WLAN与GSM室内覆盖合路原理和干扰分析

1、Technology Interchange技术探讨1引言随着中国移动集团“随e 行”W L A N 工程的建设开展,W L A N 与G S M 室内覆盖双网合路技术逐步得到应用。该方案的技术优势在于能降低网络建设成本,减少工程安装量,缩短工程建设周期,提高网络建设质量等方面。本文主要针对双网合路的关键技术点进行基本分析。2合路技术原理 2.1概念 双网合路的技术思路,是将W L A N 的无线射频信号通过合路器馈入G S M 室内覆盖系统,各频段信号共用天馈进行覆盖,如图1所示。在天馈系统无源器件无法满足合路频段要求,或由于天线安装位置不合理导致无法达到预定信号覆盖强度等情况下,可对原有天

2、馈系统进行扩频或结构改造,以实现双网(G S M 、W L A N 或多网(如G S M 、3G 、W L A N 合路。图1说明,G 网、3G 网和W L A N 之间并不存在直接的相互关系,只是通过合路单元(多频合路器实现射频信号共用天馈传输。 图1双/多网合一原理图2.2合路频段范围与元器件要求在进行双网合路之前,应确定原有G S M 覆盖系统中所有无源器件及天线的频段范围是否满足并网要求,现行各运营商系统的网络频段使用如表1所示:表1运营商网络频段表与双网合路有关的元器件主要包括合路器、功分器、耦合器、天线等,另外影响合路效果的器件还有天馈线、馈线接头,相同的器件对不同频段射频信号通过

3、造成的插损和线路损耗均不同,对于W L A N 的2.4G 高频信号造成的影响最大。2.3合路关键设备(1合路器合路器对电磁波信号进行过滤,让需要的信号通过,抑W LAN 与GSM 室内覆盖合路原理和干扰分析陈高瞻广东移动通信有限责任公司广州分公司 Technology Interchange技术探讨制不需要的信号,再将信号合成一路,同样的,也可以把宽带信号分离成多路,其特性可以用以下指标来描述:通带工作频段:即滤波器允许通过电磁波的频率范围;通带插入损耗:由于系统中增加了滤波器,会对系统信号造成一定的衰减,通带插入损耗(简称插损度量了损耗的幅度,一般希望损耗越小越好;阻带抑制度:理想的滤波器

4、是矩形的,通带内的信号全部通过,通道外的信号全部过滤掉,但实际情况是,只能过滤掉一部分能量,阻带抑制度反映了对过滤信号的衰减幅度,通常也称为通道外抑制;端口驻波比:端口驻波也是衡量滤波器性能的一个关键指标,反映滤波器件与系统中其它部件的匹配程度;回波损耗:从概念上指的是一种损耗,实际上,它测量的是传输信号被反射到发射端的比例。现在,工程采用的合路器(以京信公司生产的合路器C O M-C L N N00为例可用于G S M、D C S/3G、W L A N四网合一,其中将800M H z960M H z和1710M H z2170M H z合成一路,再与2400M H z2500M H z并联合

5、路,如图2所示:图2合路器原理我们先算相对带宽:对于800960M H z,C W1=f/f01=160/880=0.182;对于17102170M H z,C W2=f/f02=460/1940=0.24;对于24002500M H z,C W3=f/f03=100/2450=0.041。对于同轴腔型式的滤波器,0.2%4%的相对带宽便于实现,因为合路器前二路相对带宽达20%,故而采用梳状滤波器型式,为统一起见,三路滤波器均采用梳状结构。在滤波器的设计中,按不同的频域或时域特性要求,可分为巴特沃斯(B u t t e r w o r t h型、切比雪夫(C h e b y s h e v型、

6、贝塞尔(B e s s e l型和椭圆型等标准型,以及仿真和实验相结合所得出的非标准型。相同的电路,选取不同的R、C参数可实现不同的类型。巴特沃斯型要求传递函数中分母采用巴特沃斯多项式。这种滤波器具有最平坦的通带幅频特性。若传递函数中分母采用切比雪夫多项式,则为切比雪夫型,其特点是通带内增益有起伏(纹波,但这种滤波器的通带边界下降快。贝塞尔型通带边界下降较缓慢,但其相频特性接近线性。椭圆型的滤波特性很好,但电路复杂,元器件选择困难,实现难度大,故不予采用。非标准型与标准型相比并不拘泥于经典型式,仿真和实验相结合也可以得到基于特殊要求的滤波效果。考虑到指标要求通带纹波较小、带外抑制高、插入损耗小

7、等特点,我们采用切比雪夫式小纹波低通原型滤波器,结构采用高Q值的梳状腔体。(2W L A N功率放大器由于合路以后W L A N系统信号直接馈入G S M室内信号分布系统,因此由多系统共用天线对用户区进行覆盖,但是,由于A P发射功率有限,在天馈系统中经过层层分支后,信号到达末端时功率不足会成为制约双网合路应用的一个因素。为了使单个A P的信号覆盖更大区域,工程中需要采用W L A N功率放大器,将A P信号放大。W L A N功率放大器的原理图如图3所示:图3W L A N功率放大器原理框图图中:下行信号通过功放模块(P A和收发转换开关(T/RS W到达天线;上行信号通过天线接收以后,经过

8、收发转换开关(T/RS W进行低噪声放大器(L N A放大到达A P。一般设计时在收发转换开关(T/RS W和天线之间增加带通滤波器(B P F,可以滤除部分由于有源器件自身导致的带外信号或噪声。WLAN与GSM室内覆盖合路原理和干扰分析Technology Interchange 技术探讨3合路接入点技术3.1简单直接合路接入图4是最简单的合路方式,A P设备通过本身的射频输出直接注入天馈系统,按照国家无委对2.4G频段设备的功率限制要求,A P最大输出一般为100m W(20d B m,由于功率有限,因此简单直接合路方式只适用于天馈系统比较简单的方案,或者在天馈的支路末梢进行合路。图4简单

9、直接合路接入3.2增加功放合路接入为保证天馈系统有足够的2.4G频段信号功率注入,可通过WLAN功放增强AP的信号输出。目前市场可提供的2.4G功放产品有500m W、1W、2W、4W和5W等规格,另外厂家可跟据市场的需要定制更高规格的设备。3.3特殊信号合路接入在天馈系统中遇到G S M或3G功率放大器存在的清况下,首先需要将原来含有G S M、I S M和3G三路信号的射频进行分路,并对分路之后的W L A N信号进行独立放大,再通过合路器重新合路。在这里可以采用将合路器倒置使用的方法,进行信号分路,如图5所示:图5增加功放合路接入(1为建少A P数量,降低设备投资,净化信道环境,减少信道

10、干扰,并扩大单个A P的信号覆盖范围,可采用跨支路进行多重合路的技术,如图6所示。采用该合路方式,避免了主干合路技术造成的不利因素影响,可作为主干合路的替代方式之一。图6特殊信号合路接入(2W L A N应用还需考虑用户容量的问题,如商务活动密集的场所,需要使用多个A P进行信号覆盖。一般以30用户作为推算单个A P用户容量的经验值。如采用两个A P合路,可提供的用户容量是60。由于I E E E802.11b标准原理限定了同一区域只能有三路信道(1、6、11信道共同覆盖,因此,不存在大于3个A P合路的方式。如果要进一步扩大用户容量,可采用支持802.11g标准的设备,该标准下单个A P最佳

11、最大并发用户接入数是75。4W L A N与G S M共用天馈信号影响分析4.1扩频干扰简析通常,扩频系统具有较强的抗干扰能力,而且抗干扰能力随着带宽的增加而加强,随着传输速率的增高而减弱。任何其他系统的离散型干扰对扩频系统而言都可化作噪声的增加从而转化成系统容量的下降(百分比或覆盖区减小(百分比。当一个窄带干扰信号进入扩频系统的信息频段时,由于其相关特性,系统将扩展窄带信号的功率谱使其降低到1/G P,而接收机将扩频编码信号扩展为G P倍。扩频增益G P为:G P=10l g(射频带宽/信息速率;对于W L A N系统而言,G P最大时为:G P=10l g(22/1WLAN与GSM室内覆盖

12、合路原理和干扰分析 Technology Interchange技术探讨=13.4;G P最小时为:G P=10l g(22/11=3。也就是说,当到达该扩频系统接收端的窄带离散型干扰的幅度接近扩频信号的2G P倍时,才会对其造成干扰。这意味着,W L A N系统只能承受高于有用信号3d B的干扰,否则,系统只能降低数据传输速率以增加抗干扰性。W L A N是一个D S S S系统,为了降低多个接入点引入的相互干扰,该标准将同时传输的信号分配到三个不同的频带,每个频带22M H z,其数据传输速率是可变的,从最低的1M b/s到最高的11M b/s,因此,该系统的扩频增益G P也是可变的,从1

13、3d B3d B。而G S M系统无论是900M H z或者是1800M H z频段都采用T D M A制式,其载频传输方式是一种时分的突发脉冲,功率电平相对较高。这两个系统在室内信号分布系统内合路建设时,相互间存在较大的保护频段,且其工作频率间也不存在邻道、互调及谐波干扰。因此,主要是分析上行基站接收机的噪声增量是否影响系统的正常工作。4.2W L A N下行G S M上行图7是共址时通常采用的合路器件,例如用京信公司的C M-C L N N00蜂窝,W L A N合路器。图7W L A N下行G S M上行A P经放大器后输出功率30dB m;带外噪声电平-80d B c;合路器W L A

14、 N端口对G S M频段的带外抑制也是80d B。G S M通带宽相对W L A N系统的带宽增益为10l g(200k/22M H z=-20d B。因此W L A N下行信号通过合路器耦合到G S M上行输入端的噪声电平为:30d B m-80d B-80d B-20d B=-150d B m可见,因W L A N下行信号对G S M上行信号的噪声增量甚微,可忽略不计。4.3G S M下行W L A N上行G S M放大器输出最大功率电平+33d B m;G S M带外杂散-30d B m(即-63d B c;合路器G S M端口对W L A N频段的带外抑制60d B;W L A N系统

15、扩频增益最低为3d B。因此,G S M下行信号通过合路器耦合到W L A N上行输入端的杂散电平为:-30d B m-60d B-3d B=-93d B m而W L A N/A P上行输入端口的信号功率电平通常为:-75d B m-16d B=-91d B m也就是说,它能承受-91d B m+3d B=-88d B m的干扰,与-93d B m相比,尚有5d B的余量。由于扩频增益将随着数据速率降低而增加,取3d B是最低的;G S M杂散电平-30d B m是设备指标值,并不表示在W L A N频段(2.4G H z频段恰巧存在离散的杂散辐射。由于A P可能有多点接入,而G S M分路器

16、来自于一个放大源,因此,从A P发出的W L A N信号可能会通过G S M分路路径而反馈到另一个A P一起发送而构成干扰,其路径如图8所示:图8W L A N信号经耦合系统的反馈图8中,实线表示正常信号路径,而虚线表示反馈路径。正常信号路径表明,在A点W L A N的A P2下行功率电平为:15d B m-1d B=14d B m其中,带内插损0.6d B+带内波动0.4d B=1d B;A P1通过G S M路径反馈至A点的干扰功率电平为:A P1放大器输出-H1合路器衰减指标值-G1耦合损WLAN与GSM室内覆盖合路原理和干扰分析Technology Interchange技术探讨【作者

17、简介】 陈高瞻:毕业于华南理工大学无线电技术专业,工学学士。现任职于广东移动通信有限责任公司广州分公司,主要从事移动通信的设备维护管理和移动通信工程建设与管理工作。耗-G 1G 2馈线损耗-G 2耦合度指标值-H 2合路器衰减指标值+A P 2放大器增益-H 2插损=30d B m -80d B -6d B -2d B -15d B -60d B +15d B -1d B =-119d B m上述计算表明,由A P 1通过G S M 路径反馈至A 点的干扰信号将比正常信号低:+14d B m -(-119d B m =133d B 因此,采用宽带合路器不需要在G S M 的耦合器输出端加滤波器

18、或单向环形器件。以上理论性的分析表明,W L A N 与G S M 系统完全可以在微蜂窝内共址建设。1引言移动通信技术发展的目的是增强移动通信网络的功能,开发出越来越多的网络应用来为更多的移动用户提供服务。目前,全球大概有几十亿的移动用户在使用移动通信系统所提供的服务,并且随着科技的发展和通信业务的拓展,未来还会有越来越多的用户使用移动通信。虽然经过20年的发展,移动通信技术产生了翻天覆地的变化,但就目前移动通信系统所能给用户提供的服务而言,主流的第二代2G 和第三代3G 移动通信系统还是主要集中在语音通话服务、S M S 短消息服务以及基于数据包传输的数据业务和网络浏览业务。然而在人们日常生活所交流的信息当中,有60%的信息与地理位置有关,能够提供精确地理位置的移动定位技术是一个非常有意义的研究领域。2移动定位技术目前的蜂窝式的移动通信网络所能给用户提供的有关于移动用户的地理位置信息的业务是非常有限的,整个被移动通信网络覆盖的区域被分成一个个蜂窝式的六边形小区(C e l l 。网络使用网络号(M N C ,M o b i l e N e t w o r k C o d e 和小区号(C e l l I D 来标示每一个小区,当目标用户