WCDMA无线网络规划中邻频窄带干扰的研究

摘要:从分析邻频窄带干扰的原理入手，对有关WCDMA无线网络规划提出了一些建议。

关键词:WCDMA 网络规划 邻频窄带干扰

0． 前言

在WCDMA无线网络规划中，由于2G窄带系统的普遍存在，会出现工作在相邻频率的2G窄带系统，例如GSM1800和PHS1900，与3G宽带系统工作在同一地理区域的情况。这时在对WCDMA进行无线网络规划时，必须考虑邻频窄带系统和WCDMA网络的干扰。当WCDMA和窄带系统工作在相邻信道时，扰和被干扰站之间的距离、小区类型和小区大小等因素造成的干扰情况也不尽相同。这就需要在进行无线网络规划时采取相应的措施来降低干扰，保持系统的性能。一般采取的措施有:采用2G/3G共址站；引入保护频带增加载波间隔；小心规划站址和功率等来对抗干扰。在实际的情况中，由于移动台受到体积大小和功率消耗的限制，其接收机的线性、邻信道滤波和双工器的隔离度都较差，低于基站的接收机性能，所以下行链路干扰问题比上行链路严重。

1． 邻频窄道干扰分析邻

频窄带干扰分析

对于工作在相邻频带的窄带系统和WCDMA主要存在以下的一些干扰:

1.1 邻信道干扰(ACI)

当WCDMA系统和窄带系统以相邻的频率工作在同一区域时，会有ACI出现。产生ACI的原因主要是非理想的移动台接收滤波器性能。ACI的计算公式为:

I_ACI(dBm)=P_T(dBm)-MCL(dB)-ACIR(dB) (1)

P_T 是发射功率，MCL是最小耦合损耗，ACIR是邻信道干扰功率比，ACLR是邻信道泄漏功率比，ACS是邻信道选择性。

1.2 宽带噪声

宽带噪声指的是所有带外发射成份，而这些成份都是由干扰系统所需信道之外的发射机产生的。它包括多余的宽带发射、热噪声、相位噪声和乱真发射，以及发射机互调。这些干扰机制经常出现在远离有用频带的频段内，称其为宽带。设带外发射分量为P_out，则宽带噪声的计算公式为:

I_ACI(dBm)=P_T(dBm)-MCL(dB)-P_out(dBm) (3)

1.3 互调干扰(IMD)

互调失真(IMD)是由接收机或发射机的射频部件中的非线性产生的。在实际的情况中，三阶IMD比较容易出现，GSM1800和小灵通的三阶互调产物可能会落到WCDMA的上行链路带宽内。例如，当GSM1800和WCDMA共站时，假设GSM1800下行链路工作在1815MHz和1875MHz两个频点，由于GSM1800基站中的非线性将产生三阶互调产物，互调频率为2×1875-1815=1935MHz正好落在WCDMA的上行链路频率范围内，就有可能对WCDMA基站接收机产生互调干扰。这里主要考虑下行链路的IMD，因为移动台的接收机线性设计比基站困难。假设产生下行链路的IMD产物的窄带频率为f₁和f₂，它们有相同的功率，即P_f1=P_f2，那么处于非线性单元输入的三阶互调功率为:

(dBm)=3P_i(dBm)-2·IIP₃(dBm) (4)

Pi是非线性部件输入处功率，IIP3是同一部件的三阶输入载获点。从上式可以看出，IMD的大小主要与干扰基站的输出功率的三倍成正比，并与接收机的线性有关。当WCDMA移动台靠近窄带基站时IMD很大，不过在实际的环境中，由于存在路径损耗，IMD会随距离的增加而迅速减小。

1.4 发射互调干扰(TxIMD)

在WCDMA系统中，移动台的发射和接收都是同时进行的，但是双工滤波器的非理想特性使得部分的发射信号会泄漏到接收机中。因此，来自窄带干扰基站的某一频率信号和泄漏到接收机的宽带发射信号就会在WCDMA移动台的低噪声放大器中产生IMD产物。这种互调干扰就是发射互调干扰(TxIMD)。如果窄带干扰频率f1低于宽带移动台的发射频率f_Tx，以至于f_TxIMD=2f_Txf₁，那么低噪声的输入端的互调功率为：

P_TxIMD=P_i+2·P_MS，leak-2·IIP₃ f_Tx＞f₁ (5)

P_i是宽带移动台接收机输入端处的窄带干扰功率，_PMS，leak是从宽带移动台发射泄漏的功率。如果干扰频率f₁高于移动台发射功率f_Tx时，以至于fTxIMD=2f1-fTx，那么接收机输入端的互调功率为:

P_TxIMD=2P_i+P_MS，leak-2·IIP₃ f_Tx＞f₁ (6)

从上式可以看出，TxIMD的强度与泄漏功率强度成正比。这是由宽带移动台的双工滤波器的隔离性能决定的。在实际的移动通信应用中，更普遍的情况是出现干扰频率高于移动台发射频率的情况。因此，在无线网络规划中，可以通过进行适当的频率规划来降低TxIMD的严重性。

1.5 交调干扰(XMD)

交调干扰(XMD)也是由接收机的三阶非线性所产生的。如果窄带干扰信号的频率靠近宽带移动台的接收频率，那么当它和宽带移动台发射的调幅信号混频时，在非线性接收机单元中就会产生交调。接收机输入端处的交调信号功率可被写为:

P_XMD=P_i+2·P_MS，leak-2·IIP3-C_XMD-L_XMD(Δf) (7)

P_MS，leak是宽带移动台的发射泄漏功率，P_i是窄带干扰功率，CXMD是由发射信号调制指数决定的因子。由于只有一部分落入接收频带内，所以还要考虑一个减少量L_XMD(Δf)，它是信道间隔的函数。

1.6 下行链路容量

首先，我们定义第i个移动台所需的E_b/N_o值为ρ_i，在考虑了窄带干扰后下行链路质量表达式为:

但是要对下行链路的每一个用户都确定具体位置来计算显然不现实，所以假设每个小区中的用户都相同为M个，并都使用相同的业务，那么可以得到总发射功率的平均值:

就可以得到存在窄带干扰时的用户数和不存在窄带干扰时的用户数M₀:

2.窄带干扰对无线网络规划的影响

图1是基于各种不同的干扰原理对WCDMA下行链路容量影响的仿真示例，邻频窄带系统频率间间隔为3MHz，采用宏小区－宏小区方案，仿真主要参数如表1所示。

从图1中可以发现，对下行链路容量产生影响的主要是：邻信道干扰、宽带噪声和交调干扰。在小区用户数相同时，为了保持连接的链路的质量，干扰的增加必然会引起基站发射功率的增大；当基站发射功率增大到最大允许发射功率时，干扰的存在使得小区再也无法容纳更多的用户数，而不得不将一些用户从小区中除去，从而引起小区容量的减小，即干扰的增加会减少WCDMA下行链路的容量。

在初期的无线网络规划阶段中，通常愿意选择宏小区。这样就有可能出现的一种情况是，干扰源为微蜂窝窄带基站，被干扰的WCDMA小区是宏蜂窝，当微蜂窝窄带基站位于郊区或农村时，周围可能有大的视距区域，使得宏蜂窝的WCDMA移动台有可能以视距状况到达干扰基站，而以非视距状况到达自己的宏蜂窝基站，这时移动台与干扰基站之间的干扰功率就很大。因此，在站址规划时，需要对基站位置的选择慎重考虑以尽量避免这种情况的发生。

小区类型的选择也对交调干扰产生影响。在微小区中交调干扰造成的干扰小于宏小区。这是由于当小区范围变大时，移动台的发射功率也要跟着增加，从交调干扰的公式可以看出，交调干扰与发射功率的平方成比例，所以造成干扰相对较大增加。因此，在网络规划时，应尽量设法令移动台使用小的发射功率，来避免交调干扰。通常在新系统铺开阶段，WCDMA规划工程师首先选择宏小区，这就意味着要面临更多的干扰问题，需要WCDMA规划工程师面对可能引起干扰的情况要仔细分析，并采取相应的措施来降低干扰。

在网络的初始规划阶段，运营商不会将自己所有的频谱都投入运行，一般会先投入1到2个频率，特别是对于那些只有一个频谱可用的运营商来说，可能会遇到最差的频率分配方案是：该运营商只有5MHz用于WCDMA，而围绕该WCDMA载频有两个运营商的窄带微小区站。由于在微小区中的干扰基站的路径损耗相对很小，那么在干扰基站周围的较大面积内干扰功率都很大。为了抵抗这种大的干扰影响并为了使WCDMA基站尽量靠近干扰站，WCDMA必须把网络规划为部分(主要在同一街道上)是密集的微小区。当然，如果有其它可用的载频，可以通过增加载频，实现载频间切换更好地避免干扰。

当连续可利用的频谱大于5MHz时，完全避免干扰的一种频率分配方案是如图2所示，这也是所谓的“三明治方案”。该频率分配方案是:把相邻信道分配给自己的窄带系统(GSM/EDGE)，以及分配给和WCDMA共站址的窄带系统。当干扰和被干扰站共站址时，远近效应消失。然而，2G/3G共站址要求对现有系统的原始站址适当进行规划，避免WCDMA系统内干扰。但是在实际的移动通信中要实现完全共站是不现实的，只有部分是共址站，所以远近效应在有些站仍然存在。对于这种情况，可以采用将最接近WCDMA的窄带频率分配给共站址基站的方法来避免干扰。

3.小结

在目前2G窄带系统占据主要市场的情况下，对邻频窄带干扰的研究对于WCDMA网络规划具有现实指导意义。本文从分析窄带干扰的机理出发，给出了一些有关无线网络规划的建议，希望能对于WCDMA网络规划时有一定的参考价值。