室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)合路干擾影響分析

梁童，趙培，黃景民（ 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00080； 京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司，廣州 50663）

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室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)合路干擾影響分析

梁童1，趙培1，黃景民2
（1 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080；2 京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司，廣州 510663）

摘 要鐵塔公司成立后，室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)由鐵塔公司負(fù)責(zé)，未來多運(yùn)營商共建共享將成為室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的主要方式，這就為多系統(tǒng)接入平臺(tái)（POI）的應(yīng)用提供更為廣泛的舞臺(tái)。POI的引入節(jié)省了重復(fù)投資，但由此帶來的多系統(tǒng)干擾問題逐漸成為各運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。本文基于不同的POI類型，針對(duì)可能的干擾問題開展了理論分析及測試，為POI引入后的潛在干擾問題給出了解決方案，為室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞POI；多系統(tǒng)合路；互調(diào)干擾；雜散干擾；阻塞干擾

1　引言

我國目前存在多家運(yùn)營商的多種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)， 運(yùn)營商各自新建的分布系統(tǒng)往往僅滿足各自的網(wǎng)絡(luò)需求。而新的運(yùn)營商和新的系統(tǒng)在進(jìn)入大樓時(shí)，又要重新布設(shè)新的分布系統(tǒng)，這既增加了投資成本和工作量，又影響大樓內(nèi)部的美觀，同時(shí)，密密麻麻的線纜給后期維護(hù)帶來困難。在特定情況下，如地下鐵路、鐵路隧道、大型會(huì)展中心、大型體育場館、大型綜合樓宇等，人員密集、流動(dòng)性大，有多種移動(dòng)通信需求，設(shè)備安裝空間有限，不可能同時(shí)安裝多套無線接入系統(tǒng)，這就對(duì)多運(yùn)營商共建共享提出了要求，也為多系統(tǒng)接入平臺(tái)（Point of Interface，POI）的應(yīng)用提供了舞臺(tái)。POI可以進(jìn)行多頻段、多信號(hào)合路，實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合一”和“透明傳輸”功能，從而避免了室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的重復(fù)投資。

尤其是鐵塔公司成立后，室內(nèi)分布系統(tǒng)由鐵塔公司承建，POI的應(yīng)用將更加廣泛。隨之帶來的多系統(tǒng)合路的干擾問題也將逐漸顯現(xiàn)，成為后續(xù)各運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。

2　POI原理及應(yīng)用分析

2.1POI分類

作為連接信源和分布系統(tǒng)的橋梁，POI的主要作用在于對(duì)多系統(tǒng)下行信號(hào)進(jìn)行合路，同時(shí)對(duì)各系統(tǒng)的上行信號(hào)進(jìn)行分路，并盡可能抑制各系統(tǒng)間的無用干擾成分。根據(jù)連接POI的信源傳輸方向，POI可分為單工和雙工兩種模式：

（1）單工：接入POI端口的信源只有單獨(dú)發(fā)射TX或接收RX功能。

（2）雙工：接入POI端口的信源同時(shí)具備發(fā)射TX和接收RX功能。

根據(jù)POI天線輸出口信號(hào)傳輸方向，POI可分為收發(fā)合纜和收發(fā)分纜兩種模式：

（1）收發(fā)同纜：天線輸出口同時(shí)傳輸TX和RX兩個(gè)方向信號(hào)。

（2）收發(fā)分纜：天線輸出口單獨(dú)傳輸TX或RX某個(gè)單獨(dú)方向信號(hào)。

目前，根據(jù)對(duì)運(yùn)營商建網(wǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的分析，鐵塔公司對(duì)POI設(shè)備進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)其可輸入制式和頻段的差異，確定A型、B型、C型3種類型，滿足不同場景的需求。3種類型POI設(shè)備的輸入制式和頻段如表1所示。

2.2POI應(yīng)用

POI通過對(duì)多頻段、多制式無線通信系統(tǒng)的接入及透明傳輸，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)共用一套天饋系統(tǒng)，能夠在滿足覆蓋效果的同時(shí)，節(jié)省運(yùn)營商的投資、避免重復(fù)建設(shè)。POI主要作用是實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)合路，這一點(diǎn)上POI與合路器功能相同，但是POI不僅具有合路功能，還具有以下合路器不具備的功能：

（1）模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)容性好；

（2）滿足不同系統(tǒng)、頻段的個(gè)性需求；

（3）系統(tǒng)具有整體監(jiān)控功能，維護(hù)方便；

（4）可以預(yù)留端口，方便升級(jí)。

鑒于以上各種優(yōu)點(diǎn)，POI可廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)場、火車站、地鐵、會(huì)展中心、體育場館、政府辦公機(jī)關(guān)、高級(jí)商務(wù)樓等場所的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3　多系統(tǒng)合路干擾原因

3.1干擾原因

我國運(yùn)營商使用多種制式多個(gè)頻段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，POI設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)的合路，但由于頻率使用較多，尤其是存在不同制式鄰頻共存的情況。當(dāng)多個(gè)頻段合路時(shí)，頻率因素加之器件本身的特性，成為系統(tǒng)間干擾的潛在影響因素。

3.2干擾類型

由于頻率使用和器件本身的特性帶來的干擾主要包括阻塞干擾、雜散干擾和互調(diào)干擾3種，本節(jié)主要對(duì)這3種干擾進(jìn)行分析。

3.2.1雜散干擾

由于存在某系統(tǒng)的下行發(fā)射頻段與其它系統(tǒng)鄰頻共存的情況，由于發(fā)射機(jī)的非線性，除了在自身頻段內(nèi)發(fā)射高功率的信號(hào)外，在相鄰的頻段上也會(huì)發(fā)射一些無用的低功率雜散信號(hào)，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)物等，當(dāng)它們輻射到其它系統(tǒng)基站的接收機(jī)時(shí)，會(huì)抬高接收機(jī)的噪底，降低靈敏度，形成雜散干擾。

表1　POI設(shè)備類型表（頻段單位：MHz）

3.2.2阻塞干擾

系統(tǒng)在自身頻段發(fā)射高功率的信號(hào)，發(fā)射信號(hào)雖然沒有落入相鄰頻段內(nèi)，但如果POI端口間不能提供足夠的隔離使發(fā)射信號(hào)進(jìn)行足夠的衰減，就會(huì)由于輸入其它頻段系統(tǒng)的接收機(jī)有源電路的帶外干擾信號(hào)過強(qiáng)，超出線性工作范圍，導(dǎo)致其飽和而性能下降甚至無法工作。若要降低此類干擾，則在保證一定保護(hù)帶的條件下，需提高POI設(shè)備端口間的隔離度，給該端口頻帶范圍外的頻段發(fā)射信號(hào)帶來足夠的衰減。

3.2.3互調(diào)干擾

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)載波信號(hào)同時(shí)發(fā)射時(shí)，會(huì)由于發(fā)射機(jī)或天線的非線性，在特定關(guān)系的頻率上生成3階、5階或7階互調(diào)信號(hào)，當(dāng)這些信號(hào)落在某個(gè)系統(tǒng)的接收頻段時(shí)，會(huì)對(duì)該頻段形成發(fā)射互調(diào)干擾?？梢钥闯?，互調(diào)信號(hào)會(huì)隨著階數(shù)的增加而功率逐漸下降。其中3階互調(diào)信號(hào)功率最高，干擾最大，其次為5階互調(diào)。

由于POI器件通過多系統(tǒng)合路實(shí)現(xiàn)了多運(yùn)營商的共建共享，為互調(diào)干擾的產(chǎn)生提供了必要的條件。若POI器件多個(gè)端口間的互調(diào)抑制能力不能到達(dá)一定的要求，在進(jìn)行系統(tǒng)饋入時(shí)，存在互調(diào)干擾的可能，表2給出了可能存在互調(diào)干擾的系統(tǒng)間組合情況?？梢钥闯?，多個(gè)系統(tǒng)間的互調(diào)干擾可落入3家運(yùn)營商的多個(gè)系統(tǒng)接收頻段中，在系統(tǒng)饋入時(shí)若不考慮頻率因素，進(jìn)行頻點(diǎn)規(guī)劃或器件指標(biāo)約束，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。

表2　可能產(chǎn)生互調(diào)干擾的系統(tǒng)組合

4　干擾影響分析

4.1干擾影響理論分析

4.1.1雜散干擾分析

雜散干擾的隔離度要求的計(jì)算方法如式（1）所示。

其中， ISO為隔離度要求， Pspuri為干擾系統(tǒng)的帶外發(fā)射功率值， Imax為被干擾系統(tǒng)允許的最大干擾值。其中， Imax的計(jì)算方法如式（2）所示。

其中， Pn為被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的帶內(nèi)噪聲， Nf為接收機(jī)的噪聲系數(shù)， MRX為被干擾系統(tǒng)允許的干擾惡化余量，一般取-6 dB。

4.1.2阻塞干擾分析

除雜散干擾外，阻塞干擾也是進(jìn)行干擾分析時(shí)必須要考慮的因素。在進(jìn)行多系統(tǒng)共建共享設(shè)計(jì)時(shí)，只要保證到達(dá)接收機(jī)輸入端的干擾信號(hào)功率不超過系統(tǒng)指標(biāo)要求的阻塞電平，就可以認(rèn)為該系統(tǒng)未受到阻塞干擾的影響。

阻塞干擾隔離度的計(jì)算方法如式（3）所示。

其中， IBlock為阻塞干擾的隔離度要求， PTx為干擾源系統(tǒng)的發(fā)射功率， EBlock為被干擾基站的阻塞指標(biāo)要求。

4.1.3互調(diào)干擾分析

互調(diào)干擾是系統(tǒng)間重要的干擾問題之一，互調(diào)干擾隔離度的計(jì)算方法如式（4）所示。

其中， Iinter為互調(diào)干擾隔離度要求， Pinter為落入被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的互調(diào)干擾水平，Imax為被干擾系統(tǒng)允許的最大干擾值，計(jì)算方法與4.1.1節(jié)相同。

4.1.4整體隔離度要求

系統(tǒng)間的干擾隔離度設(shè)置應(yīng)綜合考慮雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾3者的影響，取3者中的最大值。POI為多系統(tǒng)合路設(shè)備，因此，器件各個(gè)端口間的隔離度應(yīng)充分考慮相關(guān)系統(tǒng)間的互干擾情況。進(jìn)行理論分析時(shí)，發(fā)射功率按照43 dBm進(jìn)行計(jì)算，干擾系統(tǒng)的帶外發(fā)射功率值參考國家射頻指標(biāo)要求及3GPP規(guī)定的設(shè)備帶外發(fā)射水平，接收機(jī)的噪聲系數(shù)為5 dB，被干擾系統(tǒng)允許的干擾惡化余量取-6 dB，根據(jù)以上方法計(jì)算不同干擾的隔離度后，分別取最大值，得到如表3所示的LTE系統(tǒng)端口間的隔離度要求。

4.2干擾影響測試分析

根據(jù)3.2.3節(jié)的分析，電信1.8 GHz和2.1 GHz頻段的互調(diào)干擾會(huì)影響E頻段TD-LTE系統(tǒng)。本小節(jié)通過搭建實(shí)驗(yàn)室測試平臺(tái)，開展采用POI進(jìn)行多系統(tǒng)共建后的干擾影響測試，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)移動(dòng)E頻段TDLTE系統(tǒng)的干擾。

測試系統(tǒng)的接入情況及測試的器件連接情況如圖1所示，測試采用收發(fā)合纜的POI進(jìn)行，表4給出了全部信源的系統(tǒng)、頻段及頻點(diǎn)信息。

測試中首先開啟移動(dòng)E頻段的TD-LTE設(shè)備，設(shè)置其工作頻段為2 350～2 370 MHz，在確定信源發(fā)射功率后測量TD-LTE系統(tǒng)工作頻段內(nèi)的系統(tǒng)底噪水平。之后逐步開啟電信1.8 GHz頻段LTE和2.1 GHz頻段LTE系統(tǒng)，并調(diào)整電信LTE系統(tǒng)信源的發(fā)射功率，通過測試E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪水平，評(píng)估干擾影響程度。具體操作步驟和測試結(jié)果如表5所示。

表3　系統(tǒng)間隔離度分析（單位：dB）

從測試結(jié)果可以看出，在正常無干擾的情況下，移動(dòng)E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪維持在正常水平，為-120 dBm。開啟電信1.8 GHz的LTE系統(tǒng)后，移動(dòng)E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪沒有抬升。繼續(xù)開啟電信2.1 GHz的LTE系統(tǒng)后，E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪提升至-92 dBm，受到明顯的干擾，測試證明電信1.8GHz和2.1 GHz的互調(diào)會(huì)對(duì)移動(dòng)E頻段（2 350～2 370 MHz）TD-LTE系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。

圖1　測試系統(tǒng)圖

表4　信源配置信息表

表5　干擾測試步驟及測試結(jié)果

然后，測試提升電信1.8 GHz和2.1 GHz的LTE系統(tǒng)發(fā)射功率，對(duì)E頻段TD-LTE的干擾是否會(huì)產(chǎn)生影響。從測試結(jié)果看出，將電信1.8 GHz發(fā)射功率從32 dBm提升至41.7 dBm，將2.1 GHz的發(fā)射功率從32.9 dBm提升至43 dBm后，移動(dòng)E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪繼續(xù)提升至-87 dBm，這主要是由于互調(diào)干擾的強(qiáng)度與信號(hào)的發(fā)射功率密切相關(guān)，發(fā)射功率提升后，對(duì)E頻段TD-LTE的干擾增強(qiáng)，其系統(tǒng)底噪進(jìn)一步提升。

步驟6和步驟7開展了頻點(diǎn)調(diào)整的測試，互調(diào)干擾與頻點(diǎn)密切相關(guān)，在調(diào)整電信2.1 GHz頻段的工作頻點(diǎn)后，與1.8 GHz頻段產(chǎn)生的互調(diào)干擾的頻點(diǎn)也發(fā)生變化，從測試結(jié)果看出，E頻段TD-LTE系統(tǒng)的底噪有一定的降低，但仍高于無干擾時(shí)-120 dBm的底噪水平，說明部分調(diào)整發(fā)射系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)后，落入接收頻段內(nèi)的干擾降低。步驟7繼續(xù)調(diào)整了E頻段TD-LTE系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)，從2 350～2 370 MHz調(diào)整到2 320～2 340 MHz，調(diào)整后TD-LTE系統(tǒng)的底噪降低至-120 dBm，說明電信1.8 GHz與2.1 GHz的互調(diào)未落入2 320～2 340 MHz頻段內(nèi)。

測試證明，電信1.8 GHz與2.1 GHz頻段的三階互調(diào)會(huì)對(duì)E頻段TD-LTE系統(tǒng)產(chǎn)生明顯干擾，但可通過調(diào)整發(fā)射與接收系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)來解決干擾問題。

5　多系統(tǒng)合路干擾問題規(guī)避方案

5.1加嚴(yán)POI器件指標(biāo)

為避免雜散與阻塞干擾問題，在系統(tǒng)信源設(shè)備本身的射頻指標(biāo)已經(jīng)確定的情況下，只能通過制定滿足端口間隔離要求的隔離度指標(biāo)，并保證POI器件滿足該指標(biāo)。

根據(jù)分析，F(xiàn)DD系統(tǒng)的端口間隔離度要求較低，一般30dB左右即可滿足，但TDD與FDD系統(tǒng)，以及TDD系統(tǒng)之間的端口隔離度要求較高，尤其是頻率間隔較近的系統(tǒng)，其隔離度需要達(dá)到80dB以上。

5.2系統(tǒng)接入方式調(diào)整

根據(jù)3.2.3節(jié)的互調(diào)干擾分析，聯(lián)通DCS、移動(dòng)GSM與電信CDMA之間的互調(diào)會(huì)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，通過插拔系統(tǒng)測試的方式可以確定電信CDMA為干擾的最關(guān)鍵影響因素，測試結(jié)果如圖2所示。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，POI分為下行單元和上行單元，下行發(fā)射信號(hào)通過下行單元饋入。由于互調(diào)干擾是發(fā)射引起的，因此可以通過將CDMA的下行發(fā)射接入至POI的上行單元，避免CDMA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)通過同一個(gè)POI器件發(fā)射，從而解決互調(diào)干擾問題。

另外，目前廣電的DTV系統(tǒng)在地鐵中進(jìn)行移動(dòng)電視播放，使用726～734 MHz頻段。在實(shí)際應(yīng)用中，廣電DTV、聯(lián)通WCDMA和移動(dòng)GSM系統(tǒng)的三階互調(diào)會(huì)對(duì)移動(dòng)的E頻段TD-LTE系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。同樣的，為避免這三個(gè)系統(tǒng)采用同一POI設(shè)備饋入帶來的干擾問題，可以將廣電DTV的發(fā)射接入到上行接收單元的預(yù)留接口中，從而解決三個(gè)系統(tǒng)之間的互調(diào)干擾問題。

圖2　CDMA系統(tǒng)插拔前后底噪變化

除了可以將發(fā)射接入接收單元外，在條件允許時(shí)，可以部署兩套POI設(shè)備，將可能產(chǎn)生干擾的系統(tǒng)分開通過不同的POI設(shè)備進(jìn)行接入，從根本上解決干擾問題。

5.3頻率調(diào)整與優(yōu)化

互調(diào)干擾的被干擾頻點(diǎn)是由干擾源的工作頻點(diǎn)決定的，參考4.3節(jié)的測試與分析，通過調(diào)整干擾源或者被干擾系統(tǒng)的頻點(diǎn)配置，可以很好的解決系統(tǒng)間的互調(diào)干擾問題。由于頻點(diǎn)調(diào)整涉及到多運(yùn)營商之間的協(xié)調(diào)，因此，盡量采用調(diào)整系統(tǒng)接入設(shè)備的方式解決，如果設(shè)備條件不允許，后期可通過頻點(diǎn)優(yōu)化的方式避免互調(diào)干擾。

6　結(jié)論及建議

根據(jù)分析及測試，采用POI進(jìn)行多系統(tǒng)合路后，帶來的互調(diào)干擾、雜散干擾及阻塞干擾等問題亟需解決。首先需要通過提升POI器件本身的隔離度指標(biāo)避免FDD與TDD系統(tǒng)合路帶來的雜散及阻塞干擾的問題，對(duì)于FDD與TDD鄰頻共存，且系統(tǒng)本身雜散發(fā)射指標(biāo)未按照國家最新規(guī)定的-65 dBm/MHz進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其端口間隔離度至少要達(dá)到80 dB以上。對(duì)于互調(diào)干擾問題，首先應(yīng)提高器件本身的互調(diào)抑制度。同時(shí)，在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用將潛在干擾的系統(tǒng)通過不同的POI器件饋入的方式解決互調(diào)干擾，也可以通過頻點(diǎn)調(diào)整優(yōu)化的方法規(guī)避干擾問題。

參考文獻(xiàn)

［1］ 趙培， 李剴， 張需溥. 室內(nèi)無線通信技術(shù)原理與工程實(shí)踐［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2015.

［2］ QZTT 1003.2-2014 無源分布系統(tǒng) 多系統(tǒng)接入平臺(tái)（POI）技術(shù)要求及測試方法［S］.

Interference analysis of Co-channel systems for indoor distribution system

LIANG Tong1， ZHAO Pei1， HUANG Jing-min2
（1 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.， Beijing 100080， China； 2 Comba Telecom Systems Holdings Ltd.，Guangzhou 510663， China）

AbstractIn this paper， based on the different types of POI， we carry out theoretical analysis and testing for the possible interference， give a solution for the potential interference problems of POI and provide the guidance for the construction of indoor distribution systems.

KeywordsPOI； combination of multi-system； intermodulation interference； spurious interference； obstruction interference

中圖分類號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）05-0070-06

收稿日期：2015-06-08