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摘要 文章采用仿真的方法分析了SCDMA無線市話網(wǎng)絡(luò)和DCS1800移動通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)情況下的共存干擾，通過準確的研究和分析，給出了解決干擾的建議。
1、引言
2002年10月我國對3G系統(tǒng)頻率使用進行了規(guī)劃，如圖1所示，其中SCDMA系統(tǒng)的工作頻段為1785MHz～1805MHz，GSM1800系統(tǒng)的主要工作頻段為1805MHz～1850MHz。根據(jù)此規(guī)劃方案，SCDMA系統(tǒng)和GSM1800系統(tǒng)可能在多個頻點處鄰頻共存。由于發(fā)射機和接收機濾波器的不完善性，共存的兩個系統(tǒng)會產(chǎn)生相互干擾，造成鏈路質(zhì)量下降和系統(tǒng)容量降低。
2、研究內(nèi)容
SCDMA和GSM1800系統(tǒng)共存時，可能存在的干擾情況為GSM1800下行鏈路和SCDMA上/下行鏈路之間的干擾。同時考慮到實際系統(tǒng)采用全向和三扇區(qū)定向天線結(jié)構(gòu)，這里對以下場景進行研究：
全向結(jié)構(gòu)宏小區(qū)：GSM1800基站對SCDMA基站的干擾；
全向結(jié)構(gòu)宏小區(qū)：SCDMA基站對GSM1800移動臺的干擾；
三扇區(qū)結(jié)構(gòu)宏小區(qū)：GSM1800基站對SCDMA基站的干擾；
三扇區(qū)結(jié)構(gòu)宏小區(qū)：SCDMA基站對GSM1800移動臺的干擾。
3、頻率干擾原理
干擾產(chǎn)生的原因是多種多樣的。原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、網(wǎng)絡(luò)配置不同、發(fā)信機自身設(shè)置問題、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容（EMI）以及有意干擾，都是移動通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。而移動通信系統(tǒng)的干擾主要有同頻干擾、鄰頻干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。
工作于不同頻率的系統(tǒng)間的共存干擾，主要是由于發(fā)射機和接收機的性能不完善產(chǎn)生的。在發(fā)射機方面，如果頻率穩(wěn)度太差或調(diào)制度過大，都會使發(fā)射頻譜過寬，對他臺造成鄰頻干擾。若不嚴格控制影響發(fā)射機帶寬的因素，很容易產(chǎn)生不必要的帶外輻射。在接收機方面，當中頻濾波器選擇性不良時，便容易形成干擾或使干擾變得嚴重。在接收機射頻通帶內(nèi)或通帶附近的信號，經(jīng)變頻后落入中頻通帶內(nèi)會造成鄰頻干擾；弱有用信號和強干擾信號可使接收機出現(xiàn)阻塞干擾，使接收機信噪比下降，靈敏度降低。
共存系統(tǒng)的干擾可以用鄰道干擾比ACIR來衡量：
其中，鄰道泄漏比ACLR是指鄰道發(fā)射信號落入到接收機通帶內(nèi)的能力，定義為發(fā)射功率與相鄰信道上的測得功率之比。鄰道選擇性ACS是指在相鄰信道信號存在的情況下，接收機在其指定信道頻率上接收有用信號的能力，定義為接收機濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減的比值。由此可見，提高鄰頻共存系統(tǒng)的系統(tǒng)性能，抑制共存干擾，需要從改善射頻發(fā)射機的發(fā)射性能和射頻接收機的接收性能兩個方面考慮，降低干擾系統(tǒng)的鄰道泄漏功率和提高接收機對鄰道干擾的抑制能力。
4、干擾分析
4.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)
�。�1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
◆非扇區(qū)化天線，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示：SCDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲為宏蜂窩，采用Wrap Round技術(shù)，考慮小區(qū)周圍兩層共19個小區(qū)的干擾，小區(qū)半徑為577m，兩個系統(tǒng)的距離分別為0、1/2R、R三種情況，SCDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)均采用4/12頻率復(fù)用方式。
◆扇區(qū)化天線，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示：SCDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲為宏蜂窩，每個小區(qū)采用3扇區(qū)，扇區(qū)半徑為577m，小區(qū)半徑為1000m。計算一個扇區(qū)用戶鏈路的干擾時，需要考慮至少23個扇區(qū)的影響。為了用有限的蜂窩結(jié)構(gòu)覆蓋全平面，消除邊界效應(yīng)，采用了Wrap Around技術(shù)，使用4/12頻率復(fù)用方式。
�。�2）頻率復(fù)用
系統(tǒng)使用的是4/12頻率復(fù)用方式，將48個扇區(qū)分成4個平行四邊形的簇，每個簇含有12個扇區(qū)，這12個扇區(qū)使用不同的頻點，不同簇中位于平行四邊形相同位置的扇區(qū)為同頻扇區(qū)。圖4是頻率復(fù)用的示意圖：
�。�3）SCDMA仿真參數(shù)
SCDMA的仿真參數(shù)如表1所示。
�。�4）GSM1800仿真參數(shù)
GSM1800的仿真參數(shù)如表2所示。
4.2 干擾的計算方法
�。�1）接收信號功率的計算
對某一用戶而言，其接收到的有用信號和干擾信號的計算方法均使用如下的公式：
其中，Rx是接收信號功率，Tx是發(fā)送信號功率，pathloss是路徑損耗，G_Tx是發(fā)送天線增益，G_Rx是接收天線增益，MCL是最小耦合損耗。
（2）信噪比的計算
◆上行
對某一用戶信號而言，其它用戶的信號之和為對該用戶的干擾。上行信噪比計算公式為：
SIRUL=
�。�3） 其中，S是接收到的信號，Gp是處理增益，IOWN是來自同一基站下的所有其它用戶的干擾，IOTHER是來自其它小區(qū)的干擾（在多運營商情況下，IOTHER也包括來自鄰近運營商降低ACIR的干擾），No是熱噪聲，b是由于使用多用戶檢測（MUD）技術(shù)等引起的干擾降低因子。如果MUD不包括在仿真中，則β=0；否則，0＜β＜1。
◆下行
下行信噪比計算公式為：
SIRDL=
（4） 其中，S是接收到的信號，Gp是處理增益，IOWN是來自同一基站下的所有其它用戶的干擾，IOTHER是來自其它小區(qū)的干擾（在多運營商情況下，IOTHER也包括來自鄰近運營商降低ACIR的干擾），No是熱噪聲，α是正交因子。正交因子α考慮了由于多徑傳播而引起的下行不能完全正交的情況，交因子為0對應(yīng)于小區(qū)內(nèi)用戶完全正交的情況，正交因子為1表示小區(qū)內(nèi)干擾與小區(qū)間干擾具有相同的影響。
4.3 傳播模型
宏小區(qū)通常采用典型的六邊形小區(qū)模型。
（1）UE-BS之間
宏小區(qū)采用UMTS 30.03中車載環(huán)境模型。R是間隔距離（km），基站天線高度Dhb=15m。載波頻率f=1805MHz，1850MHz。對數(shù)正態(tài)陰影衰落10dB。
Pathloss=40*（1-4×10-3*Dhb）lg（R）-18lg（Dhb）+21*lg（f）+80+LogF�。�5）
�。�2）BS-BS之間
雙折線模型。其中，天線高度30m，建筑物平均高度24m，第一菲涅爾半徑為921.6m。距離R小于第一菲涅爾半徑時，使用自由空間模型：
Pathloss=38.11+20*log10（R）
超過第一菲涅爾半徑后，斜率變?yōu)樵瓉淼膬杀�，存�?0dB的對數(shù)正態(tài)陰影衰落：
Pathloss=38.11+40*log10（R）-20*log10（921.6）+10
�。�3）UE-UE之間
距離小于50m，采用自由空間損耗模型，不存在陰影衰落：
Pathloss=38.11+20*log10（R）
距離大于50m，采用Xia.h公式（適用于所有天線高度），其中，△hm=10.5m，x=15m，d=80m，△hb=-10.5m，對數(shù)正態(tài)陰影衰落12dB。
Pathloss=55.78+40*log10（R）+12
4.4 功率控制過程
SCDMA和GSM系統(tǒng)均需要考慮慢速功率控制余量，功率控制以增加了余量的信噪比為目標，上行鏈路的功率控制目標為Eb/No=（8+3）dB，下行鏈路的功率控制目標為Eb/No=（8+7）dB。如果功率控制使用戶的發(fā)射功率達到最大值，此時的信噪比如果沒有達到增加了余量的信噪比，但超過了目標值，則認為該用戶是滿意用戶；如果信噪比低于目標值，則認為是不滿意用戶。
以SCDMA系統(tǒng)上行功率控制為例。對某一用戶來說，首先計算該用戶的發(fā)射功率P和基站端接收用戶的SIR，判斷功率控制的條件為：
P＜Pmax且SIR＜11dB，功率控制增加終端發(fā)射功率；
P＜Pmax且SIR＞=11dB，功率控制完成，該用戶為滿意用戶；
P=Pmax且SIR＞8dB，功率控制完成，該用戶為滿意用戶；
P=Pmax且SIR＜8dB，功率控制完成，該用戶為不滿意用戶。
其中，Pmax為終端最大發(fā)射功率。
4.5 系統(tǒng)容量準則
SCDMA和GSM系統(tǒng)上、下行均采用5%中斷概率準則，即有5%的用戶不能達到目標信噪比。
5、研究結(jié)果
5.1 GSM DL→SCDMA UL
�。�1）非扇區(qū)化天線
從圖5中GSM基站干擾SCDMA基站的仿真結(jié)果（小區(qū)半徑R=577m，分基站間距D=0，R/2，R三種情況），可以得到如下結(jié)論：
◆ACIR增大，GSM BS對SCDMA BS的干擾減小，相應(yīng)的SCDMA上行容量損失減小。
◆當R=577m時，SCDMA上行容量損失隨著兩系統(tǒng)基站之間偏移距離的增大而減小。
D=0時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為47dB；
D=R/2時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為32dB；
D=R時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為29dB。
�。�2）扇區(qū)化天線
從圖6中GSM基站干擾SCDMA基站的仿真結(jié)果（扇區(qū)半徑R=577m，小區(qū)半徑1000m，分基站間距D=0、0.866R、1.732R三種情況），可以得到如下結(jié)論：
◆ACIR增大，GSM BS對SCDMA BS的干擾減小，相應(yīng)的SCDMA上行容量損失減小。
◆當R=577m時，SCDMA上行容量損失隨著兩系統(tǒng)基站之間偏移距離的增大而減小。
D=0時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為63dB；
D=0.866R時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為42dB；
D=1.732R時，要保證SCDMA上行容量損失小于5%，所需的ACIR為35dB。
5.2 SCDMA DL—＞GSM DL
仿真表明，R=577 m時，GSM系統(tǒng)在各種基站偏移（R，R/2，0）情況下，下行均沒有容量損失，兩系統(tǒng)可以共存。
6、結(jié)論和建議
典型情況小區(qū)半徑等于577m的條件下，GSM基站發(fā)射會對鄰頻段的SCDMA基站接收產(chǎn)生較大干擾，若不采取措施會造成SCDMA系統(tǒng)容量的較大損失。干擾最為嚴重的情況為GSM基站與SCDMA的基站共站的情況，采用全向天線時所需的ACIR為47dB，采用三扇區(qū)天線時所需的ACIR為63dB�，F(xiàn)在設(shè)備指標無法達到足夠的ACIR，需要采取額外的保護措施才能使SCDMA系統(tǒng)容量損失在5%以內(nèi)。為了解決GSM與SCDMA系統(tǒng)共存的問題，建議綜合使用頻譜隔離（保護帶寬）、站點隔離、天線隔離、外置濾波器等綜合措施，在現(xiàn)場加以解決。
保護帶解決方案就是通過頻率規(guī)劃，使得干擾系統(tǒng)的發(fā)射頻段和被干擾系統(tǒng)的接收頻段在頻域上得到一定的隔離。隨著隔離的增大，干擾系統(tǒng)發(fā)射機信號落入被干擾接收機接受帶寬內(nèi)的分量減小，且接收機接受濾波器對干擾系統(tǒng)發(fā)射信號的衰落加大，從而使系統(tǒng)間干擾減小。同時，在考慮使用附加濾波器來限制干擾信號時，由于理想線性的濾波器難以實現(xiàn)，因此，也需要留有一定的保護帶為濾波器提供過渡帶。
濾波器解決方案，即在原有設(shè)備的無線收發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過附加濾波器來進一步提高發(fā)射機或接收機的濾波特性，以達到系統(tǒng)間共存所需的隔離度。由于濾波器過渡帶有一定帶寬，因此采用濾波器的方法必須和頻率保護帶相結(jié)合。
基站間距方法對解決干擾是有利的，可以通過基站間的空間隔離以減少系統(tǒng)間干擾。
天線安裝包括天線傾角、方位角、垂直和水平隔離等，提高天線間的耦合損失，可以降低干擾。SCDMA系統(tǒng)采用智能天線。智能天線特有的零陷技術(shù)可以帶來10dB的額外隔離。對于三扇區(qū)基站，可以調(diào)整天線方向和位置，使得SCDMA天線在CDMA2000系統(tǒng)天線前面、平面智能天線陣前后隔離超過20dB，由此可以帶來額外的隔離。
通過綜合采取以上幾種措施，可以實現(xiàn)SCDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)的共存和共址。
