模擬集群系統(tǒng)和iDEN系統(tǒng)共用頻段時(shí)的干擾分析

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，集群通信正向數(shù)字化方向發(fā)展， iDEN和TETRA系統(tǒng)就是我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的兩種數(shù)字集群體制。但當(dāng)我們建立數(shù)字集群通信系統(tǒng)時(shí)，不可能也不應(yīng)該立即廢止原有的模擬集群系統(tǒng)，因此，在800MHz集群通信頻段，模擬集群和數(shù)字集群系統(tǒng)將共存一段時(shí)間。本文擬探討iDEN系統(tǒng)與模擬集群系統(tǒng)共用頻段的干擾問(wèn)題。

　　覆蓋區(qū)的預(yù)測(cè)

　　1、iDEN系統(tǒng)和模擬集群系統(tǒng)的參數(shù)

　　我們假設(shè)iDEN系統(tǒng)和模擬集群系統(tǒng)的發(fā)射功率均為70W，發(fā)射天線增益均為10dB，覆蓋區(qū)邊緣的無(wú)線可通率為90％，其具體技術(shù)參數(shù)如表1。

　?。邮諜C(jī)可用功率：對(duì)于iDEN系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它不僅考慮放大器、內(nèi)部電纜、同道干擾和站址干擾等因素時(shí)的接收機(jī)噪聲特性，而且也考慮了瑞利衰落特性，是指在C/（I＋N）＝20dB時(shí)的接收機(jī)的功率。對(duì)于模擬系統(tǒng)是指在29dB信噪比時(shí)的可用功率。它們均相當(dāng)于4級(jí)話音質(zhì)量。

　　2、Okumura/Hata公式

　　Okumura/Hata模型是以準(zhǔn)平滑地形的市區(qū)作基準(zhǔn)，其余各區(qū)的影響均以校正因子的形式出現(xiàn)。Okumura/Hata模型市區(qū)的基本傳輸損耗模式為：

　　Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd (1)

　　Lb：市區(qū)準(zhǔn)平滑地形電波傳播損耗中值（dB）

　　f：工作頻率（MHz）

　　hb：基站天線有效高度（m）

　　hm：移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m）

　　d ：移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離（km）

　　α(hm)：移動(dòng)臺(tái)天線高度因子

　　對(duì)于大城市，移動(dòng)臺(tái)天線高度因子為α(hm)＝8.29[lg(1.54hm)]2-1.1 dB

　　f ≤200MHz （2）

　　α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 dB 1500≥f≥400MHz （3）

　　當(dāng)hm在1.5-4m之間，上面兩式基本一致。對(duì)于中小城市（除大城市以外的其它所有城市）

　　α(hm)＝（1.1 lgf-0.7）hm－（1.56 lgf－0.8） （4）

　　對(duì)于郊區(qū)

　　Lbs＝ Lb（市區(qū)）－2[lg（f/28）]2-5.4 （5）

　　對(duì)于開(kāi)闊地

　　Lbq= Lb（市區(qū)）－4.78（lg f）2＋18.33lg f－40.94 （6）

　　3、 模擬集群系統(tǒng)的覆蓋區(qū)

　　從表1可以看出，模擬系統(tǒng)手機(jī)可用電平為－99dBm（4級(jí)話音質(zhì)量），模擬基站的有效發(fā)射功率為51.05dBm，則路徑損耗為：

　　Lb ＝51.05－（－99）＝150.05 dB

　　根據(jù)公式（2），可得

　　α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 dB＝0 dB

　　根據(jù)公式（1），可得

　　Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋ （44.9－6.55lghb）lgd

　　?。?9.55＋75.95－25.50－0＋32.81lg d

　　?。?20.00＋32.81lgd

　　因此對(duì)于市區(qū)來(lái)說(shuō)，當(dāng)滿足無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣90％的可通率，話音質(zhì)量為4級(jí)時(shí)的覆蓋區(qū)半徑d1為：

　　d1＝8.24km（室外）

　　4、iDEN系統(tǒng)的覆蓋區(qū)

　　同樣從表1可以看出，iDEN系統(tǒng)手機(jī)的可用電平為－101dBm，iDEN基站的有效發(fā)射功率為48.95dBm，則路徑損耗為：

　　Lb ＝48.95－（－101）＝149.95 dB

　　同理可算出iDEN系統(tǒng)的其覆蓋區(qū)半徑d2為：

　　d2＝8.18km（室外）。

　　iDEN系統(tǒng)對(duì)模擬系統(tǒng)的干擾

　　假設(shè)iDEN系統(tǒng)基站的發(fā)射功率為70W，其帶外發(fā)射功率見(jiàn)表2。

　　當(dāng)f0±25KHz時(shí)，其帶外發(fā)射功率為-9.55dBm，考慮天線增益及饋線損耗以后其帶外有效發(fā)射功率為：

　　Pts＝-9.55＋10－9.5=-9.05 dBm

　　當(dāng)f0±50KHz時(shí)，其帶外發(fā)射功率為-16.55dBm，考慮天線增益及饋線損耗以后其帶外有效發(fā)射功率為：

　　Pts ＝16.55+10－9.5=－16.05 dBm

　　1、接收機(jī)的熱噪聲

　　我們假設(shè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)用F表示，則接收機(jī)的熱噪聲為：

　　PN＝－228.6＋10lgT＋10lgB＋F dBW（7）

　　式中：T為絕對(duì)溫度，取290K

　　　　　B為接收機(jī)的中頻帶寬，Hz

　　　　　F為噪聲系數(shù)。

　　模擬集群系統(tǒng)的中頻帶寬為16KHz，iDEN系統(tǒng)的中頻帶寬為20KHz，假設(shè)模擬集群系統(tǒng)和iDEN系統(tǒng)基站接收機(jī)的噪聲系數(shù)均為5dB，移動(dòng)臺(tái)的噪聲系數(shù)均為8dB，分別代入（7）式得：

　　模擬集群基站接收機(jī)的熱噪聲：PNAB＝－127dBm

　　模擬集群移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲： PNAm＝－124dBm

　　iDEN基站接收機(jī)的熱噪聲:PNiB＝－126dBm

　　iDEN移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲:PNim＝－123dBm

　　2、iDEN基站和模擬基站處于同一站址時(shí)

　　從第三節(jié)的計(jì)算可知，iDEN系統(tǒng)覆蓋區(qū)半徑為d2＝8.18km，基站到其覆蓋區(qū)邊緣的路徑損耗為時(shí)149.95dB，其帶外發(fā)射在邊緣時(shí)的功率為：

　　f0±25KHz時(shí)，-9.05 －149.95＝－159dBm

　　f0±50KHz時(shí)，-16.05 －149.95＝ －166dBm

　　模擬集群移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲為－124dBm，遠(yuǎn)大于iDEN基站帶外發(fā)射產(chǎn)生的干擾，也就是說(shuō)在iDEN系統(tǒng)覆蓋區(qū)邊緣由iDEN基站帶外發(fā)射產(chǎn)生的干擾與移動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)噪聲相比很小，可以忽略不計(jì)，因此在iDEN系統(tǒng)覆蓋區(qū)邊緣iDEN基站不會(huì)對(duì)模擬移動(dòng)臺(tái)的接收產(chǎn)生干擾。

　　如果由iDEN基站帶外發(fā)射產(chǎn)生的干擾等于模擬移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲，即－124dBm，其路徑損耗及移動(dòng)臺(tái)距基站的距離分別為：

　　f0±25KHz時(shí)，Lb＝114.95 dB

　　　　　　　　　d＝0.70km

　　f0±50KHz時(shí)，Lb＝107.95 dB

　　　　　　　　　d＝0.43km

　　這時(shí)雖然噪聲（干擾）增加一倍，但由于模擬系統(tǒng)的有用信號(hào)很強(qiáng)，相應(yīng)的載干比也很大，因此也不會(huì)產(chǎn)生干擾。

　　從以上分析計(jì)算可知，在同站址時(shí)當(dāng)覆蓋區(qū)邊緣的無(wú)線可通率為90％、話音質(zhì)量滿足4級(jí)時(shí)，iDEN基站不會(huì)對(duì)模擬系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。

　　3、iDEN基站和模擬基站不同站址時(shí)（iDEN信號(hào)強(qiáng)，模擬信號(hào)弱的情況）

　　我們假設(shè)模擬手機(jī)處在測(cè)試點(diǎn)C，測(cè)試點(diǎn)C是在模擬基站的覆蓋區(qū)邊緣，距模擬基站的距離為d1＝8.24km，同時(shí)又處于iDEN基站的覆蓋區(qū)內(nèi)，見(jiàn)圖1。

　　為了使iDEN基站B對(duì)模擬集群系統(tǒng)的干擾在可接受的范圍內(nèi)，我們假設(shè)iDEN基站在測(cè)試點(diǎn)C處產(chǎn)生的干擾等于模擬手機(jī)的熱噪聲，這樣等效于手機(jī)熱噪聲增加3dB（我們暫不考慮大氣、環(huán)境與多徑干擾），這時(shí)模擬手機(jī)接收到的iDEN的干擾信號(hào)為－124dBm。（由于系統(tǒng)是干擾受限，根據(jù)模擬的C/I＝18dB計(jì)算，實(shí)際的干擾I要比－124dBm大）。

　　在f0±25KHz時(shí)，由于帶外有效發(fā)射功率－9.05dBm，C點(diǎn)的功率為－124dBm，這樣路徑衰耗為114.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C點(diǎn)距iDEN基站的距離d2為：

　　d2＝0.70km

　　在f0±50KHz時(shí)，由于帶外有效發(fā)射功率－16.05dBm，C點(diǎn)的功率為－124dBm，這樣路徑衰耗為107.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C點(diǎn)距iDEN基站的距離d2為：

　　d2＝0.43km

　　這就是說(shuō)兩基站不在同一站址時(shí)，基站的發(fā)射功率、天線高度及天線增益都相同時(shí)，模擬基站覆蓋區(qū)的邊緣距iDEN基站的距離大于0.70km時(shí)，模擬系統(tǒng)將不會(huì)受到有害干擾。一般由于天線的方向性，距離基站越近其增益越小，模擬基站覆蓋區(qū)的邊緣距iDEN基站的距離越近。

　　在模擬系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)，模擬移動(dòng)臺(tái)接收到的有用信號(hào)很強(qiáng)，而接收到iDEN的干擾信號(hào)相應(yīng)的減少，因此不會(huì)對(duì)模擬系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 從以上分析可知，當(dāng)兩系統(tǒng)使用頻率相鄰或相差±50KHz時(shí)iDEN基站對(duì)模擬系統(tǒng)的在一定地理區(qū)域內(nèi)將使干擾（噪聲）增加3dB，對(duì)模擬系統(tǒng)有一定的影響，但影響很小，一般不會(huì)干擾模擬系統(tǒng)的正常工作（覆蓋區(qū)內(nèi)）。

　　4、iDEN移動(dòng)臺(tái)對(duì)模擬基站的影響

　　根據(jù)iDEN資料，iDEN移動(dòng)臺(tái)最大發(fā)射功率為3W，其電纜損耗為－2.3dB，發(fā)射天線增益為－1dBd，因此移動(dòng)臺(tái)的有效輻射功率為：

　　PTi＝31.5 dBm

　　根據(jù)本章表1可知，當(dāng)f0±25KHz時(shí)，其帶外發(fā)射功率為-23.5dBm； 當(dāng)f0±50KHz時(shí)，其帶外發(fā)射功率為-33.5dBm。

　　假設(shè)iDEN移動(dòng)臺(tái)處于模擬基站的正下方，即距模擬基站的距離d＝70m，則根據(jù)公式（5）可得路徑損耗Lb為：

　　Lb＝82.11 dB

　　模擬基站接收系統(tǒng)的總損耗為－7.4dB，天線增益為10dB，分集改善6dB，實(shí)際有效增益為：

　　Ge＝8.6dB

　　因此基站接收機(jī)接收到iDEN移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)為：

　　PRi＝PTi－Lb＋Ge＝－42.01 dBm

　　我們知道模擬基站接收機(jī)的可用電平為－104dBm，兩者相差62dB，小于70dB的干擾抑制比，所以當(dāng)兩系統(tǒng)鄰道使用時(shí)，不會(huì)對(duì)基站接收造成阻塞。

　　這時(shí)模擬基站接收機(jī)接收到iDEN移動(dòng)臺(tái)的帶外發(fā)射PRiO為：

　　當(dāng)f0±25KHz時(shí)，PRiO＝-23.5dBm－82.11+8.6＝97.01 dBm

　　當(dāng)f0±50KHz時(shí)，PRiO＝-33.5dBm－82.11+8.6＝107.01 dBm

　　很明顯，干擾電平已接近基站接收機(jī)的可用電平，因此基站接收機(jī)接收其覆蓋區(qū)邊緣的信號(hào)時(shí)，將受到近處iDEN手機(jī)的干擾。

　　那么，iDEN移動(dòng)臺(tái)距離模擬基站多遠(yuǎn)時(shí)，干擾才可以忍受呢？我們假設(shè)iDEN移動(dòng)臺(tái)的干擾等于模擬基站的熱噪聲，即－127dBm，則路徑傳播損耗為：

　　當(dāng)f0±50KHz時(shí), Lb＝－127－8.6－（－23.5）＝112.1 dBm

　　當(dāng)f0±50KHz時(shí), Lb＝－127－8.6－（－33.5）＝102.1 dBm

　　根據(jù)公式（1），可算出iDEN移動(dòng)臺(tái)距模擬基站的距離為：

　　當(dāng)f0±25KHz時(shí)，d＝0.57km

　　當(dāng)f0±50KHz時(shí)，d＝0.28km

　　其實(shí)這種遠(yuǎn)近效應(yīng)對(duì)整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)都是存在的，是其特有的現(xiàn)象，我們只要注意就行了。

　　模擬集群系統(tǒng)對(duì)iDEN系統(tǒng)的干擾

　　1、iDEN基站和模擬基站處于同一站址時(shí)

　　從上面計(jì)算可知，模擬系統(tǒng)基站覆蓋區(qū)覆蓋區(qū)半徑為8.24km，基站到覆蓋區(qū)邊緣的路徑損耗為時(shí)150.05dB。假設(shè)模擬系統(tǒng)基站的發(fā)射功率為70W，鄰道功率<70dB，雜散射頻分量<70dB，而帶外發(fā)射功率為二者之和，即<67dB，因此帶外發(fā)射功率為-18.55dBm，考慮天線增益及饋線損耗以后其帶外有效發(fā)射功率為-18.55+10-7.4=-15.95dBm。其帶外發(fā)射在邊緣時(shí)的功率為：

　　-15.95 －150.05）＝－166dBm

　　iDEN系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲為－123dBm，遠(yuǎn)大于模擬基站帶外發(fā)射產(chǎn)生的干擾，因此在iDEN系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)邊緣不會(huì)被干擾。

　　如果由模擬基站帶外發(fā)射產(chǎn)生的干擾等于iDEN移動(dòng)臺(tái)的熱噪聲，即－123dBm，則移動(dòng)臺(tái)距基站的距離為0.40km。

　　這時(shí)雖然噪聲（干擾）增加一倍，但由于有用信號(hào)很強(qiáng)，因此不會(huì)產(chǎn)生干擾。從以上分析計(jì)算可知，在同站址時(shí)模擬基站不會(huì)對(duì)iDEN系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。

　　2、iDEN基站和模擬基站不同站址時(shí)（iDEN信號(hào)弱，模擬信號(hào)強(qiáng)的情況）

　　我們假設(shè)iDEN手機(jī)處在測(cè)試點(diǎn)C，測(cè)試點(diǎn)C是在iDEN基站的覆蓋區(qū)邊緣，C點(diǎn)距iDEN基站的距離為d2＝8.18km，同時(shí)又處于模擬基站的覆蓋區(qū)內(nèi)，如圖2所示。

　　我們假設(shè)模擬基站B在測(cè)試點(diǎn)C處產(chǎn)生的干擾等于iDEN手機(jī)的熱噪聲，這樣等效于手機(jī)熱噪聲增加3dB（我們暫不考慮大氣、環(huán)境與多徑干擾），這時(shí)iDEN手機(jī)接收到的模擬的干擾信號(hào)為－123dBm。

　　由于模擬系統(tǒng)基站帶外有效發(fā)射功率－15.95dBm，C點(diǎn)的功率為－123dBm，這樣路徑衰耗為107.05dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C點(diǎn)模擬基站的距離d1為：

　　d1＝0.40km

　　這就是說(shuō)兩基站不在同一站址時(shí)，基站的發(fā)射功率、天線高度及天線增益都相同時(shí)，iDEN基站覆蓋區(qū)的邊緣距模擬基站的距離為0.40公里時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生有害干擾。一般由于天線的方向性，距離基站越近其增益越小，iDEN基站覆蓋區(qū)的邊緣距模擬基站的距離越近。

　　在iDEN系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)由于iDEN移動(dòng)臺(tái)接收到的有用信號(hào)很強(qiáng)，而模擬的干擾信號(hào)相應(yīng)的減少，因此iDEN移動(dòng)臺(tái)不會(huì)受到干擾。

　　從以上分析可知，模擬基站對(duì)iDEN系統(tǒng)的在一定地區(qū)將使干擾（噪聲）增加3dB，對(duì)iDEN系統(tǒng)有一定的影響，但影響很小，一般不會(huì)干擾iDEN系統(tǒng)的正常工作（覆蓋區(qū)內(nèi)）。

　　3、模擬移動(dòng)臺(tái)對(duì)iDEN基站的干擾

　　模擬手機(jī)的發(fā)射功率在0.2W-1.3W之間，最大發(fā)射功率為31.14dBm，鄰道功率一般<2.5uW，即－26.02dBm，iDEN基站接收機(jī)的饋線總損耗為－9.5dB，天線增益為10dB，分集接收改善4.7dB，因此實(shí)際的天線有效增益為：

　　Ge＝－9.5＋10＋4.7＝5.2dBi

　　假設(shè)模擬移動(dòng)臺(tái)在其覆蓋區(qū)邊緣，且距iDEN基站的距離為70m（處在iDEN基站的正下方），根據(jù)Okumura-Hata公式可計(jì)算出路徑衰耗為82.11dB，這時(shí)iDEN基站接收到模擬手機(jī)的功率為：

　　PRA＝31.14－82.11＋5.2=45.77 dBm

　　我們知道iDEN基站接收機(jī)的可用電平為－104.5dBm，兩者相差58.73dB，而一般集群系統(tǒng)在25KHz信道間隔時(shí)的鄰道干擾抑制比為70dB，因此模擬系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)不會(huì)對(duì)iDEN基站接收造成阻塞。

　　這時(shí)iDEN基站接收機(jī)接收到模擬移動(dòng)臺(tái)的帶外發(fā)射PRAO為：

　　PRAO＝-26.02dBm－82.11+5.2 ＝-102.93 dBm

　　很明顯，干擾電平已接近基站接收機(jī)的可用電平，因此iDEN基站接收機(jī)接收其覆蓋區(qū)邊緣的信號(hào)時(shí)，將受到近處模擬手機(jī)的干擾。

　　我們假設(shè)模擬移動(dòng)臺(tái)對(duì)iDEN基站的干擾等于iDEN基站的熱噪聲，即－127dBm，則路徑傳播損耗為：

　　Lb＝－127－5.2－（－26.02）＝106.18 dB

　　根據(jù)公式（5），可算模擬移動(dòng)臺(tái)距iDEN基站的距離為：

　　d＝0.38km

　　這樣，只要模擬移動(dòng)臺(tái)到iDEN基站的距離大于或等于380米，就不會(huì)對(duì)iDEN基站接收遠(yuǎn)端信號(hào)時(shí)產(chǎn)生有害干擾。同上章一樣，這是整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)都存在的遠(yuǎn)近效應(yīng)現(xiàn)象。

　　結(jié) 論

　　從以上計(jì)算可知，模擬集群系統(tǒng)和iDEN系統(tǒng)可以使用相鄰頻道而不相互干擾。當(dāng)要同頻復(fù)用時(shí)必須滿足C/I的要求，有一定的隔離距離。

　　以上計(jì)算均是以接收到的話音質(zhì)量為4級(jí)、無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣的可通率為90％、城區(qū)室外準(zhǔn)平滑地形等條件為前提的。