TDSCDMA异系统干扰分析V10.docx

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TDSCDMA异系统干扰分析V10

异系统干扰分析

课程目标：

●了解互干扰的主要类型

●互干扰的理论分析方法

●TD－SCDMA与其他几种系统的隔离情况

●采取的隔离措施

●隔离度的估算

参考资料：

●罗鹏飞《TD-SCDMA与PHS互干扰研究及解决方案建议（内部讨论稿）.doc》

●罗鹏飞《TD-SCDMA与WCDMA互干扰研究及解决方案建议（内部讨论稿）.doc》

文件编号

版本号

拟制人/修改人

拟制/修改日期

更改理由

主要更改内容

V1.0

于春春

2006-9-25

新建

无

注1：

每次更改归档文件（指归档到事业部或公司档案室的文件）时，需填写此表。

注2：

文件第一次归档时，“更改理由”、“主要更改内容”栏写“无”。

目录

异系统干扰分析i

第1章前言3

第2章术语、定义和缩略语4

2.1术语、定义4

2.2缩略语4

第3章干扰的基本原理6

3.1干扰的定义6

3.2干扰的分类8

3.2.1加性噪声干扰8

3.2.2交调干扰8

3.2.3阻塞干扰10

3.2.4邻道干扰11

第4章互干扰理论分析方法13

4.1加性噪声干扰理论分析方法13

4.2阻塞干扰理论分析方法14

4.3交调干扰理论分析方法15

4.4邻道干扰理论分析方法16

第5章各系统互干扰研究结论17

5.1TD和WCDMA17

5.2TD和CDMA17

5.3TD和GSM18

5.4TD和PHS18

第6章互干扰解决措施20

6.1外场干扰解决措施20

6.1.1干扰源与被干扰系统属于同一运营商21

6.1.1.1共站址方式下共天馈方案21

6.1.1.2共站址方式下共馈线方案22

6.1.1.3加装滤波器方案23

6.1.1.4调整天线的工程隔离方案24

6.1.1.5屏蔽铁丝网方法24

6.1.2干扰源与被干扰系统不属于同一运营商时24

6.1.2.1被干扰基站加装滤波器方案25

6.1.1.2调整天线的工程隔离方案25

6.1.1.3屏蔽铁丝网方法25

6.2室内分布系统中干扰解决方案25

6.2.1干扰源与被干扰系统属于同一个运营商26

6.2.1.1干扰源与被干扰系统直接合路的方式26

6.2.1.2干扰源与被干扰系统加滤波器直接合路的方式27

6.2.1.3干扰源与被干扰系统以收发分缆方式合路28

6.2.2干扰源与被干扰系统不属于同一运营商29

6.2.2.1被干扰基站加装滤波器方案29

6.2.2.2干扰源与被干扰系统分天馈方案29

第七章空间隔离估算31

7.1水平隔离32

7.2垂直隔离34

7.3倾斜架设时的隔离35

第一章前言

知识点

课题研究背景

随着3G脚步的日益临近，各大运营商在对自己目前的网络加大优化力度的同时，都面临着如何更好与后续3G系统相兼容的问题。

以中国电信，中国网通为例，都在从成本代价最小、工程最具操作性、对PHS网络影响最小的角度出发，寻求解决3G网络建设中存在的PHS对3G干扰问题的解决方案。

政府主管部门也在密切关注并通过行业标准化组织来研究和制订符合国情的最佳3G决策方案和政策规定。

中兴通讯在业界是同时拥有有PHS、TD-SCDMA、GSM、CDMA2000、WCDMA系统的制造商，为保证我司在3G的国家标准和政策方面的有利地位，维护公司各产品线的利益，按公司的统一部置，借助我司在业界产品齐全的得天独厚条件，中兴移动事业部和技术中心组织了相关的标准化研究工作和内部研究试验工作，为TD-SCDMA与其他网络共存拿出准确的、科学的、有说服力的研究结果和解决办法，并以此来积极引导和协助政府主管机构的干扰研究工作，并对公司下一步的3G网络建设提供工程指导。

如何实现TD-SCDMA和其他各种系统网络的融合和共存，成为所有运营商共同关心和研究的重大课题，这个问题如果解决得当，可以极大地节省投资，有效控制风险，使运营商投资获利最大化，会产生巨大的社会经济效益，意义非常重大。

第二章术语、定义和缩略语

知识点

提示本节含盖的知识点

2.1术语、定义

灵敏度：

是指在测试条件下接收机所能够接收最小信号的能力。

信噪比：

是指信号功率与噪声功率之比，通常是以dB形式来表示。

OIP3：

输出三阶截止点。

IIP3：

输入三阶截止点。

2.2缩略语

本文件应用了表1的缩略语

表1

英文缩写

英文全称

中文全称

3G

3rdGeneration

第3代（移动通信系统）

ACS

AdjacentChannelSelectivity

邻道选择性

AGC

AutomaticGainControl

自动增益控制

ANT

Antenna

天线子单元

BW

BandWidth

带宽

FDD

FrequencyDivisionDuplexing

频分双工

IF

IntermediateFrequency

中频

IIP3

InputthirdInterceptionPoint

输入三阶互调截断点

IP3

thirdInterceptionPoint

三阶互调截断点

LNA

LowNoiseAmplifier

低噪声放大器

LPA

LinearPowerAmplifier

线性功放子单元

LOS

Lineofsight

视野

NF

NoiseFigure

噪声系数

OIP3

OutputthirdInterceptionPoint

输出三阶截断点

PHS

PersonalHandyphoneSystem

个人手持电话系统（小灵通）

RF

RadioFrequency

射频

RSSI

ReceivedSignalStrengthIndicator

接收信号场强指示

Rx

Receiver

接收机

SNR

SignaltoNoiseRatio

信噪比

VSWR

VoltageStandingWaveRatio

电压驻波比

WCDMA

Wide-bandCodeDivisionMultipleAccess

宽带码分多址

第三章干扰的基本原理

知识点

干扰的定义

干扰的几种类型

3.1干扰的定义

干扰的产生是多种多样的，某些专用无线电系统占用没有明确划分的频率资源、不同运营商网络配置不当、收发滤波器的性能、小区重叠、环境、电磁兼容（EMC）以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。

系统间干扰类型主要有：

加性噪声干扰、邻道干扰、交调干扰、阻塞干扰。

不同系统之间的互干扰原理，与干扰和被干扰两个系统之间的特点以及射频指标紧紧相关。

但从最基本来看，不同频率系统间的共存干扰，是由于发射机和接收机的非完美性造成的。

发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，带外辐射包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散辐射。

接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；同时接收机也存在非线性，带外信号（发射机有用信号）会引起接收机的带外阻塞。

图是一个典型的干扰链路原理框图：

图1干扰链路原理框图

从图1可知,干扰源的发射信号（阻塞信号、加性噪声信号）从天线口被放大发射出来后，经过了空间损耗L，最后进入被干扰接收机。

如果空间隔离不够的话，进入被干扰接收机的干扰信号强度够大，将会使接收机信噪比恶化或者饱和失真。

因此干扰分析的原理就是首先计算接收机能容忍的干扰信号强度门限，然后和发射机发射的干扰信号强度（已知）比较，得到最低的空间隔离度要求，最后换算为空间距离。

图2是一个典型的收发信机的原理框图：

图2收发信机的原理框图

共存系统的干扰可以用广义的邻道干扰比ACIR来衡量：

公式1

其中邻道泄漏比ACLR是指邻道（或者带外）发射信号落入到被干扰接收机通带内的能力，定义为发射功率与相邻信道（或者被干扰频带）上的测得功率之比。

邻道选择性ACS是指在相邻信道信号存在的情况下，接收机在其指定信道频率上接收有用信号的能力，定义为接收机滤波器在指定信道频率上的衰减与在相邻信道频率上的衰减的比值。

由此可见，提高邻频共存系统的系统性能，抑制共存干扰，需要从改善射频发射机的发射性能和射频接收机的接收性能两个方面考虑，降低干扰系统的邻道泄漏功率和提高接收机对邻道干扰的抑制能力。

在具有一定隔离带宽的条件下，可以利用两个系统之间的ACIR值，计算被干扰系统收到来自干扰系统发送功率的杂散干扰和邻道泄漏干扰功率值，将该干扰功率值与被干扰系统本身的自干扰相叠加，研究被干扰系统的容量、覆盖等等方面的损失，同时研究消除干扰所需要的隔离度值。

3.2干扰的分类

3.2.1加性噪声干扰

干扰源在被干扰接收机工作频段产生的噪声，包括干扰源的杂散、噪底、发射互调产物等，使被干扰接收机的信噪比恶化，称为干扰源对被干扰接收机的加性噪声干扰。

图3加性噪声干扰示意图

按照业界惯例，以灵敏度恶化1dB为干扰判断准则（有些厂家采用灵敏度恶化0.1dB的准则过于苛刻，不推荐）。

通过公式1和2可以计算允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度：

公式1

可知：

公式2

其中ΔS为灵敏度恶化值（这里取1dB），Ir为允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度，N为接收机底噪。

3.2.2交调干扰

接收机的交调杂散响应衰减用于衡量在有两个干扰连续波（CW）存在的情况下、接收机接收其指定信道输入调制RF信号的能力。

这些干扰信号的频率与有用输入信号的频率不同，可能是接收机非线性元件产生的两个干扰信号的n阶混频信号，最终在有用信号的频带内产生第三个信号。

接收机的二阶和三阶截止点是表示特定射频电路或系统的两个非常重要的线性指标。

通过这两个指标能够预测接收机的交调（IM）特性，而交调特性描述了射频装置对相邻信道或邻近信道的抗干扰性。

对于传统的超外差二次变频接收机，仅存在三阶交调干扰；对于采用直接下变频方案的接收机，二阶和三阶交调干扰都应考虑。

鉴于目前的通信系统基站基本采用的都是超外差接收机，因此这里只介绍三阶交调情况下对传统接收机的干扰情况。

在与移动基站所推荐的最低性能标准有关的无线规范中，接收机的交调（IM）特性在技术上被纳入两个主题：

接收机的交调杂散响应衰减和接收机对杂散响应干扰采取的保护。

接收机的交调杂散响应衰减是在有两个干扰连续波（CW）存在的情况下接收机接收其指定信道输入调制RF信号的能力。

这些干扰信号的频率与有用输入信号的频率不同，可能是接收机非线性元件产生的两个干扰信号的n阶混频信号，最终在有用信号的频带内产生第三个信号。

三阶交调产生的干扰。

作为接收机前端三阶混频的结果，频率为f1和f2的两个信道外的连续波引入一个三阶交调成分，频率等于（2f1+f2），它将落入开启信道的有用信号频带内（图4）。

这一带内三阶交调（IM3）产物降低了输入到接收机解调器的载干比（C/I）。

按照斜率为3:

1的直线（如图4b），输入IM3产物的电平（IIM3，dBm）可以用下面的等式计算，其中包括接收机的总输入IP3（IIP3，dBm）和两个信道外CW信号的输入功率（PI，dBm）。

（dBm）

图4.由两个信道外CW信号产生的IM3产物对带内信号造成干扰（a）。

三阶截止点（IP）的定义（b）。

在图2所示接收机的结构中，信道外CW干扰带来的IM3产物产生于低噪声放大器（LNA），第一级混频器，IF放大器，第二级混频器以及IF限幅放大器中。

所有的IM3产物在解调器的输入端累加，相当于在接收机的输入端出现了一个等效的带内IM3产物（IIM3）。

使IF放大器、第二级混频器和IF限幅放大器的3阶IM分量达到最小可以减小这个成为带内干扰的IM3产物，而这一目标可以通过在第一级混频器后面的IF滤波器（IF滤波器#1）中提高对那些信道外干扰的IF选择性（S）实现。

注意，滤波器的选择性（S）代表IF滤波器＃1在阻带内对信道外干扰的衰减，它相对于滤波器通带插入损耗（IL）。

所以，IF滤波器阻带内对信道外CW信号的总抑制（R，dB）可以定义为R=-（IL+S）。

IF滤波器的选择性降低了后续接受电路对三阶失真和动态范围的要求，因此，为降低等效的带内IIM3可以对接收机总的IIP3进行优化，以满足接收机解调信噪比的要求。

3.2.3阻塞干扰

阻塞干扰是指当强的干扰信号与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真。

只有有用信号，在信号过强时，也会产生振幅压缩现象，严重时会阻塞。

产生阻塞的主要原因是器件的非线性，特别是引起互调、交调的多阶产物，同时接收机的动态范围受限也会引起阻塞干扰。

图5阻塞干扰示意图

分析阻塞干扰对系统工作的影响可以从系统协议出发，协议对接收机的抗阻塞特点都有明确的规定。

不同系统间主要是带外阻塞干扰，因此分析的同时需要关注该系统基站的前端滤波器特性。

3.2.4邻道干扰

在接收机第一邻频存在的强干扰信号，由于滤波器残余、倒易混频和通道非线性等原因，引起的接收机性能恶化，称为邻道干扰。

通常用ACS指标来衡量接收机抗邻道干扰的能力。

图6邻道干扰示意图

邻道干扰究其本质，依然是带外强信号引起有用信号带内的噪底抬升，可以看作是一种特殊的加性噪声干扰，引起邻道干扰的具体原因如下，

一、由于模拟通道的非线性产生的噪声。

当有用信号和邻道干扰信号经过模拟通道时，由于通道的非线性而产生的交调产物。

可以通过降低邻道干扰信号强度和提高通道的线性度来降低该部分噪声功率。

二、邻道信号经过滤波器之后的残余噪声功率（见图6）。

经过滤波器之后，因为滤波器的波形非理想矩形，所以邻道信号在有用信号带内会有一部分残余功率。

要降低这部分噪声，需要提高数字滤波器的矩形系数。

三、混频器的倒易混频。

邻道信号进入混频器后，与本振的噪声混频所产生的干扰信号，有可能落在有用信号带内，也有可能落在中频内，都会提高噪声功率引起信噪比的恶化。

倒易混频是利用混频器的正常混频作用完成的，而不是其他非线性的产物，倒易混频的影响也可以看成是因干扰而增大了混频器的噪声系数，干扰越强，本振噪声越大，倒易混频的影响就越大。

因此在高性能接收机中，必须考虑倒易混频，抑制措施除了降低邻道干扰信号的强度外，主要是提高本振的频谱纯度。

四、在ADC或数字处理部分产生的噪声。

由于ADC的非线性和采样时的量化噪声引起，可以通过提高ADC的SNR来降低该部分噪声功率。

五、由于ADC实际上也是一个混频器，所以也会产生本振倒易混频噪声。

噪声的产生机理和模拟通道混频器一样，要降低这部分噪声必须降低邻道干扰信号强度和提高数字本振的频谱纯度。

第四章互干扰理论分析方法

知识点

干扰类型的分析方法

在干扰计算之前，要对干扰源进行定位和干扰类型判断，然后根据系统特点进行干扰确定性计算，确定规避干扰所需要的空间隔离度，再与系统间隔离度进行比较可以初步掌握系统受干扰的程度。

4.1加性噪声干扰理论分析方法

干扰源在被干扰接收机工作频段产生的噪声，包括干扰源的杂散、噪底、发射互调产物等，使被干扰接收机的信噪比恶化，称为干扰源对被干扰接收机的加性噪声干扰。

根据公式3接收机灵敏度方程:

Sensitivity（dBm）=N（dBm）+SNR（dB）公式3

其中，Sensitivity为接收机灵敏度，N为接收机底噪，SNR为解调信噪比。

按照业界惯例，以灵敏度恶化1dB为干扰判断准则。

通过公式1和2可以计算允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度：

可知：

=N-5.87

其中ΔS为灵敏度恶化值（这里取1dB），Ir为允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度，N为接收机底噪。

此时我们可以计算规避干扰所需要的空间隔离度为：

其中D为规避干扰需要的空间隔离度，S为干扰源发射机杂散，Ir为允许到达接收机的加性噪声干扰信号强度。

举例：

WCDMA基站灵敏度-121dBm，接收机解调信噪比假设为-18dB，3GPP协议对TD-SCDMA基站发射机带外杂散辐射的指标规定如下：

<-80dBm/3.84MHz（1920~1980MHz）

则以WCDMA基站灵敏度恶化1dB为干扰判断准则，因此理论计算规避TD基站对WCDMA基站加性噪声干扰需要的隔离度为：

WCDMA基站接收机灵敏度

WCDMA基站接收机噪底

WCDMA基站灵敏度下降1dB所需要的外加噪声

消除加性噪声干扰所需要的隔离度

-121dBm

-103dBm/3.84MHz

-108.87dBm/3.84MHz

-80-（-108.87）=28.87dB

4.2阻塞干扰理论分析方法

规避阻塞干扰的隔离度计算通常是以系统协议为准，将协议规定的阻塞干扰信号大小与干扰源天线口最大发射功率相减，即得到规避阻塞干扰所需要的隔离度。

需要注意的是，系统协议对阻塞指标的规定都是基于最低要求，大部分的厂家做产品时都会考虑优于协议性能，对于阻塞干扰来说也是这样，产品的抗阻塞指标往往好于协议指标很多，尤其对于带外阻塞，抗干扰能力主要取决于基站前端的双工器。

3GPP协议规定的WCDMA基站抗阻塞指标如下：

3GPP协议对WCDMA基站抗阻塞性能的规定

CenterFrequencyofInterferingSignal

InterferingSignalLevel

WantedSignalLevel

MinimumOffsetofInterferingSignal

TypeofInterferingSignal

19201980MHz

-40dBm

-115dBm

10MHz

WCDMAsignalwithonecode

19001920MHz

19802000MHz

-40dBm

-115dBm

10MHz

WCDMAsignalwithonecode

2000-12750MHz

-15dBm

-115dBm

CWcarrier

协议没有考虑TD-SCDMA与WCDMA基站共存的阻塞干扰要求。

根据TD-SCDMA基站最大发射功率41dBm，考虑两系统天线间至少应有20dB的传播损耗，则规避对WCDMA基站阻塞干扰所需41-20-（-40）=61dB。

4.3交调干扰理论分析方法

规避交调干扰的隔离度计算通常是以系统协议为准，将协议规定的交调干扰源信号大小与干扰源天线口最大发射功率相减，即得到规避干扰所需要的隔离度。

下图是交调干扰发生的示意图：

图27交调干扰发生示意图

需要注意的是，系统协议对交调指标的规定都是基于最低要求，大部分的厂家做产品时都会考虑优于协议性能，对于交调干扰来说也是这样，产品的抗交调指标往往好于协议指标，抗交调干扰能力主要取决于基站接收机链路的线性指标。

举例：

3GPP协议对WCDMA基站带外交调干扰信号的要求为：

InterferingSignalLevel

Offset

TypeofSignal

-48dBm

10MHz

CWsignal

-48dBm

20MHz

WCDMAsignalwithonecode

-115dBm

Wantedsignal

假设干扰源基站最大发射功率为A，按照协议，规避交调干扰需要的空间隔离度为（A-（-48））dB。

4.4邻道干扰理论分析方法

规避邻道干扰的隔离度计算通常是以系统协议为准，将协议规定的邻道干扰信号大小与干扰源天线口最大发射功率相减，即得到规避干扰所需要的隔离度。

比如3GPP协议规定的WCDMA接收机抗邻道干扰指标为：

Parameter

Level

Unit

Wantedsignal

-115

dBm

Interferingsignal

-52

dBm

假设干扰源最大发射功率为AdBm，则规避邻道干扰所需要的隔离度:

D=（A-（-52））dB。

第五章各系统互干扰研究结论

知识点

了解各系统的理论隔离度

隔离距离

理论上各系统隔离度要求如下：

隔离度要求

GSM

CDMA

PHS

WLAN

TD

WCDMA

35

79

70

80

62

GSM

60

68

80

34

CDMA

74

80

77

PHS

80

80

WLAN

80

5.1TD和WCDMA

理论分析TD-SCDMA与WCDMA共存需要的空间隔离距离

TD-SCDMA与WCDMA共存

空间隔离度要求（dB）

62

垂直隔离时距离要求

1.1m

水平隔离时距离要求

（理想条件下两系统天线无正对增益时）

16m

水平隔离时距离要求

（TD采用全向天线11dBi增益，与WCDMA天线主瓣背向时）

55m

水平隔离时距离要求

（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）

1.2km

5.2TD和CDMA

理论分析TD-SCDMA与CDMA共存需要的空间隔离距离

TD-SCDMA与CDMA共存

空间隔离度要求（dB）

77

垂直隔离时距离要求

2.5m

水平隔离时距离要求

（理想条件下两系统天线无正对增益时）

210m

水平隔离时距离要求

（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）

11.8km

5.3TD和GSM

理论分析TD-SCDMA与GSM共存需要的空间隔离距离

TD-SCDMA与GSM共存

空间隔离度要求（dB）

34

垂直隔离时距离要求

0.5m

水平隔离时距离要求

（理想条件下两系统天线无正对增益时）

1.3m

水平隔离时距离要求

（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）

66.5m

5.4TD和PHS

理论分析TD-SCDMA与PHS共存需要的空间隔离距离

TD-SCDMA与PHS共存

空间隔离度要求（dB）

80

垂直隔离时距离要求

3.15m

水平隔离时距离要求

（理想条件下两系统天线无正对增益时）

125.5m

水平隔离时距离要求

（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）

2.8km

对TD-SCDMA和PHS的设备指标分析，我们可以得出以下结论：

1）TD-SCDMA与PHS共存的最主要干扰是PHS基站对TD-SCDMA基站的加性噪声干扰，需要的隔离度约为80~86dB；链路预算分析的仿真结果隔离度MCL为75dB时，要求PHS基站的ACLR为84dB，考虑到PHS基站的ACLR按协议要求为77dB，且假设的PHS基站密度比实际情况稀疏，因此建议留7~11dB余量，隔离度要求与理论计算结果一致。

此隔离度要求工程上很难保证。

理论分析结果考虑最恶劣情况，但是智能天线、基站同步等问题均没有考虑进去，实际情况中的干扰情况会比理论分析低一些。

第六章互干扰解决措施

知识点

外场隔离措施

室内分布干扰隔离措施

掌握了干扰情况，就得确定解决方案，并最终解决系统间的互干扰问题。

进入解决方案阶段，应考虑根据前面掌握的干扰情