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第五章 干 扰 分 析吴志忠干扰将使误码率升高，从而使话音质量下降甚至掉话。5-1 同频道干扰5-1-1 定义凡是无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰都称为同频道干扰。5-1-2 蜂窝小区同频道干扰陆地移动通信蜂窝系统采用频率复用方法，以提高频谱效率，这虽然增加了系统容量但由于在不同小区中重复使用了同一频率波道而产生同频道干扰。当小区不断分裂使基站服务区不断缩小，同频复用系数增加，大量的同频道干扰将取代人为噪声与其它干扰成为对小区制的主要约束，这时的移动无线电环境将由噪声受限环境变为干扰受限环境。在GSM移动通信蜂窝系统中，关于同频道干扰保护比，规定载波干扰比C/I9dB。该值是根据目前运行的蜂窝移动接收机可接受的话音质量测定的。工程设计时需另加3dB余量。GSM移动通信蜂窝系统一般选用4基站小区、3扇形区的43结构，或3基站小区、3扇形区的33结构及2基站小区、6扇形区的26结构。由于采用定向天线，主要干扰源数目将减少到1-2个（见图5-1）。 1 1 1 1 3 4 2 1 1 1 图 5-1对于小区半径极小、同频复用极高的地区，同频道干扰将无法避免。图5-2表示两同频站 同频站 f1 基站 f1 -80dBm C/I=0dB -90dBm C/I9dB C/I=9dB -100dBm 3km 图 5-2的同频干扰示意图，图中考虑了天线前后波瓣辐射情况。因此对于实际存在的同频干扰，只要能满足C/I9dB即可，对于C/I0dB情况，主要通过及时切换解决。对蜂窝系统中同频道干扰严重的区域，应该进行实地同频道干扰测试，测试方法见第七章。5-1-3 同频道干扰计算机辅助预测如果有精度较高的地形地物数据库和合适的电波传播模式，可以利用个人计算机或工作站根据基站参数预测小区内的同频道干扰，即载波干扰比的分布图。迅速地知道小区内同频道干扰严重的区域。在工程设计中，预测同频道干扰最简单的方法是采用同频复用距离D 和小区半径R 的比值来估算同频道干扰的载干比C/I， 但这种方法由于没有考虑具体的地形地物影响，精度较差。计算机辅助预测同频道干扰是利用已建立的地形地物数据库，其参数主要有：地形海拔高度、建筑物高度、树林分布、街道宽度、水面分布等，市区内数据值的水平间隔可达到510m（见第九章）。 当已知基站位置坐标和天线高度以及测试点位置时，就能立即得到传播路径上的地形地物剖面图，采用精度较高的点点电波传播模式可以计算出有用信号的基站和干扰信号的同频站分别在测试点产生的场强值，从而得到该点的载波干扰比。以此类推可得到整个小区的同频道干扰分布图。计算机辅助预测同频道干扰的最大优点是简便快速，预测范围广，便于全面了解小区内的同频道干扰情况。其缺点是受到地形地物数据库和传播模式精度的限制。5-1-4 降低同频道干扰的措施在移动通信蜂窝系统中，降低同频道干扰是网络优化的一个很重要的内容，但是也是一个很复杂的问题。目前可考虑的方法有如下几种。 （1） 增加两个同频道小区间的间距实际统计表明信号强度随距离以近似4次幂指数规律衰减， 若使用同一频率组的两个蜂窝小区间保持足够大距离的话，可以避免同频道干扰。但由于同频小区间隔在工程设计中早已确定，在对已建网络进行网络优化时，再次改变基站站址以增加同频小区间距一般是不可行的。 （2） 消除玻璃幕墙反射引起的同频道干扰在大城市中由玻璃幕墙装饰的高层建筑物会引起电波的强烈反射，这种反射波极有可能会引起同频道干扰或邻频道干扰。发生这种情况时，只能调整天线方位角设法避开玻璃幕墙的反射。（3） 降低发射功率电平 1 降低移动台发射功率 降低移动台发射功率可以减少上行同频干扰，可适当减小相关小区的移动台发射功率参数，如移动台最大发射功率参数等。同时，还可对移动台进行动态功率控制，减低发射功率。移动台在呼叫建立或通话连接过程中，其发射功率根据基站的指令进行动态调整，当基站测得移动台信号场强大于功率控制门限参数，基站就会指令移动台减低发射功率。因此在无线网络优化过程中应考虑设置合适的功率控制门限参数。 由于我国在建筑物内使用手持机的用户较多，为保证这部分用户的通话，发射功率还不能降得太低。 2 降低基站发射功率 通过增大相关基站小区BTS峰值功率的预衰减参数或最大发射功率、最小发射功率，可降低基站发射功率，减少它对其它同频道小区内移动台的干扰。在移动通信工程设计中，基站发射机的输出功率是根据基站服务区覆盖的大小决定的。如果对已建的移动通信蜂窝网中基站发射功率进行调整的话，场强覆盖大小也会相应变化。降低基站发射功率，场强覆盖范围将会变小。对于一个设计合理的覆盖小区就不能轻易地降低基站的发射功率，否则会引入过多的盲区。如果我们通过同频道干扰测试能判断某同频小区是一个很强的同频道干扰源，并且通过场强测试还发现该小区的覆盖范围过大，那么可以降低它的基站发射功率，这对减小干扰是一个很好的对策。降低的功率值应由正确的覆盖区所需要的大小而定。 （4） 不连续发射(DTX)DTX分为上行DTX和下行DTX。它通过限制无用信息的无线发送，减少对同频移动台或同频基站的干扰。在网络优化时可以决定是否选用，而且可以在上下行分别单独使用，选用上行DTX还能延长移动台的电池寿命。在DTX模式下，用户有效通话时，编码为13 Kb/s，而在其它时候仅保持在大约500 bit/s，用于模拟背景噪声。因正常语音帧编码为260 bit/20ms，而在DTX非话时期编码为260 bit/480ms，从而改善了无线的干扰环境。 （5） 使用跳频技术 跳频可有效地改善无线信号的传输质量,特别是慢速移动体的传输质量。由于跳频使得发射载频以突发脉冲序列为基础进行跳变，从而可明显减低同频干扰和频率选择性衰落效应，达到干扰源分集和频率分集的效果。TDMA系统允许有64种不同的跳频序列，由移动分配指数偏置、跳频序号决定。跳频序号取6 4个不同值，可选用周期序列或伪随机序列。 为获得良好的抗同频干扰效果，同频远端小区应使用不同的跳频序号。 （6） 降低基站天线高度 1. 在相当平坦的地面，降低基站天线高度对减小同频道干扰和邻频道干扰非常有效，特别是市区中高基站天线。但和降低功率一样，这将会影响服务区的覆盖范围。2. 对于基站天线设置在高山或高地上情况，降低基站天线高度可能并不会减少同频道干扰和邻频道干扰。因为在计算传播路径损耗时，其值是与有效天线高度成正比，而不是实际天线高度。有效天线高度是指在反射线的反射点处与地面相切的平面之上的天线高度。当天线在高山上时，如图5-3a所示，有效天线高度是hH 。如果把实际天线高度减少到0.5h，则有效天线高度成为0.5hH 。若h H ，可以看出有效天线高度基本不发生变化。图 5-3 3. 当基站天线设置在山谷中时，从天线有效高度的变化(见图5-3b)可看出，降低山谷中的天线高度对到达距离较远的高地上的路径损耗影响较大，对天线附近的地区影响则不大。 4. 由于降低基站天线高度将会涉及到天线位置的重新架设，馈线的重新铺设以及馈线长度的改变等一系列复杂工程问题，因此利用降低基站天线高度减少干扰的方法，并不是首先推荐的方法。 （7） 更改天线的安装位置把基站天线依墙架设在高层建筑物的侧面，或安装在室内，这样能有效地抑制来自另一侧的同频道小区内移动台发射的上行同频道干扰信号。 （8） 天线方向去耦利用小区定向天线水平方向图中不同方位角之间的天线增益差，调整产生干扰的基站天线方位角，在保证本小区的覆盖范围情况下，使其主波束轴向偏离被干扰小区。对于4小区蜂窝系统，其同频道保护距离系数F为如果小区半径R 已知，则可求出同频复用保护距离当两个同频小区具有3.46R间隔时，干扰小区的天线方向图中有27扇形区对被干扰区产生干扰（见图5-4）。 当采用120定向天线时，由其水平方向图可知（见图5-5），当偏离主波束轴约70时，才有-5dB的增益差，因此对于120定向天线，利用其水平方向图去耦来减小同频干扰，效果 27 D R 图 5-4 图 5-5将不太明显。对于采用 60定向天线（见图5-6a）的基站，利用天线方向去耦可能会有一定效果。 (a) 水平方向图 (b) 垂直方向图 图 5-6（9） 天线向下倾斜 倾斜的定向天线结构能消除干扰。有时天线倾斜比降低天线高度更有效，特别是对高基站或有很高树林的区域。 当天线下倾时，设天线方向图的主瓣最大值处向下倾角，则偏离主瓣最大值的波束下倾角，如图5-7所示。由图可知不同偏离角处波束的倾角将各不相同，我们可以得到、和之间关系如下： 图 5-7 tg = (rsintg )/r = sintg = arctg(sintg) 1. 天线向下倾斜对覆盖范围的影响 根据天线下倾时的几何关系表达式，结合某一给定的天线方向图可以计算出天线向下倾斜对辐射方向图的影响,再利用传播模式即可计算出天线向下倾斜时的场强覆盖情况及C/I分布情况。例如，假设基站天线高度为30m，天线方向图如图5-6所示，利用OkumuraHata传播模式计算出以基站天线为中心的5km范围内的场强覆盖图。天线的倾角分别为0、5、10、14、16、18时的计算结果如图5-8所示，可以看出随着天线倾角增大，天线主波束对应的区域（正前方）场强迅速减低，而偏离主波束较大的区域场强变化较小，当倾角大于12以后，主波束对应的覆盖区域逐渐凹陷下去。当倾角等于16时，中部出现明显的凹坑。 图 5-8 （2） 利用方向图中的凹坑减少同频道干扰 适当改变干扰小区的天线方位角，使天线方向图中的凹坑准确地对准被干扰小区,可以利用凹坑减少同频道干扰。根据图5-8所示情况，对这种60天线，向下倾斜角度应选在1416。为了保证其覆盖范围，还必须调整基站的发射功率。 不同类型的天线，其天线垂直方向图不同，其凹坑所对应的下倾角也将不同。（3） 天线向下倾斜对抗同频道干扰能力的改善图5-9表示当服务小区天线固定下倾5，同频道小区天线下倾角分别为0、5、8、10、12、及13时，计算得到的载干比C/I分布图。从图中可以看出，随着同频道小区天线下倾角增大，整个小区的9dB线向外迅速扩展，13时，R5km的小区几乎全部被9dB线包围,说明此时整个服务小区中同频道干扰都很小,C/I都能满足大于9dB要求。 =10 =12 =13 图 5-9 （4） 注意事项 1. 利用向下倾斜天线降低同频道干扰时，天线的下倾角必须根据天线的垂直方向图具体计算后认真选择。改善抗同频道干扰能力的大小并非与下倾角成正比。 2. 既要能尽量减少对同频道小区的干扰，又要能保证满足服务区的覆盖范围，特别要认真考虑实际地形、地物影响，以免出现不必要的盲区。当下倾角较大时，还必须考虑天线的前后辐射比，避免天线的后瓣对背后小区的干扰或天线旁瓣对相邻扇区的干扰。 3. 最后还应该进行场强测试和同频道干扰测试，以确认对C/I值的改善程度和对覆盖区的影响。 4. 如果能结合地形地物数据库进行计算,则能得到更切实际的结果。 （10） 抗同频道干扰天线除了用机械方法使天线垂直方向图向下倾斜外，还可以利用天线设计中的赋形波束技术，设计出向下倾斜方向图或抗干扰性更好的余割方向图的阵列定向天线，其垂直方向图如图5-10所示。这种天线的最大优点是把天线辐射能量集中照射在服务区内，所以对其它小区产生的干扰很小。图 5-10如果天线辐射能量按设计要求全部集中在服务区内，则同频道复用保护距离D 就可以取任意值。但这要求天线垂直方向图在水平方向附近的陡度非常大，这对天线自身高度受到限制的阵列天线不太容易做到。尽管如此，目前这种天线已能有效地缩短频率复用距离。抗同频道干扰天线除了能有效地减少同频道干扰以外，还能有效地减少远距离干扰。远距离干扰是指距离可达320km远的其他系统，由于大气波导原因产生的干扰。另外，在盲区或弱信号点较多的丘陵地区，当用一般的定向天线增加其高度以覆盖这些盲点时，会引起同频道干扰的增加。但是若增加抗同频道干扰天线的高度来覆盖这些盲点时，仍然能减少同频道干扰。抗同频道干扰天线可推荐给干扰严重的每一个小区基站使用。 (11) 分集接收由于在接收端采取分集接收方案不会引起任何附加干扰，因此分集接收方案是一种减少干扰的有效技术。目前通常在基站采用空间分集接收天线或极化分集接收天线的分集接收形式。当有干扰时，没有采用分集接收的小区基站首先应考虑分集接收。当移动台采用分集技术时，小区基站的发射功率可以减少3dB，同频道干扰也会急剧减少。 （12） 频道配置的优化调整 由于实际上服务区内各处的话务量是不均匀的，所以目前通常是对高密度话务区采用小蜂窝，话务密度低的地区则采用大蜂窝的这种混合形式的不规则小区方案。因此，对于频道配置应该进行优化调整。频道配置的优化调整可以采用计算机辅助方法，优化的目标函数是同频道干扰最小，但又要使原来的频道配置变动最小。优化的结果是，得到的新的频道配置能使移动通信网中的同频道干扰影响最小。优化软件中还将用到同频道干扰预测软件。 （13） 分层小区结构在都市高架桥上或在高层建筑物高层中的移动用户，常会接收到一般道路上或低层建筑物用户接收不到的较强的同频道干扰信号，造成较强程度的同频道干扰。这是因为按照传播理论，当第一菲涅耳区不被地形地物阻挡时，电波传播可假设为自由空间传播，此时规划中依靠地形地物的同频干扰保护条件已不存在。为克服这类同频干扰的方案之一是采用分层小区结构。上层小区专为高架桥及高层用户服务，基站天线架设较高，使用的频率不复用，采用大区制其覆盖范围很大。下层小区则为其他用户服务，频率可以复用，其基站天线高度也尽量降低及采用天线下倾技术或抗同频干扰天线，力争避免对高架桥及高层用户提供覆盖。通过调整最低接入电平参数及切换参数来使上层小区只为高架桥及高层用户服务。5-2 邻频道干扰5-2-1 定义干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰，称为邻频道干扰。5-2-2 蜂窝小区邻频道干扰在GSM移动通信蜂窝系统中，关于邻频道干扰保护比，规定载干扰C/I -9dB，工程设计时需另加3dB余量。 （1） 邻近小区产生的邻频道干扰在GSM系统频率规划中，无论是采用43结构还是33结构或26结构的小区，都会出现某些邻近小区之间存在邻频道干扰现象。另外，为满足话务量要求，采用不规则频率分配时，会出现更多的邻频道干扰可能性。 （2） 覆盖范围过大引起邻频道干扰如果小区基站的覆盖范围因某些原因比设计要求范围大，也会引起邻频道干扰。5-2-3 邻频道干扰的测试在现场进行实时邻频道干扰的测试，可以很好地了解蜂窝系统中邻频道干扰情况。测试方法见第七章。5-2-4 降低邻频道干扰的措施 （1） 频率规划优化调整如果存在邻频道干扰的相邻小区间的载波干扰比C/I -9dB时，则需要对蜂窝系统的频率规划重新进行优化调整。特别要尽量保证小区的BCCH频率不出现邻频道干扰。 （2） 其他第5-1-4节降低同频道干扰的措施可用于减少邻频道干扰。5-3 互调干扰5-3-1 互调干扰定义 当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时，将互相调制产生新频率信号输出，如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内，则构成对该接收机的干扰，称为互调干扰。5-3-2 TACS网对GSM网的互调干扰TACS网中每个信道占用一个频率，各信道的下行链路信号由于TACS-TX功放的非线性，它们之间有可能出现互调干扰。若互调干扰信号频率正好落在GSM网的下行链路频带内，及（，为TACS网下行链路频率，为GSM网下行链路频率），就构成了TACS网对GSM网的互调干扰，其最大的互调干扰发生在GSM MS进入TACS BS附近区域。若GSM和TACS还共基站的话，则有用信号因MS离GSN BS距离太近而受功率控制其值较低，从而使此时的C/I值最差。若在TACS网的基站附近出现由于载干比小于规定值而造成的GSM网覆盖盲区的话，则极有可能是由互调干扰引起。5-3-3 TACS网和GSM网间的互调干扰如果TACS网和GSM网共基站的话，它们之间也可能会出现互调干扰。例如：GSM-TX发射频率为的下行链路信号到达并进入共基站的TACS-TX发射机内，设TACS-TX的发射频率为。由于TACS-TX功放的非线性，两频率信号会互相调制产生一新频率的三阶互调产物。如果该频率落在