直放站對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的干擾分析

摘 要

在簡(jiǎn)單介紹直放站的基本原理的基礎上，著(zhù)重就直放站對移動(dòng)通信系統所造成的各種干擾進(jìn)行分析，并提出減少干擾的措施，最后簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)案例的排查。

關(guān)鍵字

直放站 干擾 GSM CDMA 頻譜 隔離度

前言

直放站作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋的重要產(chǎn)品，應用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中。它在中繼無(wú)線(xiàn)信號、延伸無(wú)線(xiàn)覆蓋區、覆蓋特殊地形、調配業(yè)務(wù)、消除盲區、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )方面起了很大作用，但同時(shí)對周?chē)?特別是異系統)產(chǎn)生了較多的干擾。如果直放站設置使用不合理，將對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )造成嚴重干擾。近兩年實(shí)際工作中對中國移動(dòng)通信網(wǎng)的干擾排查結果表明，直放站所造成的干擾最多，影響最為嚴重。所以研究減少干擾的方法、采取相應措施十分必要。

直放站簡(jiǎn)介

1.1 直放站的工作原理

圖1所示為一個(gè)典型的射頻直放站框架。左側的施主天線(xiàn)正對所要轉發(fā)的基站天線(xiàn)，接收由基站發(fā)過(guò)來(lái)的前向微弱的無(wú)線(xiàn)信號。經(jīng)過(guò)雙工器、LNA(低噪聲放大器)、濾波、功率放大、雙工器后，信號得以增強。然后由轉發(fā)天線(xiàn)向無(wú)線(xiàn)信號盲區或微弱區輻射，達到增大前向覆蓋范圍或提高覆蓋質(zhì)量的目的。同時(shí)，右側轉發(fā)天線(xiàn)接收來(lái)自手機的信號，經(jīng)過(guò)類(lèi)似的濾波、放大后，將增強的信號再通過(guò)施主天線(xiàn)發(fā)向基站天線(xiàn)。在整個(gè)過(guò)程中，直放站抵消掉了基站到直放站之間的無(wú)線(xiàn)信號路徑損耗，使無(wú)線(xiàn)信號得到延伸。

1.2 直放站的種類(lèi)及特性比較

直放站可分為無(wú)線(xiàn)選頻直放站、無(wú)線(xiàn)移頻直放站、無(wú)線(xiàn)寬帶直放站和光纖直放站等。

無(wú)線(xiàn)寬帶直放站與無(wú)線(xiàn)選頻直放站相比，除濾波器部分外其余都相同，前者是寬帶組件，后者是選頻選件;寬帶直放站對整個(gè)頻段內的信號都進(jìn)行放大，因此比較容易給其他小區帶來(lái)干擾;相對寬帶直放站而言，選頻直放站具有更好的性能，能夠提高信號的質(zhì)量，其帶來(lái)的干擾影響相對較小。

光纖直放站和無(wú)線(xiàn)直放站的主要區別是施主鏈路不同，由于信號通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，傳輸損耗小，傳輸距離遠，所受干擾及帶來(lái)的干擾比無(wú)線(xiàn)直放站小，同時(shí)由于沒(méi)有施主端的無(wú)線(xiàn)鏈路而無(wú)須考慮施主天線(xiàn)與轉發(fā)天線(xiàn)隔離度，但總系統價(jià)格比無(wú)線(xiàn)直放站高；無(wú)線(xiàn)直放站利用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，建設周期短、投資小，但需考慮施/轉天線(xiàn)之間的隔離度。

直放站引入的干擾分析

2.1 直放站引入的上行底部噪聲干擾分析

上行底部噪聲是指空間的白噪聲和直放站的噪聲通過(guò)直放站上行鏈路放大以后，輸出到天線(xiàn)端的噪聲，如果過(guò)大將會(huì )影響或干擾基站。

對于CDMA系統，直放站等效于干擾源。即使所覆蓋區域沒(méi)有用戶(hù)使用，它也會(huì )向基站發(fā)出干擾噪聲，導致基站熱噪聲電平升高，使基站接收機的靈敏度降低，從而影響所有處于本基站覆蓋區的用戶(hù)(不影響直放站覆蓋區的用戶(hù))。從下面的計算分析可以進(jìn)一步分析此種噪聲的影響。

直放站作用于基站接收前端的熱噪聲電平為:

Prep_n = K*T*B+NFrep + Grep- LEdoPL （1）

基站接收前端的等效熱噪聲電平為:

Pbts_N＝K*T*B+NFbts　 （2）

其中: K*T為熱噪聲密度;B為系統信道帶寬;NFrep為直放站噪聲系數;Grep為直放站增益;LEdoPL為有效路徑損耗;NFbts為基站接收機噪聲系數。

為了衡量基站接收端的噪聲電平變化量，可引入噪聲注入裕量NIM，表示為NIM=10lg(Pbts_N/Prep_n)。 而基站接收機等效熱噪聲電平升高量ROT則可表示為:

ROT=10lg(1+10-NIM/10)。

從圖2可以看出，NIM的值決定了直放站對施主基站上行鏈路的影響。每增加1 dB,就意味著(zhù)該施主基站的上行鏈路功率減少1 dB或所允許的基站到手機的空間路徑損耗減少1 dB;對小區覆蓋范圍來(lái)講，會(huì )引起上行覆蓋半徑減小;對基站覆蓋區的用戶(hù)來(lái)講，手機的發(fā)射功率會(huì )相應增大，或者處在小區邊緣的用戶(hù)發(fā)生單通或上行話(huà)音質(zhì)量下降或掉話(huà)等現象。{{分頁(yè)}}

對于GSM系統，當上行底部噪聲過(guò)大時(shí)，會(huì )對基站造成阻塞干擾。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )建設和工程中，為保證基站正常接收手機信號，一般要求基站接收到的直放站噪聲電平小于-125 dBm。

從以上的分析可以看出，在直放站和基站位置確定的情況下，可以通過(guò)調整直放站上行增益Grep或增大路徑損耗LEdoPL來(lái)控制對其施主基站的影響。

2.2 直放站引入的下行干擾分析

通常下行干擾發(fā)生在無(wú)線(xiàn)同頻直放站。當施主天線(xiàn)和重發(fā)天線(xiàn)隔離度小于直放站的下行增益G時(shí)，施主天線(xiàn)從施主基站接收頻率為f的下行信號，經(jīng)過(guò)增益為G的直放站放大后，由重發(fā)天線(xiàn)發(fā)出去。一部分信號再經(jīng)過(guò)重發(fā)天線(xiàn)的后瓣（付瓣）耦合到施主天線(xiàn)的后瓣（付瓣），再由直放站放大。這樣無(wú)線(xiàn)同頻直放站就形成一個(gè)潛在的正反饋環(huán)路，產(chǎn)生自激，帶來(lái)下行干擾。直放站自激時(shí)，輕則是直放站的覆蓋區通話(huà)音質(zhì)變差，接通率下降，掉話(huà)率上升;嚴重時(shí)使施主基站和其周?chē)幕景l(fā)生癱瘓。

直放站天線(xiàn)間的隔離度取決于直放站下行增益的取值，決不可以超過(guò)恰好不發(fā)生自激時(shí)的隔離度系數。按照GSM規范03.30的要求，當該環(huán)路滿(mǎn)足隔離度F>G+15dB（F:隔離度;G:直放站下行增益）時(shí)，直放站才能穩定工作，不會(huì )產(chǎn)生自激。

在實(shí)際工程中，一般采用下面簡(jiǎn)化公式對隔離度進(jìn)行估算，圖3是在建筑物上架設的直放站天線(xiàn)，此時(shí)天線(xiàn)的隔離度為:

ISO = F/Bo + Lw + F/BP + PL （3）

其中: F/Bo為直放站施主天線(xiàn)的前后比;Lw為隔離物帶來(lái)的損耗;F/BP為直放站(轉)重發(fā)天線(xiàn)的前后比;PL為自由空間傳播損耗。

可以看出，影響直放站施主天線(xiàn)與重發(fā)天線(xiàn)隔離度的因素主要有以下幾種:

① 天線(xiàn)前后比，由天線(xiàn)本身決定的;② 施主天線(xiàn)與重發(fā)天線(xiàn)之間自然或人為障礙引起的衰減;③ 施主天線(xiàn)與重發(fā)天線(xiàn)間的距離及高度差引起的空間傳輸損耗。

在實(shí)際的工程設計中，最好是能通過(guò)現場(chǎng)測量以決定天線(xiàn)的安裝位置是否達到所需的隔離度。

對天線(xiàn)水平、垂直隔離度的計算，如圖4、圖5所示可采用以下估算公式。

天線(xiàn)垂直隔離度的估算公式:

AV=47.3+40*10lgd dB (900 MHz)

AV=59.3+40*10lgd dB (1800 MHz)

其中，d為施主與重發(fā)天線(xiàn)之間距離， Gt和Gr是在兩天線(xiàn)連線(xiàn)方向的相對主瓣的增益,若兩天線(xiàn)背靠背放置，則Gt和Gr是天線(xiàn)的前后比。

若水平隔離與垂直隔離同時(shí)存在，則總隔離度可用下式進(jìn)行估算: AS=(AV-AH)α/90+AH。其中: Av代表垂直隔離度;AH代表水平隔離度;α代表天線(xiàn)間的夾角，如圖6所示。

從以上的分析可以看出，避免下行干擾的主要措施是增大直放站隔離度。一般采用以下方式增大施主天線(xiàn)和重發(fā)天線(xiàn)間隔離度: ①采用前后比大的天線(xiàn);②采用旁瓣抑制比大的天線(xiàn);③增大兩天線(xiàn)安裝距離及高度差;④安裝天線(xiàn)時(shí)，兩天線(xiàn)盡量背對背并利用隔離網(wǎng)或建筑物隔離兩天線(xiàn)。 {{分頁(yè)}}

2.3 直放站引入后對本系統鄰區的干擾分析

直放站引入系統后，擴展了基站的覆蓋范圍，但是可能會(huì )在局部破壞了原先的網(wǎng)絡(luò )規劃，引起鄰區重疊混淆；同時(shí)擴大了覆蓋范圍也易增加多徑干擾。

對于GSM系統，直放站覆蓋區可能會(huì )與其他非施主小區重疊覆蓋，特別是在采用緊密復用網(wǎng)絡(luò )規劃的區域，更易產(chǎn)生同、鄰頻干擾的現象，需重新配置相應的鄰區關(guān)系，以避免干擾。

產(chǎn)生同、鄰頻干擾的解決辦法有: ①直放站是對網(wǎng)絡(luò )中一個(gè)扇區信號的放大，因此規劃時(shí)應納入整網(wǎng)中來(lái)考慮，需重新配置相應的鄰區關(guān)系;②對于光纖直放站，由于是直接從基站耦合信號不會(huì )引入其他無(wú)用信號，其在規劃中主要考慮目標覆蓋區同周?chē)渌镜男盘柵浜吓c交疊，避免干擾問(wèn)題。

對于CDMA系統，直放站規劃不當可能會(huì )引入導頻混淆或污染，造成話(huà)音質(zhì)量差或掉話(huà)等問(wèn)題。因此在規劃設計階段，應該根據覆蓋區域周?chē)镜姆植?，對所有基站根據距離計算PN變化量和信號強度，由此判斷是否會(huì )產(chǎn)生PN混淆或導頻污染。

導頻混淆發(fā)生后的解決辦法有:①調整引起導頻混淆的小區的天線(xiàn);②修改小區的導頻配置。

特別應引起重視的是,很多干擾的產(chǎn)生是采用直放站接入方式的室內分布系統沒(méi)有嚴格控制對室外網(wǎng)絡(luò )的影響，如功率、天線(xiàn)位置及天線(xiàn)方向不當造成信號泄漏到室外。

直放站引入系統后，必須把它作為一個(gè)與基站等同的網(wǎng)元來(lái)看待，從系統的角度全面考慮與鄰區基站的相互關(guān)系，并控制好覆蓋區域，避免干擾。

2.4 直放站引入后對異系統的干擾分析

分析不同系統的干擾，需根據兩者頻率的關(guān)系及發(fā)射、接收特性來(lái)具體研究其干擾情況，干擾主要表現在雜散干擾、阻塞干擾和互調干擾三個(gè)方面。產(chǎn)生干擾的原因就是站址之間的天線(xiàn)隔離度不夠，這里講的天線(xiàn)隔離度指的是同置站天線(xiàn)終端間的路徑損失，即從干擾站發(fā)單元輸出端口到被干擾站收單元輸入端口的路徑損失。它體現空間傳輸損耗和兩個(gè)站有效天線(xiàn)增益的綜合作用。

直放站引入后，同樣也會(huì )對周邊其他系統的基站造成干擾影響，特別是CDMA直放站引入后對GSM系統的干擾問(wèn)題比較嚴重。

從圖7可以看到中國聯(lián)通CDMA與GSM900系統所使用的頻段。GSM900的下行頻段為930～960 MHz，與CDMA的上行頻段825～835 MHz相差較遠，加上CDMA采用擴頻技術(shù)，抗干擾能力強，因此900 MHz GSM對800 MHz CDMA的干擾影響很小;中國聯(lián)通CDMA系統發(fā)射頻段為870～880 MHz，與中國移動(dòng)GSM900系統的接收頻段885～909 MHz最小只相差5 MHz，如果設置不當，會(huì )產(chǎn)生較嚴重的干擾。因此800 MHz CDMA與900 MHz GSM間的互干擾主要體現在CDMA系統對GSM系統的干擾上。下面以中國聯(lián)通cdma2000 lx對中國移動(dòng)GSM900 MHz的雜散干擾為例來(lái)進(jìn)行分析。

CDMA直放站與GSM基站共站址，假設直放站的輸出功率為5W，直放站的雙工濾波器帶寬為870～880 MHz，濾波特性為60 dB，滿(mǎn)足信部無(wú)[2001]306號通知《800 MHzCDMA移動(dòng)通信直放站技術(shù)指標》中關(guān)于帶外雜散的要求：每頻帶Δf>1.98 MHz≤-60 dBc/30 kHz，即在1.25 MHz信道帶寬以外信號衰減大于60 dB，按GSM技術(shù)體制要求，GSM接收機的雜散上限為-123 dBm。

其中:IRX為被干擾基站接收天線(xiàn)端接收到的干擾電平(dBm)，PTX_AMP為直放站功放輸出端額定最大載波功率電平(dBm)，PTX_REJ為發(fā)濾波器帶外抑制衰減，espurious為兩站天線(xiàn)間的隔離度(dB)，WRX為被干擾系統的信道帶寬，WTX為干擾信號的可測帶寬(也可以理解成雜散輻射定義帶寬)。

再根據上面的天線(xiàn)水平、垂直隔離度估算公式可得天線(xiàn)水平、垂直隔離距離。

分析表明，為了減小CDMA直放站對GSM的干擾，可以采用以下措施:①采用合適的空間隔離;②引入的直放站要盡量使用選頻、窄頻直放站，采用線(xiàn)性功放，提高發(fā)送濾波器的性能，降低落在GSM900 MHz頻段的雜散，同時(shí)注意如功率、天線(xiàn)位置及方向的控制;③增加室內分布系統時(shí)要嚴格控制對室外周邊網(wǎng)絡(luò )的影響，防止信號泄漏到室外。

只有嚴格按照技術(shù)規范，特別是信部無(wú)[2002]65號通知的精神，加強對直放站使用及CDMA系統與GSM系統共站設置的管理，并且不同的運營(yíng)商之間要加強溝通及協(xié)調。從而直放站引入后對其他系統的干擾，如聯(lián)通CDMA直放站對移動(dòng)GSM的干擾問(wèn)題是可以克服的。

2.5 非法寬頻直放站的干擾分析

在深圳，由于存在大量的城中村（樓房密集、間距?。?，電波傳播損耗大，存在很多通信盲區，一些村民未經(jīng)批準擅自設置使用了價(jià)格便宜的劣質(zhì)寬頻直放站，有的方圓不到1公里的城中村就安裝了幾十臺劣質(zhì)寬頻直放站。據我站對近兩年來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)的干擾排查結果的統計表明，未經(jīng)批準設置寬頻直放站的情況非常嚴重，給公眾移動(dòng)通信網(wǎng)帶來(lái)嚴重的干擾，嚴重惡化了公眾移動(dòng)通信頻段的電磁環(huán)境，使用戶(hù)手機掉線(xiàn)或無(wú)法接通的現象大量發(fā)生。

寬頻直放站為什么會(huì )給公眾移動(dòng)通信網(wǎng)帶來(lái)嚴重的干擾？這是由于寬頻直放站大多對信號進(jìn)行大功率全頻段放大，并且它無(wú)需高Ｑ值濾波器，與專(zhuān)用選頻放大器相比，價(jià)格要便宜得多。它對公眾移動(dòng)通信系統造成的不良影響主要體現在以下幾個(gè)方面:①信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線(xiàn)電管理局在(1999)62號文中明確規定了直放站的頻段、功率、雜散、互調四項技術(shù)指標。其中選頻直放站的輸出功率不大于30W，寬頻直放站的輸出功率不大于50mW。但是根據無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)實(shí)際排查檢測統計，寬頻直放站的功率大都在1W左右，遠遠超出了規定指標。由于對周?chē)邮盏氖謾C、基站信號全段放大，必然產(chǎn)生許多互調分量，特別是下行功率超標時(shí)，會(huì )引起附近使用的手機噪聲干擾增大，掉線(xiàn)頻繁。②由于劣質(zhì)寬頻直放站的發(fā)射功率特別是上行功率是不能自動(dòng)調整，從而難以保證到達基站接收端的電平均衡，往往會(huì )造成阻塞干擾。③劣質(zhì)寬頻直放站大都無(wú)濾波器或濾波器性能不良，易將鄰頻的無(wú)用信號也同時(shí)放大，使得周邊的干擾電平大幅提高，造成手機用戶(hù)難以正常使用。{{分頁(yè)}}

要徹底清除非法寬頻直放站，不僅需要無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)加強無(wú)線(xiàn)電管理和宣傳，加大排查干擾的力度，更主要的是運營(yíng)商要不斷改善網(wǎng)絡(luò )覆蓋，消除盲區。

案例研究

3.1 案例展示

案例1 我監測站接到中國移動(dòng)的干擾投訴:其在市中心某GSM基站受到干擾，手機在這一區域掉線(xiàn)率很高。用頻譜測在基站樓頂測得一個(gè)寬帶噪聲信號，頻段為890～909 MHz，頻段底噪強度為-93 dBm。經(jīng)過(guò)干擾源定位搜索，確定干擾信號是中國移動(dòng)安裝在基站東北面約800米處的樓頂的直放站產(chǎn)生的。關(guān)閉該直放站后，話(huà)務(wù)統計，干擾指標恢復正常。經(jīng)分析該直放站原先與受干擾的施主基站之間有樓房相隔，但該片樓房舊村改造剛被拆除造成直放站與基站之間的空中耦合衰耗減小，使得施主基站的底噪抬高所致。

案例2 2004年5月，中國移動(dòng)羅湖有三個(gè)基站受到干擾，其中基站A極為嚴重。根據提供的OMC統計的RSSI，觀(guān)察到基站A的第一扇區M1和第二扇區M2存在干擾，且干擾較強。經(jīng)過(guò)干擾源定向測試，在基站A天線(xiàn)底下測得兩個(gè)寬帶干擾信號，一個(gè)干擾信號在865～902 MHz，最大信號強度達-68 dBm，方向指向同一棟樓頂20米處的聯(lián)通CDMA直放站。在聯(lián)通的技術(shù)人員關(guān)閉聯(lián)通直放站后，第一個(gè)干擾信號消失，M1扇區的干擾指標變好，但M2扇區的干擾沒(méi)有改變;再次定向測試，方向指向正西面的黃貝村，頻率范圍為885～930 MHz，強度為-98 dBm。經(jīng)過(guò)搜索，確定干擾信號是黃貝村61號、154號、198號、201號、212號、214號樓頂私自安裝的直放站產(chǎn)生的。其他兩個(gè)基站受到干擾也是來(lái)自這些直放站。拆除這些直放站后，干擾消失。這表明基站A的第一扇區M1與聯(lián)通直放站空間隔離不夠，加上聯(lián)通直放站濾波器性能變差而造成共站干擾。此案例既有CDMA直放站對GSM的干擾，也有來(lái)自非法寬頻直放站的干擾。

案例3 2004年12月我檢測站接到中國聯(lián)通分公司的投訴:南山區多個(gè)聯(lián)通GSM基站近期出現了大范圍干擾。在干擾較為嚴重的基站用頻譜儀測得一寬帶信號，頻率為954～964 MHz，最大強度達-76 dBm的下行干擾信號。經(jīng)過(guò)干擾源定位搜索，確定干擾信號是聯(lián)通公司剛安裝在華僑城某酒店樓頂還未驗收的直放站發(fā)出。原因是在安裝該直放站時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行嚴格調測，直放站出現自激，并且所處地形較高，對周邊基站產(chǎn)生了較大范圍的干擾。

3.2案例分析總結

從以上分析可以看到，要想減少直放站對公眾移動(dòng)通信系統的干擾影響，必須規范直放站的使用，這需要各方面的努力。

作為無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)，要做好以下幾點(diǎn):①加強無(wú)線(xiàn)電管理和宣傳，加大排查非法使用寬頻直放站的力度;②嚴肅審批制度，對直放站功率、帶寬、雜散、互調等指標嚴格把關(guān);③建立規范、健全的直放站臺站資料數據庫，以便在遇到干擾時(shí)，能快速地調閱資料，縮短查處干擾源的時(shí)間。

對于移動(dòng)通信各運營(yíng)商要做好以下幾點(diǎn):①?lài)栏癜醇夹g(shù)規范對直放站進(jìn)行使用;②在架設直放站前，一定要做好站址的電磁兼容分析，嚴格按信部無(wú)[2002]65號通知的要求進(jìn)行共站設置，避免相互間產(chǎn)生干擾;③加強對新設備的檢測和對老設備的定期巡檢，以及時(shí)消除設備自身技術(shù)指標超標所引起的干擾隱患;④要不斷改善網(wǎng)絡(luò )覆蓋，消除盲區，從根本上消除非法寬頻直放站的使用。

參考文獻

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[4] 深圳無(wú)線(xiàn)電管理辦公室.《無(wú)線(xiàn)電管理文件匯編》