IS95A-CDMA对GSM网络的干扰分析

        摘要　本文论述了IS95A-CDMA对GSM网络的干扰根源，干扰模型，定量分析以及现场测试数据分析，最后给出了预防和解决干扰的建议措施。  
　　关键词　CDMA　GSM　干扰　分析
1、引言
　　A波段IS95A-CDMA的运行频段为：上行：825-835MHz；下行：860-880MHz。而GSM的运行频段为：上行：890-908MHz(移动)、909-915MHz(联通)；下行：935-960MHz。
　　从运行频段上看，CDMA的下行频段与GSM的上行频段比较接近，在站址选择及网络规划中如果做得不恰当，势必造成对GSM的干扰，造成GSM系统接收性能的下降(干扰是相互的，但由于GSM的发射频段与CDMA的接收频段相差较远，且CDMA是自扩频通信系统，抗干扰性能较好，所以GSM对CDMA系统所造成的干扰可以忽略)。究其根本，CDMA的对外干扰，最直接的原因是硬件中滤波器的滤波特性不理想造成总存在一定的带外辐射。本文将针对CDMA对GSM网络的干扰进行必要的分析并给出工程参考数据。
2、干扰模型
　　CDMA对GSM系统的干扰主要表现为：
　　(1)带内干扰：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。该类干扰又分为发射杂散干扰和交调干扰。
　　(2)带外干扰：当带外干扰强到一定程度时，会导致接收机饱和阻塞，从而影响GSM系统的接收性能，该类干扰又称为阻塞干扰。
　　●杂散干扰：由于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，这就是我们通常所称的发射杂散。在890M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，当这种干扰信号电平超过GSM系统的接收灵敏度时，会导致其接收灵敏度下降，导致GSM系统信噪比下降，QoS指标下降。
　　●阻塞干扰：任何接收机都有一定的接收动态范围，在接收功率超过接收动态允许的最大功率电平时，会导致接收机饱和阻塞。阻塞会导致接收机无法正常工作，长时间的阻塞还可能造成接收机的永久性性能下降。
　　●互调干扰：当有多个不同频率的信号加到非线性器件上时，非线性变换将产生许多组合频率信号，其中一部分可能落到接收机带内，成为对有用信号的干扰，则为互调干扰。
　　A波段CDMA系统发射频带为870-880MHz，CDMA信号三阶互调产物位于860-890MHz(2f1-f2～2f2-f1，f1=870MHz，f2=880MHz)之间。在GSM接收频带之外，高阶互调信号由于其衰减更大，可以忽略。故而在下面的干扰定量分析中不加考虑。
3、定量分析
　　在三种干扰中，杂散干扰是最主要的，影响也是最大的，下面主要针对杂散干扰进行分析。
　　(1)杂散干扰计算
　　定量计算模型如图1所示。假设CDMA发射机输出功率为Pcdma，在GSM接收机上接收到的有效干扰功率电平为Pgsm，则：Pgsm-Pcdma=Gantcdma-Acdmafilter-Aair+Gantgsm-Afeed+Aconv。

图1　定量计算模型
　　式中，Gantcdma：CDMA天线增益，17.1dBi；Acdmafilter：CDAM发射滤波器衰减；Aair：自由空间衰减；Gantgsm：GSM天线增益，15.5dBi；Afeed：馈线衰减，GSM和CDMA的馈线衰减皆不超过3dB，共6dB；Aconv：带宽转换因子，CDMA载波带宽1.25MHz，而GSM载波带宽200kHz，CDMA发射功率只有部分落入GSM带内，带宽转换因子为10lg(WinVterfered/Winterfering)=10lg(200k/1.25M)=-8dB。
　　下面对CDAM发射滤波器衰减做一个专门分析：按协议要求CDMA单载波发射在偏离中心频率大于2MHz时，杂散抑制度应大于60dB。
　　而对多载波时的外置带通滤波器的滤波特性在协议中没有明确规定，可参考图2中的典型产品(在890MHz处，带通滤波器衰减为40dB)，我们可得到CDMA发射滤波器总的衰减为100dB，于是：Pgsm-Pcdma=38.6-Aair；如果要保证GSM的接收性能不受CDMA发射杂散的干扰，要求Pgsm满足干扰忍受冗余限制(即Pgsm＜GSM接收灵敏度-9dB的干扰忍受冗余＝，GSM接收灵敏度应优于-105dB，CDMA基站最大发射功率为43dBm，故：Aair＞75.6dB；计算空间隔离距离要求时：VERTICAL：I=28+40lg(Dv/λ)；HORIZONTAL：I=22+20lg(Dh/λ)-(GCDMA+GGSM)。Dv/Dh：天线垂直/水平空间隔离距离要求；λ：波长(m)；GCDMA：CDMA天线增益；GGSM：GSM天线增益。需要注意的是，该公式中的隔离度是考虑天线增益的，是针对自由空间的结果，所以：I=Aair-(GCDMA+GGSM)＞43dB；从而可计算出：Dv=1m；Dh=162m。当CDMA与GSM两站址相距达到上述要求，则可满足干扰要求。

图2　典型产品示意图
　　(2)阻塞干扰
　　阻塞干扰与GSM接收机的通带外抑制能力有关，涉及到CDMA的载波发射功率、接收机滤波器特性等，GSM系统的接收机将受影响因饱和而无法工作。GSM规范中规定了接收机的抗带外阻塞指标：-100kHz＜f＜860MHz＜8dBm。
　　CDMA发射机的最大发射功率为43dBm，但要注意，由于此时频率位于CDMA带内，而位于GSM带外，Acdmafilter=0，应考虑GSM接收滤波抑制(GSM在860MHz的接收抑制为40dB[#])，即：Pgsm-Pcdma=Gantcdma-Aair+Gantgsm-Agsmfilter-Afeed-Aconv；式中：Pcdma=43dBm，Agsmfilter=40dB，Pgsm要求小于8dBm，其它参数参见前面的说明，故Aair＞15.6dB。当满足抗杂散干扰要求时，必然满足抗阻塞干扰要求。
4、现场测试案例与数据分析
　　(1)测试仪表
　　用安捷伦公司的E7475A数字频谱仪来测试CDMA干扰。此频谱仪具有很好的本底噪声和测试速度，同时便携性较好，可以方便地查找各类上行干扰。
　　(2)测试方法
　　测试干扰最直接的方法是将GSM基站的接收天线接到E7475A数字频谱仪上。设置频谱仪的测试范围为876-915M，分辨滤波器设为10k。
　　(3)实际案例
　　笔者和山西省移动通信公司测试组对长治市部分GSM基站进行了CDMA干扰测试，现在以屯留基站第三扇区为例进行分析说明。
　　由测试的结果图3可以看出，联通CDMA的载频功率电平在-80dbm-90dbm之间，在其载频通带外(约880MHz)功率电平已衰减至-120dbm以下，并且比较稳定。右侧突发脉冲为GSM手机信号。从测试结果看，目前暂未发现CDMA对移动公司GSM系统造成干扰。

图3　实际案例
5、预防及解决干扰的建议和措施
　　通过以上分析和实际测试案例，提出以下建议供参考：
　　(1)必须通过大量无线测量和技术测试，找出具体的干扰原因，有针对性地采取措施；
　　(2)联通CDMA基站发射端必须安装波形滚降良好的外置带通滤波器，以保证有较好的带外辐射干扰；
　　(3)联通CDMA发射天线与GSM接收天线保证足够的空间隔离(水平或垂直)，以防产生带内干扰，具体数据由上文计算可得；
　　(4)降低联通CDMA基站的发射功率；
　　(5)调整联通CDMA发射天线的倾角或水平方向角，其发射天线不能正对附近GSM基站的接收天线；
　　(6)在GSM接收机上加装带阻滤波器，以减小GSM接收机的阻塞干扰。