第十五章 移动通信系统之间电磁兼容分析.doc

移动通信系统之间电磁兼容培训资料一、 电磁兼容的定义根据GB/T 4365-1995的定义电磁兼容为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不承受的电磁骚扰的能力”。毫无疑问，电磁兼容包括设备和系统两方面的内容。作为无线电管理工作者，在设备方面主要考虑设备是否满足相关的国家标准或行业标准，在系统方面主要考虑系统之间的干扰问题，使工作在同一电磁环境中的各种合法电台可以共存工作。本文主要讲述系统之间的电磁兼容的分析方法。二、 系统间电磁兼容分析的步骤进行系统间的电磁兼容分析，主要有以下几个步骤：1.了解两种系统（或一种系统，包括施扰方或被干扰方）的工作原理，系统结构等；2.弄清楚系统的技术指标和设备参数，包括发射功率（包括邻道功率、各种杂散功率及频谱发射的MASK等）、天线增益、馈线损耗、接收机灵敏度等； 3.确定系统设计标准。不同的覆盖区范围及服务等级将有不同的设计标准，根据这些设计标准来确定接收机的工作电平；4.根据C/I来确定允许干扰电平；5.建立数学模型进行实际计算。技术指标等可有相关标准查到，然后根据这些参数进行覆盖区的预测，下节将主要移动通信系统的设计及覆盖区的预测。三、移动通信系统设计概要移动通信系统设计除了要解决覆盖范围要求外，还要满足用户容量的要求，一般来说设计移动通信网无线覆盖区的工作比较复杂，其原因主要是：1、 传播环境复杂，信号起伏大。移动通信主要用在城市市区及郊区，各种人为建筑物造成的多径传播差别很大，以至理论预测覆盖区比较困难。2、 干扰现象严重。除人为噪声外，还有同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、近端对远端比干扰及其它无线电辐射干扰等。 一个基站的覆盖区范围主要取决于下列因素： 服务质量指标 发射机输出功率 接收机的可用灵敏度 天线的方向性及增益 天线高度 使用频带及传播环境（地形及人为环境） 分集接收的应用 在用户密度很高的市区，由于频率资源的限制而广泛采用频率复用来满足要求，其结果使每个基站区受到来自使用同频道的其它基站区的干扰。此外，当现场有很多收发信机同时工作，其中一部分用户用相同频道，而其它用户用相邻频道进行通信时，也能形成干扰。另外，在进行覆盖区预测时，一条重要的原则是“实现上行线与下行线功率平衡”。上行线是指移动台发基站接收的链路，下行线是指基站发移动台接收的链路。由于基站的发射机输出功率大，移动台发射机输出功率小，所以必须采用其它措施来平衡它们之间的辐射功率差，才能完成双向通信。下面将重点介绍以下几个问题。（一）服务质量指标预测基站覆盖区时主要考虑两项服务质量指标，即：话音传输质量指标和覆盖区边缘（或区内）的无线可通率。1、话音质量传输指标衡量话音质量的传输指标有多种，主要有五级评分标准、音频带内信噪比、音频信号/噪声比和载干比等。 五级评分标准 ITU-R规定的话音质量主观评价通常分为5级，这个标准要求采用主观评定的办法来评定。 优（5级，话音清晰，几乎无噪声和失真） 良（4级，话音清楚，可感觉到有轻微噪声或失真） 中（3级，话音可懂，可感觉到令人烦恼的噪声或失真） 差（2级，话音可懂，有令人非常烦恼的噪声或严重失真） 劣（1级，话音几乎不可懂） 音频带内信噪比 以（信号噪声失真）/噪声表示，规定最低指标为29dB（标准测试音测试），它接近五级平分标准的4级话音。 音频信号/噪声比（S/N） 选择S/N20dB作为最低标准，这个指标相当于五级评分标准中的3级话音质量。 载干比（C/I） 对于调频系统，抑制同频干扰的C/I值为8dB（静态），在此基础上考虑快衰落及人为噪声影响后，在正常情况下可以取C/I18dB作为移动网设计指标，这时的话音自然度与清晰度都比较优良，几乎分辨不出是在与市话用户通话还是与移动用户通话。对于GSM系统，其C/I值为9dB。2、覆盖区边缘（或区内）的无线可通率由于在离基站一定距离上接收信号中值电平并非常数，而是随时间和位置变化，因此在覆盖区边缘（或区内）进行满意通话（指话音质量达到规定指标）的成功概率位置概率和时间概率也应规定它们的取值标准。一般基站的覆盖半径都在50公里以内，接收信号中值电平随时间的变化远小于随位置的变化，也就是说由于时间的变化给通信概率带来的影响很小而可以不考虑时间概率。各国对无线可通率有不同的规定，有的国家采用覆盖区内无线可通率，有的国家采用覆盖区边缘可通率，虽然都规定无线可通率90，但两种规定差别较大，由此预测出的覆盖区范围也不同。一般对市区蜂窝网基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为90；对郊区蜂窝网基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为75或覆盖区内无线可通率90；对于农村、山区以及低密度用户的公路沿线的基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为50。如果按手持机计算时，市区基站取覆盖区内无线可通率90或覆盖区边缘无线可通率为75。（二）、接收机可用灵敏度1、接收机灵敏度接收机可用灵敏度是指在无外界干扰、噪声的环境里,在接收机输入端加上标准测试信号（调制频率为1KHz，调制度为30或频偏为最大值的60），并且标准测试信号源内阻与接收机输入电阻匹配，当改变输入的标准测试信号的电平，使接收机输出的音频功率不小于额定值的50，其信纳比为12dB时所对应的输入信号，常用的单位为uV，或dBuV，也可用dBm表示。2、音频信噪比与信纳比的换算按照定义： 音频信噪比为：（SND）/N 音频信纳比为：（SND）/（ND）式中：S信号 N噪声 D失真音频信噪比与音频信纳比的关系为： dBdB10lg1+ （1）式中：失真系数，用功率比代入计算。 以不同的失真系数代入（1）式，可以求得与29dB信噪比相当的信纳比，如下表所示。Db292929（）2.55.010.0 (dB)27.324.520.2中规定，音频谐波失真系数10，因此音频信噪比29dB的指标相当于20.2dB信纳比，取20dB。实际上，800MHz频段的接收机其音频失真系数均2.5%，所以29dB相当于27dB。3、灵敏度与接收机输入端功率Pr的换算假设接收机的可用灵敏度为Sv（dBuV），输入阻抗为Rin，则由灵敏度换算成接收机输入端功率Pr的关系式为： PrSv10lg Rin96 dBm （2）如果Rin50欧姆，快衰落及人为噪声恶化量为DN（取10dB），则在12dB信纳比（不加权）情况下接收机最低可用输入功率为： Pr-113 Sv DN dBm （3）由于12dB信纳比（不加权）与20dB信纳比（加权）相当，而29dB信噪比与27dB信纳比相当，所以接收机可用功率（用Pr表示）应比Pr提高7dB才能满足29dB信噪比指标，即 Pr= Pr7-106 Sv DN （4） （三）、多径衰落多径效应是指实际到达收信天线的电波（除了来自发射天线的直射波外，还有因反射、绕射、折射和散射等经过不同路径的若干电波）被接收机接收所产生的影响的总称。在移动通信中由于移动台本身在“动”，多径影响将更严重，情况更复杂。统计分析表明，多径衰落的振幅服从瑞利（Rayleigh）分布，相位服从均匀分布。移动台的移动速度不同，对模拟FM系统和数字系统的影响也不一样。一般来说，低速移动时，其衰落对数子系统话音质量的影响要比模拟FM的大。相反，高速移动时，其衰落影响对模拟FM系统来说将更主要。例如：对于iDEN系统，在10BER时，所需的静态C/(I+N)10dB（对改进的iDEN，9dB）。在瑞利衰落情况下，当4BER时所需的C/(I+N)为19dB（对改进的iDEN，18dB）。当iDEN提供3：1的电话互连业务时，如果C/(I+N)为20dB，其话音质量将和模拟蜂窝系统的相类似。由于BER在噪声附近急剧下降，它不能象模拟FM系统那样可以工作在噪声附近，一般来说，为了获得相似的话音质量，iDEN将比模拟FM系统所需的信号高2dB。因此对于iDEN系统参考载干比C/(I+N)为20dB。（四）、传播模型-Okumura/Hata公式 Okumura/Hata模型是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。Okumura/Hata模型市区的基本传输损耗模式为： Lb69.5526.16lgf13.82loghb(hm) （44.96.55lghb）lgd （5）Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）f：工作频率（MHz）hb：基站天线有效高度（m）hm：移动台天线有效高度（m）d ：移动台与基站之间的距离（km）(hm)：移动台天线高度因子 对于大城市，移动台天线高度因子为 8.29lg(1.54hm)2-1.1 dB f 200MHz （6） (hm) 3.2lg(11.75hm)2-4.97 dB 1500f400MHz 当hm在1.5-4m之间，上面两式基本一致。 对于中小城市（除大城市以外的其它所有城市） (hm)（1.1 lgf-0.7）hm（1.56 lgf0.8） （7）对于郊区 Lbs Lb（市区）2lg（f/28）2-5.4 dB （8）对于开阔地 Lbq= Lb（市区）4.78（lg f）218.33lg f40.94 dB （9）（五）、上下行线的平衡我们以iDEN系统为例来说明上下行线的平衡，见下表1。由表中可以看出，由于基站的发射机输出功率大，移动台发射机输出功率小，为了上下行线平衡，基站输出的ERP要相应的减少，因此功放实际输出功率要比最大输出功率小，但为了计算方便，我们下文在覆盖区预测时仍取功放的最大输出功率计算。（六）、覆盖区的预测 下面仍以数字集群系统（iDEN）和模拟集群系统为例来进行覆盖区的预测。1、iDEN系统和模拟集群系统的参数我们假设发射功率均为70W，发射天线增益均为10dB，覆盖区边缘的无线可通率为90，其具体参数如表2。2、 模拟系统的覆盖区 从表2可以看出，模拟系统手机可用电平为99dBm（4级话音质量），模拟基站的有效发射功率为51.05dBm，则路径损耗为： Lb 51.05（99）150.05 dB根据公式（7），可得 (hm)3.2lg(11.75hm)2-4.97 dB 0 dB Lb69.5526.16lgf13.82loghb(hm)（44.96.55lghb）lgd69.5575.9525.50032.81lg d 120.0032.81lg d因此对于市区来说，当满足无线覆盖区边缘90的可通率，话音质量为4级时的覆盖区半径d1为： d18.24公里（室外） 表1 数字集群（iDEN）系统的链路预算 EBTS到0.5W手机 0.5W手机到EBTS信号电平(dBm)信号电平(dBm)功放最大输出70W48.5dBm0.5w27.0 dBm混合器损耗(注1)-6.5dB42.0dBm0.0dB27.0 dBm馈线损耗 (注2)-2.7dB39.3dBm0.0dB27.0 dBm发射天线增益10dBd49.3dBm-7.6dBd19.4 dBm发射ERP49.3dBm19.4 dBm接收灵敏度(注3)-101dBm-101dBm-104.5dBm-104.5dBm分集接收改善0.0 dBm-101dBm4.7dB-109.2dBm接收天线增益-7.6dBd-93.4dBm10dBd-119.2dBm馈线损耗 (注2)0.0 dB-93.4dBm2.7 dB-116.5dBm有效接收机灵敏度-93.4dBm-116.5dBm最大路径损耗142.7dB135.9dB路径不平衡6.8dB调整EBTS的ERP42.5dBm18W功放实际输出41.7dBm15W覆盖区边缘的阈值-93 dBm系统余量（注4）6 dB满足可通率时覆盖区边缘阈值*-87 dBm车内损耗13 dB满足可通率时覆盖区边缘车内阈值*-82 dBm建筑物损耗15dB覆盖区边缘建筑物内阈值*-72 dBm注1 混合器损耗包括双工器、发射合成器滤波器（包括其间的电缆和接头）注2 馈线损耗包括电缆、跳线及其接头注3 接收机灵敏度是指iDEN系统在C/（IN）20dB时的接收机的有效灵敏度，它不仅考虑放大器、内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性。注4 系统余量是指覆盖区边缘的无线可通率大于50时，系统应当增加的余量，可用下式表示： DLK（L）L 式中 K（L）与无线可通率有关的系统余量系数 L 覆盖区边缘的无线可通率 L 代表接收中值场强随位置变化的标准偏差，可由CCIR第5674号报告查得。L值也可按下式计算：对于市区及林区 L4.920.02（log f）4.08对于其它地区 6+0.69(h/)0.5-0.0063(h/) h/3000 L 25 h/3000 式中： f 计算频率（MHz） 计算波长（m） h地形不规则度（m） K（L）的重要值也是经常要用到的值，列于下表： L5060 70758090959999.999.99K（L）00.250.520.6750.841.2821.652.3263.093.719l 这里的可通率指的是覆盖区边缘的无线可通率为90，小区内为75 表2 iDEN系统和模拟集群系统的技术参数模拟集群系统IDEN系统基地台手持机基地台手持机发射机输出功率70W0.5W70W0.5W天线高度 70m1.5m70m1.5m天线的方向性全向全向全向全向天线的增益（dBd）10010-7.6馈线损耗（dB）-3.40-3.00发射合成器损耗（dB）-3.0-6.5-双工器损耗（dB）-1-接收机可用功率(dBm)*-104-99-104.5-101分集接收改善（dB）6-4.7-覆盖区边缘可通率9090*接收机可用功率：对于iDEN系统来说，它不仅考虑放大器、内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性，是指在C/（IN）20dB时的接收机的功率。对于模拟系统是指在29dB信噪比时的可用功率。它们均相当于4级话音质量，假设模拟系统基站接收机的灵敏度为0.4uV（-8dBuV），则根据公式（4）可计算出接收机可用功率Pr为： Pr -106 Sv DN -106 8 10 -104 （dBm）假设手持机的接收灵敏度为0.7 uV（-3dBuV），则 Pr -99（dBm）3、iDEN系统的覆盖区 同样从表2可以看出，iDEN系统手机的可用电平为101dBm，iDEN基站的有效发射功率为48.95dBm，则路径损耗为： Lb 48.95（101） 149.95 dB同理可算出iDEN系统的其覆盖区半径d2为： d28.18公里（室外）。 以上叙述了集群通信系统的覆盖区预测，其它移动通信系统如寻呼系统、GSM系统和CDMA系统的覆盖区预测相类似。四、系统间电磁兼容的分析移动系统之间的电磁兼容的分析包括寻呼系统对民航的干扰，集群系统之间的干扰，GSM之间的干扰以及GSM与CDMA之间的干扰等。（一）、寻呼系统对民航的干扰1 互调干扰产生的机理我们知道任何非线性器件均可一个幂级数来近似： f(x) = a0 + a1x + a2x2 + a3x3 + anxn （9）式中，x表示输入信号；a0，a1，a2，a3，an为各相应幂次的系数。假定输入信号x = A + B，A、B为两个不同频率的正弦信号，A = U1cosAt，B = U2cosBt，代入（9）式中得出三阶互调频率为2A-B（或2B-A），其电流分量为 ia3 = 3/4 a3U12 U2cos2（2A-B）t 或 = 3/4 a3U22 U1cos2（2B-A）t因此互调产物比或互调积IMP（换算到输入端的有用信号和互调产物比intermodulation product）为IMP = U12 U2 （或U22 U1） （10）若以dB表示，则为：IMP（dB）= 2U1（dB） + U2（dB）+ K（dB） （11）式中K（dB）=20log（）为一与设备非线性有关的常数。当有三信号输入时，类似对二信号的分析，可得三信号三阶互调产物比为：IMP =U1 U2U3 （12）比较式（10）和（12）可以看出，若各输入信号强度相等，则-型（A+B-C）互调产物的幅度要比-型的大一倍，这说明了多信号时对互调的要求将更为严格。 2发射机互调寻呼系统对民航的干扰主要由于发射机的三阶互调引起。发射机的功放末级通常是一个有源放大器，而有源器件的输出阻抗存在有非线性。当多部发射机的发射信号落入另一部发射机，并与后者的发射信号在末级功放的非线性作用下相互调制，产生不需要的组合频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，这就是发射机互调。 fa 2fa-fb 发射机A L（dB） 发射机A 接收机 L1(dB) fb 发射机B 发射机B L2(dB) 发射机C (a) -型 (b) -型 图1 发射机间互调示试意图 图1为三阶互调由天线耦合的示意图，（a）为两个发射机间产生-型互调的示意图；（b）为三个发射机间产生-型互调的示意图。发射机互调产物的电平与相互间耦合衰减L的大小有关，引入耦合衰减后，其引起的互调信号电平不再相同。假设由B至A的耦合损耗为L1（使B/A的电压比为1），C至A的耦合损耗为L2（使C/A的电压比为2），并设A、B、C三台发射机的信号电平相同，这三阶互调为：-型 IMP =A31-型 IMP= A312以dB表示，并令K（dB）=20log（），则有 -型 IMP（dB） = 20log1 + 3logA + K （13） -型 IMP(dB)= 20log1 + 20log2 +3logA + K + 6 （14）比较式（13）和（14），可见二者电平的差值是20log2+6dB。通常1和2均远小于1(如耦合损耗L=20dB，则=0.1)，故20log2恒为负值。因此对发射机互调而言，-型将是主要的干扰模式，这是与接收机情况不同之点。根据我国频率划分规定，138149.9MHz，150.05167MHz等频段可用于移动通信业务；108137MHz频段用于航空无线电导航系统。如果f1的频率为160MHz，f0的频率为145MHz, 则寻呼发射基站的互调产物2f0f1130MHz刚好落入航空无线电导航系统之中，对航空无线电导航系统造成很大干扰。另外280MHz寻呼系统与150MHz寻呼系统的差频为130MHz，刚好落入航空无线电导航系统中，也可能造成有害干扰。从上面的讨论可以看出，寻呼发射机的发射互调会对航空无线电导航系统造成很大干扰，因此必需加以消除。可采取以下方法减少发射机互调的产生：a. 利用天线的空间隔离（加大发射机间的耦合衰减）来减少发射机之间的耦合发射机的互调干扰与天线的架设位置有关。天线之间的去耦合衰耗与使用频率、天线的架设方式和空间隔离距离有关，根据图2的实验结果曲线，即可确定天线之间的相对位置。当150MHz频带的两付天线，架设在同一根杆子上，两付天线之间相差9米时，则隔离度为60dB；当两付天线平行架设时，同样相差9米，则隔离度为32dB，若要得到60dB的隔离度，则天线之间的距离为300米。 图2 垂直或和水平分离作用的天线隔离度2.在发射机的末级功放输出端加装单向器，也可有效避免发射机互调的产生。许多情况下，需有多个发射机公用一副天线（如GSM、CDMA或集群通信系统等）。此时为了加大发射机间的耦合衰减，可在发射机输出至天线间加装单向耦合器件，如定向耦合器件或环形器等，这就大大削弱反馈到发射机中去的由天线上接收的干扰频道的能量。3.两种方法的组合可有效的防止发射机互调的产生。我们知道，寻呼基站的互调指标为70dBc，假设在发射机输出端已加上反向损耗为50dB的单向器，那么为了满足互调指标，天线之间的去耦损耗为20dB，对于150MHz频带来说，两天线间所需的垂直距离大约为0.8米，天线间的平行距离为3米。从上面的分析可知，即使各基站都加装有50dB单向器，但天线之间垂直距离也大约为0.8米，水平距离为3米；如果不加单向器，则天线之间的垂直距离大约为9米，水平距离为300米。因此发射天线之间必需有一定的隔离距离，这就要求控制发射机的数量，避免大量的发射基站集中在某一地区。只有这样，才能有效减少发射机的互调。3.接收机互调接收机互调是指当多个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非线性电路作用下产生互调产物，互调产物落入接收机中频频带内造成的干扰。我们知道108137MHz为航空无线电业务使用频率。由于各国的经济条件差异很大，机载通信设备的先进程度也不一样，其抗干扰能力也不同。当多个强信号同时进入某一机载接收机时，根据式（12），由于接收机的输入回路及高频放大器的非线性，将产生多种频率的互调。如果这些互调产物落入民航工作频段，将可能对航空无线电业务造成干扰。减少接收机互调干扰的方法是：提高接收机射频前端的选择性，以减少其它无用信号的幅度；尽量采用线性较好、动态范围大的有源器件，以减少传递函数中高次项的系数；保证前端电路工作在较低电平上，使互调产物得到比有用信号更大的削弱。（二）集群系统之间的干扰集群系统之间的干扰包括模拟集群系统之间的干扰、模拟集群系统与数字集群系统之间的干扰、数字集群系统之间（iDEN系统之间、TETRA系统之间以及iDEN系统和TETRA系统之间）的干扰。本文主要就模拟集群系统与iDEN系统之间的干扰进行讨论，其它的干扰分析方法类似。1、集群系统概述由于集群通信系统既可用于指挥调度，也可采用双工手机与有线电话互连，作无线电话使用，因此模拟集群系统在我国由许多单位使用。但早期的集群通信系统一般采用大区覆盖方式，通常覆盖半径为2030公里，其用户容量是有限的，它不象蜂窝小区覆盖方式，可以利用频率复用技术来增加用户容量，因此如果作为无线电话使用的用户过多，将使系统的效率与用户容量将大大下降。目前在我国已建立的800MHz模拟集群调度系统中，大部分为国外产品，也有部分国产设备，它们都符合标准。基站发射频率为： 851866MHZ接收频率为： 806821MHZ移动台发射频率为：806821MHZ接收频率为：851866MHZ双工收发间隔45MHZ信道间隙25KHZ采用FM调制方式，发射标识为16K0F3E。随着技术的不断进步，集群通信已向数字话方向发展，其中最有代表性的数字集群通信系统有MOTOROLA公司的iDEN系统和欧洲的TETRA系统等。下面以iDEN系统简要说明数字集群通信系统的特点。iDEN（integrated Enhanced Digital Network）系统为“综合增强型数字通信网络”。它是第二代、全数字化集群通信系统，不仅有强大的调度功能，而且使无线电话用户容量大大提高，克服了模拟集群通信系统无线电话用户少的缺点；它属于集成专用无线电业务，工作在800MHz频段，和模拟集群通信系统的工作频段及信道间隔完全相同。 iDEN系统是一种时分多址（TDMA）系统，它在800MHz的一条25KHz信道上采用时分多址方式，共分6个时隙，每个时隙为15ms，6个时隙（一桢）为90ms，其中一个调度业务占一个时隙，与市话网用户互连时占二个时隙，即在一个25KHz频带内可传送（分时）6路调度业务，或者3路与市话网互连用户（不包括为控制目的而保留的时隙），因此单小区用户容量可达到模拟集群的6倍，大大提高了频率的利用率。数字语音编码方法为VSELP矢量和激励线性预测技术（VSELP为Vector Sum Excited Liner Prediction的缩写）。通数据时，在一个调度时隙内可通9.6kbps数据信息，采用分组交换时可占满6个时隙，数据速率最多达64kbps。它主要有三种功能： a数字调度系统，具有模拟集群通信系统的所有功能。 b移动数字（电话）通信系统，它可组成移动数字蜂窝电话网络（类似GSM系统，但调制方式为M16QAM，与GSM不同），在移动台之间，移动台和市话网用户之间进行电话通信、短信息服务（SMS）、低速数据（9.6kbps）等业务。 c数据业务，可在移动台和调度中心开展数字业务（最高可传送64kbps信号）。2、iDEN系统对模拟集群通信系统的干扰 假设iDEN系统基站的发射功率为70W，其在18KHz参考带宽内的带外发射功率见下表：f025KHzf050KHzF0200KHzf0500KHzf01MHz基站（dBc）5865676772移动台（dBc）5565656570 当f025KHz时，其带外发射功率为-9.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为： Pts-9.55109.5=-9.05 dBm 当f050KHz时，其带外发射功率为-16.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为： Pts 16.55+109.5=16.05 dBm 1）、接收机的热噪声我们假设接收机的噪声系数用F表示，则接收机的热噪声为： PN228.610lgT10lgBF dBW （15） 式中： T为绝对温度，取290K B为接收机的中频带宽，Hz F为噪声系数。 模拟集群系统的中频带宽为16KHz，iDEN系统的中频带宽为20KHz，假设模拟集群系统和iDEN系统基站接收机的噪声系数均为5dB，移动台的噪声系数均为8dB，分别代入（10）式得： 模拟集群基站接收机的热噪声：PNAB127dBm 模拟集群移动台的热噪声： PNAm124dBm iDEN基站接收机的热噪声： PNiB126dBm iDEN移动台的热噪声： PNim123dBm2）、iDEN基站和模拟基站处于同一站址时 从前面的无线电覆盖区计算可知，iDEN系统覆盖区半径为d28.18公里，基站到其覆盖区边缘的路径损耗为时149.95dB，其带外发射在边缘时的功率为： f025KHz时，-9.05 149.95159dBm f050KHz时，-16.05 149.95166dBm 模拟集群移动台的热噪声为124dBm，远大于iDEN基站带外发射产生的干扰，也就是说在覆盖区边缘由iDEN系统带外发射产生的干扰与移动台系统噪声相比很小，可以忽略不计，因此在覆盖区边缘iDEN基站不会对模拟移动台的接收产生干扰。 如果由iDEN基站带外发射产生的干扰等于模拟移动台的热噪声，即124dBm，其路径损耗及移动台距基站的距离分别为： f025KHz时，Lb114.95 dB = d0.70公里 f050KHz时，Lb107.95 dB = d0.43公里这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于模拟系统的有用信号很强，相应的载干比也很大，因此也不会产生干扰。从以上分析计算可知，在同站址时当覆盖区边缘的无线可通率为90、话音质量满足4级时，iDEN基站不会对模拟系统产生有害干扰。3）、iDEN基站和模拟基站不同站址时（iDEN信号强，模拟信号弱的情况） 我们假设模拟手机处在测试点C，测试点C是在模拟基站的覆盖区边缘，距模拟基站的距离为d18.24公里，同时又处于iDEN基站的覆盖区内，如下图。 A-模拟发射基站位置 A B B-iDEN发射基站位置 d1 C d2 C-测试点 为了使iDEN基站B对模拟集群系统的干扰在可接受的范围内，我们假设iDEN基站在测试点C处产生的干扰等于模拟手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3dB（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时模拟手机接收到的iDEN的干扰信号为124dBm。（由于系统是干扰受限，根据模拟的C/I18dB计算，实际的干扰I要比124dBm大）。在f025KHz时，由于带外有效发射功率9.05dBm，C点的功率为124dBm，这样路径衰耗为114.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点距iDEN基站的距离d2为： d20.70公里在f050KHz时，由于带外有效发射功率16.05dBm，C点的功率为124dBm，这样路径衰耗为107.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点距iDEN基站的距离d2为： d20.43公里这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，模拟基站覆盖区的边缘距iDEN基站的距离为0.70公里时，将不会产生有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，模拟基站覆盖区的边缘距iDEN基站的距离越近。在模拟系统覆盖区内，模拟移动台接收到的有用信号很强，而接收到iDEN的干扰信号相应的减少，因此不会对模拟系统产生干扰。从以上分析可知，当两系统使用频率相邻或相差50KHz时iDEN基站对模拟系统的在一定地理区域内将使干扰（噪声）增加3dB，对模拟系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰模拟系统的正常工作（覆盖区内）。4）、iDEN移动台对模拟基站的影响根据iDEN资料，iDEN移动台最大发射功率为3W，其电缆损耗为2.3dB，发射天线增益为1dBd，因此移动台的有效辐射功率为： PTi31.5 dBm 根据本章表1可知，当f025KHz时，其带外发射功率为-23.5dBm； 当f050KHz时，其带外发射功率为-33.5dBm。 假设iDEN移动台处于模拟基站的正下方，即距模拟基站的距离d70米，则根据公式（5）可得路径损耗Lb为： Lb82.11 dB模拟基站接收系统的总损耗为7.4dB，天线增益为10dB，分集改善6dB，实际有效增益为： Ge8.6dB因此基站接收机接收到iDEN移动台的信号为： PRiPTiLbGe 42.01 dBm 我们知道模拟基站接收机的可用电平为104dBm，两者相差62dB，小于70dB的干扰抑制比，所以当两系统邻道使用时，不会对基站接收造成阻塞。这时模拟基站接收机接收到iDEN移动台的带外发射PRiO为： 当f025KHz时，PRiO-23.5dBm82.11+8.697.01 dBm 当f050KHz时，PRiO-33.5dBm82.11+8.6107.01 dBm很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处iDEN手机的干扰。那么，iDEN移动台距离模拟基站多远时，干扰才可以忍受呢？我们假设iDEN移动台的干扰等于模拟基站的热噪声，即127dBm，则路径传播损耗为： 当f050KHz时, Lb1278.6（23.5）112.1 dBm 当f050KHz时, Lb1278.6（33.5）102.1 dBm 根据公式（5），可算出iDEN移动台距模拟基站的距离为： 当f025KHz时，d0.57公里 当f050KHz时，d0.28公里其实这种远近效应对整个移动通信系统都是存在的，是其特有的现象，我们只要注意就行了。3、模拟集群系统对iDEN系统的干扰 1）、iDEN基站和模拟基站处于同一站址时 从上面计算可知，模拟系统基站覆盖区覆盖区半径为8.24公里，基站到覆盖区边缘的路径损耗为时150.05dB。假设模拟系统基站的发射功率为70W，邻道功率70dB，杂散射频分量70dB，而带外发射功率为二者之和，即67dB，因此带外发射功率为-18.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为-18.55+10-7.4=-15.95dBm。其带外发射在边缘时的功率为： -15.95 150.05166dBm iDEN系统移动台的热噪声为123dBm，远大于模拟基站带外发射产生的干扰，因此在iDEN系统在其覆盖区边缘不会被干扰。 如果由模拟基站带外发射产生的干扰等于iDEN移动台的热噪声，即123dBm，则移动台距基站的距离为0.40公里。 这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于有用信号很强，因此不会产生干扰。从以上分析计算可知，在同站址时模拟基站不会对iDEN系统产生有害干扰。2）、iDEN基站和模拟基站不同站址时（iDEN信号弱，模拟信号强的情况）我们假设iDEN手机处在测试点C，测试点C是在iDEN基站的覆盖区边缘，C点距iDEN基站的距离为d28.18公里，同时又处于模拟基站的覆盖区内，如下图。我们假设模拟基站B在测试点C处产生的干扰等于iDEN手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3dB（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时iDEN手机接收到的模拟的干扰信号为123dBm。 A B A-iDEN发射基站位置 d2 C d1 B-模拟发射基站位置 C-测试点 由于模拟系统基站带外有效发射功率15.95dBm，C点的功率为123dBm，这样路径衰耗为107.05dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点模拟基站的距离d1为： d10.40公里这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，iDEN基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离为0.40公里时，将不会产生有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，iDEN基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离越近。在iDEN系统覆盖区内由于iDEN移动台接收到的有用信号很强，而模拟的干扰信号相应的减少，因此iDEN移动台不会受到干扰。从以上分析可知，模拟基站对iDEN系统的在一定地区将使干扰（噪声）增加3dB，对iDEN系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰iDEN系统的正常工作（覆盖区内）。3）、模拟移动台对iDEN基站的干扰模拟手机的发射功率在0.2W-1.3W之间，最大发射功率为31.14dBm，邻道功率一般2.5uW，即26.02dBm，iDEN基站接收机的馈线总损耗为9.5dB，天线增益为10dB，分集接收改善4.7dB，因此实际的天线有效增益为： Ge9.5104.75.2dBi假设模拟移动台在其覆盖区边缘，且距iDEN基站的距离为70米（处在iDEN基站的正下方），根据Okumura-Hata公式可计算出路径衰耗为82.11dB，这时iDEN基站接收到模拟手机的功率为： PRA31.1482.115.2 =-45.77 dBm我们知道iDEN基站接收机的可用电平为104.5dBm，两者相差58.73dB，而一般集群系统在25KHz信道间隔时的邻道干扰抑制比为70dB，因此模拟系统移动台不会对iDEN基站接收造成阻塞。这时iDEN基站接收机接收到模拟移动台的带外发射PRAO为： PRAO-26.02dBm82.11+5.2-102.93 dBm很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此iDEN基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处模拟手机的干扰。我们假设模拟移动台对iDEN基站的干扰等于iDEN基站的热噪声，即127dBm，则路径传播损耗为： Lb1275.2（26.02）106.18 dB根据公式（5），可算模拟移动台距iDEN基站的距离为： d0.38公里这样，只要模拟移动台到iDEN基站的距离大于或等于380米，就不会对iDEN基站接收远端信号时产生有害干扰。同上节一样，这是整个移动通信系统都存在的远近效应现象。4、结论 从以上计算可知，模拟集群系统和iDEN系统可以使用相邻频道而不相互干扰。当要同频复用时必须满足C/I的要求，有一定的隔离距离。 以上计算均是以接收到的话音质量为4级、无线覆盖区边缘的可通率为90、城区室外准平滑地形等条件为前提的。如果话音质量变为4级，边缘的无线可通率变为75，且郊区时，计算结果可能不同，但计算方法类似。（三）GSM与CDMA系统之间的干扰分析 1、概述：我国1GHz以下频率的分配如图3。 从图中可以看出，CDMA在我国可以使用的频率是825835MHz和870880MHz；GSM使用的频率为885915MHz和930960MHz，由中国移动和中国联通共同使用。CDMA和GSM基站和移动台使用频率如表3。 中国移动 TrunckingGSMGSMGSMGSMCDMACDMATrunckingCDMA960954930915909885880870866851825 835 821806 CDMA中国联通 图3 800900MHz频率分配图 表3 基站和移动台使用频率基站发射移动台接收移动台发射基站接收CDMA870880 MHz825835 MHzGSM930960 MHz885915 MHz从表3中可以看出CDMA基站的发射频率与GSM基站的接收频率相邻；GSM移动台的发射频率与CDMA移动台的接收频率相邻。正因为这样，CDMA系统基站可能会对GSM基站的接收产生干扰；由于GSM的移动台的发射功率较小，对CDMA移动台产生干扰的可能性很小。2、干扰分析方法为了分析两种系统之间的干扰，我们假设在干扰发射机（Tx）和被干扰接收机（Rx）之间的隔离度Lp定义如下： LpPOOBGTXGRXILTLR （15） 式中： POOB -发射机Tx的带外发射功率（dBm） GTX -发射天线增益（dBi） GRX -接收天线增益（dBi） I -被干扰接收机的干扰门限（dBm） LT、LR -发射系统和接收系统馈线损耗（dB） 研究系统之间的干扰，首先要知道各种业务的性能参数，然后才能分析计算。CDMA基站参数及GSM基站参数分别见表4和表5： 表4 CDMA基站发射参数及移动台热噪声参数数值基站（BS）发射功率 Ptx,bs43 dBm基站收发天线有效增益GIS9510 dBi（包括馈线损耗等）接收和发射带宽B1.23MHz基站带内相邻信道功率1 （ACP1）（f00.75MHz 。1.98MHZ） -45 dBc/30KHz -36.76 dBc/200KHz基站带内相邻信道功率2 （ACP2）（f0 1.98MHZ或更多）-60 dBc/30KHz -51.76 dBc/200KHz 基站带外相邻信道功率（ACP ）（f0 1.98MHZ或更多）-13 dBm/30MHz -4.76 dBm/200KHz或-60 dBc/30KHz（二者中取较小者）移动台（MS）本机噪声电平-104 dBm 表5 GSM基站接收时的工作参数基站接收机灵敏度电平Pr104dBm基站接收机接收带宽B200KHz基站有效接收天线增益Gr10dBi（包括馈线损耗等）基站接收所需的C/I9dB 基站接收机噪声电平-116dBm注：1870880MHz为CDMA