器件，性能较好的直放站上下行的噪声系数都应小于5dB，下面就以以此值作为讨论的条件。    首先介绍两个概念：KT(热噪声密度)和EDoPL(有效路径损耗)。    KT(热噪声密度)为设备内部电子热运动引起的噪声，是所有设备都

3、固有的，它只和温度有关。    K为波滋曼常数，T为绝对温度。    如在温度为17时，KT(热噪声密度)为：174dBm/Hz。    EDoPL(有效路径损耗)就是指基站输出口到直放站的输入口的总的路径损耗，无论信号是通过空中传播或通过光纤传输。如下图中：    EdoPL=OUT-IN=40-(-50)=90    直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提高接收机噪声电平。 &

4、#160;  设直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平为Nin，则：    Nin=K*T*B+NFrepGrepEdoPL     K*T:热噪声密度 B: 系统信道带宽     NFrep:直放站噪声系数 Grep: 直放站增益    EDoPL：有效路径损耗    设基站接收机等效热噪声电平为Nbts,则：    NbtsK*T*B+NFbts     K*T:

5、热噪声密度 B:系统信道带宽     NFbts：基站接收机噪声系数    基站接收机等效热噪声电平升高ROT（RaiseOverThermal），则    ROT=10Log【（10Nin/10+10Nbts/10）/10Nbts/10】     设基站噪声注入裕量NIM(NoiseInjectionMargin)，则    NIM10Log（10Nbts/10/10Nin/10）     可得： 

6、60;  ROT=10Log（110-NIM/10）     例一：设EDoPL为90dB,直放站增益设为90dB（设此时直放站下行输出功率和基站一样），直放站和基站的噪声系数5dB，为保持上下行链路平衡，上下行增益设置一样。利用前边的公式可以得出:    ROT=3dB    结论：直放站的引入使基站噪声电平提高3dB，接收机灵敏度降低3dB，施主基站覆盖范围缩小2030，同样直放站的覆盖范围也要相应减小。    例二：设EDoPL为90dB,直放站增益设为85d

7、B（直放站下行输出功率比基站小5dB），直放站和基站的噪声系数5dB,为保持上下行链路平衡，上下行增益设置一样。利用前边的公式可以得出:    ROT=0.8dB    结论：直放站的引入使基站噪声电平提高0.8dB，接收机灵敏度降低0.8dB，施主基站覆盖范围缩小较少。    2解决方法    通过以上两例可以看出，影响上行输出噪声功率的因素有两个：噪声系数和整机功率。当直放站增益设置比有效路径损耗小时，直放站躁声系数对基站的影响比较小（如果在此基础上再留10dB左右的余量

8、，直放站对基站影响将会更小：<0.3dB）。选择噪声系数尽可能小的直放站，合理调整直放站的增益，严格控制直放站的发射功率，才能避免上行躁声给网络带来的不利影响。    二、直放站的互调干扰对GSM网络的影响及解决办法    互调干扰是指几个不同频率的信号通过非线性电路时，会产生与有用信号频率相同或相近的频率组合，而对通信系统构成的一种干扰。根据IS95规范和国家无委的检测标准，GSM直放站产生的杂散和互调信号在9KHz-1GHz时小于-36dBm，在1GHz-12.75GHz时小于-30dBm。   

9、; 1影响分析    在移动通信系统中，互调产生的原因有三方面：发信机互调、接收机互调和外部效应引起的互调。    直放站的杂散和互调的产生主要来自于直放站内部的功放模块。发射机互调是由于直放站在多个发信机（载波）同时工作时，因合路器系统的隔离度不够而导致信号相互耦合，干扰信号侵入发射机末级功率放大器，从而与有用信号之间合成互调产物，并随有用信号发射，造成干扰。接收机互调主要是由高放级及第一混频级电路的非线性所引起。外部效应引起的互调主要是由于发射机馈线、高频滤波器等无源电路接触不良，以及由于异种金属的接触部分非线性等原因，使强电场的

10、发散信号引起互调，产生干扰源。    当有多个频率信号通过非线性电路时，便会相互调制产生互调失真，以二阶和三阶失真幅度为最大，阶数越高失真越小。二阶互调fa+fb、fa-fb等，因其频率远离主导信号频率fa、fb，可不考虑：三阶互调的两种模型2fa-fb、fa+fb-fc，因其频率接近或等于主导信号频率，对通信的影响最大；三阶以上互调失真幅度较小，均可不考虑。移动通信设备主要考虑三阶互调的影响。    （1）互调干扰对系统的影响：    对其它运营商的影响：当一个运营商(移动或联通)开通了一台杂散和互调较

11、高的直放站时，互调和杂散信号落在本运营商的频带外，会对附近另一个运营商的下行信号造成同频干扰。    如：运营商A欲在一四层楼上安装一台直放站，杂散和互调为-36dBm（满足无委指标），杂散和互调信号和有用信号一起通过17dBi的业务天线发射，那么杂散和互调信号在天线正面的输出强度为-18dBm，根据自由空间无线信号传播公式可知，相距10米衰减大约50dB，相距100米衰减大约70dB，相距1公里大约衰减90dB；可以算出对其它运营商的下行信号带来的同频干扰。在无阻挡环境下天线正前方100米以内同频干扰大于-88dBm，这时如果另一运营商的信号强度低于-79dBm

12、，使得载波干扰比低于9，就会造成无法接通的情况发生。因此，在做室内或室外直放站工程时，控制各运营商的设备及天线的距离，对避免干扰非常重要。    （2）对相邻基站小区的影响：    在使用大功率宽带直放站时，互调指标比较高，由于带宽选择直放站所有的信道都共用一个功放模块，而后级的滤波器是一个宽带滤波器，对通带内的互调信号没有抑制作用，因此很难满足IS95规范对互调信号的要求。如果恰好能接收到附近本运营商基站的同频信号，输出时后级宽带滤波器对它们不产生任何抑制，那么会产生严重的同频干扰。    假设直放站输

13、出功率10W，一般三阶互调40dBc，三阶互调实际输出电平（0dBm），如施主基站使用80、84两个载波，三阶互调信号就回落在76和89两个载波上，通过17dBi的天线向外发射，那么在业务天线前方使用76和89载波的基站就会受到不同程度的同频干扰，造成掉话率升高，切换失败率提高等问题。    （3）对自身上行信号的影响:    直放站下行功放产生的杂散和互调信号通过直放站内部的双工器进入上行信道，如果此信号过高就会严重干扰上行信号，造成直放站的覆盖范围降低。    如：直放站的杂散和互调为-36dBm（满

14、足无委指标），双工器的隔离度为70dB，下行功放产生的杂散和互调对上行信道的干扰为-106dBm，再加上直放站的噪声系数5dB，噪声电平达到-101dBm，为保证GSM要求的最小载干比9dB，所需最小上行信号电平应大于-92dBm。假如直放站输出功率每载波5W（37dBm），手机最大输出功率2W（33dBm），那么直放站实际覆盖距离是下行信号电平为-87dBm，低于此电平值，手机用户将会因为上行链路信噪比不够而无法通话。    2解决方法    通过上述分析可知，影响上行输出的互调因素有两个：设备本身的线性度和ALC控制电平。为避免产生三阶互调，可采用下面的办法：    (1)选择适当的频点组合。拉开频距选用无三阶互调频道点组工作，使三阶互调不会落在所使用的频点内；    (2)采用自动增益（功率）控制(APC)技术，实时减小发射功率以减低互调电平，使其不至于落入有源器件的非线性区。    (3)提高收信机前端的选