简析CDMA对GSM网的干扰

admin

    一、概述
    中国联通的CDMA和GSM基站的频谱分配如图1所示。
    由图1可知，中国联通的CDMA系统基站的发射频率为870～880MHz，接收频率为825～835MHz；GSM的接收频段为890～908MHz（中国移动）和909～915MHz（中国联通），发射频段为935～953MHz（中国移动）和954～960 MHz（中国联通）。从运行频段上看，CDMA的发射频段与GSM的接收频段比较接近，因此在站址选择及网络规划中如稍不恰当，势必造成对GSM的干扰，致使GSM系统接收性能下降（注：干扰是相互的，但由于GSM的发射频段与CDMA的接收频段相差较远，且CDMA是自扩频通信系统，抗干扰性能较好，故GSM对CDMA系统造成的干扰可以忽略）。CDMA系统设备一般在基站射频输出端有一宽带滤波器，滤波器的通带为869～894 MHz，通带外的衰减一般为20 dB。即使CDMA射频发射端采用宽带滤波器，当GSM与CDMA网站距离较近时，仍会对GSM系统产生杂散干扰，甚至导致GSM宽带接收机趋向饱和而无法正常工作。因此需要采取必要的措施，以减少GSM系统受杂散发射干扰的影响。

    图1  CDMA与GSM系统的频谱分配

    2、网间干扰定性分析
    2.1网间干扰类型
    前面已经提到，中国联通CDMA基站的发射功率采用870～880MHz（ABand）。其第一载波中心频率为878.49MHz（信道编号为283）。在这种情况下，将会发生以下几种类型的网间干扰：
    ●CDMA发射机的边带杂散噪声落入GSM接收带内；
    ●CDMA发射机的交调产物落入GSM接收带内；
    ●GSM带外的CDMA发射载波造成GSM接收机的灵敏度下降。
    根据干扰的性质，CDMA对GSM系统的干扰可定义为杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰三种。
    （1）杂散干扰
    CDMA发射信号直接或通过交调等方式间接作为带内噪声作用于GSM接收机上，造成GSM接收机灵敏度下降。发射滤波器的滚降特性（任何滤波器都不可能是理想的阶跃方式），导致CDMA系统总存在一定的带外辐射，这就是我们所说的发射杂散。在890MHz附近的发射杂散正好落入GSM系统的接收频带内，这对GSM系统来说势必引入了另一种干扰，当这种干扰信号的电平超过GSM系统的接收灵敏度时，会导致其接收灵敏度、信噪比以及QoS等下降。
    （2）互调干扰
    当有多个不同频率的信号加载到非线性器件时，非线性变换将产生许多组合频率信号，其中一部分可能落在接收机带内，造成对有用信号的干扰，该干扰就是互调干扰。
    （3）阻塞干扰
    任何接收机都有一定的接收动态范围，在接收功率超过接收动态允许的最大功率电平时，会导致接收机饱和阻塞。阻塞会导致接收机无法正常工作，长时间的阻塞还可能造成接收机的永久性性能下降。
    2.2网间干扰分析
    （1）CDMA发射载波增加造成频谱内干扰
    ●CDMA/GSM共站。此时发射载波和扇区的增加都可能造成频谱内的干扰变大。
    ●CDMA/GSM不共站。在这种情况下，只有发射载波数量增加才可能导致频谱内干扰增加。
    （2）带宽转换因子
    CDMA载波带宽1.25MHz，而GSM载波带宽200kHz，CDMA发射功率只有部分落入GSM带内，故对其干扰功率只能是其总功率的一部分，一般称其为带宽转换因子（BandwidthConversion Factor）。带宽转换因子的计算公式为10lg（200/1.25）=-8 dB。
    （3）基站的发射滤波特性
    无线射频通路上的双工器及合路器等对带外的信号具有一定的抑制能力，在不采用外部滤波器时在885MHz处对信号就具有35dB以上的衰耗量。
    3、网间干扰定量分析
    3.1CDMA发射机的边带杂散噪声落入GSM接收带内
    CDMA基站具有较好的发射特性，其发射机的线性度以及带外杂散辐射等指标均远优于IS-97标准的要求。当偏离中心频率1MHz时，信号已下降70dB。
    天线空间隔离公式如下：
    垂直方向为28+40lg（S/x）；
    水平方向为22+20lg（S/x）-（GT+GR）。
    其中：S为天线隔离的空间；GT为发射天线增益；GR为接收天线增益；x为波长。
    由计算可知，天线隔离要求见表1。

    表1  天线隔离要求一

    在各种干扰因素中，基站的发射滤波特性和天线的空间隔离距离是比较重要的因素，因此在条件允许的站址应尽量加大天线的隔离空间以保证足够的隔离度，留出更多的抗干扰余量。在天线平台条件有限的站址，如果天线的垂直空间不能满足1m的要求，可考虑采用外部滤波器。
    3.2CDMA发射机的交调产物落入GSM接收带内
    在部分系统中，CDMA发射载波的边带噪声和交调产物采用相同的指标，故按照发射载波边带杂散辐射相同的分析方法，可得出与3.1相同的结论。
    3.3CDMA发射载波造成GSM接收机灵敏度下降
    根据GSM标准（GSM05.05，Section5.1）可得出对带外阻塞和带内阻塞的要求。
    （1）带外阻塞
    ●当f为100kHz～860MHz时，带外阻塞＜8dBm；
    ●当f为925～935MHz时，带外阻塞＜0dBm：
    ●当f为935MHz～12.75GHz时，带外阻塞＜8dBm。
    （2）带内阻塞
    ●当∣f-f0∣为600～800kHz时，带内阻塞＜-26dBm；
    ●当∣f-f0∣为800kHz～3MHz时，带内阻塞＜-16dBm；
    ●当∣f-f0∣＞3MHz时，带内阻塞＜-13dBm。
    通过计算，天线隔离要求见表2。

    表2  天线隔离要求二

    在以上计算中考虑了GSM系统接收端不加滤波器的情况。一般来说，GSM系统的RX滤波器对880MHz的信号具有30dB的抑制作用，这对抗阻塞干扰有着非常大的帮助。
    当考虑GSM系统接收端加装滤波器时，天线隔离要求见表3。

    表3  天线隔离要求三

    以上分析都是基于多扇区、多载波且比较恶劣的情况。实际上在CDMA网络建设的配置。初期，系统干扰发生的可能性不大；随着系统的扩容，产生干扰的可能性增加，这样就必须认真考虑抗干扰的措施了。值得注意的是，GSM移动台同样会对CDMA移动台产生干扰，机制同基站间的干扰。但相对于基站间的干扰，情况并不严重，主要原因如下：
    ●移动台位置的随机性较大；
    ●两个移动台相互靠近的可能性较小；
    ●路径衰耗和空间隔离距离是变化的；
    ●移动台功率较低；
    ●在相互靠近的移动台中，交调产物落入CDMA接收带内的概率很低。
    4、网间干扰解决方案
    针对上述几种网间干扰，可根据实际情况综合采用以下几种干扰措施：
    ●CDMA基站发端安装带通滤波器；
    ●CDMA发端与GSM收端之间保留适当的保护带；
    ●在CDMA发射天线与GSM接收天线之间保证足够的空间隔离（水平或垂直）；
    ●修改CDMA或GSM基站的频率规划；
    ●降低CDMA基站的发射功率；
    ●调整CDMA发射天线的倾角或水平方向角；
    ●在GSM基站接收端安装带通滤波器。
    在实际的工程实施中，应根据具体情况，逐一分析基站的干扰原因，并结合上述方法加以解决。以下对实际工程中常用的、也是较有效的两种解决方法进行分析。
    4.1加装发射滤波器
    加装发射滤波器具有以下优点：
    ●如果在C网的发射通道中加装发射滤波器，对带外进行抑制，则可以减少C网对G网的杂散干扰；
    ●如果在G网的发射通道中加装发射滤波器，对带外进行抑制，则可以减少G网对C网的杂散干扰；
    ●减少对天线隔离度的要求，从而达到同站址建站的目的。
    加装发射滤波器的缺点是：基站的覆盖范围减小。
    4.2加装接收滤波器
    加装接收滤波器具有以下优点：
    ●如果在C网的接收通道中加装接收滤波器，对接收带外发射信号进行抑制，则可以减少G网对C网的阻塞干扰；
    ●如果在G网的接收通道中加装接收滤波器，对接收带外发射信号进行抑制，则可以减少C网对G网的阻塞干扰；
    ●工程安装时不用中断基站的正常工作。
    加装接收滤波器的缺点是：不能消除发射落在接收带内的杂散，还会减少基站的覆盖范围。
    作者：李一兵  李丽辉