接收灵敏度影响分析和计算.docx
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接收灵敏度影响分析和计算
接收灵敏度影响分析和计算
资料编码
产品名称
CDMA2000
使用对象
内部工程师
产品版本
编写部门
无线网络系统部
资料版本
V1.0
CDMA2000-450MHz与GSM-900MHz共站址干扰分析指导书
拟制:
天馈组
日期:
2002/11/04
审核:
孙璟
日期:
2002年11月
审核:
曾淑慧
日期:
2003/01/07
批准:
日期:
华为技术有限公司
版权所有XX
修订记录
日期
修订版本
描述
作者
2002/11/04
1.00
初稿完成
天馈组
2003/01/04
1.00
按《技术资料写作模板》将原WORDPRO格式文档转为模板要求格式;
根据《技术资料模板套用基本规范
Checklist》检视并修正文档;
王敏
第1章引言1
第2章CDMA2000-450MHz、GSM900MHz基站系统相关指标2
2.1CDMA2000-450MHz相关指标2
2.2GSM900MHz相关指标2
2.2.1GSM相关指标3
第3章我司CDMA2000-450MHz、GSM基站的射频前端组成方式和滤波特性5
3.1CDMA2000-450MHz基站前端5
3.2GSM900MHz基站前端7
第4章干扰分析9
4.1CDMA2000-450MHz和GSM900之间的干扰分析9
4.1.1CDMA2000-450MHz对GSM900的干扰分析9
4.1.2GSM900对CDMA2000-450MHz的干扰10
第5章噪声(或干扰)对GSM、CDMA2000-450MHz接收灵敏度影响分析和计算12
5.1干扰底噪分析12
第6章天线安装间距的计算14
6.1水平面方向天线隔离度分析14
6.2垂直方向隔离度分析16
6.3天线任意指向增益17
关键词:
杂散互调阻塞接收机灵敏度天线隔离度干扰
摘要:
本文从杂散、阻塞和互调方面分析了CDMA2000-450MHz与GSM-900MHz共站址的情况下的相互干扰能力,并根据干扰分析给出了共址情况下对基站天线的安装要求。
缩略语清单:
PA:
功率放大器
LNA:
低噪声放大器
TTA:
塔顶放大器
参考资料清单:
参考资料清单
名称
作者
编号
发布日期
查阅地点或渠道
出版单位
IS-97D
DigitalCellularTelecommunicationssystemPhase(2+)
(GSM05.05)
第1章引言
随着运营商的增加和新移动系统的应用,同一站点出现几种制式共存的情况也将大大增加,由于基站天线的距离近,不同系统之间将产生干扰,如何避免、减少不同系统共站址时相互之间的干扰就成为一个突出的问题。
共站址干扰主要是由一个系统基站天线发射的(杂散、互调)信号被(同站址)另一个系统基站天线接收到,而形成了干扰(或阻塞),本文详细分析了CDMA2000-450MHz和GSM-900MHz在共站址情况下的相互干扰情况,并通过计算(或者实验数据)得出两个系统的天线共站址时的安装位置要求,可作为共基站建设时天线安装的指导或建议。
第2章CDMA2000-450MHz、GSM900MHz基站系统相关指标
对干扰的分析,我们主要从杂散辐射、互调、接收机阻塞三个方面考虑,先给出几个系统相关的协议指标要求,根据协议指标要求再分析共站址情况下的干扰。
2.1CDMA2000-450MHz相关指标
CDMA2000-450MHz协议中对基站的接收机灵敏度、杂散辐射、互调等指标都作了详细的规定,相关的指标如下。
Class5subclassA工作频率范围:
Tx463.35--467.1MHz,Rx453.35--457.1MHz
Class5subclassC工作频率范围:
Tx460.525--464.275MHz,Rx450.525--454.275MHz
◆杂散要求
CDMA20001X协议中对带外杂散的要求如下:
表1CDMA20001X杂散辐射表
频段
杂散要求
备注
9KHz-150KHz
≤-13dBm/1KHz
150KHz-3MHz
≤-13dBm/10KHz
30MHz-1GHz
≤-13dBm/100KHz
1GHz-12.75GHz
≤-13dBm/1MHz
◆阻塞要求:
表2阻塞要求表
OffsetfromCenterfrequency
Interferingsignallevel
Wantedsignallevel
Typeofinterferingsignal
Remark
±750KHz
-67dBm
-117dBm
CW
Forclass5
±900KHz
-30dBm
-117dBm
CW
Forclass5
◆接收机前的互调要求:
表3接收机互调要求表
Interferingsignallevel
Offsetfromcenterfrenquency
Typeofinterferingsignal
-45dBm
±900KHz
CWsignal
-45dBm
±1700KHz
CWsignal
2.2GSM900MHz相关指标
2.2.1GSM相关指标
GSM对杂散、互调及阻塞等有关的指标如下:
GSM工作频段:
Tx:
935--960MHz
Rx:
890--915MHz
■杂散要求:
表4GSM杂散要求表
频段
杂散要求
9KHz-1GHz
≤-36dBm
1805-1880MHz
≤-47dBm
1-12.75GHz
≤-30dBm
杂散测试要求见表5、表6:
表5GSM杂散测试要求(a)
band
fregunecyoffset
Measurementbandwidth
Relevanttransmitband
Offsetfromcarrier
>=1.8MHz
>=0.6MHz
30KHz
100KHz
表6GSM杂散测试要求(B)
band
fregunecyoffset
Measurementbandwidth
100KHz-50MHz
50MHz-500MHz
Above500MHzoutsidetheRelevanttransmitband
-
-
(Offsetfromedgeofthe
Relevantaboveband)
>=2MHz
>=5MHz
>=10MHz
>=20MHz
>=30MHz
30KHz
100KHz
30KHz
100KHz
300KHz
1MHz
3MHz
■互调要求:
发射机输出:
表7GSM发射互调要求表
频端
要求
935-960MHz
≤-36dBm(或70dBc)
890-915MHz
≤-98dBm
■接收机互调特性要求:
进入接收机前的干扰信号电平:
≤-43dBm
■阻塞要求:
表8GSM900MHz阻塞频段要求表
表9GSM900MHz阻塞要求表
第3章我司CDMA2000-450MHz、GSM基站的
射频前端组成方式和滤波特性
为了便于分析,下面给出了华为CDMA2000-450MHz和GSM基站前端组成框图。
CDMA2000-450MHz和GSM前端模块中收发通道都有滤波器(或双工器),主要作用是抑制自身杂散辐射、外来带外干扰和本系统收发之间的干扰等。
其中CDMA2000-450MHz的工作频段为:
Class5subclassA工作频率范围:
Tx463.35--467.1MHz,Rx453.35--457.1MHz
Class5subclassC工作频率范围:
Tx460.525--464.275MHz,Rx450.525--454.275MHz由于CDMA2000-450MHz频段与GSM频段相隔较远,以下只分析A段与GSM的干扰关系,C段
完全可以直接引用。
3.1CDMA2000-450MHz基站前端
CDMA2000-450MHzDFU(A)
CDMA2000-450MHzDFU(A)前端组成如图1,表10、11是收、发射通道滤波器在各频段的抑制指标。
分集通道同主接收通道。
图1CDMA2000-450MHzDFU前端模块组成框图
ElectricalSpecification
notes
TXPATH
1).Frequency
463.35-467.1MHz
2).Attenuation
TX→TX/RXM-ANT
<453.35MHz
≥90dB
453.35≦f≦457.1MHz
≥100dB
457.1<f≤459.35MHz
≥40dB
459.35<f≤460.35MHz
≥30dB
460.35<f≤463.35MHz
≥0dB
467.1≤f<470.1MHz
≥0dB
470.1≤f<471.1MHz
≥30dB
471.1≤f<493.5MHz
≥40dB
493.5≤f≤800MHz
≥55dB
Otherbandin800~1000MHz
≥60dB
≥60dB
800<f≤1600MHz
≥75dB
921<f≤960MHz
≥62dB
1710<f≤1785MHz
≥75dB
1805<f≤1900MHz
≥53dB
1900<f≤1920MHz
≥66dB
1920<f≤1980MHz
≥75dB
2010<f≤2025MHz
≥66dB
1600<f≤4000MHz
≥50dB
Otherbandin1000~12750MHz
≥10dB
表10CDMA2000-450MHzDFU(A)发通道指标表
表11RXMchannelSpecs
RXMPATH
1).FrequencyRange
453.35-457.1MHz
2).Attenuation(dBc)
TX/RXM-ANT→RXM-OUT
<446MHz
≥78dB
451MHz
≥5dB
451<f≦453.35MHz
≥0dB
457.1<f≦459.475MHz
≥0dB
459.475MHz
≥5dB
460.475≦f<63.35MHz
≥40dB
463.35≦f≦800MHz
≥90dB
800<f≦2200MHz
≥65dB
2200<f≦4000MHz
≥50dB
Otherbandin1000~12750MHz
≥10dB
3.2GSM900MHz基站前端
GSM900MHzCDU前端组成如图2,表12是发射通道滤波器在各频段的抑制指标,EDU或其它GSM基站(微基站)前端模块与CDU的滤波特性基本相同。
表12GSMCDU/900MHz发射滤波器指标表
Frequencyband
Attenuations(dB)
Remarks
9KHz~885MHz
≥40dB
在400-500MHz,>100dB
890MHz~915MHz
≥95dB
1000MHz~1705MHz
≥40dB
1710MHz~1785MHz
≥95dB
1805MHz~1880MHz
≥75dB
1920MHz~3GHz
≥62dB
3-6GHz
≥50dB
6-12.75GHz
≥40dB
表13主集接收、分集接收滤波特性
Frequencyband
Atenuation(dB)
Remakes
400MHz-500MHz
>100
图2GSM900MHz前端模块组成框图
第4章干扰分析
根据第2章节中的两系统的协议指标要求,下面给出了CDMA2000-450MHz与GSM系统共站址时的干扰分析,另外,分析中都没有计算插入损耗(主要包括模块插入损耗和馈线损耗),由于实际中馈线长度不同,总的插损也不同,所以没有计算,可将插损作为隔离余量。
4.1CDMA2000-450MHz和GSM900之间的干扰分析
4.1.1CDMA2000-450MHz对GSM900的干扰分析
1.接收带内杂散干扰分析
CDMA2000-450MHz在890--915MHz频段的带外杂散辐射落入GSM900接收带内,将引起干扰。
对GSM接收机噪底要求:
-113dBm/200KHz(GSM协议要求基站设备的接收灵敏度为-104dBm,载干比取9dB),因此要求落入接收带内的干扰信号应低于-120dBm/200KHz(加7dB的余量),所以CDMA2000-450MHz带外杂散辐射落在GSM接收频段电平应:
<-120dBm/200KHz,按我们功放指标,CDMA2000-450MHz在此频段带外杂散-26dBm/100KHz(-23dBm/200KHz),我们的DFU模块在890-915MHz处的抑制大于100dB,所以需要天线隔离:
:
-23-100-(-120)=-3dB,
结论:
CDMA2000-450MHz基站的带外杂散对GSM基站没有干扰。
2.互调干扰分析
对GSM900发射频段的外互调干扰:
按GSM协议,互调衰减要求30dB(相对于发射功率),GSM900发射功率最大46dBm,CDMA基站最大发射功率45dBm。
所以CDMA2000-450MHz基站在GSM900发射频段(落在发射机前)的辐射电平不应超过:
45-30=15dBm,CDMA2000-450MHz此项杂散辐射的要求是:
-13dBm/100KHz,远小于15dBm,可以不考虑外互调干扰。
对于接收互调特性,GSM协议要求落在接收机前的干扰信号:
≤-43dBm,这里主要考虑CDMA2000-450MHz发射信号的干扰,CDMA2000-450MHz发射信号最大45dBm,所以要求系统间隔离是:
45-(-43)=88dB
根据GSM前端模块的指标,接收滤波器的带外抑制特性为100dB@400-500MHz),要求天线间隔离是:
88-100=-12dB
CDMA2000-450MHz功放带外杂散最大-23dBm/200KHz,DFU发射通道在GSM频段的抑制大于100dB,因此可以不用考虑。
3.阻塞干扰分析
GSM接收机对阻塞的要求是:
带内(最高要求)≤-26dBm,带外≤8dBm
对GSM900带内,CDMA2000-450MHz在此频段的杂散≤-23dBm/200KHz,DFU发射通道在GSM频段的抑制大于100dB,所以天线隔离要求:
-23-100-(-26)=-97dB
对GSM带外主要考虑是CDMA2000-450MHz发射信号,CDMA2000-450MHz发射最大功率45dBm,GSM900接收滤波器在400-500MHz带外抑制最小100dB,
45-100-(8)=-63dB
可见对带外阻塞影响没有影响。
以上分析同样适用有塔放的GSM基站系统。
4.1.2GSM900对CDMA2000-450MHz的干扰
1.接收带内杂散干扰分析
CDMA接收机的噪底是-109dBm/1.23M(NF按4dB计算),这里我们在加11dB的余量,要求落入接收频段的杂散辐射干扰≤-120dBm/1.23M。
GSM900在CDMA2000-450MHz频带的杂散辐射按协议要求是≤-36dBm/3MHz。
实际上,我们目前的GSM前端模块双工器发射带外抑制在此频段的抑制>100dB,所以根据我们功放的指标(功放杂散抑制70dBc),在天线口的杂散辐射为:
46-70-100=-124dBm,所以要求天线隔离:
-124-(-120)=-4dB
可以看到,即使天线没有隔离也不会对CDMA造成影响。
2.互调干扰分析
CDMA2000-450MHz发射频段外互调衰减要求30dB,即要求干扰信号小于45-30=15dBm,
GSM900在400-500MHzMHz频带的杂散辐射是≤-36dBm/3MHz(-40dBm/1.23M),因此没有影响。
CDMA2000-450MHz接收互调特性要求落在接收机前的干扰信号≤-45dBm,这里主要考虑GSM发射信号的干扰,GSM发射功率最大46dBm,CDMA2000-450MHzDFU前端模块接收滤波器对GSM发射频段的抑制100dB(分集接收滤波器),所以要求天线隔离分别是:
(46-100)-(-45)=-9dB
GSM带外杂散≤-40dBm/1.23M,远小于GSM发射功率,所以影响可以不考虑。
3.阻塞干扰分析
CDMA2000-450MHz接收机阻塞要求为:
≤-30dBm(带内,带外都按此计算)
GSM在CDMA2000-450MHz接收频段杂散≤-40dBm/1.23MHz。
因此GSM不会对CDMA2000-450MHz基站产生带内阻塞。
带外阻塞主要考虑GSM发射频段,GSM发射功率最大46dBm,CDMA2000-450MHz前端模块对GSM发射抑制最小100dB,所以要求天线隔离:
46-100-(-30)=-24dB
因此GSM不会对CDMA2000-450MHz基站产生带外阻塞。
第5章噪声(或干扰)对GSM、CDMA2000-450MHz
接收灵敏度影响分析和计算
5.1干扰底噪分析
假设基站接收中频带宽为Bw(单位:
MHz),基站接收噪声系数为Nf(单位:
dB),
则基站接收机等效噪声电平为:
No=-114+10log(Bw)+Nf(单位:
dBm)
基站接收系统解调载干比C/I(单位:
dB),
基站理论接收灵敏度So=No+(C/I)m,其中(C/I)m为最小解调载干比,噪声电平直接影响基站接收灵敏度,即噪声电平增大1dB的话,基站接收灵敏度将随之恶化1dB。
对于目前GSM系统和CDMA(IS95、CDMA2000-450MHz、WCDMA)系统,以上各参数典型值对比如下表:
表14各系统典型参数对比表
中频带宽Bw
(MHz)
基站噪声系数
(dB)
基站等效噪声电平(dBm)
解调最小载干比(dB)
理论接收灵敏度(dBm)
GSM
0.2
4
-117
9
-108
IS95
1.25
4
-109
-14
-123
CDMA2000
1.25
4
-109
-16
-125
WCDMA
5
4
-103
-19
-122
实际系统实现上,受具体电路影响,系统接收中频带宽和整个接收机噪声系数往往达不到上表给出的理论值或最佳值,因此接收灵敏度也无法达到表中的理论值。
但一般情况下,对接收信号解调载干比的要求基本与上表差别不大。
外界接收带同频杂散干扰假设为类白噪声特性,其对本系统的影响是与原来系统等效噪声叠加,把系统接收噪声电平抬高。
这里以dB为单位,列出几种不同干扰电平情况下造成系统接收底噪抬高的具体电平。
表15干扰电平对底噪影响表
干电平比原系统噪声电平低的dB数
20
16
12
10
9
6
3
0
系统被干扰后总的噪声电平抬高dB数
0.04
0.1
0.37
0.4
0.5
0.97
1.76
3
系统接收灵敏度恶化dB数
0.04
0.1
0.37
0.4
0.5
0.97
1.76
3
从上表可知,对原系统接收灵敏度恶化0.5dB时,允许的干扰电平必须小于原系统接收噪声电平9dB;对原系统接收灵敏度恶化0.1dB时,允许的干扰电平必须小于原系统接收噪声电平16dB;而当干扰电平与原系统接收噪声电平相等时,系统接收灵敏度将恶化3dB。
以GSM基站为例,允许的外界干扰电平具体计算过程如下:
根据GSM0505协议规定,GSM基站接收灵敏度必须优于-104dBm,以9dB作为接收信号最小解调载干比的话,系统等效接收噪声电平为-113dBm。
现在在GSM接收机入口引入外界类似白噪声分布的干扰,如果允许原GSM系统接收灵敏度恶化3dB,则干扰电平与原系统等效噪声电平相当,为-113dBm;如果系统灵敏度恶化只允许为0.5dB,则干扰电平必须低于原基站噪声电平9dB,为-122dBm/200KHz;如果系统灵敏度恶化只允许为0.1dB,则干扰电平必须低于原基站噪声电平16dB,为-129dBm/200KHz。
第6章天线安装间距的计算
本节给出了根据天线增益和安装距离计算隔离的公式,在处理覆盖与干扰问题时,可以参考以下方法分析。
6.1水平面方向天线隔离度分析
天线在各个角度上的相对增益值
我们规定在天线在最大增益方向上的角度为0°,偏离最大增益方向为a的相对增益值如下表所示(适用450MHz频段的基站天线,超过90°时不同天线厂家相近规格天线有一定误差,约±3dB;GSM频段天线的前后比会好于450MHz天线约3-5dB):
表16天线(450MHz)各角度归一化增益表
角度a
65°天线
90°天线
0°
0(dB)以下同
0(dB)以下同
±5°
-0.1
0
±10°
-0.3
-0.2
±15°
-0.7
-0.4
±20°
-1.2
-0.7
±25°
-1.9
-1.1
±30°
-2.7
-1.5
±35°
-3.6
-2
±40°
-4.6
-2.6
±45°
-5.8
-3.3
±50°
-7
-4
±55°
-8.3
-4.8
±60°
-9.7
-5.7
±65°
-11.2
-6.6
±70°
-12.6
-7.6
±75°
-14
-8.6
±80°
-15.4
-9.7
±85°
-16.5
-10.8
±90°
-17.6
-11.9
±95°
-18.5
-12.8
±100°
-19.5
-14
±105°
-20.8
-15.3
±
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