（信号与信息处理专业论文）wcdma室内分布系统设计几个关键问题的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 中文摘要 氍e d 瓶a 室内分布系统设计中 几个关键问题的研究 摘要 本文对w c d m a 室内分布系统设计中的几个关键问题进行了分析，并给出 了对工程实践有借鉴意义的一些结论。 本文的主要内容可以分为六个部分。 文章首先分析了综合室内分布系统建设的必要性，紧接着提出了在实际建 设中所必须解决的三个关键问题，简单介绍了这三个问题对建设室内分布系统 的影响。 其次对综合室内分布系统的进行了介绍，对其进行了分类，并介绍了其网 络构造。 文章的第3 章首先对综合室内分布系统中多系统之间的干扰进行了分析， 给出了其分类、产生原因，并提出了楣应的降低干扰的措施：其次着重对有源 器件的应用进行了分析。 本文第4 章介绍了在室内覆盖系统规划时所要用到的几种场强预测模型， 接着介绍了传播模型校准在室内覆盖系统规划中的原理、作用及校准流程，给 出了校准结果的判断准则。重点提出了一种在实践中得到验证的w c d m a 室内 传播模型的校准方法，并给出了采用此方法的某大厦室内传播模型的校准案 例，对校准前后误差分布及覆盖效果给出了实际的图例和数据。 第5 章第一部分从理论上分别对室内w c d m a 系统在单一业务情况下小区 上下行容量进行了分析，并给出了相应的仿真结果；第二部分从理论上分别对 室内w c d m a l 系统在混和业务情况下小区上下行容量进行了分析，并给出了相 应的仿真结果。为实际中的室内w c d m a 系统容量规划提供了参考。 文章的最后对未来w c d m a 室内覆盖系统中肯定会引入的两项新技术 h s d p a 和r r u 进行了比较详尽的介绍，并给出了在w c d m a 室内分布系统中 引入h s d p a 后系统吞吐量的变化趋势，同时也给出了r r u 在未来w c d m a 室 内覆盏系统中的一些典型应用。 关键词：w c d m a 室内覆盖干扰分析传播模型容量 北京邮电大学硕士学位论文 英文摘要 s e r v e r a lk e yi s s u e sr e s e a r c ho nw c d m a n e t w o r kd e s l g h no f i n d o o rd i s t r i b u t e d c o m m u n i c a 7 0 ns y s t e m ir a i s es e v e r a lk e yi s s u e si nt h ew c d m an e t w o r kd e s 遥no fi d o o r d i s t r i b u t e dc o m m u l i j t i o ns ”蛔m8 n dg e ts o m eu s e f i i lc 蚰c l 啦i o n sf o rt h e e n g i n e e r i n g t 蕾ep a p e rh a s6p a r l s t h en 瑙tp a r tp r e s 蛐t st h en e c 船s n yo ft h ec 仰s t m c t i o no fi n t e g m t 蛆i i l d o o r c o v e 粉g es y s t e ma n d r a i s e s3k e yi s s u e sw h a tm 哪t b es o l v e di nt i i ee n 毋n e e r i n g ， a tl a s tt h ep a p e rs h o w sh o wm e3k e yi s s u e sa l f e c tt h ec o n s t i c t i o n t h es e c o n dp a no ft l i ep a p e rc l a s s i n e st h ew c d m ai n d o o rc o v e m g es y s t e m a n ds h o w sa ht h ep a r b s i s t i n go ft i l en e 仰o l i k t h et h i r dc h a p t e rd 髑c n b e st h ei n t e r f e r e b e t w e e 岫m i i l 唧l e c o m m 皿i c a 洳ns y s t e 瑚a n dg i v et h e 曲u s e sr e s u i 廿n gi ni t a 触i tt h ep a p e r 毋v e su ss o m em 鼬s u 嘲t o a v o i dt h e m a t l a s t t h ep a p e rf 赴u s e so t h e a p p l i c a 如no ft h eu n - p 鼬s j v ea p p a n 伽si nt h es y s 细唯 t h ef o u r t h 吐a p t e r i t m d u 代ss e v e n if b r e 蛆s tm o d e l su 辩d 组i n d r c o v e m g en e t w o r kp l a na n dt e n 哪t h ep 血c l p l e ，f u n c 廿o n 柚dn o wo fm o d e i - a 娜u s t i n gj ni d r 耻t w o r kp i a n 蚰d 矛v eu st h e j u d g ec t e r i 蚰t h e 胂p e r 豫i s e sa 咖d d - a 哇i 吣h n ga i 喧恤m e t i cv a l i d a t e di nt h e a c t l l 蚰e g j e 盯| n ga n d s h o w st l l es t a h s t i c sg o t b yt h i sa d t h m e t i ca ti a s tp r o v 镪i ti s 蛔s m k t h en n h c h a p t 盯m a i h i yc o m p l e t e st h ee m u l a t i o no ft l i ew c d m a 曲 c a p a b i l i 谚i ni n d o o re n v i r 蛐m e n tu d e rt h es i i i g l es e i c ea n dm u p j es e i s c o n d i 蛞o na n dg i v e ss o m eu s e 衄ic o n c l u s j 衄st op r a c n c a lw o r k s t h el a s tc h a p t e ri n t r o d u c 髓t w o e wt h n o i o g i e sb ea b o u tt ob eu s e dj n i n d 0 0 rw c d m an e t w o r k k e yw o r d s ：w c d m ai n d o o r c o v e r a g ei n t e r f e r e n c e a n a l y s ep r o p a g a t i o nm o d e lc a p a b i l i t y 2 北京邮电大学硕士学位论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取摄的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：翌塑：日期： 丝! ：! ：1 2 一关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期阊论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以 公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复双手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注 释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：翌翌日期： 型6 ：! ：! ! 导师签名：垂越 日期：型i ! 兰：望 北京邮电丈学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 综合室内分布系统建设的必要性 由于都市中的建筑物越来越密、越来越高，再加上全封闭式的外装修，增 大了对无线电信号的屏蔽衰减和乇扰，使室内覆盖的电平较差，通话质量严重 下降。如在一些高层建筑的底层或地下建筑物及某些超高层大厦的上部存在部 分盲区等。 为解决以上所述的室内信号覆盖不理想的问题，最有效的解决方法是在建 筑物内设置室内覆盖分布系统。将基站的信号通过有线方式直接引入到室内的 每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室内覆盖盲 区、抑制干扰，为楼内的每个移动通信用户提供稳定、可靠的室内信号，确 保正常的通信。 综合室内分布式移动网络的建设从运营商要求、w c d m a 系统固有特性、 用户需求等角度来讲都是必需的。 运蕾商钧豢求 首先，通过调查，3 6 的客户会因为网络覆盖问题而转网，因此通过室内分 布系统提高室内环境的覆盖可以提高客户满意度和忠诚度。 室内环境的良好覆盖可以较竞争对手吸引更多的客户并实现更多的业务收 入。狐所周知，c n l f a 系统除了可以提供传统的语音、低速数据业务服务外， 其还具有非常强大的业务提供能力，如可视电话、高质量视频服务、高速数据 下载等，而这些业务会大量的在室内环境下应用。 最后，由于室外宏基站如果负荷过高会导致网络质量的下降，尤其对于 w c d 姒系统更是如此，而室内分布系统可以扩展网络覆盖范围，提高网络容 量，提高网络性能。 们d 帆系统本身的要求 w c d m a 系统具有自干扰的特性，过多业务的承载不仅引起砰损率的上 升，而且对在服务用户的服务质量也会产生影响，因此需要室内分布系统来分 担负荷；由于频段的原因，w c d m a 系统覆盖能力与g s m 9 0 0 系统有差异，而 其特色的高速数据服务能力更多的会在室内应用，因此需要室内覆盖来补充覆 盖盲区并提供高速数据服务能力。 总之，对w c d m a 本身而言，增加室内分布系统有利于缓解热点地区通信压 力，释放一定容量，并提供更完善的覆盖和业务提供能力。 用户的需求 北京邮电大学硕士学位论文 第1 章绪论 根据国外经验，我们了解到3 g 系统7 0 的业务发生在室内环境，而室外用 户的使用量只有3 0 。 3 g 网络应用了很多新业务、视频电话、视频点播等，这些新业务需要更好 的网路覆盖质量，较之语音业务而言需要更高的覆盖电平。 由于2 g 运营商经过多年的网络建设及优化，已经把大城市的室内覆盖做的 相当完善，终端用户也习惯于在商场、酒店及写字楼等室内场所使用移动电 话，这种使用习惯势必延伸到3 g 时代。 随着个人移动通信业务的蓬勃发展，以及国内业已形成的多运营商、多代 通信制式并存的格局，各大移动运营商从网络投资效益及改善网络运营质量等 方面提出了多网兼容的需求。各运营商在网络建设中尤其是在室内覆盖网络建 设中，从投资成本、维护成本以及物业所有人要求等角度出发，希望在工程中 尽量共用设备实现不同系统的服务要求。 总之，必须建设w c d m a 室内覆盖系统，而多个通信系统共存的现象决定了 使用综合室内分布系统作为解决方案。 1 2w c d m a 室内分布系统的设计中必须解决下列主要问题 w c d m a 和其它各系统共存时的干扰分析及有源器件应用分析 室内分布多系统中包括w c d m a 、g s m 9 0 0 、g s m l 8 0 0 、c d m a 等，这些 系统共存会带来系统问的杂散、互调和阻塞干扰，必须采取有效手段控制： 室内分布系统中会大量使用到干线放大器、直放站等有源器件，这些器件 的使用会增加室外宿主基站的上行噪声，造成室外基站覆盖半径缩小，因此必 须对有源器件的使用进行分析，合理使用； 室内传播模型的确定 室内环境较之室外环境更加复杂，需要准确的建立室内传播模型。传播模 型的准确与否对网络无线规划的可信度起着至关重要的作用。一个相对精确的 传播模型有助于准确估算基站的覆盖范围和预测网络的覆盖状况，从而有助于 准确估算满足网络的覆盖目标所需要的基站数量，具有战略性的意义； w c d m a 室内分布系统混和业务下小区容量的估算 由于和传统的g s m 不同，w c d m a 的数据业务大大增长，因此需要准确估 算出混和业务下w c d m a 小区的容量，为大规模网络建设提供准确数据。 2 北京邮电大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 3 论文的背景及主要内容介绍 本论文是以信息论实验室与京移设计院合作的广州移动综合室内分布系统 设计规范项目为背景，结合自己在m o t o m i a 做实习生期间的工作经历共同完成 的。 论文第2 章首先介绍了综合室内分布系统的构成，然后介绍了综合室内分 布系统的系统分类和网络结构。 论文第3 章对w c d m a 和各系统之间的干扰进行了分类，紧接着分析了各 类干扰产生的原因，提出了降低各系统间干扰的措施，并以w c d m a 和 g s m 9 0 0 为例计算了两系统之间的隔离度，接着给出了各系统之间隔离度分析 结果。 在第3 章后一部分着重对有源器件的应用进行了分析。在实际的工程中， 直放站及干放的大量使用，会增加室外宿主基站的上行噪声，造成宿主基站的 覆盖半径减小。这部分通过理论推导和计算，给出了宿主基站噪声增量因子与 噪声抬升之间数学关系式，进而给出了噪声增量因子、噪声抬升与系统所带直 放站数量三者之间的定量关系。紧接着，论文进一步推导出了在不周噪声抬升 情况下，密集市区、一般市区、郊区、农村、交通干道等五种典型地理环境里 室外宿主基站覆盖半径变化情况，为实际的工程设计给出了定量的约束。 第4 章介绍了在室内覆盖系统规划时所要用到的几种场强预测模型，接着 介绍了传播模型校准在室内覆盖系统规划中作用、原理及流程，给出了校准结 果的判断准贝。最后重点提出了一种在实践中得到验证的室内传播模型的校准 方法，并给出了采用此方法的某大厦室内传播模型的校准案例，对校准前后误 差分布及覆盖效果给出了实际的图例和数据。 第5 章第一部分从理论上分别对室内w c d m a 系统在单一业务情况下小区 上下行容量进行了分析，并给出了相应的仿真结果；第二部分从理论上分别对 室内w c d m a 系统在混和业务情况下小区上下行容量进行了分析，并给出了相 应的仿真结果。为实际中的室内w c d m a 系统容量规划提供了参考。 第6 章对未来w c d m a 室内分布系统中将要引入的新技术h s d p a 和r r u 进行了比较详尽的介绍，给出了在w c d m a 室内分布系统中引入h s d p a 后系 统吞吐量的变化趋势，同时也给出了r r u 在未来w c d m a 室内覆盖系统中的 一些典型应用。 北京邮电大学硕士学位论空 第2 章综合室内分布系统简介 第2 章综合室内分布系统简介 2 1 综合室内分布系统简介 综合室内分布系统是针对室内用户群、使用一套室内分布系统实现多种系 统建筑物内服务要求的室内通信解决方案。 综合室内分布系统原理是利用室内天线分布系统将各系统的信号均匀分布 在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。从而较为全面地改 善建筑物内的通信服务质量，开辟出高质量的室内移动通信区域；同时，使用 综合室内分布系统可以分担室外话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络 的服务水平。 2 2 系统分类 图2 1 综合室内分布系统示意图 2 2 1 按信号源分类 按信号源的不同，可分为下述三类室内分布系统。 蜂窝系统( 包括微蜂窝和宏蜂窝) 的优点是信号稳定、可靠，通信质量 好；缺点是建设周期较长，一次性投资大，还需支付传输线路的租建费用。 直放站系统的优点是投资省、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区 问题；缺点是通过定向天线难以取得单一纯净的信号，系统的话音质量相对蜂 窝系统较差，且易造成对其他基站的干扰。由于高层建筑主要分布在城市的繁 4 北京邮电大学硕士学位论文第2 章综合室内分布系统简介 华地段，基站分布很密，直放站系统容易造成对其他基站的干扰，并且没有从 根本上解决吸收话务量的问题，所以在城市应当首选蜂窝室内分布系统。 r r u 系统以r r u 作为信号源，其结合了蜂窝系统与直放站系统的优点，r r u 与n o d e b 之间通过光纤连接，可以承受长距离的传输场景且信号稳定可靠，而 r r u 本身安装方便快捷。 2 2 2 按设备分类 按所采用设备的不同，可分为无源系统和有源系统。 无源系统主要由无源器件组成，设备性能稳定、安全性高、无噪声累积、 维护简单、成本低。信号经过功分器、耦合器和线路衰耗后，均匀分布到各个 天线，覆盖效果较好。但系统设计较为复杂，灵活性差。当功率损耗较大时需 加干线放大器。 有源系统的信号经过各级衰耗后，到达末端时可被放大器放大，达到理想 的强度。增益自动校验，无须调节，场强分布均匀，可保证覆盖效果。但建设 和维护复杂，近端和所有远端设备都需要电源，有源设备易损坏，系统的安全 性和稳定性较差。考虑到设备的安全性、稳定性以及工程造价，无源系统在实 际工程中采用更多。 2 2 ，3 按布线材料分类 接布线材料的不同，可分为同轴电缆系统、光纤系统和泄漏电缆系统。 同轴电缆是最常用的材料，性能稳定、造价便宜，但线路损耗大。大型同 轴电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作信号放大接力。同轴电缆系统 由于造价便宜，安装方便，在实际工程中大量采用。 光纤线路损耗小，不加干线放大器也可将信号送到多个区域，能保证足够 的信号强度，性能稳定可靠。但在近端和远端都需要增加光电转换设备，系统 造价高。光纤分布系统信号传输距离远，适用于超大型建筑及距离较远的楼 群。泄漏电缆系统不需要室内天线，在电缆通过的地方，信号即可泄漏出来， 完成覆盖。 泄漏电缆室内分布系统安装方便，但造价高，对电缆的性能要求高，主要 适用于地铁、隧道等狭长封闭环境。由于成本较高，使用较少。 北京邮电大学硕士学位论文 第2 章综合室内分布系统简介 2 3 网络结构 2 3 1 信号源 这里的信号源指的是蜂窝系统信号源与合路器( 包括蜂窝系统信号源和合 路器) 之间的所有器件、线缆等设备。 ( 1 ) 这里是多个蜂窝移动通信系统信号合路时的网络组织结构，无线局域 网( w i r e l e s sl 气n ) 信号的引入在下面单独说明； ( 2 ) 下图是两个蜂窝移动通信系统信号合路的例子。两个以上蜂窝移动通 信系统合路时网络组织类似，将双系统合路器变成相应的多系统合路器即可实 现。 ( 3 ) 下图中蜂窝系统耦合器、蜂窝系统功分器、蜂窝系统干线放大器都是 可选器件，在必要时才加入。 ( 4 ) 当蜂窝系统信号源为多载波方式时，需要先对其合路之后，再与其它 蜂窝系统信号源进行合路或引入无源室内分布系统。 l 蜂窝磊一际渤l 鞠塑jl 塑撂广 蜂寅系统1 f l 蜂窝系统l 芏 一邀 l 干线放大器i i 蜂窝系统1l 蜂高系统1 【i 蝴系统l _ 1 耥广一_ 彩懈广 耐蝴广。 耥广一 雯 昏 n 瞬荔习 l 蜂窝系缴l殍 i 登! 娶型i l 翌堕塑i d 图2 2 综合室内分布系统信号源 2 3 2 合路系统 下图为综合室内分布系统合路系统示意图，多个系统通过通过不同的端口 进入宽频合路器，输出端为各系统混合的信号源，该信号源为综合室内分布系 统的输入信号。 北京邮电大学硕士学位论文第2 章综合室内分布系统简介 图2 3 合路系统结构图 2 3 3 无源室内分布系统 这里的无源室内分布系统指的是合路器与室内天线( 包括室内天线) 之间 所有的器件、线缆等设备。 ( 1 ) 从合路器出来的信号可以通过功分器进行等功率分配，或者通过耦合 器进行不等功率分配。 ( 2 ) 这里的分布系统包含的器件全部是无源器件，有源干线放大器的引入 在下面单独说明。 图2 4 综合室内分布系统 2 3 4 干放的引入 当信号衰减到很弱时，需要在分布系统中加入干线放大器放大信号，以扩 大信号的覆盖面积，达到室内良好的信号覆盖。 北京邮电大学硕士学位论文 第2 章综合室内分布系统简介 从充分利用功率的角度出发，干放的输入应通过耦合器输入，充分发挥干 放增益。 图2 5 无源室内分布系统中干线放大器的引入 2 3 5w l _ a na p 的引入 w i a n 的发射功率和接收灵敏度t e 移动基站要差很多，频段不同导致线缆 损耗和路径损耗都比g s m 大很多，如果w l a n 与蜂窝移动通信系统共用室内 分布天线系统，w 乙n 信号的引入就要尽可能地接近分布系统末端，同时为节 省覆盖成本，w l a n 分布系统中一般需要配置干放。 北京邮电大学碰士学位论文 第2 章综合室内分布系统简介 l ，l 1 一 一鬻ff 篙 黜i 滞r i i 燃嫦阴f 躺jl 塞j 犁 ll 竺竺h ：f 亟蚓羹广 l j f 蜂蘩蘸融il 鳃释菜缱lli 蜂臻黝j 觥广_ 1 确广1 俄旋戈嚣广 餐鞴广 l 糯赣蹴jl 嬲自谤轻if 黼黼li 蝴糯f i 倍豫广 耩勰广一1 燃r _ 11 ：燃燃广 捆 。h 端卜_ 由l 燃l l _ j 巳型盟ul 罄l l _ f 礁墩燃f u 图2 6 l a n 信号的引入 9 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 第3 章多系统共存时的干扰分析 3 1 共分布系统的干扰分析 根据综合室内分布系统中各系统的频谱分布和射频指标，干扰的理论分析 首先将干扰进行分类并从理论上分析各种干扰产生的原因、介绍降低各种干扰 的措施，然后根据综合室内分布系统的特点，给出两两系统间干扰分析的报 告。 下表中列出了各系统的基本参数，其他的一些重要的射频参数将在具体分 析干扰的时候给出。多网合一室内覆盖系统中各系统的频谱分布下图所示 w c d h l aw l a n p h sg s mc d m a 8 9 0 9 6 0 m h z8 2 4 8 9 4 m h z 频率 1 9 2 2 1 7 g h z2 4 2 4 8 2 g h 21 _ 9 1 9 2 g h z 1 7 1 1 8 8 g h 21 8 5 1 9 9 g 工作方式 f d dt d dt d d t d d 偿d df d d 信道带宽5 m 1 1 m h z3 0 0 k h z2 0 0 k h z1 2 5 m h z 基站容量 1 2 8 用户1 2 8 用户7 用户8 用户6 4 用户 1 0 d b m 2 0 d b m 基站功率 4 3 d b m2 0 d b m4 6 d b m4 3 d b m 2 3 d b m 3 6 d b m 2 1 d b m 1 0 d b m2 9 d b m2 9 d b m 终端功率 2 3 d b m1 0 d b m 2 0 d b m3 3 d b m3 3 d b m 2 5 d b m 表3 一l 各系统基本参数 8 2 58 3 58 7 08 8 08 9 09 1 5 9 3 59 6 0 n 【 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 图3 一l 各系统的频谱分布 3 1 1 系统间干扰的分类及其产生的原因 从广义上讲，干扰产生可以分为杂散、阻塞和互调干扰： 杂散：杂散是一种加性干扰，是干扰源产生在被干扰频段的噪声。 互调：互调又称交调，当多个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非 线性电路作用下产生互调频率，互调频率落人接收机中频频带内造成的干 扰，称为接收机互调干扰。 阻塞：接收微弱的有用信号时，受到带外的强信号引起的接收饱和失真造 成的干扰，称为阻塞干扰。 不同系统共存时，干扰主要分析受干扰系统接收机的影响，异系统干扰模 型严格意义上非常复杂，对受干扰者的干扰由于是随机的，与用户的分布及活 动路线有关。共存性干扰问题分析主要通过对不同制式下物理配置及相关参数 下系统容量和性能数据的研究。而具体包括共存系统基站之间的干扰、基站与 手机之间的干扰、手机之间的干扰；基站与手机之间的干扰又分为上行干扰和 下行干扰。在这些干扰中，由于终端分布的随机性、数量不确定，且终端和基 站、终端和终端是通过空口连接，加上室内分布系统通信距离和发射功率都较 小，因此凡是涉及到终端的干扰为次要干扰，这些干扰要依具体系统进行仿真 分析和验证。其中干扰系统与被干扰系统之间的发射反向互调干扰由于各系统 发射机本身会考虑，在多系统共存的室内分布式系统设计时可以忽略不记，在 此不作分析，只考虑干扰系统发射机互调对被干扰系统接收机的干扰。 3 1 1 1 杂散干扰产生的原因 杂散是一种加性干扰，是干扰源产生在被干扰频段的噪声。下图是 w c d m a 上行干扰的杂散干扰示意图： 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 图3 2 盯眦上行干扰的杂散干扰示意图 3 1 ，1 2 互调干扰产生的原因 两系统间可能产生的互调包括二阶互调、三阶互调、五阶互调等。而对于 我们考虑的系统( g s m ，w c d m 忡，乙n ) ，不会产生二阶互调。 设系统1 基站发射机频率为f 1 、系统2 基站发射机频率f 2 ( f l ( f 2 ) ，要 分析它们的交调组合频率落在系统2 基站接收机频率范围内形成对系统2 基站 接收机的互调干扰。根据f o u f j e r 变换，由于互调产物能量主要集中在3 、5 阶 组合频率上，且其中3 阶交调产物比5 阶互调产物能量要高许多( 通常高1 0 d b ) ( 如下图) ，因而我们在多系统共存的室内分布式系统中，只考虑3 阶互调干 扰。 懿控 - _ _ 三瞬窆谰三孵黛谲 殖趔 2 趣f l 3 蠡2 也 盐。 。弛脚 斟瓣：一 7 。1 。陋瞰调 料唧黼卿州湖孵嘲唧嘲哪嘲硼脚即嘲 图3 3 各阶互调干扰示意图 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 l 丛 f 2 壤颦 图3 4 互调干扰示意图 3 。1 1 3 阻塞干扰产生的原因 接收微弱的有用信号时，受到带外的强信号引起的接收饱和失真造成的干 扰，称为阻塞干扰。下图是由于其他系统发射强信号进入w c d m a 接收机、导 致w m a 接收机饱和失真。 一一l 匦正 jl 五习 功攀 图3 5 阻塞干扰示意图 撩涔 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 3 1 2 降低系统问干扰的措施 解决干扰的措施是采用隔离的方法，常用的方法是空间隔离、降低干扰源 的功率和增加滤波器隔离。 空间隔离，对解决加性噪声干扰和接收机阻塞以及互调干扰都是有效的。 隔离的大小取决于各个干扰需要的最大隔离度。 降低干扰源的功率，使得两个系统不产生干扰。 对于杂散干扰，可以在发射机端增加滤波器，抑制杂散以及发射互调产 物，降低干扰。 对于接收机阻塞、交调干扰，可以在被干扰系统端增加滤波器，抑制带外 强信号的功率，降低干扰。 对于接收互调干扰，可以通过网络优化，避免三阶互调产物落入被干扰频 段。 3 1 2 。1 降低杂散干扰的措旖 干扰系统对被干扰系统形成的杂散干扰可以在干扰系统发射机滤波器里消 除一发射机滤波器消除被干扰系统接收机信号频段范围里的杂散电平到系统要 求的最大隔离度即可。并考虑宽频合路器前端发射滤波器在其他系统接收频段 对发射信号的抑制。下图给出降低杂散干扰的滤波器隔离示意图： 图3 6 降低杂散干扰的措施 3 1 _ 2 2 降低互调、阻塞干扰的措旄 1 4 北京邮电大学硕士学位论文第3 章多系统若存时的干扰分析 干扰系统对被干扰系统形成的阻塞、互调两种干扰都可以在被干扰系统接 收机滤波器里消除，接收机滤波器消除干扰系统发射机频段范围里的信号电平 到系统要求的最大隔离度即可。及宽频合路器前端接收滤波器考虑对其他系统 发射信号的抑制。下图给出降低互调阻塞干扰的滤波器隔离示意图 f lf2麟攀 f lf 2 频零 图3 7 降低互调、阻塞干扰的措施 一 3 1 3 两系统隔离度计算 图3 8 两系统信号合路需要的隔离度的计算 以g s m 9 0 0 与w c d m a 共存系统为例( 如上图) ，计算两系统信号合路需 要的隔离度。假设w c d m a 基站能承受的干扰为( 1 0 3 9 ) d b m ，根据 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 g s m l l 2 6 标准，g s m 基站发射机( 或直放站) 带外杂散发射在1 9 2 0m h z 1 9 8 0m h z 频段为3 0 d b 叫3 m h z ，隔离度计算如下： l = i n t e r f e r c s i 口a u l e v e l n 0 i s e k v e l t 0 l e r 一埘g ( w 胁t e 出侧ba f f e c t e d ) = - 3 0d b m 一( 一1 0 3 - 9 ) d b m 一1 0 l g ( 3 m h z ，5 m h z ) = 8 4 d b 。 即从理论上讲，针对g s m 对w c d m a 的杂散干扰，需要的合路器隔离度 为8 4 d b 。 3 1 4 两两系统间干扰分析的报告 下表给出了g s m 脚c d m a 懈，i a n 系统共存的情况下，克服各种干扰所需 的隔离度指标。由于p h s 与w m a 频带相隔太近，一并给出这两个系统共 存的隔离度指标，作为参考。需要强调指出的是，干扰分析报告给出的数据 ( 比如需要的隔离度) 只是根据协议的指标计算出的理论值，由于很多协议给 出的指标很宽松，所以计算出来的理论值只是隔离所需的最大值，实际的数值 小于( 甚至远远小于) 理论值。对于实际的系统，由于很多厂家的主设备采取 了很多措施，所以实际所需的隔离指标，可以根据3 1 _ 3 给出的两系统隔离度计 算方法计算出来。 g s m w c d m ag s m w k ww c d m a w l a nw ( d m a _ p h s g s m w c d m ag s m w l a n w c d m aw l a n w c d m ap h s w c d m ag s mw l a ng s mw ia nw c d m ap h sw c d m a 一 杂 8 4 d b3 1 d b8 4 d b9 9 d b8 9 d b9 8 d b3 3 d b8 6 d b 散 互 i8 4 d b 调 i i 阻 3 5 d b ( g s m )i 2 d b ( 6 s m ) 3 0 d b8 1 d b7 8 d b3 5 d b5 8 d b7 6 d b 塞 4 3 d b c s )2 0 d b ( d c s ) 表3 2 各系统间隔离度 注：系统1 基站发射机杂散对系统2 基站接收机灵敏度恶化以0 5 d b 记 3 2 有源器件应用分析 由于电子器件存在热噪声，直放站在正常工作时不可避免会有噪声电平输 出，直放站上行输出噪声电平经过上行路径损耗后到达基站，引入基站的噪声 ， 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 抬升。对于c d m a 系统，基站噪声的抬升会引起基站覆盖范围减小。本节介绍 1 个旎主基站配置1 台直放站、1 个施主基站配置多台直放站和直放站+ 干放三 种情况下上行噪声的计算，然后介绍引入直放站后施主站覆盖范围变化的计 算。 3 2 1 引入直放站后上行噪声的计算 由于电子器件存在热噪声，直放站在正常工作时不可避免会有噪声电平输 出，其输出的噪声电平为： 一b 。；1 0 l g ( k r 。丑) + ，e m + g j 口 一。：直放站上行输出噪声电平 彤；波尔兹曼常数 r ：噪声的绝对温度 b ：w c d m a 信号带宽 ：直放站噪声系数 q 。：直放站上行增益 直放站上行输出噪声电平五印一。经过上行路径损耗后到达基站，注入到 基站的噪声电平为： 。= 。一厶 岛为从直放站上行输出端口到基站接收端口之间的路径损耗。 则基站输入端总输入噪声为： 弓一女7 m ，= 昂m 一+ 最口“， 其中0 口一一l o 顿足r b ) + b ”为基站输入端噪声电平：最。为基站噪 声系数。 定义噪声增量如下： 。 m l g 生警监 口一眦。 将乞。一。和一。代入上式，则在基站输入端由直放站引入的噪声增量 为： 堑：监! 鲰虫 吒8 一。一1 0 培( 1 + 1 0 1 0 ) 1 4 = l o l g ( 1 + 1 01 0 ) 其中，。a ( 一b 。) + ( q 。一厶) 定义为噪声增量因子。 1 7 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 3 。2 2 引入多台直放站后基站的噪声抬升计算 上述讨论的仅仅是1 个施主基站配置1 台直放站的情况，在实际应用中，经 常需要1 个施主基站配置多台直放站。基站引入多台直放站的应用形式主要有三 种：星形、串联形及星形与串联形混台，对于这三种应用形式，由于在实际中 绝大部分是星形形式，因此在此只讨论星形应用形式。 多个直放站与一个基站组成的星形网络如下图所示： 丫 上1 i 痧掣1 g 2 詈一 扇， l 2 且皿甲3 圈3 9 多个直放站与一个基站组成的星形网络 为了分析方便，假设所有的直放站和基站具有相同的噪声系数( 即 f 船pr 忍。) 、假设在基站端接收到每个直放站发来盼上行噪声电平必须相 同，由于各直放站到达基站的链路损耗( l 1 、l 2 、l 3 l n ) 各不相同，为了 使各直放站发送到基站的噪声电平相同，各直放站的上行增益应满足下式： g l 一厶- g 2 一工：s 。q lt 虬。= g 。一k 其中， ；坠墅二堡岛：生灶 在满足上述条件下，施主基站的噪声增加为： ! ，堂 昂招，虹置1 0 l g ( 1 + 丌。1 01 0 ) 噪声增量因子与基站噪声抬升的关系图如下： 苫耕 舂 苴 北京邮电大学硕士学位论文 弟3 章多系统共存时的干扰分析 嘬囊增量固于n r 船e 图弘1 0 噪声增盘因子乓基站噪声抬升的关系 由图中可以看出，与多个直放站和基站之间的平均路径损耗相比，多个直 放站的平均增益越小，在相同的基站噪声抬升的情况下，基站所能带的直放站 越多。分析具体如下： j 在基站、直放站等设备选定后，其噪声系数为定值；在基站、直放站等设 备安装完毕后，它们之间的路径损耗为定值。为了分析方便，假定基站和直放 站的噪声系数相等。由公式 匕一。= 1 0 l g ( 1 + ，l l o1 0 ) 。= g 1 一上1 ；g 2 一厶一= q 一毛 咒n g 。一岛；f k 。一，；”一m 。 因此，噪声系数r 。只决定于直放站的平均上行增益和直放站与基站之间 的平均路径损耗之差，也就是基站发射功率与直放站下行输出功率之差。 以下各表给出了当给定所能容忍的基站噪声抬升值时，基站所能带的直放 站最大个数。 当基站噪声抬升= 2 5 d b 时 。( 曲) 1 61 51 41 31 21 l。1 098- 765 d 直放站下行输出 2 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 9 功率( d b m ) 直放站个数 1 5 1 5 1 5l s1 297643 3 21 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统菇存时的干扰分析 表3 2 基站噪声抬升2 5 d b 时所能带的直放站最大个数 当基站噪声抬升= 2 d b 时 k 。( 扭) 1 61 51 41 31 2 1 l - 1 098 7 65 4 直放站下行输出 2 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 9 功率( d b m ) 直放站个数 1 5 1 51 41 1975432211 表3 4 基站噪声抬升2 d b 时所能带的直放站最大个数 当基站噪声抬升= 1 5 d b 时 。( 招) 1 61 51 41 31 21 11 09876- 5 d 直放站下行输出 2 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 7 3 83 9 功率( d b m ) 直放站个数 1 51 31 086 5 4 322111 表3 3 基站噪声抬升l _ 5 d b 时所能带的直放站最大个数 当基站噪声抬升= 1 d b 时 r 。( 扭) 1 61 51 41 31 21 11 0987654 直放站下行输出 2 72 8 2 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 9 功率( d b m ) 直放站个数 1 08654322 111| 表3 4 基站噪声抬升1 d b 时所能带的直放站最大个数 当基站噪声抬升= o 5 d b 时 k 。) 1 61 51 41 31 21 11 0 987654 直放站下行输出 2 72 82 93 03 13 23 3 3 43 53 63 73 8 3 9 功率( d b m ) 直放站个数 43 3 2 l11 t| | 表3 5 基站噪声抬升o 5 d b 时所能带的直放站最大个数 上述表格数据基于以下假设： 1 基站输出功率4 3 d b m ： 2 基站噪声系数与直放站噪声系数相同； 3 直放站上行增益与下行增益相同。 2 0 北京邮电大学硕士学位论文第3 章多系统共存时的干扰分析 3 2 。3 考虑直放站+ 干放的情况 实际情况中还会出现直放站带干放的情况，如下图所示 苫 基站 图3 1 l 直放站带干放的情况 n 直放站加千放的情况和不加干放时的情况大致相同，只是噪声增量因子发 生了变化： m 。一( f j 口+ 声品一b ) + ( g + g 一一丘) 其中： 最e p ：直放站的噪声系数 昂，：干放的噪声系数 兄。：基站的噪声系数 g 。：直放站的上行增益 g ：干放的上行增益 匕：干放至直放站的路径损耗 k ：直放站到基站间的路径损耗 在基站、直放站、干放等设备选定后，其噪声系数为定值；在基站、直放 站、干放等设备安装完毕后，它们之间的路径损耗为定值。因此，噪声系数 m 。只决定于直放站的平均上行增益和干放的平均上行增益之和。显然由图3 1 0 可见，如果直放站的平均上行增益和干放的平均上行增益之和过大，将带来 j ! 塞塑生查堂堡主堂堡丝苎 苎! 皇兰墨竺苎壹壁堕王! ! 坌塑 基站上行噪声的很快增大。因此在实际工程中应该慎重使用直放站+ 干放的信源 形式。 3 2 4 引入直放站后施主站覆盖范围计算 以广州为例，室外基站传播模型可用如下公式描述： l p = k 1 + k 2 l o 班+ 髓( 1 i m ) + k 4 1 0 9 ( 吼) + 飚l o g o e f 。+ k 6 i o g ( h e f ；f ) l o 酣+ k 7 + k c l u t i e r 其中 l p ：路径损耗 k 1 ：衰减常数 k 2 ：距离衰减系数 k 3 、k 4 ：移动台天线高度修正系数 k 5 、k 6 ：基站天线高度修正系数 k 7 ：绕射修正系数 k d u t t e r ：不同地物决定的修正系数 d ：基站与移动台之间的距离( k m ) h m ；移动台天线有效高度( m ) h e f f 基站天线有效高度( m ) 对于广州，k 1 ，k 7 及k c l u t t e r 的取值如下表： 密集市区一般市区 郊区农村交通干道 k 11 5 3 2 31 5 0 2 31 4 6 2 3 1 4 2 6 21 3 5 2 3 k 24 0 2 34 0 2 34 0 2 35 7 2 35 7 2 3 怼2 8 82 8 82 8 82 9 62 9 6 k 4 o0o0 o k 51 3 8 2- 1 3 | 8 21 3 8 2 - 1 3 8 21 3 8 2 k 66 5 5 6 5 56 5 56 5 5- 6 5 5 k 70 80 80oo k c l u t t c r7 7 2 72 95 表3 8 传播模型中各参数在不同环境下的取值 对于密集市区而言，c s 和p s 四种业务的小区半径如下表： c sp s 参数 a m r l 2 2 c s 6 4p s 6 4p s l 2 8 移动台天线高度( m ) 1 5l | 31 - 3l - 3 接收机天线高度 3 03 03 03 0 北京邮电大学硕士学位论文 第3 章多系统共存时的干扰分析 i最大允许路径损耗( d b ) 1 2 5 21 2 2 5 1 2 4 51 2 2 0 小区半径( k m ) 0 4 3 4 50 3 3 7 4 o 3 9 4 7o 3 2 6 4 表3 一g 密集市区中施主站的覆盏半径 对于一般市区而言，c s 和p s 四种业务的小区半径如下表： c sp s 参数 a m r l 2 2c s 6 4p s 6 4p s l 2 8 移动台天线高度(