3G网络中干扰问题的影响及定位方法.doc

3G网络中干扰问题的影响及定位方法 引言3G网络规划优化是复杂系统的工程，但所有的工作都是建立在有“干净的频带”的前提之下的。特别是对于自干扰系统，保证网络建立在底噪较低的网络环境内，是得到预期网络性能的基本要素。3GPP协议中对FDD系统及TDD系统的频段定义描述包含在TS25.101（FDD）及TS25.102（TDD）中。当前我国的频段划分情况如图1所示。其中第三代公众移动通信系统的工作频段又分为以下3种：1）主要工作频段。频分双工（FDD）方式：1920-1980MHz/2110-2170MHz；时分双工（TDD）方式：1880-1920MHz，2010-2025MHz。2）补充工作频段：频分双工（FDD）方式：1755-1785MHz/1850-1880MHz；时分双工（TDD）方式：2300-2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。3）卫星移动通信系统工作频段：1980-2010MHz/2170-2200MHz。同时，目前已规划给公众移动通信系统的825-835MHz/870-880MHz（cdma），885-915MHz/930-960MHz（GSM900）和1710-1755MHz/1805-1850MHz（DCSl800）频段，同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段，上、下行频率使用方式不变。在这种复杂的频段环境下，了解干扰的分类、影响及基本的定位方法就显得尤为重要。1 3G网络系统中的干扰1.1 发射机信号分类发射机信号可以分为以下4类：1）发射机发射信号；2）发射机带外辐射；3）发射机杂散辐射；4）发射机交调与互调。1.2 干扰原理发射机产生的各种干扰信号对接收机的干扰有不同的途径和机理，上行干扰可以分为系统内部和外部因素引起的干扰。系统内部干扰可能是由于工程质量问题引起的，如天馈、连接器和负载等接头引起的干扰，也可能是由于天线、连接器和负载等器件本身的质量问题引起的干扰；系统外部干扰主要指外界的干扰源引起或外界干扰源与系统内部相互作用后引起的干扰。外部干扰源可能是已存在的2G系统、直放站、手机干扰器、微波传输设备和非法使用WCDMA系统工作频段的发射设备等引起的干扰。1.2.1 系统内干扰以WCDMA系统为例，对于系统内多个用户的信号在时域和频域内均是混迭的，且不同小区的发射频率均相同，为自干扰系统，通过多址码将各信道分开。1.2.2 系统间干扰不同系统间的互干扰原理，与干扰和被干扰2个系统之间的特点以及射频指标紧紧相关。但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，是由于发射机和接收机的非完美性造成的。发射机在发射有用信号的同时产生带外辐射，其中包括由于调制引起的遴聘辐射和带外杂散辐射。接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；同时接收机也存在非线性，带外信号（发射机有用信号）会引起接收机的带外阻塞。2 干扰对网络性能的影响（以WCDMA为例）2.1 干扰对WCDMA覆盖的影响对于基站和终端来说，任何干扰都只是增加接收时的No（带限白噪声的功率谱密度）。这里为了方便，我们以静态干扰为主，把静态干扰看成白噪声，而动态干扰随着时间和空间的不同而不同，为了简单起见，这里把动态干扰看成静态干扰加上一定量的波动阈值。上行底噪的抬升将会减小上行覆盖链路预算中的最大允许路损值。2.2 干扰对WCDMA容量的影响2.2.1 容量评价准则这里所指的系统容量意思为统计平均系统容量，以接入的满意用户数为准则，即指在任意一个小区/扇区中所能承载的平均满意用户数的数量。为了研究不同系统的干扰共存，必须要建立在相同的评价标准上，即两系统都处于正常工作状态且具有相同的技术指标（这里指两系统处于相同的负载大小）。2.2.2 TD-SCDMA系统对于WCDMA系统的容量影响当WCDMA系统载波与TD-SCDMA系统的载波相令阻只考虑1920MHz时，频率间隔至少为3.5MHz。邻道干扰比（ACIR）是描述非理想接收滤波器的性能指标之一，它表征发射机带外杂散功率大小，是发射端邻信道泄露功率比。在仿真TS-SCDMA基站对WCDMA基站的干扰时，不考虑WCDMA对TS-SCDMA系统的干扰。仿真环境为Macro环境，小区半径均为577m全向小区，对于运营商间的距离共仿真了3种情况：间距0m（共站址）、288.5m（小区半径/2）、577m（小区半径）。TD-SCDMA系统基站（下行链路）的用户数为单TD-SCDMA系统在95%的用户满意度时能够支持的用户数。图2显示了TD-SCDMA基站在使用智能天线时，在小区半径为577m时对WCDMA基站容量的干扰。从图2可以看出：1）WCDMA系统上行容量损失均随着ACIR值的增大而减小；2）站点间距对系统性能影响很大；3）为保证WCDMA上行容量损失小于5%，在小区半径为577m时，共站时的ACIR至少为70dB；基站间距为R和R/2是，ACIR至少为65dB。从上面的仿真实例可以看出，系统间干扰对于容量的影响是明显的。2.3 干扰对终端电池使用时间的影响由前面的分析可知，干扰使基站接收机的底噪抬高，恶化基站接收机的灵敏度，由于基站功控的作用，处于小区边缘附近的终端就要增大发射功率以保证业务接入，此时终端的功放工作电流加大，从而降低了电池的使用时间。3 干扰基本判断方法干扰的种类多样，其发生的机理都是由于发射机和接收机的非理想性造成的。各种干扰由于其发生原理不同，产生的结果也不尽相同，比如交调干扰和阻塞干扰发生的现象就有明显的区别，所以我们可以通过干扰发生的现象来判断其类型，并通过定位测试来确定干扰源的位置。正确的完成干扰的判断定位，才能使后续的干扰分析、测试和解决方案等工作顺利有效地进行。干扰是在接收机端产生的，因此干扰的判断测试也应该在接收机端进行。由于某些类型的干扰信号（加性噪声干扰和交调产物等）到达接收机时强度低于底噪，此时在测试仪器的显示屏上干扰信号将被仪器底噪淹没，但是又足以对接收机形成干扰，因此必须将接收机第一级低噪放大器（LNA）的输出口连接测试仪器，才能测试到经过放大后的干扰信号（其强度等于测试幅度LNA增益）。3.1 交调干扰判定根据交调干扰信号的特点，判定可以从3个方面进行：频率分析、频谱分析和指标计算分析。3.1.1 频率分析通过交调干扰的多阶频率组合计算，可以知道交调产物的频点集合，再与测试到的干扰信号频点对比，可以判断是否交调干扰。3.1.2 频谱分析由仪器测试的干扰频谱图我们可以判断干扰信号的种类，通常交调产物的信号特点与源信号是一致的，如图3所示。上图是从EGSM基站LNA输出口测试的干扰频谱图，干扰源信号是共站的AMPS基站，其下行工作在870-880MHz，信道带宽30kHz。按照三阶交调的公式，三阶交调产物的频率应该可以落在880-890MHz频带内，即EGSM基站的上行工作频段。如图2所示，频谱仪测试到的干扰信号信道带宽都很窄（远小于GSM信号带宽250kHz），与AMPS信号类似，而且强度基本一致，很明显就是AMPS信号在EGSM基站接收机端产生的交调产物。3.1.3 根据指标计算分析由接收机链路图我们知道，接收机的模拟链路主要由天线、无源器件（滤波器等）和有源器件（放大器、混频器等）组成，在混频器之前的器件非线性指标如下。天线的互调指标：-150dBc左右；无源器件的互调指标：-100dBc左右；放大器的OIP3：33dBm左右。那么通过估算干扰源信号到达接收机时的强度，可以计算每个器件可能产生的非线性产物的幅度，再与频谱仪测试的可能交调产物幅度对比，如果接近则可以确定是交调干扰。计算过程举例如下：假设到达接收机天线前的2个干扰源信号强度均为A，天线增益为G1，放大器增益为G2，滤波器损耗为L，则逐个计算：天线产生的交调产物在频谱仪处幅度应该为：I1=A+（-150）+G2。无源器件产生的交调产物在频谱仪处幅度应该为：I2=A+G1+（-100）+G2。放大器产生的交调产物计算较复杂，直接给出结果：I3=3（A+G1-L+G2）-2OIP3。如果频谱仪测试得到的干扰信号幅度与上面任何一个数值一致，则可以证明交调干扰是存在的。必须注意的是，天线产生的交调产物肯定会比其他器件的交调产物低，因此绝大部分情况下不需要考虑。3.2 阻塞干扰判定阻塞干扰主要有2种类型，线性阻塞和饱和阻塞。3.3 加性噪声干扰判断加性噪声干扰可以直接由频谱图判断，因为此类干扰信号是直接叠加在有用频带内，因此受干扰的频带底噪会有一定幅度的抬升，而且抬起后依然保持频带宽，有一定波动的噪声信号特点。3.4 邻道干扰判断邻道干扰究其定义，干扰信号处于有用信号的相邻信道，因此我们只要由频谱测试图直接判断即可。需要注意的是，干扰信号可能与有用信号带宽不