國內(nèi)移動通信系統(tǒng)共建共享時的互調(diào)干擾分析

黃景民，梁童，曾二剛，朱艷云，趙培

（1 京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司，廣州，510663；2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京，100080）

國內(nèi)移動通信系統(tǒng)共建共享時的互調(diào)干擾分析

黃景民1，梁童2，曾二剛1，朱艷云2，趙培2

（1 京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司，廣州，510663；2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京，100080）

在移動通信系統(tǒng)中，無源器件非線性帶來的無源互調(diào)干擾會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生較大影響，尤其在多系統(tǒng)合路或相鄰站點建設(shè)的場景中，無源互調(diào)干擾的影響會非常嚴重。本文基于對通信系統(tǒng)中二階、三階、五階和七階無源互調(diào)的影響分析，結(jié)合不同運營商的移動通信系統(tǒng)使用頻段等信息，全面分析了國內(nèi)移動通信系統(tǒng)在獨立建設(shè)、合路建設(shè)和鄰站建設(shè)時可能面臨的互調(diào)干擾，可為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計及建設(shè)提供重要參考。

無源互調(diào)干擾；三階互調(diào)；五階互調(diào)；共建共享

1 無源互調(diào)的基本介紹

無源互調(diào)是指非線性射頻線路中，當兩個以上不同頻率信號作用在具有非線性特性的無源器件時，產(chǎn)生無源互調(diào)（PIM，Passive Inter-Modulation）產(chǎn)物。無源非線性將引起射頻信號產(chǎn)生大量的諧波信號，二階、三階、五階、七階互調(diào)產(chǎn)物都是由于通信系統(tǒng)中的無源器件非線性引起的互調(diào)諧波?；フ{(diào)干擾會對移動通信系統(tǒng)造成較大干擾影響，尤其在多系統(tǒng)合路或相鄰建站場景。因而有必要通過合理的互調(diào)產(chǎn)生分布計算來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃與優(yōu)化。

2 運營商頻率使用情況

國內(nèi)主要有中國移動、中國聯(lián)通和中國電信三家電信運營商，三家運營商各自采用多種不同制式的移動通信系統(tǒng)。另外，鐵路專網(wǎng)采用900 MHz的頻率用于GSM-R系統(tǒng)。各運營商及通信系統(tǒng)的頻率如表1所示。

根據(jù)無源互調(diào)的產(chǎn)生的機理，通過對不同系統(tǒng)的頻率及相關(guān)組合的分析，可以有效的確定不同系統(tǒng)組合產(chǎn)生的互調(diào)干擾影響，對系統(tǒng)間的互調(diào)干擾進行預(yù)警分析。

3 無源互調(diào)分析

當有多個頻率信號通過非線性電路時，便會相互調(diào)制產(chǎn)生互調(diào)失真，以二階和三階失真幅度為最大，階數(shù)越高失真電平越低。無源互調(diào)隨著載波輸入功率的增加而迅速增大，隨著輸入信號功率的增加，互調(diào)會以更快的速度增大。二階互調(diào)是由兩個信號由于非線性因素產(chǎn)生的，可以表示為f1±f2，當f1=f2時，二階互調(diào)即為二次諧波。三階互調(diào)也是指兩個信號由于非線性因素，使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產(chǎn)生混頻后產(chǎn)生的寄生信號。無源互調(diào)會隨著階數(shù)的增加而快速降低，互調(diào)頻率為m×f1±n×f2，其中，三階互調(diào)為2×f1±f2、五階互調(diào)為3×f1±2×f2、七階互調(diào)為4×f1±3×f2，呈現(xiàn)出中間高兩邊逐漸降低的分布特性（見圖1），互調(diào)階數(shù)越高產(chǎn)生的互調(diào)也就越低。

表1 不同運營商頻率劃分表

4 國內(nèi)運營商系統(tǒng)內(nèi)互調(diào)干擾場景分析

4.1 中國移動通信系統(tǒng)互調(diào)干擾計算

中國移動目前在網(wǎng)使用的通信系統(tǒng)有GSM900、DCS1800、TD-F/A/E/D與WLAN等系統(tǒng)，各系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)信號落入上行頻段的對應(yīng)如表2所示。

圖1 無源互調(diào)分布示意圖

用于TDD系統(tǒng)的F頻段、A頻段、D頻段與E頻段產(chǎn)生的三階、五階和七階均落入系統(tǒng)頻段范圍，但由于TDD系統(tǒng)下行與上行時隙間有保護間隔，不會對系統(tǒng)造成干擾。WLAN也是TDD系統(tǒng)，雖然其三階、五階和七階互調(diào)均落入系統(tǒng)頻段范圍內(nèi)，也不會對本系統(tǒng)造成干擾。而對于采用FDD的GSM900和DCS1800系統(tǒng)，下行的五階和七階互調(diào)會落入本系統(tǒng)的上行接收頻段，從而產(chǎn)生對自系統(tǒng)接收的干擾。

4.2 中國聯(lián)通通信系統(tǒng)互調(diào)干擾計算

中國聯(lián)通目前在網(wǎng)使用的移動通信系統(tǒng)有GSM900、DCS1800、WCDMA與WLAN。

經(jīng)過頻段內(nèi)三階、五階和七階互調(diào)分析，聯(lián)通GSM900、DCS1800和WCDMA系統(tǒng)下行發(fā)射頻段的三階、五階和七階互調(diào)都不會落入其上行接收頻點，因此，不會存在本系統(tǒng)內(nèi)的互調(diào)干擾影響。與4.1節(jié)的分析相同，WLAN的三階、五階和七階互調(diào)均不會對本系統(tǒng)造成干擾。

表2 中國移動移動通信系統(tǒng)互調(diào)分析

4.3 中國電信通信系統(tǒng)互調(diào)干擾計算

中國電信目前在網(wǎng)使用的移動通信系統(tǒng)有CDMA800、cdma2000與WLAN。經(jīng)過分析，電信CDMA800和cdma2000下行發(fā)射的三階、五階和七階互調(diào)都不會落入其上行接收頻段內(nèi)，不會對本系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。WLAN的互調(diào)也不會影響WLAN系統(tǒng)的工作。

5 國內(nèi)運營商共建共享系統(tǒng)間互調(diào)干擾場景分析

為了應(yīng)對移動通信用戶數(shù)目的不斷增加，運營商對擴大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求急劇增加，基站密度不斷加大，傳輸網(wǎng)絡(luò)的布網(wǎng)密度日益增加，重復(fù)建設(shè)的問題也更加突出。為了節(jié)約能源和原材料的消耗，運營商間的共建共享也成為關(guān)注的重點。站點的共建共享在節(jié)約資源，降低成本，避免重復(fù)投資等方面有較大優(yōu)勢，但也可能帶來不同運營商的移動通信系統(tǒng)間的相互干擾問題，本節(jié)針對不同運營商間的互調(diào)干擾進行了深入的分析。

5.1 GSM900共建共享互調(diào)干擾計算

本節(jié)分別針對中國移動的GSM900分別與中國電信的CDMA800、中國移動的GSM900和鐵路的GSM-R專網(wǎng)進行合路/鄰站建設(shè)時，不同系統(tǒng)間的三階、五階和七階互調(diào)干擾進行分析計算，表3給出了具體的計算結(jié)果。

中國移動的GSM900和鐵路的GSM-R專網(wǎng)合路/鄰站建設(shè)時，三階互調(diào)產(chǎn)生的頻段是落在鐵路的GSM-R專網(wǎng)的下行頻段，并沒有落入對應(yīng)的上行接收頻段內(nèi)，對信源接收機不產(chǎn)生干擾，但會對列車臺接收機的通信頻點產(chǎn)生同鄰頻干擾影響，嚴重時會造成通信中斷。

5.2 DCS1800共建共享互調(diào)干擾計算

本節(jié)分別針對中國移動的DCS1800、F頻段的TD系統(tǒng)、中國聯(lián)通的DCS1800進行共建時，不同系統(tǒng)間的三階、五階和七階互調(diào)干擾進行分析計算，表4給出了具體的計算結(jié)果?？梢钥闯?，中國移動的DCS1800網(wǎng)絡(luò)與其它兩個系統(tǒng)進行共建時，相互間可能面臨三階、五階和七階互調(diào)干擾的影響。中國移動的DC1800擴展頻段的使用，會對合路/鄰站建設(shè)的F頻段TD系統(tǒng)造成較大的影響。

表3 移動GSM900與其它系統(tǒng)合路互調(diào)干擾分析

表4 移動DCS1800與其它系統(tǒng)共建互調(diào)干擾分析

5.3 3G共建共享互調(diào)干擾計算

本節(jié)分析了中國移動的A頻段的TD-SCDMA系統(tǒng)、中國聯(lián)通的WCDMA系統(tǒng)、中國電信的cdma2000和CDMA800相互之間的互調(diào)干擾進行了分析，共包括A頻段TD-SCDMA與WCDMA、A頻段TD-SCDMA與CDMA800、A頻段TD-SCDMA與cdma2000、WCDMA與CDMA800、WCDMA與cdma2000共5種組合。

表5 2G與3G、LTE系統(tǒng)互調(diào)干擾分析

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，除A頻段TD-SCDMA與cdma2000系統(tǒng)頻段之間存在互調(diào)干擾外，其它系統(tǒng)間都不會存在互調(diào)干擾。A頻段TD-SCDMA與cdma2000系統(tǒng)頻段之間的互調(diào)干擾主要包括cdma2000的五階和七階互調(diào)對A頻段TD-SCDMA產(chǎn)生干擾，A頻段TD-SCDMA的三階、五階和七階互調(diào)會落入cdma2000頻段內(nèi)，可能對cdma2000產(chǎn)生互調(diào)干擾。

5.4 2G和3GLTE共建共享時互調(diào)干擾

在2G、3G與LTE進行合路建設(shè)時，兩個合路系統(tǒng)的互調(diào)可能會落入其它系統(tǒng)的工作頻段，從而對異系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。本節(jié)考慮了目前國內(nèi)的2G移動通信系統(tǒng)，包括GSM900、DCS1800及CDMA800與3G、4G移動通信系統(tǒng)進行合路，以及3G及4G系統(tǒng)合路時的互調(diào)干擾頻段進行分析，指出了不同系統(tǒng)合路后可能影響的其它移動通信系統(tǒng)。從分析結(jié)果可以看出，GSM900與A頻段TD或WCDMA的七階互調(diào)、GSM900與E頻段或D頻段TD系統(tǒng)的五階互調(diào)會落入5.8 GHz的WLAN頻段，對WLAN產(chǎn)生一定的干擾。DCS1800與WCDMA或A頻段、F頻段、E頻段的TD系統(tǒng)的互調(diào)會對2.4 GHz頻段的WLAN、GSM900或F頻段的TD系統(tǒng)產(chǎn)生互調(diào)干擾，具體干擾類型與被干擾系統(tǒng)如表5所示。

5.5 PHS和2G、3G、LTE共建共享時互調(diào)干擾

小靈通（PHS）系統(tǒng)工作在1 900～1 915 MHz，原計劃2011年底完成退頻。但目前仍有一定數(shù)量的PHS用戶，PHS尚未完成退頻。PHS目前仍廣泛存在于全國大部分地區(qū)，因此，PHS與其它移動通信系統(tǒng)間的互調(diào)干擾問題也不容忽視。通過表6對PHS與現(xiàn)網(wǎng)中的其它移動通信系統(tǒng)間的可能存在的二階、三階、五階和七階互調(diào)干擾進行分析，對干擾進行預(yù)警，可有效降低系統(tǒng)部署后的干擾風險。

表6 PHS與其它系統(tǒng)共建互調(diào)干擾分析

5.6 單系統(tǒng)內(nèi)二階互調(diào)對他系統(tǒng)干擾計算

本節(jié)分析了中國移動的GSM900、中國聯(lián)通的GSM900、中國電信的CDMA800等低頻系統(tǒng)產(chǎn)生的二階互調(diào)對高頻的DCS1800與TD-SCDMA等高頻系統(tǒng)的干擾影響。從表7可以看出，TD-F移動與DCS1800聯(lián)通系統(tǒng)均受到低頻系統(tǒng)的二階互調(diào)干擾信號的影響。

6 結(jié)論及建議

本文全面分析了國內(nèi)所有移動通信系統(tǒng)單一運營商或多家運營商共建共享合路建設(shè)時所可能面臨的所有互調(diào)干擾場景，相關(guān)計算結(jié)果可為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計及建設(shè)提供重要參考。

需要指出的是，本文僅從概率意義上關(guān)注了互調(diào)產(chǎn)物落入上行頻帶的情況，即“擊中（hit）”現(xiàn)象，并沒有特別強調(diào)互調(diào)產(chǎn)物與同時使用的上行頻點重合，即“有效（effective）擊中”現(xiàn)象，因而此處的干擾并不必然生成。

表7 GSM900和CDMA800系統(tǒng)內(nèi)二階互調(diào)對他系統(tǒng)干擾分析

此外，無源互調(diào)的產(chǎn)生主要是在天饋系統(tǒng)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，實際中可通過適當?shù)奶岣咛祓佅到y(tǒng)中無源器件、饋線及接頭、天線等設(shè)備的互調(diào)水平能有效的降低互調(diào)干擾電平。同時當多系統(tǒng)合路或鄰站建設(shè)時，阻塞干擾與雜散干擾等也將有一定的影響，各系統(tǒng)間的隔離度需要應(yīng)該滿足相應(yīng)的要求，當空間損耗無法滿足時，則需要在系統(tǒng)的接收或發(fā)射端加裝對應(yīng)帶頻段抑制的濾波器。

[1] 趙培，張陽． 移動通信系統(tǒng)中互調(diào)的產(chǎn)生機制與干擾排查[A]． 2011年度全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會[C]． 2011，9．

[2] 張世全． 微波與射頻頻段無源互調(diào)干擾研究[D]． 西安：西安電子科技大學(xué)，2004．

[3] 高鵬，趙培，陳慶濤． 3G技術(shù)問答(第2版)[M]． 北京：人民郵電出版社，2011．

Analysis of intermodulation interference for all domestic mobile communication systems

HUANG Jing-min1, LIANG Tong2, ZENG Er-gang1, ZHU Yan-yun2, ZHAO Pei2
(1 Comba Telecom Systems Holdings Ltd., Guangzhou, 510663, China; 2 China Mobile Group Design Institute Ltd. Co., Beijing 100080, China)

In mobile communication systems, the intermodulation interference caused by the non-linearity of passive components may have a greater impact on the performance of systems, especially in a scene of multisystem combiners or sites deployed adjacent to each other. In this paper, we comprehensive analysis all the intermodulation interference faced by all mobile communication systems based on the third-order, the fi fth-order and the seventh-order of passive intermodulation characteristics and with the frequency band of mobile communication systems for all mobile communication operators, which provide important reference for network design and construction.

passive intermodulation interference; third-order intermodulation; fifth-order intermodulation; cobuilding

TN929.5

A

1008-5599（2013）09-0048-06

2013-06-05