摘要? 本文分析了WCDMA和TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)的互干擾,根據(jù)基站的收發(fā)特性和無線性能指標(biāo),給出了共站址時的最少隔離度和隔離距離,從理論上分析了WCDMA和TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)的可行性。
??? 干擾是由于干擾源的存在,使得在被干擾系統(tǒng)的接收機(jī)產(chǎn)生了信噪比的惡化,影響了系統(tǒng)的性能。干擾從產(chǎn)生的機(jī)理上講分為干擾源產(chǎn)生加性噪聲干擾和互調(diào)干擾。圖1為兩個共址基站的互干擾原理圖。
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圖1 共址基站互干擾原理
??? 基站間的干擾主要分為3類:雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。
??? 雜散干擾是由于干擾源濾波特性不能滿足技術(shù)要求,使干擾源的帶外信號以噪聲的形式出現(xiàn)在相鄰頻段內(nèi),抬高被干擾基站的噪聲基底,接收機(jī)靈敏度降低,上行鏈路性能變差。
??? 阻塞干擾是接收微弱的有用信號時,受到接收頻率兩旁、高頻回路帶內(nèi)一強(qiáng)干擾信號,超出了接收機(jī)的線性范圍,導(dǎo)致接收機(jī)因飽和而無法工作。
??? 互調(diào)干擾是指頻率為f1和f2的兩個信號經(jīng)過非線性器件或傳播媒介后出現(xiàn)的頻率為F1的和或差的信號,如果它們落在被干擾系統(tǒng)的頻帶內(nèi),就會導(dǎo)致干擾,使信噪比下降。研究表明,三階互調(diào)干擾是最強(qiáng)的互調(diào)干擾,其頻率為f1+2f2,f1-2f2,2f1+f2,2f1-f2。
1、天線干擾隔離措施
??? 為保證良好的系統(tǒng)性能,必須使兩個共址基站的天線有好的隔離度,使3種干擾得到避免或最小化。天線隔離度是指基站間的路徑損耗(包括天線增益和饋線損耗的綜合作用),它體現(xiàn)了發(fā)射機(jī)到接收機(jī)間的信號衰減程度??梢圆扇〉母綦x措施如下。
??? (1)發(fā)射天線和接收天線保證足夠的空間隔離,二者在垂直或水平距離上保持足夠遠(yuǎn);
??? (2)利用地形地物阻擋或使用擋板;
??? (3)調(diào)整基站天線的方位角或下傾角;
??? (4)干擾基站發(fā)送端增加帶通濾波器;
??? (5)降低干擾基站的發(fā)射功率;
??? (6)在被干擾基站的接收端增加帶通濾波器;
??? (7)修改頻率規(guī)劃,使干擾系統(tǒng)下行和被干擾系統(tǒng)上行的頻率之間保留足夠的保護(hù)帶。
??? 實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)具體情況采用一種或多種組合方案。上述方案中,(1)~(3)項(xiàng)比較容易實(shí)現(xiàn),(4)~(6)項(xiàng)可在調(diào)測階段有選擇的使用,(7)項(xiàng)涉及到國家的頻率政策,不太容易實(shí)現(xiàn)。通常最常用的方法是通過空間隔離方式降低基站間的干擾。
2、WCDMA與TD-SCDMA基站天線干擾分析
??? TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)的工作頻段存在接近點(diǎn)。我國3G頻譜分配情況為TD-SCDMA的頻率為1880~1920MHz、2010~2025MHz,WCDMA的工作頻率為上行1920~1980MHz,下行2110~2170MHz,可見TD-SCDMA的1880~1920MHz與WCDMA的上行頻率相隔最近,系統(tǒng)間將會存在一定程度的干擾。
??? TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)間的干擾是相互的,包括基站和基站,移動臺和移動臺,移動臺和基站之間的干擾。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,主要考慮基站與基站間的干擾,而不必考慮移動臺與移動臺之間的干擾。
??? 2.1 TD-SCDMA基站對WCDMA基站的雜散干擾
???? 根據(jù)3GPP協(xié)議,WCDMA Node B和TD-SCDMA基站性能如表1所示。
表1 WCDMA Node B基站和TD-SCDMA基站性能?
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???? TD-SCDMA基站帶外雜散輻射根據(jù)不同的情況有不同的要求,共站與臨近建站時ACLR性能要求分別如表2、3所示。分析時采用性能要求較低的情況,即臨近測量頻點(diǎn)的最大干擾功率電平取-36dBm。
表2 共站時基站的ACLR性能要求?
表3 臨近建站時基站的ACLR性能要求
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???? WCDMA基站的靈敏度為-120.2dBm(對12.2kbit/s的話音業(yè)務(wù)),在滿足靈敏度的條件下,要求的S/N為-18dB,這樣等效的系統(tǒng)的噪聲最大為:
???? -120.2dBm-(-18dB)=-102.2dBm
???? 如果從外部接收到的加性噪聲導(dǎo)致系統(tǒng)的等效噪聲增大0.8dB時,WCDMA基站的靈敏度降低0.8dB,可認(rèn)為對系統(tǒng)是可以接受的,計算出此時外界的干擾約為:
???? 10log(10-101.4/10-10-102.2/10)=-109.14dBm
???? 當(dāng)TD-SCDMA和WCDMA共存,為了避免TD-SCDMA的雜散干擾,這樣TD-SCDMA和WCDMA的最小隔離度為:
???? -36dBm-109.09dBm=73.14dB
??? 2.2 TD-SCDMA基站對WCDMA基站的阻塞干擾
???? WCDMA基站的帶外阻塞指標(biāo)為-40dBm,所以要消除TD-SCDMA基站對WCDMA基站的阻塞干擾需要的最小隔離度為:
???? 39dBm-(-40dBm)=79dB
??? 2.3 WCDMA與TD-SCDMA基站的互調(diào)干擾
???? TD-SCDMA的最低頻點(diǎn)為f1=1880.8MHz,最高頻點(diǎn)為f2=1919.2MHz,三階互調(diào)范圍在(2f1-f2)~(2f2-f1)即1842.4~1957.6MHz,可見三階交調(diào)頻率落在WCDMA上行工作頻段內(nèi),對基站的上行接收性能有影響。根據(jù)3GPP協(xié)議WCDMA基站的接收機(jī)接收到的信號小于-48dBm時,WCDMA的基站不會產(chǎn)生交調(diào),所以要消除PHS基站的交調(diào)對WCDMA基站的干擾需要的最小隔離度為:
???? 39dBm-(-48dBm)=87dB
???? 根據(jù)以上結(jié)果,WCDMA基站為防止TD-SCDMA基站的干擾,最小的隔離度應(yīng)為87dB。
3、基站天線空間隔離
??? 天線隔離方式一般有3種方式:水平隔離,垂直隔離,組合梯形隔離,可以通過以下3個公式計算隔離度。
??? 水平隔離度計算公式為:
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??? 其中,Gant為兩基站天線的有效天線增益,dh為兩系統(tǒng)天線間的水平間隔距離,λ為波長。對WCDMA全向天線,其增益為11 dBi,TD-SCDMA天線在此基礎(chǔ)上增加7dB的賦形增益,共18dBi,兩基站共站時還存在-6dB的耦合增益,因此Gont=11+11+7-6=23dBi。隔離度Ih為87dB,波長λ為3×108/1922.5×106=0.1560m,則水平隔離距離為3918.54m。表4為不同水平隔離距離時的隔離度。
表4 水平隔離度
??? 垂直隔離度計算公式為:
??? 其中dv為垂直隔離距離。同樣,代入上面所取的數(shù)值,可計算為達(dá)到87dB的隔離度要求,需要的垂直隔離距離為4.66m。分析水平隔離和垂直隔離度的計算公式可見,采用垂直隔離時,獲得的隔離度與垂直距離的對數(shù)呈40倍關(guān)系,也就是說,當(dāng)垂直距離增大10倍時,隔離度將增大40dB,而對于水平隔離的情況,隔離度只能增大20dB。同時,水平隔離時還需考慮發(fā)送和接收天線的增益,這在很大程度上也提高了水平隔離時的距離要求。表5為不同垂直隔離距離時的隔離度。
表5 垂直隔離度
??? 梯形組合隔離度計算公式為:
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??? 采取不同的垂直隔離和水平隔離距離組合,可得到組合隔離度如表6所示。
表6 梯形組合隔離度
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4、結(jié)論
??? 由以上分析可見,WCDMA和TD-SCDMA基站之間要達(dá)到87 dB的隔離度,采用水平隔離時需7147m的距離,實(shí)際中只能通過增加外接帶通濾波器解決,但是要評估使用外接帶通濾波器對網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的影響。采用垂直隔離時需4.66m的天線高度差,這說明兩者共站建設(shè)是完全可能的,只要通過天線高度差就可以解決互干擾問題。
??? 對于共址建設(shè)的情況,需處理好垂直隔離距離和水平隔離距離的組合,若由于實(shí)際場景的限制而無法實(shí)現(xiàn)所定出的最小空間距離的無線站,則需要另外增加外接帶通濾波器。必要時,要對網(wǎng)絡(luò)的無線設(shè)計做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,以彌補(bǔ)由于使用外接帶通濾波器對網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量產(chǎn)生的不良影響。
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