CDMA系统与GSM系统兼容性分析及计算

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  随着中国联通CDMA网络的开通,大量的CDMA基站及直放站被建设,系统覆盖日趋完善,其高效的频谱利用率及优良的语音通话质量,使CDMA迅速发展壮大起来。但是,CDMA系统与GSM系统的电磁环境兼容问题也日益突出,严重时导致系统无法工作。



1 系统间干扰问题分析


  GSM、CDMA蜂窝通信系统不同的通信特点决定CDMA系统与GSM系统的电磁环境兼容问题主要是CDMA系统对GSM系统的干扰。


  CDMA是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。扩频通信技术在信号发端用一高速伪随机码与数字信号相乘,由于伪随机码的速率比数字信号的速率大得多,因而扩展了信息传输带宽。在收端,用相同的伪随机序列与接收信号相乘,进行相关运算,将扩频信号解扩。扩频通信具有隐蔽性、保密性、抗干扰等优点。而GSM采用时分多址技术,利用常规的载频分成多个时隙来扩展用户,相对抗干扰能力较弱。同时在信道频率使用上,联通CDMA采用下行频率870~880MHz。移动公司GSM系统上行频率为890~909MHz。CDMA 的下行频率与移动GSM的上行频率有相近,与联通GSM系统上行频率29MHz的间距。而且由于两系统临界处CDMA为下行频率,为基站发射机发射,功率较大,而GSM为上行频率,功率相对较小,CDMA统采用扩频系统,抗干扰能力很强,GSM系统对它影响不大,所以目前CDMA系统与GSM系统的电磁环境兼容问题主要是CDMA系统对GSM系统的干扰。


1.1 CDMA系统对GSM系统的干扰途径


  CDMA对GSM的干扰主要为杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰。杂散干扰由CDMA基站(或直放站)在其规定频带外的杂散波引起,将导致GSM基站接收系统信噪比下降,从而使GSM系统通话质量的下降。互调干扰产生是因为CDMA使用多个载波频率,而系统为非线性,以致产生的互调产物落到相邻GSM系统的上行频段,使接收机信噪比下降。阻塞干扰产生是因为CDMA的载波功率大,天线相距较近,又由于接收机滤波器的非线性,导致接收机通带外抑制,产生饱和而无法正常工作。而以上分析的三种干扰中,杂散干扰最为严重,也最为常见。


1.2 CDMA系统对GSM系统的杂散干扰分析





图1 杂散干扰信号通道



  由图1信号流程可以看到:根据信号流程,CDMA 杂散信号在功率放大器,经过信道外杂散抑制,功率为Ctx+ICR,经过CDMA滤波器,由于带通滤波器的衰减作用,杂散信号将进一步减弱Ltx,为Ctx+ICR-Ltx;经过发射天线,杂散信号被放大Gtxdb,杂散信号为Ctx+ICR- Ltx+Gtx;经过路径损耗L0。杂散信号为Ctx+ICR-Ltx+Gtx-L0;经过GSM基站接收天线放大Grx,杂散信号为Ctx+ICR-Ltx+Gtx-L0+GrxCDMA,杂散信号从功率放大器出发,经过信号传输,到达GSM基站接收系统时,功率为


Im=Ctx+ICR-Ltx+Gtx-L0+Grx-10Log(Bwi/Bwa) (1)


其中参数:


◆ Ctx为CDMA系统最大发射功率;


◆ ICR为CDMA系统输出端带外抑制比;


◆ L0为自由空间中的无线电波传播损耗;


在自由空间中的移动通信空间传播损耗L0可用下式近似表示:


水平隔离时:L0(dB)=22+20lgd/λ(m)


垂直隔离时: L0(dB)=28+40lgd/λ(m)


其中λ=C/fc


式中:fc为载波频率,λ为其波长,c为光速,d为接收天线与发射天线之间的距离,单位用米(m)表示。


◆ Ltx为CDMA系统输出端滤波器在GSM接收机频带内的衰减,根据各滤波器的参数而定;


◆Gtx为发射天线增益,接收天线增益Grx。此处Gtx、Grx为考虑了天线方位角和馈线损耗后的综合值;


◆ 10Log(Bwi/Bwa),带宽转换因子;


◆ Im为到达接收机的杂散电平。



2 CDMA系统对GSM系统的干扰计算


2.1 CDMA与GSM共基站(以联通公司CDMA与联通GSM 共站为例)


  根据以上分析(1)式Im=Ctx+ICR-Ltx+ Gtx-L0+Grx-10Log(Bwi/Bwa)
L0=Ctx+ICR-Ltx+Gtx-Im+Grx-10Log(Bwi/Bwa) (2)


当CDMA与GSM共基站,参数为:


Ctx=40w=46 dBm


ICR 根据IS-97规范,每频带F>1.98MHz:<=-60dB c/30KHz


Ltx=80 dB(CDMA系统输出端滤波器在909MHz的衰减)


Gtx+Grx=0(共基站可近似Gtx+Grx=0)


10Log(Bwi/Bwa)= 10Log(30/200)=-8.2dB


Im=-123 dBm(可根据接收机灵敏度及余量要求而定)


得: L0=46-60-80+123+8.2=37.2


水平隔离时,根据L0(dB)=22+20lgd/λ(m)得:37.2=22+20lgd/λ
其中λ=C/ fc=(3*108)/(909*106)=0.330代入上式得:d=1.90米
垂直隔离时,L0(dB)=28+40lgd/λ
37.2=28+40lgd/0.33
d=0.56米
所以当联通公司CDMA与联通GSM共站,水平隔离d=1.90米或垂直隔离时,d=0.56米基本能满足隔离要求。
2.2 CDMA与GSM不共用基站(以联通公司CDMA与移动GSM为例)


Im= Ctx+ICR-Ltx+Gtx-L0+Grx-10Log(Bwi/Bwa)水平隔离时,参数取值为:


Ctx=46dBm


ICR=-60dB c/30KHz


Ltx=70dB(CDMA系统输出端滤波器在890MHz的衰减特性)


Im=-123dBm(可根据接收机灵敏度及余量要求而定)


  当CDMA的基站天线与移动GSM的基站天线距离较远,在水平方向连线上两天线波瓣非正对,考虑为全向覆盖时
假设Gtx+Grx=20 dBi得:L0=46-60-70+123+8.2+20=67.2 dB
根据L0(dB)=22+20lgd/λ(m)
其中λ=C/fc=(3*108)/(890*106)=0.337代入上式得
d=61.32米


  而目前,干扰情况较为严重的是市区或郊区定向站,CDMA的基站天线与移动GSM的基站天线距离较短,在水平方向连线上两天线波瓣可近似认为正对:


  假设Gtx+Grx=30 dBi,CDMA的基站天线与移动GSM的基站天线距离为50米,理论上所需的空间隔离度为:L0=46-60-70+123+8.2+30=77.2 dB
而实际空间隔离损耗L0(dB)=22+20lgd/λ(m)=65.43 dB
需加装滤波器,L=77.2-65.43=11.3 dB
距离越近,需加装更大值的滤波器。CDMA与GSM不共站垂直隔离可以不予考虑。



3 解决干扰的方法


  根据上文中杂散干扰的影响因数,解决CDMA系统对GSM系统干扰的方法主要有以下几点:


⑴ 加强CDMA与GSM基站的网络规划,采用水平隔离或垂直隔离方法,使两网络基站保持一定的空间间距;
⑵ 共站时,可以充分利用铁塔平台的隔离和建筑物的隔离;


⑶ 加装高性能的双工滤波器,提高带外滤波特性。降低带外杂散信号的强度;


⑷ 适当降低CDMA功率;


⑸ 适当调整CDMA的扇区天线方位。




摘自《移动通信在线》
   
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