WCDMA與GSM系統共站址時的主要干擾類型分析

文章首先分析了WCDMA與GSM系統共站址時的主要干擾類型，給出了各種干擾的數學計算模型，然后詳細闡述了WCDMA與GSM系統相互之間的干擾情況，得出了WCDMA與GSM共址時所需的隔離度及天線隔離要求，并給出了工程中的解決方案

1、引言

隨著我國電信市場的日漸開放，3G牌照發放的日期也逐漸臨近，對GSM網絡運營商而言，WCDMA網絡建設是一個系統工程，工程涉及面廣、周期長、投資大，在建設初期為降低運營成本，盡快啟動市場，基站在滿足條件的情況下應進行共站址建設。 這樣就必然增加了WCDMA系統與同址或鄰近的GSM系統互相產生干擾的機會，WCDMA系統與GSM系統的電磁環境兼容問題將會暴露出來。本文將分別對共站產生干擾的機制、隔離度計算進行剖析，并提出工程上消除干擾的解決方法。

2、主要干擾的數學模型

對被干擾系統來說有三種性能損失需要考慮：接收機靈敏度降低、IMP干擾（即互調干擾）和接收機過載。從干擾站接收的雜散輻射信號將導致接收機靈敏度降低，而從同址站接收到的所有載頻的合成造成了IMP干擾，接收機過載的原因是接收機收到的總信號功率太大。為了將這些性能損失降到最小而不修改現有發送和接收單元，在同站址的GSM系統和WCDMA系統之間需保持適當的隔離。

這三種性能損失對應的主要干擾分別為雜散干擾、互調干擾和阻塞干擾。下面我們分別闡明這三種干擾的數學模型。兩個共址射頻站間相互干擾的原理如圖1所示：

與兩個同址站間相互干擾計算相關的重要射頻器件，有干擾站的發射放大器、發射濾波器、發射天線和被干擾站的接收濾波器、接收機、接收天線等。這里定義A點到B點的射頻電平之差為天線隔離度。

2.1　雜散干擾

接收機靈敏度降低是由于接收機噪聲基底的增加而造成的。如果干擾基站在被干擾基站接收頻段內的雜散輻射很強，并且干擾基站的發送濾波器沒有提供足夠的帶外衰減（濾波器的截止特性不好），將會導致接收機噪聲門限的增加。從干擾基站的天線連接處輸出的雜散輻射經兩個基站間的一定隔離而得到衰減，因此被干擾基站的天線連接處接收到的雜散干擾按以下公式進行計算：

IB=CTX-E雜隔-10log（WA/WB）　?。?）

其中，IB為被干擾基站天線連接處接收到的干擾電平；CTX為干擾基站天線連接處輸出的雜散輻射電平；E雜隔為天線隔離度；WA為干擾電平的可測帶寬；WB為被干擾系統的信道帶寬。

2.2　互調干擾

互調干擾是由于系統的非線性導致多載頻的合成產生的互調產物落到相鄰WCDMA系統的上行頻段，使接收機信噪比下降，主要表現為WCDMA系統信噪比下降和服務質量惡化。由兩個相同強度的載波產生的三階互調干擾可表示如下：

IMP3（dBm）=3PIN-2×TOI　?。?）

PIN為被干擾基站接收機輸入端的干擾載波電平；TOI為接收機輸入端定義的三階截止點（dBm），與接收機本身的特性有關。因此為了盡量減小三階互調干擾，應降低PIN，而根據式（3）：

PIN=CA-EIMP3-LR_B　?。?）

其中CA為干擾基站天線連接處的最大載波發射功率（dBm）；LR_B為被干擾基站的接收濾波器在干擾基站發射帶寬內的衰減（dB）；EIMP3為天線隔離度（dB）。

所以當允許的三階互調干擾一定時，天線隔離度由下式決定：

EIMP3=CA-LR_B-（IMP3+2×TOL）/3　?。?）

2.3　阻塞干擾

當較強功率加于接收機端時，可能導致接收機過載，使它的增益下降。原因是放大器有一個線性動態范圍，在此范圍內，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加，這兩個功率之比就是功率增益G。隨著輸入功率的繼續增大，放大器進入非線性區，其輸出功率不再隨輸入功率的增大而線性增大，也就是說，其輸出功率低于所預計的值。通常把增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點，此時輸入功率定義為輸入功率的1dB壓縮點。為了防止接收機過載，從干擾基站接收的總的載波功率電平需要低于它的1dB壓縮點。天線隔離度方面有以下要求：

E阻隔=CP_A-LR_B-CP_B　?。?）

CP_A：干擾基站天線連接處的載頻總功率（dBm）；

LR_B：被干擾基站的接收濾波器在干擾基站發射帶寬內的衰減（dB）；

CP_B：被干擾基站天線連接處接收到的載頻總功率（dBm）；

E阻隔：天線隔離度（dB）。

一般來說，三種干擾中最嚴重的是雜散干擾，只要雜散干擾能夠避免，阻塞干擾和互調干擾一般也可以避免。

3、天線隔離標準

為保證好的系統性能，上述三種性能下降必須避免或最小化。因此必須保證兩個同址基站的天線間有好的隔離度。一般來說工程上對以上三種干擾應遵守以下準則：

（1）被干擾基站從干擾基站接收到的雜散輻射信號強度應比它的接收噪聲底限低10dB。

假設被干擾基站的接收噪聲底限為NB（dBm），干擾基站的雜散輻射在被干擾基站的接收機處引入的噪聲功率為NI（dBm），則由被干擾基站自身的噪聲和雜散干擾引入的噪聲功率累計噪聲功率為：

Ptotal=PB-PI=10NB/10+10NI/10　?。?）

當NI=NB-10dB時，由被干擾基站引入的噪聲惡化量為：

這樣的噪聲惡化量不會對基站帶來明顯的影響，因此雜散輻射信號強度應比它的接收噪聲底限低10dB。

（2）在被干擾基站生成的三階互調干擾（IMP3）電平應比接收機噪聲限低10dB，原因與第一條準則相同。

（3）受干擾站從干擾站接收到的總載波功率應比接收機的1dB壓縮點低5dB，這主要是因為工程上為了避免放大器工作在非線性區，常把工作點從1dB壓縮點回退5dB。

如果系統間的隔離度能夠滿足以上準則，受干擾系統的接收機的靈敏度將只下降0.5dB左右，這對于絕大多數通信系統來說都是可以接受的。

4、WCDMA與GSM系統間的干擾與隔離分析

綜上所述，產生干擾的最終原因與共址站之間的天線隔離度有很大關系。為了將性能損失降到最小而不修改現有的發送和接收單元，在共址站間需要保持適當的隔離。

WCDMA主要頻段與移動現有的GSM網絡的頻段如表1所示：

從表1可以看到，如果GSM和WCDMA共站建設，GSM900系統由于離WCDMA頻段較遠，系統間不存在互調干擾，只要基站符合R99協議中對共站時的帶外雜散輻射要求：＜-96dBm/100kHz即可。目前大部分現網中的GSM900基站性能滿足且優于R99協議中的共站要求，對工程中空間隔離的要求非常低，因此本文不再詳細論述。

對GSM1800系統來說，其發射頻段距離WCDMA頻段的接收頻段間隔較近，兩系統臨界處WCDMA為上行頻率，GSM1800為下行頻率，下行功率相對較大，GSM1800基站發射通道的帶外雜散信號很容易落在WCDMA基站的接收通道內，會抬高WCDMA基站接收噪聲的電平，使WCDMA系統上行鏈路變差、靈敏度降低，影響網絡覆蓋，另外，信號過載或互調干擾也會導致系統性能的下降。所以問題主要集中在GSM1800與WCDMA之間的干擾上。

4.1　GSM1800對WCDMA的影響

（1）雜散干擾

WCDMA接收機的噪聲基底：

Nfloor（dBm）=NO（dBm/Hz）+W（dBHz）+NF（dB）

在上式中：NO：噪聲譜密度，是由于電子的熱運動產生的，計算公式為：NO=KT。

K是波爾茲曼常數（等于1.38×10-23J/K），T是絕對溫度（為290K），由于J=W×s，1W=1000mW=30dBm，將KT轉換成dBm得到：

NO=KT=10log（1.38×10-23×290）+30dBm×s=-174dBm×s

W：WCDMA系統的帶寬，其值為3.84MHz，即10log（3840kHz）=65.8dBHz。

NF：WCDMA接收機的噪聲系數，用于度量信號通過接收機后，SNR降低的程度。噪聲系數屬于接收機本身的屬性。WCDMA基站接收機的噪聲系數為4dB左右。

因此，WCDMA基站接收機的噪聲基底：

Nfloor（dBm）=-174+65.8+4=-104dBm

GSM技術規范有新舊兩個版本，它們對工作帶外雜散的要求具體如表2所示：