移動通信網(wǎng)互調(diào)干擾定量分析

摘要　文章定量分析了移動通信中六類互調(diào)干擾，得出工程設(shè)計中要認(rèn)真進(jìn)行定量分析的互調(diào)干擾。

為了提高頻道利用率，移動通信系統(tǒng)通常采用多頻道共用的組網(wǎng)方式，由M個移動臺共用N個頻道(M＞＞N)，移動臺通過基地臺選擇的某個空閑頻道進(jìn)行通信，當(dāng)一個移動通信系統(tǒng)岸N個等間隔配置工作頻道時，整個系統(tǒng)的互調(diào)干擾大致可分為：由移動臺接收機(jī)形成的互調(diào)干擾；由基地臺接收機(jī)形成的互調(diào)干擾；由基地臺發(fā)射機(jī)互耦形成的互調(diào)干擾；由移動臺發(fā)射機(jī)互耦形成的互調(diào)干擾；由移動臺、基地臺發(fā)射機(jī)互耦、在移動臺發(fā)射機(jī)形成的互調(diào)產(chǎn)物對移動臺接收的干擾；由基地臺、移動臺發(fā)射機(jī)互耦、在基地臺發(fā)射機(jī)形成的互調(diào)產(chǎn)物對基地臺接收的干擾。下面就上述六類互調(diào)干擾做簡要的定量分析。

一、由移動臺接收機(jī)形成的互調(diào)干擾

當(dāng)基地臺幾個頻道同時發(fā)信時，由移動臺收信部分前端電路的非線性所產(chǎn)生的互調(diào)干擾屬于同頻干擾。有用信號電平與互調(diào)干擾電平之比應(yīng)滿足：

式中：Ec：有用信號電平(高于靈敏度的分貝數(shù)，dBES)；

EI：干擾信號電平(高于靈敏度的分貝數(shù)，dBES)；

B：射頻防護(hù)比(dB)。

設(shè)接收機(jī)的互調(diào)干擾指標(biāo)為3×EIM(dBES)，當(dāng)EI＞EIM時，式(1)中可改寫為

式中：D(N，P)與頻道數(shù)N及頻道序號P有關(guān)的值(dB)。當(dāng)N為偶數(shù)且P=N/2時，3階互調(diào)Ⅱ型產(chǎn)物最大數(shù)和Ⅰ型產(chǎn)物數(shù)(不論P(yáng)為何值)分別為

考慮到各個3階互調(diào)產(chǎn)物在相位上是隨機(jī)相加的，而Ⅲ－1型比Ⅲ－2型低6dB，所以

當(dāng)基地臺各頻道以等功率發(fā)射時，則EC=EI。由式(2)，要求干擾電平

實際上，在EI已為一定值的情況下，移動臺接收機(jī)的互調(diào)抗擾指標(biāo)由下式確定：

設(shè)EIM=65dBES，B=15dB，N=4，根據(jù)式(5)，則移動臺在基地臺附近允許接收信號電平的最大值為(亦為最大容許的干擾電平)：ECMAX=EIMAX≤(3×65-15-1)/2-89.5dBES

若設(shè)ECMAX=EIMAX=100dBES，B＝15dB，N＝4，則移動臺接收機(jī)互調(diào)抗擾指標(biāo)應(yīng)為：

3EIM≥2×100+15+1=216 dBES

EIM≥216/3=72 dBES

可見，移動臺接收機(jī)互調(diào)抗擾指標(biāo)越高，允許移動臺距基地臺就越近。

二、由基地臺接收機(jī)形成的互調(diào)干擾

當(dāng)兩個或兩個以上移動臺在臨近基地臺的區(qū)域內(nèi)同時發(fā)信時，同樣會使基地臺接收機(jī)形成互調(diào)干擾。這類干擾的EI和EC無關(guān)，而式(2)中的D(N，P)項可以不考慮。當(dāng)EI=EIMAX、EC=ECMIN時，例如有M1、M2、M3和M4四個移動臺同時工作，其中M1、M2、M3在基地臺附近，而M4在服務(wù)區(qū)邊緣(ECMIN≈ES，ES為接收機(jī)的靈敏度指標(biāo))，且滿足：

將出現(xiàn)最嚴(yán)重干擾。fMT、fBR分別為移動臺的發(fā)射頻率和基地臺的接收頻率。根據(jù)式(2)，略去EC和D(N，P)，則：

因此，基地臺接收機(jī)的互調(diào)抗擾值EIM必須比可能收到基地臺的最大信號電平高B/3，設(shè)B=15dB，要求EIM-EIMAX≥5 dB。

三、由基地臺發(fā)射機(jī)互耦形成的互調(diào)干擾

此類干擾對于本系統(tǒng)移動臺屬于同頻干擾。如果系統(tǒng)的所有頻道都在工作，只要互調(diào)產(chǎn)物比信號低15dB以上，干擾產(chǎn)物對移動臺接收機(jī)輸出信擾比影響就不大。但若有某個頻道不工作，例如對N=4的系統(tǒng)，fBT1、fBT2、fBT3工作，fBT4不工作，三階互調(diào)Ⅱ型產(chǎn)物：fBT2+fBT3-fBT1=fBT4=fMR4，有可能造成移動臺接收機(jī)錯停頻道及呼損。對于相鄰系統(tǒng)來說，此類干擾屬于雜散輻射，必須比在波功率低60dB以上(或小于25uw)。如果基地臺4頻道系統(tǒng)發(fā)射天線共用器采用下示電路：

圖1

由基地臺發(fā)射機(jī)T2形成的互調(diào)產(chǎn)物輸出電平為：

圖和式中的符號意義如下：

P1、P2、P3、P4：分別為發(fā)射機(jī)T1、T2、T3、T4的輸出功率(設(shè)為14dBw)；

P1：P1經(jīng)衰耗耦合至T2的功率；

P2：由T2形成的互調(diào)產(chǎn)物功率；

P2：由T2形成的互調(diào)產(chǎn)物輸出功率；

P3：P3經(jīng)衰耗耦合至T2的功率；

P4：P4在天線端的信號功率；

LY1CF、LY2CF、LY3CF：分別為環(huán)行器Y1、Y2、Y3的插入損耗(設(shè)1 dB)；

LY2CR：環(huán)行器Y2的反向衰耗(設(shè)20dB)；

LH1CF、LH2CF、LH3CF：分別為混合橋H1、H2、H3的插入損耗(設(shè)4dB)；

LH1CR、LH3CR：分別為混合橋H1、H2的反向衰耗(設(shè)25dB)；

LCT2：T2的互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗(設(shè)9dB)。

將上述參數(shù)代入式(9)，則

四、由移動臺發(fā)射機(jī)互耦形成的互調(diào)干擾

設(shè)基地臺附近有兩個移動臺、在系統(tǒng)服務(wù)區(qū)邊緣有一個移動臺同時工作(如圖2所示)。由基地臺附近的兩個移動臺發(fā)射機(jī)互耦形成的互調(diào)產(chǎn)物有可能影響基地臺對來自服務(wù)區(qū)邊緣的那個移動臺信號的正常接收。此類干擾時一種瞬間隨機(jī)干擾，當(dāng)移動臺較少時，影響不大。

圖2

基地臺接收機(jī)R×1輸入端的互調(diào)干擾電平：

式中EM2、EM3：分別為移動臺M2、M3的在波電平(設(shè)153dBuv)；

EM3：EM3經(jīng)衰耗耦合至EM2的在波電平；

LM3M2：M3、M2之間的耦合衰耗(設(shè)≥60dB)；

LM2DTMT3：移動臺M2天線雙工器對fMT3的衰耗(設(shè)3dB)；

LCM2：移動臺M2的互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗(設(shè)15dB)；

LM2B：移動臺M2與基地臺B之間的傳輸損耗(設(shè)≥80dB)。

將上列所設(shè)參數(shù)代入式(10)，則：

EBI(R×1)=-5 dBuv

為確保基地臺接收機(jī)R×1輸出信擾比≥30dB，要求Ec'(R×1)-EBI'(R×1)≥80dB，即在R×1輸入端要求來自移動臺M1的信號電平EC'(R×1)≥10dBuv。

五、移動臺、基地臺發(fā)射機(jī)互耦，在移動臺發(fā)射機(jī)形成的互調(diào)產(chǎn)物對移動臺接收的干擾

設(shè)基地臺附近有3個移動臺同時工作(如圖3所示)，有可能形成三階互調(diào)Ⅱ型的干擾產(chǎn)物(瞬間隨機(jī)干擾)例如：

FMT2+fBT2-fMT3=fBT1=fMR1

圖3

在移動臺M1接收機(jī)輸入端的互調(diào)干擾電平為

式中：EB(T×2)：基地臺發(fā)射機(jī)T×2的在波電平(設(shè)157dBuv)；

EB'(T×2)：EB'(T×2)經(jīng)衰耗耦合至M2的在波電平；

LCM2：移動臺M2的互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗(設(shè)9dB)；

LM2M1、LM3M2：分別為M2、M1和M3、M2之間的耦合損耗(≥30dB)；

LBM2：基地臺與M2之間的耦合損耗(設(shè)≥40dB)；

將上列所設(shè)參數(shù)代入式(11)，則：

EM1I(RX)=-5dBuv

根據(jù)形成此類干擾的假設(shè)，基地臺與移動臺M1之間的傳輸損耗LBM1≈LBM2=40Db，移動臺M1接收機(jī)所收到的信號電平

信擾比遠(yuǎn)大于15 dB的要求，因此，一般情況下，這類干擾影響不大。

六、由基地臺、移動臺發(fā)射機(jī)互耦、在基地臺發(fā)射機(jī)形成的互調(diào)產(chǎn)物對基地臺接收的干擾

設(shè)基地臺的收發(fā)天線共用器如圖4所示。

圖4

設(shè)有一個移動臺在基地臺附近工作，發(fā)射頻率為fMT2，在基地臺發(fā)射天線處的干擾電平EM2'=100 dBuv。基地臺發(fā)射機(jī)T×1和T×2工作，其頻率分別為fBT1和fBT2，由T×1形成三階互調(diào)Ⅱ型產(chǎn)物有可能影響R×1的正常接收(fBT1+fMT2-fBT2=fMT1=fBR1)。由T×1形成的三階互調(diào)Ⅱ型產(chǎn)物電平為：

在接收機(jī)R×1輸入端的互調(diào)干擾電平為

式(12)、(13)中：

EB(T×1)、EB(T×2)：分別為T×1、T×2的在波電平(設(shè)為157dBuv)；

LH1MT2、LH3MT2：分別為混合橋H1、H3對fMT2的衰耗(設(shè)為15dB)；

LH1MT1、LH3MT1：分別為混合橋H1、H3對fMT1的衰耗(設(shè)為15dB)；

LY1MT2、LY1MT1：分別為環(huán)行器Y1對fMT2，fMT1的衰耗(設(shè)為15dB)；

LY1CR：環(huán)行器Y1對fBT2的逆向衰耗(設(shè)為25dB)；

LY2CF：環(huán)行器Y2對fBT2的插入損耗(設(shè)為1dB)；

LCTX1：發(fā)射機(jī)T×1的互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗(設(shè)為9dB)；

LTR：基地臺收發(fā)天線問的耦合衰耗(設(shè)為25dB)；

LFRMT1：濾波器FR對fMT1的損耗(設(shè)為3dB)；

LH6MT1、LH4MT1：分別為H6、H4對fMT1的插入損耗(設(shè)為4dB)；

LH1CR：混合橋H1對的逆向衰耗(設(shè)為25dB)。

將上述參數(shù)代入式(12)、(13)，則：EBI'(R×1)=-86 dBuv

顯然，在上述條件下，此類干擾對基地臺接收的影響也不大。

綜上所述，較嚴(yán)重的干擾是一、二、四類干擾，在進(jìn)行工程設(shè)計時必須認(rèn)真進(jìn)行定量分析。