無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍影響分析

張需溥, 趙培

（1 杭州紫光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，杭州 310053; 2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 北京 100080）

1 前言

隨著移動通信的發(fā)展，要求提供更好的室內(nèi)移動通信業(yè)務(wù)，尤其是未來4G移動通信更多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋原理圖見圖1。室內(nèi)分布系統(tǒng)最需要解決問題有兩個，其一如何減少傳輸中功率的損耗及如何將功率合理地分配到每一個分布天線，這點與室外覆蓋有著很大的區(qū)別，室外覆蓋更多地取決于基站的天線高度、增益及下傾；其二要最大程度降低干擾，干擾包括很多類型，同鄰頻干擾、系統(tǒng)間干擾及無源互調(diào)干擾等。其中無源互調(diào)干擾取決于器件的損耗和合理的設(shè)計，因此，耦合器、功分器、接頭和饋線等器件的選取顯得非常重要。

由無源器件（如同軸電纜、波導(dǎo)、連接器及合路器和天線等）的非線性產(chǎn)生的互調(diào)干擾稱為無源互調(diào)(PIM)[1]。無源互調(diào)會造成基站接收靈敏度下降，誤碼率增加，在同樣移動臺發(fā)射功率情況下造成覆蓋范圍減小，或者在保持誤碼率不下降情況下，相反會要求移動臺增加發(fā)射功率，潛在帶來其他干擾影響問題[2]。本文運用干擾疊加原理[3]，分析無源互調(diào)對室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)覆蓋范圍影響程度。

圖1 室內(nèi)覆蓋原理圖

2 路徑損耗因子模型

在室內(nèi)電磁波傳播受影響的因素很多，在有限的空間內(nèi)環(huán)境變化大，墻、頂、地、人和室內(nèi)物體等都會引起電磁的反射、折射、散射和吸收，電磁場分布十分復(fù)雜，電波傳播模型相應(yīng)多種多樣。本文使用路徑損耗因子模型進行路徑損耗計算，該模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標準偏差為4 dB可以用公式表示如下：

其中：

PL：傳播損耗(dB)；

PL(d0)：參考損耗（在d0=1米處的損耗值）（dB）；

Xσ：陰影衰落余量（dB）；

n：距離衰減因子；

FAF：不同層地板衰減因子（dB）。

考慮典型室分應(yīng)用，d0設(shè)定為1m，PL(d0)=31.5 dB(f=900 MHz)，n=2.8，Xσ=10，F(xiàn)AF=0。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計算

在對基站覆蓋范圍計算前，假設(shè)如下：

（1）GSM發(fā)信機發(fā)射功率為2×43 dBm(兩載波，每載波20 W)。

盡管實際基站可能工作在多載波情況下，且每載波功率低于20 W，但是其總功率還是接近46 dBm，在多載波情況下會產(chǎn)生更多互調(diào)信號，且多個互調(diào)信號相互疊加，導(dǎo)致總功率不變情況下，多載波互調(diào)與兩載波互調(diào)電平變化不大，簡化起見，用2×43 dBm兩載波模擬基站發(fā)射功率是合理的。

（2）在信號傳輸和發(fā)射過程中，假設(shè)只有1個無源器件產(chǎn)生互調(diào)干擾，該器件靠近Tx/Rx信機，其插損可以忽略，除此外其他地方均不產(chǎn)生互調(diào)。

（3）無源器件的互調(diào)基于2×43 dBm兩載波定義，譬如-140 dBc@2×43。

（4）假設(shè)無源器件互調(diào)隨輸入功率（單位dBm）線性變化，變化斜率為3，即輸入功率變化1 dB，輸出變化3 dB。盡管現(xiàn)有文獻證明，無源互調(diào)隨輸入功率線性變化，器件不同變化系數(shù)也不同，且一般情況下小于3，但是不妨礙將變化斜率設(shè)為3。

根據(jù)以上假設(shè)，我們首先分析一理想室內(nèi)分布系統(tǒng)（沒有其他干擾，僅有系統(tǒng)熱噪聲）覆蓋范圍受無源互調(diào)影響情況，具體計算步驟如表1所示。無任何干擾GSM基站覆蓋半徑為30.3 m,如果室內(nèi)分布系統(tǒng)的互調(diào)為-140 dBc@2×43 dBm，則覆蓋半徑縮短為12.9 m,與無干擾室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋半徑相比，縮短了57.5%。

表1 理想室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計算

運用以上方法，我們計算不同天線互調(diào)值對基站覆蓋范圍影響，從圖2中可以看出，當天線互調(diào)小于-150 dBc@2×43 dBm，無源互調(diào)對覆蓋范圍影響小于20%。

圖2 沒有其他干擾情況下互調(diào)對基站覆蓋半徑影響

其次我們分析無源互調(diào)對已存在某種干擾基站覆蓋范圍影響，假設(shè)一GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)存在同頻干擾，且該同頻干擾使基站收信機靈敏度下降3 dB，即從-109 dBm降低為-106 dBm，計算過程如表2所示。同樣圖3給出存在同頻干擾情況下，無源互調(diào)對基站覆蓋范圍影響。從圖3可以看出，由于其他干擾存在一定程度減輕互調(diào)干擾對接收靈敏度影響，相比而言，無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍影響降低，同樣-140 dBc@2×43 dBm無源互調(diào)情況下，覆蓋半徑縮小47.3%，遠低于理想基站57.5%。

圖3 同頻干擾情況下互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋半徑影響

4 結(jié)論

通過分別分析無干擾和存在同頻干擾兩種情況下無源互調(diào)對基站影響范圍，可以清楚發(fā)現(xiàn)，無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍有較大影響，尤其是當天線無源互調(diào)指標低于-140 dBc@2×43 dBm。對于已存在某種干擾導(dǎo)致靈敏度下降的分布系統(tǒng)，無源互調(diào)對覆蓋范圍的影響度降低，其中干擾越嚴重，帶來靈敏度下降越嚴重，此種情況下無源互調(diào)對覆蓋范圍的影響度減小。

表2 同頻干擾室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計算

[1]王輝球. 無源互調(diào)問題的初步研究[R]. 西安：航天工業(yè)總公司504研究所，1997.

[2]章堅武. 移動通信[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[3]Laiho J,et al. Radio Network Planning and Optimisation for UMTS[M].Wiley & Sons, 2006.