楼宇内2G3G各系统共存的干扰问题

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题京信华东分公司技术总监孙孺石 随着各种3G系统以及WLAN系统的登台亮相，作为楼宇覆盖的微蜂窝系统势必在现有的2G（GSM900/GSM1800和IS95-CDMA）系统中将共址3G或WLAN系统。那么，了解各类时分和码分系统的抗干扰机理，分析它们互相间可能存在的干扰将是系统运营商和集成商面临的一个课题。 对于任何两个需要共址的系统，我们都可以按下列程序分析其相互干扰的问题。画出两个系统的工作频段直方图，计算其上/下行保护带计算和分析各类离散型干扰的可能性。包括同频、邻道、谐波和互调计算阻塞干扰及噪声了解时分系统的阻塞干扰指标对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力了解码分多址系统的抗干扰机理对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题画出两个系统的工作频段直方图，计算其上/下行保护带计算和分析各类离散型干扰的可能性。包括同频、邻道、谐波和互调计算阻塞干扰及噪声了解时分系统的阻塞干扰指标对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力了解码分多址系统的抗干扰机理对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题上行810～17182520242122199～MHz下行810～17182520242122199～MHz数字集群IS-95GSM900GSM1800TD-SCDMA(低)PCSTD-SCDMA(高)WCDMA(cdma2000)WLAN楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题系统MHz上行下行集群806—821851—866IS-95CDMA825—835870—880GSM900890—915935—960GSM18001710—17851805—1880WCDMA(cdma2000)1920—19802110—2170TD-SCDMA1880—19202010—20251880—19202010—2025PCS1915—19201915—1920WLAN2400—2483.52400—2483.5楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题上行(MHz)下行(MHz)集群与IS-95CDMA44集群与GSM9006969GSM900与IS-95CDMA5555GSM1800与WCDMA145230GSM1800与TD-SCDMA(低)95相邻GSM1800与PCS13035WCDMA与TD-SCDMA(低)相邻100各系统间的保护带（大于1GHz不计入）上行(MHz)下行(MHz)WCDMA与PCS相邻190GSM1800与WLAN615520WCDMA与WLAN420230PCS与WLAN480480TD-SCDMA(高)与WLAN375375TD-SCDMA(低)与PCS重叠重叠楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题由频率直方图及保护带计算可以看出：大部分系统间在频段规划上都留有足够的保护带。TD-SCDMA的低端频段与PCS重叠，所以不能共址使用。GSM1800下行与TD-SCDMA低端频段相邻，若需共址，应在器件上采取措施加大隔离度。在3G系统中，WCDMA/cdma2000上行与TD-SCDMA低端频段相邻，需计算其隔离度。大多数频分双工时分或码分多址的系统不存在同频、邻道、互调及谐波等干扰；而对于时分双工时分多址（如PCS）与其他系统共址时，应重点计算其上行基站接收机的噪声增加情况。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题

画出两个系统的工作频段直方图，计算其上/下行保护带计算和分析各类离散型干扰的可能性。包括同频、邻道、谐波和互调计算阻塞干扰及噪声了解时分系统的阻塞干扰指标对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力了解码分多址系统的抗干扰机理对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 从无线信号的干扰产生的机理来看,应该将干扰分为: ————热噪声的增加(N) ————离散的干扰 同频(C)

邻道(A)

互调(I,含交调和倍频) ————强干扰引起的阻塞(B)

下面,我们根据各系统间的频率关系列表确认它们相互间可能存在的干扰源,并且将干扰程度分为高(红色)、中(棕色)、低(黄色)三级，白色表示无干扰存在。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题2G3G3G2G上行（MHz）下行（MHz）楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题FDDTDDDSSS/FHFDMATACSAMPSTDMAGSMTrunkingDECTPCSCDMAIS-95WCDMAcdma2000TD-SCDMAWLAN多址技术系统双工模式楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题通常，码分系统具有较强的抗干扰能力，且随着带宽的增加而加强；随着传输速率的增高而减弱。任何其他系统的离散型干扰对码分系统而言都可化作噪声的增加从而转化成系统容量的下降（百分比）或覆盖区减小（百分比）。采用频分双工制式在频率规划上具有先天的优越性，其保护带较宽因而较少受各类离散型的干扰。时分双工由于上、下行频段合一，必然在组网上较易受干扰，也较易干扰其他系统，当这类系统需要和其他系统共址时，应特别注意其下行（实际上也是上行频段）发射频率对其他系统上行基站接收端的干扰。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题画出两个系统的工作频段直方图，计算其上/下行保护带计算和分析各类离散型干扰的可能性。包括同频、邻道、谐波和互调计算阻塞干扰及噪声了解时分系统的阻塞干扰指标对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力了解码分多址系统的抗干扰机理对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题对于时分多址系统，我们应该根据其规范了解该系统抗各类干扰的性能指标。GSMPCS下行发射功率+33dBm+10dBm下行杂散辐射<1GHz-36dBm带内-103dBm>1GHz-30dBm-90dBc上行接收灵敏度-104dBm-95dBm同频干扰保护比12dB(无跳频)17dB邻道干扰保护比±200KHz9dB±400KHz41dB互调干扰保护比60dB65dB阻塞干扰保护比<1GHz-57dBm>1GHz-47dBm90dB以上指标仅作参考，具体数值应根据运营商提供的系统指标而定。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题画出两个系统的工作频段直方图，计算其上/下行保护带计算和分析各类离散型干扰的可能性。包括同频、邻道、谐波和互调计算阻塞干扰及噪声了解时分系统的阻塞干扰指标对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力了解码分多址系统的抗干扰机理对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 对于码分多址无论其双工方式如何都具有较强的抗干扰性。 当一个窄带干扰信号进入码分系统的信息频段时，由于其相关特性，系统将扩展窄带信号的功率谱使其降低到1/GP,而接收机将扩频编码信号扩展为GP倍，如图所示[1]其中GP为扩频增益GP=10lg（射频带宽/信息速率）也就是说，当到达该码分系统接收端的窄带离散型干扰的幅度接近扩频信号的2GP倍时，才会对CDMA系统造成干扰。I射频接收端S解扩后SI楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 不同的码分系统其GP值是不同的，它随射频信道带宽增大而增强，且随着信息速率的提高而降低。射频带宽（MHz）信息速率扩频增益GP（dB）IS-95CDMA1.22889.6kbps21.0Cdma20001.22889.6~144kbps21.0~9.3WCDMA1.xx1.0248~144kbps21~9.53xx4.096384Kbps10.3WLAN221~11Mbps13~3楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题码分多址系统是一个噪声自限系统，同一覆盖区内来自任何其他用户的通信都将作为干扰来处理。由于码分多址系统的频率复用系数趋近于1，因此，除了来自同一覆盖区的其它用户的干扰外，相邻小区的干扰也占一定的比例，需加以考虑。系统在满载容量下工作时，所受干扰最大，但通常系统采用功率控制技术，使干扰减小。系统可以降低速率（从而降低通话质量）而适应强干扰的情况，此时增加的容量被称为“软容量”，这是码分系统所特有的性能。我们在分析受干扰情况时，将不考虑功率控制和“软容量”的概念，否则无法比较。任何干扰的增强都可以直接地、线性地转变为容量的下降或覆盖区的减小（百分比）。扩频处理增益GP来源于扩展频谱调制方式，处理增益也是码分多址系统抗干扰性能的衡量标准。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题任何一个码分多址系统，当其传输带宽和信息速率确定以后，其总处理增益是GPt一个确定值，如上页列表可见。GPt＝GP1＋GP2＋GP3＋GP4[2]

式中GP1对应于容量

GP2用来抗人为干扰

GP3用来抗其它系统的无意干扰

GP4用来补偿因功率控制不完善造成的有害影响。在讨论微蜂窝室内多系统共址的相互干扰时，我们 假定不存在人为干扰，也不考虑功率控制问题。 所以，GP2＝0；GP4＝0当无线覆盖采用全向天线方式时，如图所示，其邻 近小区干扰的百分比计算如表I所示。它表明移动台 在本小区的覆盖边缘所接收到的邻近小区干扰分配 状况。当然，它与传播衰耗指数有关。 楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题表II所列为采用定向天线覆盖时，邻近小区干扰的百分比分配状况。层序该层小区产生的干扰占总干扰百分比干扰小区数目百分比K060.8%160.8％K16%636％K20.2%122.4％K30.03%180.54％K40.01％240.24％层序该层小区产生的干扰占总干扰百分比干扰小区数目百分比K060.8%160.8％K115.2%230.4％K22.5%37.5％K30.2%61.2％表I

全向小区状况表II

扇形小区状况楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题对于单一小区的CDMA系统，可考虑只有小区内的干扰（称为区内自干扰）

C/I:接收机输入端的载干比;Eb:每比特的接收能量;

Io:干扰譜密度 则业务信道数

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题对于多小区CDMA系统，需考虑相邻小区干扰Ia，此时业务信道降为M’

即

则业务信道扩频增益的变化是

通常也可引入一个参数F，即区内自干扰占全部干扰的百分比 即 或 则楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题对于室内多系统共址系统，我们同样可以认为当存在其他系统的干扰Ib时，

可得允许的干扰占原有干扰的百分比或者，从另一个角度来推导，即当Ib存在时，允许容量下降多少百分比。

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 设

β’即允许容量下降的百分比值即允许的干扰值Ib/C与容量M()及β’有关。

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题对于多小区CDMA系统再加一个外加干扰的情况。设外加干扰为Ic，容量将由M下降为M’’。

可求得扩频增益的变化是

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题同样，我们可以求得当Ic存在时系统容量下降的百分比。

设

即

即允许的干扰Ic/C与容量M()及β”有关,且与小区自干扰占的百分比F值有关。以上，我们给出了杂散小区对单区或多区码分系统影响的定量概念，当然，我们也可以对这种影响进行计算机模拟，本文稍后举例中将利用一些现有的文献资料进一步阐明。

楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题举例一、GSM与TD-SCDMA共址

由于GSM1800与TD-SCDMA低频段为相邻频道关系，且TD-SCDMA是一个时分双工系统。因此，需要着重分析GSM1800下行信号对TD-SCDMA上行基站接收的影响以及TD-SCDMA下行信号对GSM1800上行接收的影响。 如图可见，这两个系统存在邻道干扰问题。 *GSM1800下行发送信号对TD-SCDMA上行 基站接收的干扰。 ----GSM下行输出最大功率电平：+33dBm ----合路器HTD-SCDMA端口对GSM1800

信号的抑制：6dB ----TD-SCDMA抗杂散干扰指标：80dBc

----TD-SCDMA灵敏度标称指标：-90dBm

干扰电平:+33dBm-6dB-(-90dBm)=117dBc>80dBc

GSM1800GSM1800170018001900170018001900上行下行GSM1800TD-SCDMAH楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题造成强阻塞，也即，当GSM1800下行发送时使TD-SCDMA上行无法正常工作。可采取的补救方法： 1、不共址 2、研制新的合路器，使端口间隔离度≥50dB；同时在合路前插入单向环形器件（如图：反向隔离20dB，正向插损<0.5dB），则 +33dBm-50dB-20dB-(-90dBm)=53dBc<80dBcGSM1800TD-SCDMAH楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题

举例二、WLAN与GSM系统的共址

WLAN是一个DSSS系统，所用频段为2400～2483.5MHz。为了降低多个接入点引入的相互干扰，该标准将同时传输的信号分配到三个不同的频带，每个频带22MHz，其数据传输速率是可变的，从最低的1Mbps到最高的11Mbps，因此，该系统的扩频增益GP

也是可变的，从13dB～3dB。这意味着，WLAN系统只能承受高于有用信号3dB的干扰，否则，系统只能降低数据传输速率以增加抗干扰性。 而运营中的GSM系统无论是900MHz或者是1800MHz频段都采用TDMA制式，其载频传输方式是一种时分的突发脉冲，其功率电平相对较高。 这两个系统拟在微蜂窝室内进行共址建设时，相互间存在较大的保护频段，且其工作频率间也不存在邻道、互调及谐波干扰。因此，主要是分析上行基站接收机的噪声增量是否影响系统的正常工作。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 1.WLAN下行

GSM上行 如图是共址时通常采用的合路器件，例如用京信公司的CM-CLNN00蜂窝，WLAN合路器。 ----AP经放大器后输出功率30dBm ----带外噪声电平-80dBc

----合路器WLAN端口对GSM频段的 带外抑制也是80dB ----GSM通带宽相对WLAN系统的带宽增益10lg(200K/22MHz)=-20dB ----因此WLAN下行信号通过合路器耦合到GSM上行输入端的噪声电 平为：30dBm-80dB-80dB-20dB=-150dBm ----显而易见，因WLAN下行信号对GSM上行信号的噪声增量甚微， 可忽略不计WLANGSMH通道衰耗（Max:16dB）AP楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题 2.GSM下行

WLAN上行 ----GSM放大器输出最大功率电平+33dBm ----GSM带外杂散-30dBm（即-63dBc） ----合路器GSM端口对WLAN频段的带外抑制60dB ----WLAN系统扩频增益最低为3dB ----因此，GSM下行信号通过合路器耦合到WLAN上行输入端的杂散 电平为：-30dBm-60dB-3dB=-93dBm ----而WLAN/AP上行输入端口的信号功率电平通常为： -75dBm-16dB=-91dBm

也就是说，它能承受-91dBm+3dB=-88dBm的干扰，与-93dBm相比，尚有5dB的余量。 3.顺便说二点补充条件：由于扩频增益将随着数据速率降低而增加，取3dB是最低的；GSM杂散电平-30dBm是设备指标值，并不表示在WLAN频段（2.4GHz频段）恰巧存在离散的杂散辐射。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题4.WLAN信号经耦合系统的反馈问题 由于AP可能有多点接入而GSM分路器来自于一个放大源，因此，从AP发出的WLAN信号可能会通过GSM分路路径而反馈到另一个AP一起发送而构成干扰，其路径如图所示。 图中，实线表示正常信号路径，而虚线表示反馈路径。正常信号路径表明在A点WLAN的AP2下行功率电平为15dBm-1dB=14dBm

带内插损0.6dB+带内波动0.4dB=1dBH1H2AP1G1G2AAP2楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题AP1通过GSM路径反馈至A点的干扰功率电平为： 30dBm-80dB-6dB-2dB-15dB-60dB+15dB-1dB=-119dBm

上述计算表明，由AP1通过GSM路径反馈至A点的干扰信号将比正常信号低 +14dBm-(-119dBm)=133dB

因此，采用京信公司的宽带合路器CM－CLNN00不需要在GSM的耦合器输出端加滤波器或单向环形器件。 总之，以上分析表明WLAN系统与GSM系统完全可以在微蜂窝内共址建设。AP1放大器输出G1~G2馈线损耗H2插损H1合路器衰减指标值G1耦合损耗G2耦合度指标值H2合路器衰减指标值AP2放大器增益楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题举例三、WCDMA/cdma2000与GSM共址

这两个系统都是频分双工模式，其上行保护频段最少也有145MHz，而下行的保护频段最少为230MHz，两个系统在频率上没有邻道、互调及谐波关系，且两者的抗阻塞干扰指标均在80dB以上，因此，当它们共址时，GSM的杂散辐射不会干扰WCDMA或cdma2000系统。但这些微量的杂散辐射将增加WCDMA/cdma2000码分系统的噪声电平，从而降低其容量。 有资料[3]对邻道干扰（ACI）对系统容量的影响作了分析并仿真。从图中可以看出当邻道干扰功率比ACIR高于20dB时，容量的损失减少很快。在3GPP规范中对ACIR的标称指标要求是33dB，从仿真结果看其对应的微小区容量损失低于1％。楼宇内2G/3G各系统共存的干扰问题举例四、WCDMA/cdm