POI系统设计之多频合路干扰分析篇.docx
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POI系统设计之多频合路干扰分析篇
POI系统设计之多频合路干扰分析篇
基配事业部产品研发部
本文目录
一、POI系统在室分系统中的应用场景及功能介绍；
多系统接入平台（POI：
PointOfInterface）
背景：
室内分布系统合路建设随着近年来通信、电子技术以及相关工业的发展变得可行并且成熟。
●在天线方面，宽频天线的应用使得一副天线就可以满足多个系统不同频段的信号覆盖。
●在机房使用方面，同时，由于微电子技术的长足发展、通信设备小型化，基站所占的机房面积也大大减小，一个大机房就可以满足多家运营商几套设备的布放。
●在射频和微波技术方面，目前采用的基于高Q多腔滤波器技术的POI合路平台，能满足目前多系统合路建设的需要。
POI作为多种通信系统和多个区域的分布系统之间的界面，是在多系统信号分合路过程中的关键部分。
功能及作用：
在室内覆盖系统中，POI的应用将避免错综复杂的走线，避免天花板上安装多个全向天线，避免了电梯井道内布放多个板状天线、多根同轴电缆；在地铁隧道覆盖系统中，采用POI之后，多系统信号可以共用一根泄漏电缆进行传输、覆盖，显著的减小了运营商的投资、降低了施工难度。
各路收发信机信号都通过独立的端口接入POI，混合后输出到相应分布系统的端口；同时将来自不同区域分布系统端口的信号混合后，再按需要分别送到信号源的上行端口。
POI是各通信系统汇集点，同时也是矛盾的焦点，好的POI设备不仅要求能够合路多系统信号而且要能够解决多系统合路带来的诸多问题，并且能够有简单的接口界面，有效的监控和可升级性，为解决室内空间资源的问题起到积极作用。
二、多频合路干扰分析
数字电视、数字集群、GSM、CDMA、DCS1800、PHS、WLAN、3G和LTE共用一个分布系统，相互之间会产生干扰。
各系统的有源设备在发射有用信号的同时，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其他系统的工作频带内，就会对其他系统形成干扰。
在对共用室内分布式系统时所带来的频谱间干扰，需根据各系统之间的频率关系以及发射/接收特性来具体研究。
可以说干扰的主要影响是对系统上行接收通道的影响，主要考虑以下两个方面：
接收机灵敏度降低和接收机过载。
为了将这些影响所带来的性能损失降到最小，而不修改（或少修改）现有的发送和接收单元，必须对整个系统的杂散、互调及阻塞干扰进行仔细地考虑。
系统间的干扰主要分为以下三类：
杂散干扰就是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到了另一个系统的工作频段中而可能造成的干扰，杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。
互调干扰集中在各系统的下行输出，在进行合路时的互调产物上，主要表现为三阶互调干扰。
如果互调产物落在其中某一个系统的上行接收频段内，从而对该系统基站的接收灵敏度造成一定的影响。
阻塞干扰就是其它系统的下行信号功率较强，虽在系统的频带外，但降低了接收机灵敏度。
当较强功率加于接收机时可能导致接收机过载，使它的增益下降或者被抑制。
原因是放大器有一个线性动态范围，在这个范围内放大器的输出功率随输入功率线性增加，这两个功率之比就是功率增益G，其输出功率低于所预计的值。
通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点。
相应的，此时的输入功率定义为输入功率的1dB压缩点。
为了防止接收机过载，从干扰基站接收到的总的载波功率电平需要低于它的1dB压缩点。
2.1、杂散干扰（介绍及其计算）；
杂散干扰是在信号处理过程中由于器件的非线性而产生的寄生在原始频带附近的信号形成的干扰。
由于在产生杂散干扰信号的信号处理过程中滤波器的带外频率衰减作用，杂散信号偏离原始频带越远，其信号强度越弱。
两系统频率相隔越近其杂散干扰越严重。
杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。
发射信号的带外辐射一般划分为邻频泄漏和带外杂散辐射。
公认的区分原则是，从信道宽度边缘起算，两倍信道宽度以内的频率范围，带外辐射的主要能量来源是由于信号调制器的带外能量泄漏和宽带噪音，而在两倍信道宽度以外的频率范围，带外辐射的主要能量来源是宽带噪音、谐波交调及杂散辐射，一般统称为杂散辐射。
杂散干扰是指由于干扰源发射滤波特性不能满足技术要求，使得干扰源的带外信号以噪声的形式出现在相邻频段内，从而抬高了被干扰射频站的噪声基底，使被干扰射频站的上行链路变差，接收机灵敏度降低。
接收机灵敏度是指正确解调信号所需要的最小接收电平。
如果干扰基站的发射频带和被干扰基站的接收频带相邻，两个基站之间没有足够的隔离或干扰，基站的截止性能不好（没有足够的带外衰减），那么落入被干扰基站接收带宽内的辐射信号就可能很强，导致接收机噪声门限增加。
干扰基站的发射放大器输出的信号首先被发射滤波器滤波，然后经过两个基站间的距离，最后被干扰基站的接收单元接收。
通常认为干扰基站落入受害系统的干扰在低于受害系统内部的热噪声6.9dB以下（此时受害系统的灵敏度恶化不到0.8dB），此时干扰可以忽略。
这样对应杂散所需要的隔离度为：
MCL≥Pspu－10Log（WInterfering/WAffected）－Pn－Nf＋6.9
其中：
MCL为隔离度要求
Pspu为干扰基站的杂散辐射电平，单位为dBm
WInterfering为干扰电平的测量带宽，单位为kHz
WAffected为被干扰系统的信道带宽，单位为kHz
Pspu－10Log（WInterfering/WAffected）为干扰基站在被干扰系统信道带宽内的杂散辐射电平
Pn为被干扰系统的接收带内热噪声，单位为dBm
Nf为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB
举例：
1、CDMA800作为干扰系统的杂散隔离度计算
干扰系统
CDMA800
被干扰系统
数字集群
GSM900
DCS1800
PHS
CDMA2000
WCDMA
WLAN
TD-SCDMA
TD-SCDMA
工作频段（MHz）
806-821/851-866
885-915/930-960
1705-1755/1805-1850
1900-1920
1920-1980/2110-2170
1920-1980/2110-2170
2400-2483.5
1880-1900
2010-2025/2300-2400
噪声电平（测量频段内）（dBm）
-67
-67
-67
-67
-67
-67
-67
-67
-67
测量带宽（KHz）
100
100
100
100
100
100
100
100
100
被干扰系统带宽（KHz）
25
200
200
300
1230
3840
22000
1280
1280
噪声电平（被干扰系统频段内）（dBm）
-73
-64
-64
-62.2
-56.1
-51.2
-43.6
-56
-56
热噪声功率（dBm）
-130
-121
-121
-119
-113
-108
-101
-113
-113
干扰保护（dB）
6.9
6.9
6.9
6.9
6.9
6.9
6.9
6.9
6.9
基站噪声系数（dB）
5
5
5
15
5
5
5
5
5
杂散隔离度要求（dB）
58.9
58.9
58.9
48.7
58.8
58.7
59.3
58.9
58.9
2.2、阻塞干扰（介绍及其计算）；
阻塞干扰与接收机的通带外抑制能力有关，当一个较大干扰信号进入接收机前端的低噪放大器时，由于低噪放大器的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后，可能将放大器推入到非线性区，导致放大器对有用的微弱信号的放大倍数降低，甚至完全抑制，当加于接收机的干扰功率很强，超出了接收机的线性范围，导致接收机因饱和而无法工作，从而严重影响接收机对微弱信号的放大能力，使得被干扰系统的接收机因饱和而无法工作，影响系统的正常工作。
为了防止接收机过载，接收信号的功率需要低于它的1dB压缩点阻塞干扰涉及到干扰信号的载波发射功率、接收机滤波器特性等，主要取决于接收机的性能。
当GSM、CDMA、WCDMA、PHS以及WLAN信号或其频率组合成分落在这几个系统中某基站接收机接收信道带宽之外，却仍能进入该基站接收机，当干扰大于标准中所规定的干扰电平，就会引起接收机灵敏度的下降，恶化接收机的性能，这时就引起了阻塞干扰。
从链路上来解释，当一个较大干扰信号进入接收机前端的低噪放时，由于低噪放的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后可能会将放大器推入到非线性区，导致放大器对有用的微弱信号的放大倍数降低，甚至完全抑制，从而严重影响接收机对弱信号的放大能力，影响系统的正常工作。
在多系统设计时只要保证到达接收机输入端的强干扰信功率不超过系统指标要求的阻塞电平，系统就可以正常的工作。
假设接收机的阻塞电平指标为Pb，干扰发射机的输出功率为Po，只要：
Pb≥接收的干扰电平＝Po－MCL
这时，强干扰信号不会阻塞接收机，这种情况下需要的系统间隔离度为：
MCL≥Po－Pb
通常也把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点。
为了防止接收机过载，从干扰基站接收到的总载波功率电平需要低于它的1dB压缩点。
因此，在接收机过载方面，也可以如下计算：
Eoverload=Ctotal_interfering-LRX_Filter-CAFF_RX
Ctotal_interfering：
干扰基站天线连接处的载频总功率（dBm）；
LRX_Filter：
被干扰基站的接收滤波器在干扰基站发射带宽内的衰减（dB）；
CAFF_RX：
被干扰基站天线连接处接收到的载频总功率（dBm）；
Eoverload：
隔离度要求（dB）。
发射机端的阻塞指标：
“输出互调”
将一路比该设备输出信号低30dB的邻道或次邻道信号耦合进其发射端，同时在发射端测试三阶、五阶产物及带外杂散情况。
输出互调主要跟功放的输出端特性有关，在功放输出端接有环行器或隔离器的情况下，输出互调指标很容易实现。
这个指标主要考察基站或直放站多个载波合路时的互调和杂散是否会干扰自身其他系统。
阻塞隔离度计算
干扰系统
数字电视
数字集群
CDMA
GSM900
DCS1800
PHS
WCDMA
TD-SCDMA
WLAN
干扰电平强度（dBm）
44
44
43
40
40
33
43
33
30
被干扰系统
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
阻塞电平要求（dBm）
隔离度要求（dB）
CDMA800
37
7
37
7
－
－
37
3
37
3
37
-4
37
6
37
-4
37
-7
GSM900
8
36
8
36
8
35
－
－
8
32
8
25
8
35
8
25
8
22
DCS1800
0
44
0
44
0
43
0
40
－
－
0
33
0
43
0
33
0
30
PHS
30
14
30
14
30
13
30
10
30
10
－
－
30
13
30
3
30
0
WCDMA
-15
59
-15
59
-15
58
16
24
16
24
-40
73
－
－
-15
48
-15
45
TD-SCDMA
-15
59
-15
59
-15
58
16
24
16
24
-40
73
-15
58
－
－
-15
45
WLAN
7
37
7
37
7
36
7
33
7
33
7
26
7
36
7
26
－
－
由上述对通道隔离度计算方法以及相关标准中涉及的阻塞干扰电平的要求可知，消除阻塞干扰对多频合路器的通道隔离度要求并不高。
如果合路器的隔离度不够，可以在干扰系统发射机后或者在被干扰系统接收机前加一个滤波器可以消除阻塞干扰。
通常隔离度能满足杂散干扰的要求，就一定能满足阻塞干扰的要求。
2.3、互调干扰（介绍及其计算）；
互调抑制比是指两个功率相等、适当类型的调制信号进入合路器输入端，由合路器的非线性引起的互调信号电平，其中一个信号电平与互调产生的信号电平之比。
多系统合路较突出的互调产物主要为二阶互调产物（FIM2）和三阶互调产物（FIM3），其中二阶和三阶互调产物的计算公式为：
FIM2=f1±f2或f2±f1；
FIM3=2f1±f2，2f2±f1，f1+f2-f3，f1+f3-f2或f2+f3-f1；
互调隔离度指标计算
计算公式：
MCL=MAX（P1,P2,P3）+互调－Pn－Nf＋6.9
MCL为隔离度要求；
Pn为被干扰系统的接收带内热噪声，单位为dBm；
Nf为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB；
P1为干扰系统1的信号电平（dBm）；
P2为干扰系统2的信号电平（dBm）；
P3为干扰系统3的信号电平（dBm）；
这里计算的互调要求的隔离度是按最大的干扰信号进行计算的，实际上的互调信号电平都不大于这个值。
减少互调干扰可以采取：
1）合理的频率分配方案—采用无互调的信道组；
2）合理调整干扰系统发射机的输出信号功率；
增加干扰系统发射机和被干扰系统接收机之间的隔离度—采用收发分开的天馈系统，通过信号的空中链路衰减增加隔离度。
POI的互调干扰
互调干扰产生于器件的非线性度，在合路系统里我们主要关注无源器件的互调干扰，即合路器产生的互调干扰。
无源器件产生互调的原因比较复杂，大致可以分为两大类：
接触非线性和材料非线性。
接触非线性是指各部件相互接触而产生的非线性电流或电压现象，射频电流流经不同金属器件的接触点，特别是压力接触电（如两金属器件靠螺丝固定）而产生。
如部件之间因较小的接触压力而松动、较差的金属表面处理、氧化和腐蚀产生的不可靠连接、不同金属材料的接触等。
材料非线性是指使用了具有非线性特性的材料，如铁磁材料和碳纤维。
国内常见的互调干扰有：
三、天线系统和空间隔离（介绍及其计算）；
无源分布系统间天线隔离度
我们采用双斜率传播模型分析基站天线间的传播损耗，根据经验公式：
MCL水平=22+20lg（d/λ）-（Gtx＋Grx）
MCL垂直=28+40lg（d/λ）-（Gtx＋Grx）
其中：
d为天线的距离（m）；
λ为波长；
Gtx为发射天线在接收天线主辧方向的增益；
Grx是接收天线在发射天线主辧方向的增益；
这里给出了800MHz及1900MHz的天线空间隔离度测试值，在实际应用中可以作为参考。
800MHz频段组合梯形隔离度表：
水平距离
（m）
组合梯形隔离度/dB
全向天线
定向天线（65°）
垂直1m
垂直3m
垂直5m
垂直1m
垂直3m
垂直5m
5
26.26
37.93
48.99
50.04
59.56
66.01
10
30.45
36.10
42.72
53.34
57.90
61.78
50
43.37
44.18
45.31
65.55
66.14
66.68
100
49.33
49.66
50.15
71.42
71.64
71.83
200
55.34
55.46
55.67
77.38
77.45
77.51
500
63.30
63.33
63.40
85.32
85.33
85.33
1000
69.33
69.34
69.36
91.34
91.34
91.33
1900MHz频段天线同带隔离度表：
距离（英寸）
垂直距离
水平距离
0度下倾
0度下倾
10度下倾
0
64
63.5
27.2
6
71.7
71.5
30.2
12
71.9
73.8
35.9
18
74.1
74.5
39.1
24
73.9
75.6
39.2
30
76.4
75.6
38.8
36
76.8
72.8
40.3
四、POI设计中杂散干扰的考量；
无线通信系统最大的问题是空间易干扰，由于无线传输的特性导致了无线间干扰的必然性，对于不同制式的通信系统来说，无线干扰的影响也是不同的。
前文中也进行了介绍，POI是各通信系统汇集点，同时也是矛盾的焦点。
那我们如何对POI系统的杂散抑制指标进行设计和考量呢？
我们每学习一项新事物前，只要确认了目标，放在我们面前的就只有两个词“WHAT？
”、“HOW？
”
WHAT：
POI系统的杂散干扰是什么？
咳，章节2中介绍的就是。
杂散的三种形式：
作为外部干扰源的发射机产生的带内杂散、带外阻塞杂散、作为系统内部干扰的互调杂散。
我们通过上面的了解，知道了这些杂散的起因、对信号质量的影响和计算方法：
无线干扰的成因从基本原理来讲，工作于不同频段的A系统和B系统间的干扰是由于发射机和接收机的非完美性造成的。
而不同系统间的主要干扰主要来自于杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰，通过采用干扰确定计算分析法对三种主要干扰的隔离度进行计算分析，选择其中最大的隔离度指标进行设计考量，同时对于互调干扰设定有效的互调抑制度指标。
其中，干扰分析均需要计算路径损耗，而路径损耗又依赖于无线电传输的衰落分析。
HOW：
如何考量和设计POI系统的杂散抑制指标？
如何实现需要达到的抑制指标？
前文中说到：
在对共用室内分布式系统时所带来的频谱间干扰，需根据各系统之间的频率关系以及发射/接收特性来具体研究。
可以说干扰的主要影响是对系统上行接收通道的影响，主要考虑以下两个方面：
接收机灵敏度降低和接收机过载。
其实我们只需要针对POI系统的合路制式，来计算出各种段式间的隔离、阻塞和互调要求。
再通过对室分传输链路的损耗进行加减计算，就能够定义出POI系统的杂散抑制指标了。
干扰确定计算分析法由于其方法简单、使用方便等优点而在网络无线设计中被经常的使用。
干扰确定计算分析方法是针对某一特定的干扰分析场景，对被干扰的接收机的四个不同的频率范围计算并求解下面的干扰评估方程：
Ptx（fi）−MCL（fi）≤Iext（fi）
其中：
fi是考虑的频率；
Ptx（fi）是产生干扰的发射机在频率fi上的发射功率；
MCL（fi）是在频率fi上发射机和接收机之间的最小耦合损耗；
Iext（fi）是在频率fi上可接收的最大干扰电平。
一般要考虑的四个频率范围为：
（1）接收机工作频道，在大多数情况下，对应的是发射机的带外杂散辐射；
（2）接收机的工作频道第一邻频信道，对应的是发射机的有用信号发射或带外辐射；
（3）接收机接收频段内，重点考虑发射机的带外辐射，邻频道泄漏或杂散辐射；
（4）接收机接收频段外，重点考虑发射机的发射载频，因为在发射机的发射载频上其发射功率最大。
基站间的最小耦合损耗包括收发端馈线损耗，收发天线之间耦合损耗，可表示为：
MCL=LTxCable（dB）+LRxCable（dB）+LAntennaCoupling（dB）
其中LAntennaCoupling为天线耦合损耗，LRx_Cable和LTx_Cable分别为接收机和发射机与天线之间的连接馈线损耗。
但最小耦合损耗无法满足评估方程时，则引入系统的最小隔离度。
1
2
3
4
4.1室分各系统设计参数列表
1、GSM系统设计参数根据通信行业要求，设计技术指标为：
1）根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的发射功率为小于15dBm/每载波以下；
2）目标覆盖区域内95％以上的位置，信号场强>-75dBm；
3）室内基站泄漏至室外5米处的信号强度不高于-90dBm；
4）在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-120dBm/200KHz。
5）无线覆盖区内可接通率：
要求在无线覆盖区内的95%位置，99%的时间移动台可接入网络；
2、CDMA系统设计参数根据通信行业要求，设计要求指标为：
1）室内天线的发射功率<15dBm;
2）目标覆盖区域内95％以上的位置，前向接收功率≥-82dBm；
3）室内基站泄漏至室外10米处的信号强度不高于-90dBm；
4）在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-113dBm/1.25MHz。
5）无线覆盖区内可接通率：
要求在无线覆盖区内的95%位置，99%的时间移动台可接入网络；无线信道的呼损率取定为2％；
6）无线覆盖边缘场强：
室内：
≥-85dBm，室外10米处≤-90dBm；
3、WCDMA系统设计参数根据通信行业要求，设计要求指标为：
1）目标覆盖区域内95％以上位置，导频信号强度≥-85dBm；
2）室内基站泄漏至室外10米处的信号强度不高于-85dBm；
3）在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-108dBm/3.84MHz；
4、PHS系统设计参数根据通信行业要求，设计要求指标如下：
1）目标覆盖区域内95％以上的位置，接收信号电平≥36dbuv（-71dBm）；
2）室内基站下行信号泄漏至室外10米处的场强不高于36dbuv（-71dBm）或比最强基站信号低10db；
3）在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于－120dBm/300KHz。
5、WLAN系统设计参数
1）天线口的发射功率：
设计要求天线口的发射功率等于10mw（10dBm）。
（指从AP的输出口减去功分器、馈线及接头的损耗功率后到达天线输出口的实际输
出功率，验收时天线口的输出电平在5～15dBm范围之间为合格）
2）无线覆盖边缘场强：
≥-75dBm
4.2国内通信制式的常见干扰举例；
CDMA800对GSM900的干扰；
根据干扰的性质，CDMA对GSM系统的干扰可定义为杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰三种。
我们常见的
（1）杂散干扰
CDMA发射信号直接或通过交调等方式间接作为带内噪声作用于GSM接收机上，造成GSM接收机灵敏度下降。
发射滤波器的滚降特性（任何滤波器都不可能是理想的阶跃方式），导致CDMA系统总存在一定的带外辐射，这就是我们所说的发射杂散。
在890MHz附近的发射杂散正好落入GSM系统的接收频带内，这对GSM系统来说势必引入了另一种干扰，当这种干扰信号的电平超过GSM系统的接收灵敏度时，会导致其接收灵敏度、信噪比以及QoS等下降。
常见的就有CDMA无线直放站对GSM上行信号的杂散
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