三網(wǎng)合一(GSM與WCDMA與WLAN)系統(tǒng)干擾分析

1、三（四）網(wǎng)合一干擾理論分析報告三（四）網(wǎng)合一干擾理論分析報告1.1.目前系統(tǒng)頻譜規(guī)劃目前系統(tǒng)頻譜規(guī)劃移動 GSM 系統(tǒng)使用的頻段為上行 890909MHz，下行 935954MHz；移動 DCS1800 系統(tǒng)使用的頻段為上行 17101725MHz，下行 18051820MHz；WCDMA 系統(tǒng)FDD所使用的頻段為上行19201980MHz， 下行 21102170MHz；WLAN 系統(tǒng)所使用的頻段為 2400-2483.5MHz。為描述上的直觀，我們將頻譜劃分方案圖示如下：f(MHz)頻率規(guī)劃圖這里需要特別予以說明的是， 我們在上面的頻譜規(guī)劃中對 WCDMA 所使用的頻段只列出了 3G 核心

2、頻段，而對國內所規(guī)定的擴展頻段則沒有列出，在相應的干擾分析中也沒有對擴展頻段加以考慮，我們認為，該擴展頻段不會對下面的阻塞、雜散干擾分析造成任何影響，而對互調干擾的分析，擴展頻段的加入主要是引入了一些新的組合頻率成分，對干擾信號的強度，則沒有任何影響，所以我們認為，是否忽略該擴展頻段，對這份分析報告所得出的結論并不產(chǎn)生影響。從上面可以看出,WCDMA 與 WLAN 系統(tǒng)頻段最小相隔 230MHz。2.2.三網(wǎng)合一的通用的室內覆蓋的組網(wǎng)方式三網(wǎng)合一的通用的室內覆蓋的組網(wǎng)方式分析 GSM、WCDMA 與 WLAN 系統(tǒng)在共用天饋系統(tǒng)時所帶來的頻譜間的干擾，需根據(jù)三者頻率的關系及發(fā)射/接收特性來具體

3、研究。應該說干擾的主要影響是對系統(tǒng)上行接收通道的影響， 這里我們主要考慮以下兩個方面：接收機靈敏度降低和接收機過載。為了將這些影響所帶來的性能損失降到最小而不修改現(xiàn)有的發(fā)送和接受單元，我們必須對三網(wǎng)合一之后的雜散、互調及阻塞干擾進行仔細地考慮。89090993595419201980211024002483GSM 上行GSM 下行WCDMA 上行WCDMA 下行WLANDCS 上行DCS 下行17101725180518202所采用的組網(wǎng)方式下面我們將主要分析以下三種干擾雜散干擾，阻塞干擾，互調干擾3雜散干擾雜散干擾在并存的兩個系統(tǒng)中，存在這 4 個信號發(fā)射源：WCDMA 基站,WLAN 的A

4、P，WCDMA 移動終端，WLAN 網(wǎng)卡，毫無疑問，一個系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散對另一個系統(tǒng)而言，就有可能造成干擾。應該說，雜散干擾對系統(tǒng)最直接的一個影響就是降低了系統(tǒng)的接收靈敏度，我們在分析雜散干擾時有一個原則，即在分析一個系統(tǒng)所受到的雜散干擾時，我們主要考慮其他系統(tǒng)的帶外雜散落到本系統(tǒng)帶寬內的功率是否高于本系統(tǒng)帶寬內的空間熱噪聲功率，如果比該熱噪聲功率低，則該雜散對本系統(tǒng)的接收靈敏度將不會造成影響，否則，如果雜散功率高于相應帶寬內的空間熱噪聲功率，則系統(tǒng)的接收靈敏度將會受到一定程度的影響。下面我們將從各系統(tǒng)帶外雜散發(fā)射以及白噪聲功率的角度來進行分析三網(wǎng)合一之后系統(tǒng)間的雜散干擾，并提出對三頻合

5、路器通道隔離度的指標要求。首先我們我們可以通過下面的公式來計算得出各系統(tǒng)工作信道帶寬內總的熱噪移動終端WLAN 網(wǎng)卡AP1AP2WCDMA1WCDMA2GSM1GSM2合路合路三頻合路多路功分。下行方向上行方向3聲功率：Pn=-174dBm+10lgBw(Hz)具體如下：WCDMA 系統(tǒng)信道帶寬為 5MHZ，因此可以得出Pn1=-174dBm+10lg(5*106Hz)-107dBmWLAN 系統(tǒng)中信道的工作帶寬 22MHZ，因此可以得出Pn2=-174dBm+10lg(22*106Hz)-100.6dBmGSM 系統(tǒng)中信道的工作帶寬 200KHZ，因此可以得出Pn3=-174dBm+10lg

6、(200*103Hz)-121dBm跟據(jù)相關標準，我們還可以得到各系統(tǒng)在另外兩個系統(tǒng)的頻段上的雜散發(fā)射指標，具體如下：WCDMA 基站系統(tǒng)帶外雜散為：在 WLAN 系統(tǒng)用頻應段內： -30dBm/1MHz，換算為-17dBm/22MHz在 GSM 系統(tǒng)應用頻段內： -36dBm/100KHz，換算為-33dBm/200KHzGSM 基站系統(tǒng)帶外雜散為：在 WCDMA 系統(tǒng)應用頻段內： -30dBm/1MHz，換算為-23dBm/5MHz在 WLAN 系統(tǒng)應用頻段內： -30dBm/1MHz，換算為-17dBm/22MHzWLAN 基站系統(tǒng)帶外雜散為：在 WCDMA 系統(tǒng)應用頻段內： -30dB

7、m/1MHz，換算為-23dBm/22MHz在 GSM 系統(tǒng)應用頻段內： -36dBm/100KHz，換算為-33dBm/200KHz根據(jù)上述計算結果我們就可以很容易地得到，如果要將三網(wǎng)合一之后系統(tǒng)之間的雜散干擾降低到可以忽略的程度，我們就必須對三頻合路器的通道隔離度指標提出相應的要求，具體如下：1）GSM 信號通道對其它兩個系統(tǒng)的通道隔離度對 WCDMA 信號通道的隔離度為：-23-Pn1=-23-(-107)=84dB對 WLAN 信號通道的隔離度為：-17-Pn2=-17-(-100.6)=83.6dB2）WCDMA 信號通道對其它兩個系統(tǒng)的通道隔離度對 GSM 信號通道的隔離度為：-3

8、3-Pn3=-33-(-121)=88dB對 WLAN 信號通道的隔離度為：-17-Pn2=-17-(-100.6)=83.6dB43）WLAN 信號通道對其它兩個系統(tǒng)的通道隔離度對 WCDMA 信號通道的隔離度為：-23-Pn1=-23-(-107)=84dB對 GSM 信號通道的隔離度為：-33-Pn3=-33-(-121)=88dB從上面的分析可知， 除了 WCDMA 和 WLAN 兩個通道對 GSM 的抑制度必須大于 88dB 之外，其余的通道隔離度要求大于 84dB 即可。應該說，對現(xiàn)在的研制和工藝水平來講，在這三個系統(tǒng)頻譜這樣的間隔做出這樣的通道隔離度指標是不難的。4阻塞分析阻塞分

9、析在我們的系統(tǒng)中，阻塞干擾主要分析 GSM、WLAN、WCDMA 信號或其頻率組合成分落在這三個系統(tǒng)中某基站接收機所接收的信道帶寬之外，卻仍然能進入該基站接收機，當此干擾大于相關標準中所規(guī)定的干擾電平時，就會引起WCDMA 接收機接收靈敏度的下降，惡化接收機的性能。WCDMA 系統(tǒng)對各干擾的要求如下：頻率干擾功率（dBm）備注19201980MHz-40CategoryA19001920,19802000MHz-40CategoryA1MHz1900MHz2000MHz12750MHz-15CategoryA921-960MHz+16CategoryA18051880MHz+16Categor

10、yAWLAN 系統(tǒng)僅規(guī)定了鄰道抑制比的指標，干擾信號如果沒有落在正在使用的 WLAN 載波的鄰道中，則它對 WLAN 接收機 的影響可以不考慮。如果落在正在使用的 WLAN 載波的鄰道中，則應小于：P0-16dBm. 其中 P0 是 WLAN的發(fā)射功率。毫無疑問，對本系統(tǒng)中阻塞干擾信號的抑制只能通過合路平臺的通道隔離度實現(xiàn)。舉例來講，假設 WCDMA 系統(tǒng)要求某干擾小于 xdBm, 合路系統(tǒng)的隔離度為 ydBm, 上述干擾信號的強度為 zdBm, 則有：x=z-y,或：y=z-x。由上述對通道隔離度的計算方法以及各系統(tǒng)對阻塞干擾電平的要求，我們就可以很快地知道，其實消除阻塞干擾對合路平臺通道隔

11、離度的要求并不高，也就是說，只有隔離度能滿足阻塞干擾的要求，則它一定能滿足阻塞干擾的要5求。5互調干擾分析互調干擾分析在互調干擾中， 大家最擔心的情況就是， 由于系統(tǒng)的下行輸出功率比較強，當它們在合路平臺（POI）上進行合路時所產(chǎn)生的組合頻率成分有可能會落在其中某一個系統(tǒng)的上行接收頻段內，從而對該系統(tǒng)基站的接收靈敏度造成一定的影響。將 WLAN、GSM、WCDMA 三網(wǎng)合一，毫無疑問，組合頻率成分中的三階互調分量將是影響各系統(tǒng)工作的主要因素。首先，我們可以看到，這三個系統(tǒng)共有 5 個頻帶，包括 GSM 上行、GSM下行、WCDMA 上行、WCDMA 下行以及 WLAN 的通信頻段，其中 GSM

12、 上下行各有 4 個載波、 WLAN 有 2 個載波、 WCDMA 上下行各有 2 個載波同時工作。這些信號產(chǎn)生的三階互調信號的頻率成分將會非常多，其中有一些頻率成分將會落在某系統(tǒng)的上行頻段內而造成干擾，當然，我們也將只考慮落在這三個系統(tǒng)頻帶內的頻率。鑒于我們只考慮三階互調分量，為了考慮問題的方便，而又不失一般性，我們可以假設這三個系統(tǒng)中的每一系統(tǒng)均有 2 個載波進入合路平臺。通過軟件計算，我們可以找出這些頻率組合（見下表） ，并分析這些信號對各系統(tǒng)的影響。這里需要加以說明的是，在這些組合中，我們還去除了同系統(tǒng)內的頻率組合產(chǎn)生的三階互調信號對本系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的影響，因為在系統(tǒng)設計時，這些因素已

13、經(jīng)考慮過。例如，2 個 GSM 工作載頻所產(chǎn)生的三階互調頻率落在 GSM 工作頻帶附近，對 GSM 系統(tǒng)的影響在設計時已經(jīng)考慮，且可以通過頻率規(guī)劃很輕易地加以克服，更不會影響 WCDMA、WLAN 的正常工作。下表是我們通過計算所得出的有關的三階互調頻率成分：頻率(MHZ)是否對系統(tǒng)接收造成干擾MINMAX系統(tǒng)所占用頻段GSM 上行890909否GSM 下行935954否WCDMA 上行19201980否WCDMA 下行21102170否WLAN24002483否源信號f1935954否6f2935954否f321102170否f421102170否f524002483否f624002483否

14、GSM 及其與WCDMA 兩個系統(tǒng)之間所產(chǎn)生的三階互調成分f3-2f1202300否2f1-f2916973否2f3-f132663405否f1+f3-f48751020是f1-f2+f320912189否GSM 和 WLAN 兩個系統(tǒng)之間所產(chǎn)生的三階互調成分f5-2f1492613否2f5-f138464031否f1-f2+f523812502是f1+f5-f68521037是2f5-f623172566否WCDMA 和 WLAN兩個系統(tǒng)之間所產(chǎn)生的三階互調成分2f3-f517371940是2f5-f326302856否f5+f3-f423402543是f3+f5-f620272253否三系

15、統(tǒng)分析f1-f3+f511651327否f2+f3-f135563718否從上表中我們可以看出，這三個系統(tǒng)所產(chǎn)生的三階互調分量中能對基站上行造成干擾的頻段一共有四段，下面我們將從這些互調分量的強度來分析這些干擾對通信系統(tǒng)所造成的影響。在分析這些干擾分量的強度之前，我們首先根據(jù)實際情況對基站功率及合路平臺的線性指標作如下假設：1）GSM 系統(tǒng)基站輸出的每一路信號功率為 43dBm，經(jīng)基站內部合路后各載波在基站端口的功率為 38dBm；72）WCDMA 系統(tǒng)基站輸出的每一路載波信號功率為 43dBm，經(jīng)基站內部合路后各載波在基站端口的功率為 39dBm；3）AP 輸出功率為 27dBm，經(jīng)合路后送

16、入合路平臺的功率為每路 23dBm；4）合路平臺在輸入功率為兩路 43dBm 的單音信號時，其三階互調抑制度為120dBc（這一指標在目前的工藝水平上是不難達到的；在上述四個方面假設的基礎之上，我們可以計算一下上述五個互調干擾帶的干擾信號的強度（框圖如下） ：1）f1+f3-f4（875MHz1020MHz）對 GSM 上行接收的影響該三階互調分量是由一路38dBm的信號和兩路39dBm的信號相互調制所產(chǎn)生的，在這種信號功率的激勵之下，其互調抑制度指標將會優(yōu)于-120dBc，其強度如下：Pimd1=38-120-2*(43-39)=-90dBm考慮到 WCDMA 為擴頻信號，其信道帶寬為 5M

17、Hz，由其所產(chǎn)生的互調成分也將是寬帶的，由于 GSM 系統(tǒng)的信道帶寬為 200KHz，這將會使互調干擾的強度有所降低，定量地來講，該降低量為：10*log(5MHz/200KHz)=14dB所以最終的互調干擾強度為：Pimd1=-90-14=-104dBm2）f1+f5-f6（852MHz1037MHz）對 GSM 上行接收的影響AP1AP2WCDMA1WCDMA2GSM1GSM2合路合路三頻合路多路功分。下行方向上行方向8同上面的分析，該干擾信號的強度為：Pimd2=38-120-2*(43-23)-10log(22MHz/200KHz)=-142dBm3）2f3-f5 （1737MHz19

18、40MHz）對 WCDMA 上行接收的影響同上面的分析，該干擾信號的強度為：Pimd3=23-120-2*(43-39)-2*10*log(22MHz/5MHz)=-117.8dBm4）f5+f3-f4（2340MHz2543MHz）對 WLAN 上行接收的影響同上面的分析，該干擾信號的強度為：Pimd4=23-120-2*(43-39) -10*log(22MHz/5MHz)=-117.8dBm5）f1-f2+f5（2381MHz2502MHz）對 WLAN 上行接收的影響同上面的分析，該干擾信號的強度為：Pimd5=23-120-(43-39)-(43-38)-10*log(22MHz/5

19、MHz)-10*log(22MHz/200KHz)=-132.8dBm這里需補充說明的是， 對于 WCDMA 等擴頻系統(tǒng)而言， 尚存在一種大家比較擔心的特殊情況，即與 WCDMA 載頻 f3（或 f4）相關的互調頻率落在 WCDMA下行帶內且等于 f3(或 f4)，這個信號中含有原 f3 發(fā)射載波的擴頻碼和擾碼信息，因此和原發(fā)射載波相關，同時攜帶了其它的干擾信息，會嚴重影響手機的接收。這種情況可表述為：f3mf1nf2=f3則：mf1nf20， 實際上，由于 f10、f20, 則有mf1-nf2=0考慮到 f1、f2 的實際數(shù)值，滿足上面等式要求的 m、n 之和一定大于 3。因此這種互調的階數(shù)

20、大于 4，即可慮 4 階以上互調的情況下才可能出現(xiàn)這種情況，但這種互調分量非常小，可以忽略。6結論結論由上面的分析我們可以看到，當三種系統(tǒng)通過合路平臺共用天饋系統(tǒng)進行覆蓋時，我們必須從雜散和三階互調的角度對它們合路之后所產(chǎn)生的相互干擾進行仔細地分析，其中，對雜散干擾的抑制，我們主要從提高合路器的通道隔離度出發(fā)來解決該干擾問題，從目前的研制及工藝水平來看，讓三頻隔離器達到我們所提出的通道隔離度指標是不困難的。關于三階互調干擾，從上面的互調干擾分析我們可以看到，在這五個干擾帶9中，對系統(tǒng)影響最大的是 Pimd1，即由 GSM 和 WCDMA 下行所產(chǎn)生的三階互調成分對 GSM 系統(tǒng)上行所造成的干擾

21、（-104dBm） ，為了保證在合路的過程中將系統(tǒng)之間的干擾降低到可以接受的程度，我們可以采用降低系統(tǒng)下行功率、頻率規(guī)劃以及提高合路器件的線性指標等方面來解決。總而言之，為了保證三網(wǎng)合一的順利實施，我們必須從以下幾個方面多加以考慮：1）保證三頻合路器的通道隔離度指標；2）盡量降低 WCDMA 系統(tǒng) Node B 的發(fā)射功率（用微蜂窩而不是宏蜂窩） ；3）通過頻率規(guī)劃使三階互調干擾成分盡量落在系統(tǒng)占用信道的帶寬之外；4）盡量提高三頻合路器以及共用天饋系統(tǒng)中 RF 連接器的互調抑制度指標；10關于調整關于調整 2.4GHz 頻段發(fā)射功率限值頻段發(fā)射功率限值及有關問題的通知及有關問題的通知信部無信部

22、無20023532002353 號號各省、自治區(qū)、直轄市無線電管理機構，各相關單位：為適應無線通信技術的發(fā)展，為科研、生產(chǎn)單位研發(fā)新技術、新產(chǎn)品提供研究頻段及便利條件，滿足無線電通信業(yè)務的需求，根據(jù)我國無線電頻率劃分規(guī)定及頻譜使用情況，并參照國際上通用的技術標準。決定調整2.4GHz 頻段無線電發(fā)射設備的部分技術參數(shù)，現(xiàn)將有關事項通知如下：一、 自發(fā)文之日起，調整 2.4 - 2.4835 GHz 頻段無線電發(fā)射設備的主要技術指標如下：(一) 等效全向輻射功率(EIRP)：天線增益10dBi 時：100 mW 或20 dBm；天線增益10dBi 時：500 mW 或27 dBm。(二) 最大功

23、率譜密度：1直接序列擴頻或其它工作方式：天線增益10dBi 時：10 dBm / MHz(EIRP)；天線增益10dBi 時：17 dBm / MHz(EIRP)；2跳頻工作方式：天線增益10dBi 時：20 dBm / MHz(EIRP)；天線增益10dBi 時：27 dBm / MHz(EIRP)。(三) 載頻容限：20 ppm(四) 帶外發(fā)射功率(在 2.4-2.4835GHz 頻段以外)：-80 dBm / Hz (EIRP)。(五) 雜散發(fā)射(輻射)功率(對應載波2.5 倍信道帶寬以外)：-36 dBm / 100 kHz (30 - 1000 MHz)；-33 dBm / 100 kHz (2.4 - 2.4835 GHz)；