淺談WCDMA 系統(tǒng)與不同系統(tǒng)間干擾

曹型兵，楊高進

(重慶郵電大學(xué)通信應(yīng)用研究所，重慶 400065)

0 引言

任何網(wǎng)絡(luò)制式下都存在著影響通信系統(tǒng)正常工作的信號，不是通信系統(tǒng)正常通信所需要的信號都成為干擾信號，通常將一些在接收帶內(nèi)但并不影響系統(tǒng)正常工作的非系統(tǒng)內(nèi)部信號也稱為干擾信號。在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，各種網(wǎng)絡(luò)制式的不同決定了工作頻段的不同，不同的工作頻段勢必會對其他頻段造成干擾，因此WCDMA 系統(tǒng)必然會與多種無線通信系統(tǒng)共存于一個復(fù)雜的環(huán)境。不同系統(tǒng)間的信號必然會引入同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾，無線通信系統(tǒng)中還存在電波傳播的多徑效應(yīng)而形成的干擾以及部分無線射頻設(shè)備也會對通信信號產(chǎn)生影響。這些干擾信號必定會降低網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的通信指標(biāo)。

1 干擾概述

WCDMA 系統(tǒng)受到的干擾可以分為兩種，一種是來自系統(tǒng)自身的干擾，另一種是來自系統(tǒng)外的干擾，外部干擾對WCDMA 系統(tǒng)產(chǎn)生的影響比內(nèi)部干擾更加嚴(yán)重。這是由于WCDMA 系統(tǒng)的特性造成的，WCDMA 系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，系統(tǒng)決定了若干小區(qū)的基站要工作在同一頻率上。因此這些小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的移動臺也工作在同一頻率上。同一小區(qū)中的不同用戶間和周圍小區(qū)的用戶對本小區(qū)內(nèi)用戶所造成的自干擾是限制WCDMA 系統(tǒng)容量和影響系統(tǒng)性能的主要因素。

1.1 系統(tǒng)內(nèi)部干擾

WCDMA 系統(tǒng)內(nèi)部干擾分為前向鏈路干擾和反向鏈路干擾兩種［1］。前向鏈路干擾又分為兩種:第一種干擾是來自自身小區(qū)的干擾，是指基站下行業(yè)務(wù)信道發(fā)射的干擾功率，即發(fā)送到移動臺的業(yè)務(wù)信道的所有的功率總和。第二種干擾是來自相鄰小區(qū)的干擾，主要是由于其他小區(qū)基站在下行鏈路上發(fā)射干擾功率。簡言之就是本小區(qū)基站或鄰近小區(qū)基站在下行鏈路的發(fā)射功率干擾。

反向鏈路干擾也分為兩種:一種干擾是來自本小區(qū)內(nèi)移動臺的干擾;第二種干擾是相鄰小區(qū)內(nèi)移動臺發(fā)射的功率干擾。

1.2 系統(tǒng)外部干擾

系統(tǒng)外部形成的干擾比WCDMA 系統(tǒng)內(nèi)部干擾的影響更大。外部干擾產(chǎn)生的原因多樣，比較復(fù)雜，有的很容易查出，但有的卻不容易被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)干擾情況非常嚴(yán)重的時候，小區(qū)內(nèi)的移動臺不能發(fā)起呼叫、入網(wǎng)等。即使能夠通話，通話質(zhì)量也會非常的差。若在接收頻帶內(nèi)有干擾，對接收器的靈敏度和噪聲系數(shù)也會有很大的影響，異常干擾包括:

(1)上行干擾:當(dāng)其他系統(tǒng)的干擾信號在本小區(qū)內(nèi)時，小區(qū)內(nèi)的UE的發(fā)射功率升高，導(dǎo)致NodeB 接收到的RTWP升高，會造成對鄰近小區(qū)的干擾。由于RTWP 抬高，會導(dǎo)致UE 上行鏈路質(zhì)量惡化發(fā)生掉話。

(2)下行干擾:其他系統(tǒng)的干擾信號存在，導(dǎo)致UE的背景噪聲升高，而SIR 降低，BLER 變大。功率控制則會不斷提高NodeB 發(fā)射功率，導(dǎo)致通信質(zhì)量惡化。如果下行功率達(dá)到系統(tǒng)所能允許的最大時則會發(fā)生掉話。

2 干擾分類和隔離度

干擾的種類大致可以分為雜散干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾三種。對于受干擾系統(tǒng)來說，會有接收機靈敏度降低、接收機過載和互調(diào)干擾這三種性能損失，因此為了把這些損失降低到最小就采取在發(fā)射和接收單元之間設(shè)置隔離度［2］。

(1)雜散干擾:由于發(fā)射機輸?shù)陌l(fā)射信號頻帶外產(chǎn)生較高的雜散，而且這些雜散信號分布在較廣的范圍內(nèi)，干擾源系統(tǒng)采用的濾波器對這些帶外信號的抑制效果不理想，那么受干擾系統(tǒng)的接收機就會收到干擾源系統(tǒng)的帶外信號，受干擾系統(tǒng)的SIR 就會降低，引起雜散干擾。

雜散干擾的隔離度計算滿足:

MCL為隔離度要求，Pspu為干擾源發(fā)射的雜散信號功率，Pn為受干擾系統(tǒng)接收帶內(nèi)的熱噪聲，Nf為接收機的噪聲系數(shù)，7為接收機靈敏度惡化0.8 時系統(tǒng)能接收的最大干擾電平。

(2)互調(diào)干擾:當(dāng)兩個以上不同頻率的信號作用于非線性器件或線路后可能出現(xiàn)的新信號。這個產(chǎn)生的新信號如果處于受干擾系統(tǒng)的頻帶內(nèi)，被受干擾系統(tǒng)接收到就會導(dǎo)致SIR 下降。兩個信號的互調(diào)干擾中三階互調(diào)干擾信號是最強的互調(diào)干擾。

互調(diào)干擾和雜散干擾的原理都是由于干擾信號進入受干擾信號的頻帶造成的，所以它的隔離度也可以由公式來表示:

其中Pspu為多路信號合路產(chǎn)生的互調(diào)信號功率。

(3)阻塞干擾:在接收機端對微弱信號的放大倍數(shù)是由需要的整機增益來設(shè)定的，當(dāng)接收機收到強干擾信號后，干擾信號會影響低噪聲放大器對微弱信號的放大，甚至抑制掉有用信號，影響系統(tǒng)的正常運行，這種現(xiàn)象就叫阻塞干擾。

只要接收機輸入端的干擾信號功率比系統(tǒng)要求的阻塞電平低就可以保證系統(tǒng)的正常運行。若接收機端的阻塞電平為Prx，干擾源系統(tǒng)的干擾功率為Ptx(即為干擾系統(tǒng)的發(fā)射功率)，只要隔離度滿足:

其中Ptx為干擾源基站的發(fā)射功率，Prx為受干擾系統(tǒng)接收機允許最大阻塞干擾;干擾信號就不會對接收機造成阻塞干擾。

系統(tǒng)噪聲基底Pn=10lg(KTB)+噪聲系數(shù)，K為波爾茲曼常數(shù)1.38E23 J/K，T 常取290k，B為信號帶寬。代入常數(shù)后:Pn=－174+10logB+Nf，Nf為設(shè)備引入的噪聲系數(shù)。

而由于WCDMA 系統(tǒng)工作的信道帶寬為3.84×(1+α)MHz(WCDMA 系統(tǒng)的一個頻道帶寬為3.84MHz，α為基帶成型濾波器的滾降系數(shù)0.22)，因此WCDMA 系統(tǒng)工作在信道帶寬內(nèi)的熱噪聲功率Pn為:

3 WCDMA的干擾隔離分析

3.1 WCDMA和幾種常見通信系統(tǒng)參數(shù)

在多種無線系統(tǒng)共存的情況下，各個通信系統(tǒng)使用的頻段有的比較鄰近，WCDMA 系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)所使用的頻段參數(shù)如表1所示:

表1 常用移動通信系統(tǒng)頻率參數(shù)

3.2 隔離度分析

3.2.1 雜散干擾

由于干擾源系統(tǒng)的發(fā)送濾波器對雜散信號的衰減作用，雜散信號離原頻帶越遠(yuǎn)信號就越弱，兩個不同系統(tǒng)的頻帶相距越近雜散干擾就越強［1］。雜散干擾主要是干擾源系統(tǒng)的下行對受干擾系統(tǒng)的上行造成的影響。

由于無線通信系統(tǒng)的實際工作環(huán)境比較復(fù)雜，隔離度等要考慮因素較多，在此只討論較為理想情況下的隔離度，由此可知干擾源系統(tǒng)與WCDMA 系統(tǒng)雜散干擾的最小隔離度為:

BWAF:為受干擾系統(tǒng)信道帶寬與干擾源系統(tǒng)的測試帶寬的轉(zhuǎn)換BWAF=10log(BWinterfering/BWafferected)，LOLW:分別為干擾源系統(tǒng)、WCDMA 系統(tǒng)基站的天饋損耗。

PRX:WCDMA 系統(tǒng)接收機允許最大雜散干擾。根據(jù)以上所說不同系統(tǒng)對W 系統(tǒng)雜散干擾可以計算出，如表2所示。

表2 不同系統(tǒng)對W 系統(tǒng)的雜散干擾隔離度

3.2.2 互調(diào)干擾

在有源器件和無源器件中都可能會產(chǎn)生三階互調(diào)干擾信號，在室內(nèi)分布系統(tǒng)中涉及到的互調(diào)干擾，主要考慮由合路器的非線性特性所產(chǎn)生的互調(diào)干擾。

因此干擾源系統(tǒng)與WCDMA 系統(tǒng)的互調(diào)干擾的最小隔離度為:

式中MPOI為多路合路器設(shè)備的互抑制值。一般情況下互調(diào)干擾功率由幾個等功率引起，總功率P 經(jīng)過衰減就可以得到，但由于室內(nèi)覆蓋環(huán)境的原因，互調(diào)干擾信號是不等功率信號形成的，所以較為復(fù)雜。根據(jù)幾個不同系統(tǒng)的頻段，基本上上行信號都是弱信號，主要考慮的是下行信號對上行信號的互調(diào)干擾。三階互調(diào)類型有:2F1－F2，2F2－F1，F(xiàn)1+F2－F3，F(xiàn)1－F2+F3和F2+F3－F1。通過計算可以得知，CDMA、GSM、DCS系統(tǒng)經(jīng)過互調(diào)后產(chǎn)生的新信號的頻段范圍并不在WCDMA 系統(tǒng)的上行頻段內(nèi)，而會對WCDMA 系統(tǒng)產(chǎn)生互調(diào)干擾的是WLAN(下行2400－2483)和WCDMA互調(diào)后產(chǎn)生的互調(diào)信號，互調(diào)信號的頻段為1737－1940，在WCDMA 系統(tǒng)的頻段內(nèi)。

表3 WLAN和WCDMA 互調(diào)干擾信號

由此可知WCDMA和WLAN的下行信號對WCDMA 上行信號產(chǎn)生互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾強度為－112.9dBm，不再需要增加隔離度。

3.2.3 阻塞干擾

根據(jù)3GPP 標(biāo)準(zhǔn)，WCDMA 系統(tǒng)對于阻塞干擾的要求如表4［3］:

表4 WCDMA 系統(tǒng)阻塞指標(biāo)

同樣在較為理想的情況下，隔離度計算只考慮發(fā)射端和接收機端的天饋損耗，因此可知干擾源系統(tǒng)與WCDMA 系統(tǒng)的阻塞干擾的最小隔離度為:

發(fā)射端和接收端天饋損耗LO、LW取典型值3dB。從系統(tǒng)頻段上看出，DCS1800的下行頻率與WCDMA的上行頻率比較接近，因此DCS1800 對WCDMA的阻塞干擾較之于其他系統(tǒng)最強，其他系統(tǒng)對WCDMA 雜散干擾隔離度要求就一定滿足阻塞隔離度要求。

DCS1800 系統(tǒng)最大發(fā)射功率為43dBm，因此由公式可以得知DCS1800 系統(tǒng)對WCDMA 系統(tǒng)的阻塞隔離度為50dB。

4 結(jié)論

通過比較不同系統(tǒng)對WCDMA的雜散干擾、互調(diào)干擾和接收機阻塞干擾的隔離度，在理論計算中各種系統(tǒng)對WCDMA的雜散干擾隔離度均比阻塞干擾隔離度要高，因此如果各個系統(tǒng)對WCDMA 系統(tǒng)的隔離度滿足了雜散干擾隔離度的需求，在多數(shù)情況下都能滿足阻塞隔離度的需求。經(jīng)過理論計算，隔離度的大小主要取決于雜散干擾的隔離度。

所以在實際設(shè)計環(huán)境中我們可以對雜散、互調(diào)、阻塞干擾的隔離度進行測試計算比較，選擇其中最大的一個來作為隔離度的設(shè)計要求。但在實際的室內(nèi)分布系統(tǒng)中，各種環(huán)境較為復(fù)雜，空間鏈路的損耗、各種無源設(shè)備對信號的衰減和損耗，導(dǎo)致實際中的隔離度要比理論計算出的隔離度值小，所以在實際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中可以適當(dāng)降低對設(shè)備的指標(biāo)要求，來減少網(wǎng)絡(luò)成本。

［1］張傳福.WCDMA 通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［2］張邦寧.通信抗干擾技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［3］3GPP TS25.104 (V6.7.0).Base Station (BS)Radio Transmission and Reception(FDD)［Z］.2004.