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CDMA系統(tǒng)干擾GSM系統(tǒng)的檢測和防范研究

2012-09-17 07:56:08陳開仁
關(guān)鍵詞:頻譜儀雜散分析儀

陳開仁

(中國電信湖南無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心,湖南長沙 410004)

隨著C網(wǎng)基站布放密度的進(jìn)一步加大,運(yùn)營商之間反映相互之間的干擾明顯增多,而各無委反映基站射頻特性檢測不能達(dá)標(biāo),存在三階交調(diào)、二次諧波、三次諧波等,對其它運(yùn)營商的G網(wǎng)產(chǎn)生一定影響。同時(shí)我省需在武廣高鐵同址建設(shè)C網(wǎng)隧道覆蓋系統(tǒng),對于CDMA的規(guī)劃設(shè)計(jì)和干擾檢測非常重要。

1 頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍分析

干擾測試定位和分析離不開頻譜儀,而頻譜儀的性能會(huì)極大地影響干擾的定位和檢測,使用儀表不當(dāng)或輸入信號(hào)過程,甚至?xí)a(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果,這對于干擾的檢測和防范是非常不利的。圖1是典型頻譜儀的方框圖。

圖1 頻譜分析儀的基本構(gòu)造

1.1 頻譜儀的靈敏度定義

簡言之,頻譜儀的靈敏度(也叫做顯示的平均噪聲電平(DANL)或本底噪聲)決定了儀器可以測量的最小信號(hào)。對于在室溫下的1Hz噪聲帶寬,理論上DANL的下限為KTB或-174dBm。文獻(xiàn) [1]指出,DANL與中頻濾波器帶寬和衰減器的大小是有關(guān)系的,所以在各個(gè)廠家數(shù)據(jù)手冊中提到DANL這個(gè)指標(biāo)時(shí)需要注明在該指標(biāo)下中頻濾波器帶寬和衰減器的大小。特別是中頻濾波器帶寬的大小如果沒有特別說明則默認(rèn)是1Hz。這個(gè)時(shí)候需要注意的是,該頻譜儀的中頻濾波器的最小帶寬是否能夠達(dá)到1Hz,如果不是則實(shí)際測量時(shí)無法測到其標(biāo)稱的信號(hào)。假設(shè)數(shù)據(jù)手冊上只寫著DANL為-140dBm,且中頻濾波器帶寬最小值為1kHz,可知該頻譜儀最小能夠測到-110dBm的信號(hào),而不是標(biāo)稱的-140dBm。以安捷倫手持式頻譜分析儀N9340B為例,其最小RBW為30Hz,此時(shí)DANL為-124dBm,使用前置放大器(20dB增益)后是-144dBm。

1.2 影響頻譜儀靈敏度的設(shè)置條件

在測量低電平信號(hào)時(shí),特別是測量信號(hào)接近頻譜分析儀本底噪聲時(shí),應(yīng)減小頻譜分析儀的射頻衰減和分辨帶寬(RBW),從而提高頻譜分析儀的靈敏度,以及測量低電平信號(hào)的精度。越窄的RBW,越能檢測頻率間隔很近的信號(hào)與低電平信號(hào)。在測量小信號(hào)的時(shí)候,一般應(yīng)該把衰減值設(shè)置為0,以便提高靈敏度,如果靈敏度還是不夠,則可以打開前置放大器(靈敏度大約提高數(shù)十dB)。另外,減少視頻帶寬(VBW)和采用視頻平均技術(shù),雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度,但可以改善小信號(hào)測量精度。

1.3 頻譜儀的測試效能

一方面,由于頻譜儀的靈敏度水平在很大程度上受制于其自身因素,因此在條件允許時(shí)盡可能選擇使用DANL低的分析儀,同時(shí)設(shè)值合適的衰減、RBW、VBW以及前放功能,以取得盡可能低的底噪。另一方面,在使用頻譜儀進(jìn)行測量時(shí),輸入口往往會(huì)同時(shí)引入各種電磁信號(hào),在一定的條件下,它們可能在頻譜儀內(nèi)部抬高儀器底噪水平或者干擾到測試者的判斷與測定。這時(shí),需要借助一些外接器件如濾波器,連接在頻譜儀的前端,以阻斷無關(guān)信號(hào)、消除潛在干擾;客觀上,這一方法也起到了提高測試靈敏度,彌補(bǔ)一些頻譜儀抑制內(nèi)部失真/干擾能力不足的作用。

1.4 帶阻濾波器特性

由于860-870M輸出電平較高,如果要在儀表側(cè)同時(shí)顯示正常設(shè)備的功率和雜散是不可能的,測其功率需加衰耗器,反過來測雜散需開啟儀表的靈敏度,實(shí)際上一般儀表的輸入側(cè)電平達(dá)到-40dBm時(shí),儀表本身會(huì)產(chǎn)生交調(diào),影響測試人員判斷。而通過高性能的帶阻濾波器,直接檢測發(fā)射設(shè)備的交調(diào)和雜散。圖2是870-880MH帶阻濾波器的特性圖,從圖中可以看出,其對CDMA主信號(hào)有90dB的衰減,而對885MHz以上的頻段,其衰耗只有1.5dB??梢哉J(rèn)為,在儀表側(cè)增加這樣的濾波器可以有效地測試干擾信號(hào)。

圖2 870-880MH帶阻濾波器的特性

本文根據(jù)一些實(shí)踐案例,對此類方法進(jìn)行綜述。

2 CDMA基站干擾GSM分析

通過理論分析和多年無線工作實(shí)踐,我們認(rèn)為干擾問題一般是由以下3部分組成:

1)CDMA基站發(fā)射機(jī)帶外雜散發(fā)射值超標(biāo);2)天饋線產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的影響;3)GSM基站收信機(jī)抗干擾能力差。下面按照上述3個(gè)方面的思路,對干擾測試情況進(jìn)行了現(xiàn)場測試和具體探討。

2.1 CDMA基站發(fā)射機(jī)帶外雜散發(fā)射值“超標(biāo)”

2.1.1 理論分析

CDMA基站功放和其它功放一樣,肯定存在非線性,也產(chǎn)生三階交調(diào)、二次諧波、三次諧波等,但關(guān)鍵是其后的發(fā)信濾波器的濾波性能決定了其輸出帶外雜散發(fā)射值是否超標(biāo),因此衡量CDMA基站帶外雜散發(fā)射值,是由機(jī)架輸出口測試決定的。

2.1.2 實(shí)際測試:湘潭某基站設(shè)備帶外雜散傳導(dǎo)測試

2009年29日上午11點(diǎn),無委和電信組成的測試團(tuán)隊(duì)共同對電廠新村基站進(jìn)行設(shè)備帶外雜散傳導(dǎo)測試。

測試儀表:1)安捷倫4405B頻譜分析儀(省無委提供)

2)成都帶阻870MHz~880MHz濾波器(省網(wǎng)優(yōu)中心)

3)10dB/100W衰耗器(省網(wǎng)優(yōu)中心)

圖3 設(shè)備帶外雜散傳導(dǎo)測試不含帶阻濾波器方框圖

因省無委提供的DC1900SW GSM/CDMA BS TESTER設(shè)備濾波特性不好,進(jìn)入儀表的主信號(hào)仍很強(qiáng),導(dǎo)致設(shè)備傳導(dǎo)測試不合格,因此我方建議采用帶阻濾波器將主信號(hào)幅度減低,減少對儀表的影響。省無委技術(shù)專家采用了帶阻濾波器后,設(shè)備傳導(dǎo)雜散符合國家無委(簡稱SRRC)的規(guī)范要求。

圖4 設(shè)備外帶雜散傳導(dǎo)測試含帶阻濾波器方框圖

結(jié)論:被測基站設(shè)備的傳導(dǎo)雜散性在采用了帶阻濾波器的測試方法后符合SRRC的規(guī)范要求。

結(jié)果分析:由于功放信號(hào)直接進(jìn)入儀表,導(dǎo)致儀表工作在非線性區(qū)域,加載有帶阻濾波器后,直接檢測帶外雜散,測試數(shù)據(jù)為發(fā)射設(shè)備真實(shí)的測試數(shù)據(jù)。

表1 蜂窩帶外雜散發(fā)射測試結(jié)果

2.2 天饋線產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的影響

2.1.1 理論分析

天饋線產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物是衡量移動(dòng)通信質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),但過去由于技術(shù)原因我們重視不夠,隨著3G的發(fā)展加大了對此項(xiàng)指標(biāo)的要求,而標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立將為中國大眾提供有保證的通話質(zhì)量打下基礎(chǔ)。一般來說無源互調(diào)指標(biāo)為-150dBc到-160dBc內(nèi),但這個(gè)指標(biāo)暫時(shí)無法測試,我們采用現(xiàn)場電磁環(huán)境測試的方法進(jìn)行間接測試。

2.1.2 實(shí)際測試:某基站天線附近(約10米)電磁環(huán)境測試

測試儀表:1)安捷倫N9340B頻譜分析儀2)成都康邁微帶阻濾波器(870MHz~880MHz)

圖5 空口接收雜散及交調(diào)測試方框圖

測試結(jié)果:

1)不加帶阻濾波器:由于CDMA主信號(hào)過強(qiáng)進(jìn)入儀表,超過儀表線性范圍,引起儀表產(chǎn)生非線性失真,儀表所顯示的結(jié)果存在CDMA二次諧波、雜散等產(chǎn)物。

2)加帶阻濾器:由于CDMA主信號(hào)被濾除,儀表工作在線性范圍,上次沒加帶阻濾波器時(shí)儀表所顯示的CDMA二次諧波干擾、雜散等產(chǎn)物,這次均沒有出現(xiàn)。

結(jié)果分析:由于超出了儀表動(dòng)態(tài)范圍,測試方法不符合CDMA基站測試要求,所以所測試指標(biāo)出現(xiàn)誤差,儀表顯示的雜散和諧波信號(hào)是儀表自身產(chǎn)生。

2.3 GSM基站收信機(jī)抗干擾能力差

在上述兩項(xiàng)測試后仍沒發(fā)現(xiàn)C網(wǎng)干擾G網(wǎng)的可能,而G網(wǎng)運(yùn)營商反映的C網(wǎng)干擾G網(wǎng)的事實(shí)又存在,懷疑只有一種可能那就是GSM收信濾波器抗干擾能力差。為此找來了一個(gè)MOTORLA濾波器,濾波上明確地標(biāo)示:

925-960MHz(Tx)

880-915MHz(Rx)

很顯然其收信濾波器帶寬不符合要求,其頻率下限緊挨著CDMA下行頻率的上限(CDMA下行:870-880MHz),GSM收信濾波過渡帶不可能做到0MHz(垂直一條線)。因此,不為0MHz的過渡帶將有效接收CDMA很強(qiáng)的下行信號(hào)。

為了能清楚了解GSM收信濾波的實(shí)際特性,對其收信濾波器進(jìn)行了測試,發(fā)現(xiàn)在870MHz這一點(diǎn)的衰減比中心頻率點(diǎn)只多了6dB,也就是說它可以接收到CDMA下行頻段的整個(gè)信號(hào),造成了CDMA“干擾”GSM情況。這就是CDMA系統(tǒng)“干擾”GSM系統(tǒng)的直接原因。而正常的GSM系統(tǒng)的RX濾波器對880MHz的信號(hào)至少具有30dB的抑制作用,RX濾波器性能下降造成GSM接收機(jī)靈敏度下降。

結(jié)果分析:由于GSM接收機(jī)接收下行頻帶超出了應(yīng)該接收的頻段,加上其對帶外的衰耗明顯不足,造成了接收機(jī)本身的飽和導(dǎo)致阻塞,產(chǎn)生附近CDMA基站干擾的假象。

3 CDMA直放站和GSM-R共址建設(shè)時(shí)的干擾防范

以武廣客專覆蓋工程為例,電信引入CDMA800M系統(tǒng)、聯(lián)通引入WCDMA系統(tǒng)、移動(dòng)引入GSM900M系統(tǒng),以及鐵路自身的調(diào)度通信GSM-R系統(tǒng),由于CDMA的下行緊挨GSM-R的上行,間隔僅為5MHz。且和鐵路鐵塔平臺(tái)間能提供的天線垂直間距為2米,根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的隔離度為58.5dB,無法滿足雜散干擾的抑制需求。

表2 不同系統(tǒng)間干擾隔離度要求

可通過增加外設(shè)濾波器的方法來提供額外的隔離度。如圖6為武廣客運(yùn)專線定制濾波器,從波形圖可以看出,對其885MHz及以上頻段有60dB的衰減,相應(yīng)隔離度增加了60dB,不會(huì)對GSM-R引起干擾和阻塞。

圖6 武廣客運(yùn)專線定制的帶通濾波器

CDMA800M系統(tǒng)對GSM-R系統(tǒng)雜散干擾測試情況如下:

為了驗(yàn)證測試效果,通過現(xiàn)場測試檢測,加有濾波器后雜散下降非常明顯。

1)未加定制濾波器

測試方框圖7。

圖7 不加定制濾波器的測試方框圖

測試結(jié)果圖8所示:

圖8 不加定制濾波器輸出雜散圖

從圖8可看出,885 MHz輸出為過高(-60dBm),指標(biāo)為:-67dBm/100kHz,指標(biāo)不合格。2)增加定制濾波器測試方框圖9所示。

圖9 加定制濾波器的測試方框圖

測試結(jié)果圖10所示。

圖10 加定制濾波器輸出雜散圖

從圖10可看出,885 MHz輸出為小于-100dBm,指標(biāo)為:-67dBm/100kHz,指標(biāo)合格。

3)結(jié)論

從測試結(jié)果可得出,對于系統(tǒng)隔離度要求較高,且受自帶的帶通濾波器指標(biāo)較差影響而無法抑制帶外雜散發(fā)射值超標(biāo)的干擾系統(tǒng),應(yīng)在其輸出端增設(shè)一個(gè)性能好的帶通濾波器,使其帶外雜散發(fā)射值合格方可避免干擾。

4 主要結(jié)論和解決辦法

1)由于儀表本身的動(dòng)態(tài)范圍,測試結(jié)果得出CDMA基站800MHzCDMA系統(tǒng)基站帶外雜散發(fā)射值超標(biāo),實(shí)際是測試方法問題,測試時(shí)儀表輸入口沒加870-880MHz帶阻濾波器,使870-880MHz的主信號(hào)進(jìn)入儀表,儀表產(chǎn)生非線性失真顯示的三階交調(diào)、二次諧波、三次諧波等,誤認(rèn)為是CDMA基站產(chǎn)生的。

2)移動(dòng)GSM基站收信濾波器帶寬太寬880-915MHz(Rx),接收了電信CDMA下行信號(hào),引起接收機(jī)阻塞,間接造成了CDMA基站“干擾”GSM基站假象。解決辦法一是G網(wǎng)運(yùn)營商自行更換不合格的GSM接收濾波器,保證帶外抵制增加50dB。站址建設(shè)時(shí)保持一定距離,(水平大于100米,垂直大于2米),二是適當(dāng)修改GSM基站的頻率規(guī)劃。遇到同址安裝時(shí)CDMA基站發(fā)端安裝帶通濾波器。

3)和GSM-R共址建設(shè)時(shí),需在CDMA輸出端增加帶通波器,進(jìn)一步濾除雜散信號(hào),避免引起GSM-R接收機(jī)阻塞。

[1]普源精電科技有限公司.通過改善頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍提高測量精度[Z].2007.

[2]博訊通電子有限公司.提高頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍-用濾波器配合頻譜儀大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)測試[Z].

[3]摩托羅拉公司.CDMA系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)網(wǎng)間干擾分析及解決方案[Z].

[4]黃標(biāo).CDMA和GSM之間的干擾分析及保護(hù)帶 [J].中國無線電管理,2002,(6).

[5]鐘興建,周輝,賀帆.CDMA網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)間的干擾與協(xié)調(diào) [J].無線電工程,2003,(3).

[6]呂文奎,羅小鋒,劉永輝.CDMA對移動(dòng)GSM上行干擾排查整治優(yōu)化淺談 [C].廣東通信2010青年論壇優(yōu)秀論文集,2010.

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