直放站的噪聲系數(shù)和互調(diào)干擾對GSM網(wǎng)絡(luò)的影響及解決方法

1、直放站的噪聲系數(shù)和互調(diào)干擾對GSM網(wǎng)絡(luò)的影響及解決方法南京解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院無線通信系 馬俊峰     移動通信系統(tǒng)中使用直放站可以經(jīng)濟、迅速、有效的填補盲區(qū)，改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，給運營商帶來可觀經(jīng)濟效益，因此在網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。但是直放站本身是有源設(shè)備，它自身的噪聲系數(shù)和產(chǎn)生的雜散、互調(diào)信號如果控制不好會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾，降低網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，嚴重時會造成系統(tǒng)癱瘓。為了保證網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，需要在設(shè)計過程中合理使用，并通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，將影響降低到合理的范圍內(nèi)。    一、直放站的噪聲系數(shù)對GSM網(wǎng)絡(luò)的影響及解決方法  

2、;  直放站的噪聲系數(shù)對施主基站的影響，主要表現(xiàn)在直放站的上行噪聲引入施主基站，從而降低施主基站接收機的接收靈敏度，減小了施主基站的覆蓋范圍，甚至引起掉話率和誤碼率的上升。    1影響分析    直放站是有源設(shè)備，直放站內(nèi)部有較多非線性有源器件，性能較好的直放站上下行的噪聲系數(shù)都應(yīng)小于5dB，下面就以以此值作為討論的條件。    首先介紹兩個概念：KT(熱噪聲密度)和EDoPL(有效路徑損耗)。    KT(熱噪聲密度)為設(shè)備內(nèi)部電子熱運動引起的噪聲，是所有設(shè)備都

3、固有的，它只和溫度有關(guān)。    K為波滋曼常數(shù)，T為絕對溫度。    如在溫度為17時，KT(熱噪聲密度)為：174dBm/Hz。    EDoPL(有效路徑損耗)就是指基站輸出口到直放站的輸入口的總的路徑損耗，無論信號是通過空中傳播或通過光纖傳輸。如下圖中：    EdoPL=OUT-IN=40-(-50)=90    直放站的噪聲經(jīng)過放大（直放站的上行增益）和有效路徑損耗后進入基站，和基站接收機的噪聲疊加就會提高接收機噪聲電平。 &

4、#160;  設(shè)直放站的噪聲到達基站接收機輸入端的等效熱噪聲電平為Nin，則：    Nin=K*T*B+NFrepGrepEdoPL     K*T:熱噪聲密度 B: 系統(tǒng)信道帶寬     NFrep:直放站噪聲系數(shù) Grep: 直放站增益    EDoPL：有效路徑損耗    設(shè)基站接收機等效熱噪聲電平為Nbts,則：    NbtsK*T*B+NFbts     K*T:

5、熱噪聲密度 B:系統(tǒng)信道帶寬     NFbts：基站接收機噪聲系數(shù)    基站接收機等效熱噪聲電平升高ROT（RaiseOverThermal），則    ROT=10Log【（10Nin/10+10Nbts/10）/10Nbts/10】     設(shè)基站噪聲注入裕量NIM(NoiseInjectionMargin)，則    NIM10Log（10Nbts/10/10Nin/10）     可得： 

6、60;  ROT=10Log（110-NIM/10）     例一：設(shè)EDoPL為90dB,直放站增益設(shè)為90dB（設(shè)此時直放站下行輸出功率和基站一樣），直放站和基站的噪聲系數(shù)5dB，為保持上下行鏈路平衡，上下行增益設(shè)置一樣。利用前邊的公式可以得出:    ROT=3dB    結(jié)論：直放站的引入使基站噪聲電平提高3dB，接收機靈敏度降低3dB，施主基站覆蓋范圍縮小2030，同樣直放站的覆蓋范圍也要相應(yīng)減小。    例二：設(shè)EDoPL為90dB,直放站增益設(shè)為85d

7、B（直放站下行輸出功率比基站小5dB），直放站和基站的噪聲系數(shù)5dB,為保持上下行鏈路平衡，上下行增益設(shè)置一樣。利用前邊的公式可以得出:    ROT=0.8dB    結(jié)論：直放站的引入使基站噪聲電平提高0.8dB，接收機靈敏度降低0.8dB，施主基站覆蓋范圍縮小較少。    2解決方法    通過以上兩例可以看出，影響上行輸出噪聲功率的因素有兩個：噪聲系數(shù)和整機功率。當直放站增益設(shè)置比有效路徑損耗小時，直放站躁聲系數(shù)對基站的影響比較小（如果在此基礎(chǔ)上再留10dB左右的余量

8、，直放站對基站影響將會更?。?lt;0.3dB）。選擇噪聲系數(shù)盡可能小的直放站，合理調(diào)整直放站的增益，嚴格控制直放站的發(fā)射功率，才能避免上行躁聲給網(wǎng)絡(luò)帶來的不利影響。    二、直放站的互調(diào)干擾對GSM網(wǎng)絡(luò)的影響及解決辦法    互調(diào)干擾是指幾個不同頻率的信號通過非線性電路時，會產(chǎn)生與有用信號頻率相同或相近的頻率組合，而對通信系統(tǒng)構(gòu)成的一種干擾。根據(jù)IS95規(guī)范和國家無委的檢測標準，GSM直放站產(chǎn)生的雜散和互調(diào)信號在9KHz-1GHz時小于-36dBm，在1GHz-12.75GHz時小于-30dBm。   

9、; 1影響分析    在移動通信系統(tǒng)中，互調(diào)產(chǎn)生的原因有三方面：發(fā)信機互調(diào)、接收機互調(diào)和外部效應(yīng)引起的互調(diào)。    直放站的雜散和互調(diào)的產(chǎn)生主要來自于直放站內(nèi)部的功放模塊。發(fā)射機互調(diào)是由于直放站在多個發(fā)信機（載波）同時工作時，因合路器系統(tǒng)的隔離度不夠而導(dǎo)致信號相互耦合，干擾信號侵入發(fā)射機末級功率放大器，從而與有用信號之間合成互調(diào)產(chǎn)物，并隨有用信號發(fā)射，造成干擾。接收機互調(diào)主要是由高放級及第一混頻級電路的非線性所引起。外部效應(yīng)引起的互調(diào)主要是由于發(fā)射機饋線、高頻濾波器等無源電路接觸不良，以及由于異種金屬的接觸部分非線性等原因，使強電場的

10、發(fā)散信號引起互調(diào)，產(chǎn)生干擾源。    當有多個頻率信號通過非線性電路時，便會相互調(diào)制產(chǎn)生互調(diào)失真，以二階和三階失真幅度為最大，階數(shù)越高失真越小。二階互調(diào)fa+fb、fa-fb等，因其頻率遠離主導(dǎo)信號頻率fa、fb，可不考慮：三階互調(diào)的兩種模型2fa-fb、fa+fb-fc，因其頻率接近或等于主導(dǎo)信號頻率，對通信的影響最大；三階以上互調(diào)失真幅度較小，均可不考慮。移動通信設(shè)備主要考慮三階互調(diào)的影響。    （1）互調(diào)干擾對系統(tǒng)的影響：    對其它運營商的影響：當一個運營商(移動或聯(lián)通)開通了一臺雜散和互調(diào)較

11、高的直放站時，互調(diào)和雜散信號落在本運營商的頻帶外，會對附近另一個運營商的下行信號造成同頻干擾。    如：運營商A欲在一四層樓上安裝一臺直放站，雜散和互調(diào)為-36dBm（滿足無委指標），雜散和互調(diào)信號和有用信號一起通過17dBi的業(yè)務(wù)天線發(fā)射，那么雜散和互調(diào)信號在天線正面的輸出強度為-18dBm，根據(jù)自由空間無線信號傳播公式可知，相距10米衰減大約50dB，相距100米衰減大約70dB，相距1公里大約衰減90dB；可以算出對其它運營商的下行信號帶來的同頻干擾。在無阻擋環(huán)境下天線正前方100米以內(nèi)同頻干擾大于-88dBm，這時如果另一運營商的信號強度低于-79dBm

12、，使得載波干擾比低于9，就會造成無法接通的情況發(fā)生。因此，在做室內(nèi)或室外直放站工程時，控制各運營商的設(shè)備及天線的距離，對避免干擾非常重要。    （2）對相鄰基站小區(qū)的影響：    在使用大功率寬帶直放站時，互調(diào)指標比較高，由于帶寬選擇直放站所有的信道都共用一個功放模塊，而后級的濾波器是一個寬帶濾波器，對通帶內(nèi)的互調(diào)信號沒有抑制作用，因此很難滿足IS95規(guī)范對互調(diào)信號的要求。如果恰好能接收到附近本運營商基站的同頻信號，輸出時后級寬帶濾波器對它們不產(chǎn)生任何抑制，那么會產(chǎn)生嚴重的同頻干擾。    假設(shè)直放站輸

13、出功率10W，一般三階互調(diào)40dBc，三階互調(diào)實際輸出電平（0dBm），如施主基站使用80、84兩個載波，三階互調(diào)信號就回落在76和89兩個載波上，通過17dBi的天線向外發(fā)射，那么在業(yè)務(wù)天線前方使用76和89載波的基站就會受到不同程度的同頻干擾，造成掉話率升高，切換失敗率提高等問題。    （3）對自身上行信號的影響:    直放站下行功放產(chǎn)生的雜散和互調(diào)信號通過直放站內(nèi)部的雙工器進入上行信道，如果此信號過高就會嚴重干擾上行信號，造成直放站的覆蓋范圍降低。    如：直放站的雜散和互調(diào)為-36dBm（滿

14、足無委指標），雙工器的隔離度為70dB，下行功放產(chǎn)生的雜散和互調(diào)對上行信道的干擾為-106dBm，再加上直放站的噪聲系數(shù)5dB，噪聲電平達到-101dBm，為保證GSM要求的最小載干比9dB，所需最小上行信號電平應(yīng)大于-92dBm。假如直放站輸出功率每載波5W（37dBm），手機最大輸出功率2W（33dBm），那么直放站實際覆蓋距離是下行信號電平為-87dBm，低于此電平值，手機用戶將會因為上行鏈路信噪比不夠而無法通話。    2解決方法    通過上述分析可知，影響上行輸出的互調(diào)因素有兩個：設(shè)備本身的線性度和ALC控制電平。為避免產(chǎn)生三階互調(diào)，可采用下面的辦法：    (1)選擇適當?shù)念l點組合。拉開頻距選用無三階互調(diào)頻道點組工作，使三階互調(diào)不會落在所使用的頻點內(nèi)；    (2)采用自動增益（功率）控制(APC)技術(shù)，實時減小發(fā)射功率以減低互調(diào)電平，使其不至于落入有源器件的非線性區(qū)。    (3)提高收信機前端的選