地鐵民用通信系統(tǒng)POI合路干擾分析

巫晨云

【摘 要】為了解決近期地鐵民用通信系統(tǒng)POI合路加入FDD-LTE、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)后產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾問(wèn)題，對(duì)主要以1.8 GHz頻段區(qū)間為主的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行理論干擾分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地驗(yàn)證，提出相應(yīng)的解決方案，從而減少運(yùn)營(yíng)商間互調(diào)干擾問(wèn)題的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】民用通信；POI合路；FDD-LTE；互調(diào)干擾

Analysis on POI Combination Interference for Civil Metro Communication Systems

WU Chenyun

[Abstract] In order to deal with the severe interference resulting from the POI combination of FDD-LTE and TD-LTE networks in civil metro communication systems， the theoretical interference analysis and on-the-spot validation of the network system at 1.8GHz were conducted， and then the corresponding solution was put forward to reduce the intermodulation interference between operators.

[Key words]civil communication； POI combination； FDD-LTE； intermodulation interference

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年1月，全國(guó)地鐵已有30個(gè)城市141條線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)；共有39個(gè)城市地鐵建設(shè)獲批，“十三五”期間我國(guó)新增地鐵里程數(shù)達(dá)到5 640 km，到2020年將達(dá)到9 000 km；預(yù)期在2020年左右，國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)規(guī)模將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，對(duì)于大型公眾場(chǎng)所，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)均采用2G/3G/4G多網(wǎng)POI合路建設(shè)模式，由于城市市區(qū)地鐵線路屬于特大型人流量聚集區(qū)域場(chǎng)景，對(duì)于話務(wù)容量、數(shù)據(jù)流量的需求都非常高，迫使運(yùn)營(yíng)商增加新的網(wǎng)絡(luò)制式頻段來(lái)應(yīng)對(duì)高增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，但這種情況加大了干擾風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

早期地鐵民用通信覆蓋建設(shè)主要以2G/3G網(wǎng)絡(luò)制式為主，POI合路采用上下行分纜方案，可以有效地防止各種下行頻段相互引起的干擾產(chǎn)物串入上行系統(tǒng)。但在引入4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，為了體現(xiàn)MIMO性能的優(yōu)勢(shì)，4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)POI合路后就開(kāi)始不做上下行區(qū)分，這種思路被沿用了一段時(shí)期，也未發(fā)生干擾問(wèn)題。近段時(shí)期在頻率資源有限的情況下，運(yùn)營(yíng)商逐步引入了1.8 GHz頻段網(wǎng)絡(luò)，干擾問(wèn)題立刻凸顯出來(lái)，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及客戶感知，單純靠POI設(shè)備的隔離度要求也已經(jīng)無(wú)法解決，運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司之間開(kāi)始互相推諉指責(zé)，如何協(xié)同處理都束手無(wú)策。本文提出了1.8 GHz頻段網(wǎng)絡(luò)的干擾分析及解決方案，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，結(jié)果行之有效，分析成果可以對(duì)后續(xù)新建地鐵項(xiàng)目的干擾規(guī)避問(wèn)題提供重要的指導(dǎo)參考。

2 地鐵民用通信系統(tǒng)干擾分析

2.1 地鐵民用通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)頻譜概況

地鐵民用通信覆蓋系統(tǒng)一般需同時(shí)引入三家運(yùn)營(yíng)商的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)以某地鐵項(xiàng)目為例，列舉運(yùn)營(yíng)商對(duì)該項(xiàng)目覆蓋需求投入使用的13個(gè)系統(tǒng)頻段，如表1所示。

其中，通過(guò)頻譜分布數(shù)據(jù)比對(duì)分析可以發(fā)現(xiàn)，三家運(yùn)營(yíng)商的2G/4G多個(gè)系統(tǒng)在1.8 GHz區(qū)段均為連續(xù)分布情況，各系統(tǒng)頻段之間沒(méi)有任何隔離，故出現(xiàn)干擾隱患的問(wèn)題將會(huì)顯著增加。

2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干擾原因分析

當(dāng)前移動(dòng)通信系統(tǒng)間的干擾主要有系統(tǒng)外干擾、系統(tǒng)內(nèi)部干擾以及系統(tǒng)間干擾。不同頻段系統(tǒng)間的干擾是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以及無(wú)源器件的非完整性造成的。系統(tǒng)間干擾問(wèn)題主要有雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾等三種，如圖1所示。

針對(duì)雜散干擾和阻塞干擾，可以通過(guò)設(shè)置合理的系統(tǒng)隔離度來(lái)規(guī)避，隔離度在滿足要求的情況下對(duì)系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。而互調(diào)干擾在現(xiàn)有技術(shù)工藝水平情況下，由于器件的接觸非線性和鐵磁非線性依然固有存在，只有通過(guò)逐步提高產(chǎn)品材料工藝和頻段組合調(diào)整來(lái)進(jìn)行避免。其中，三階互調(diào)干擾的危害最為嚴(yán)重?；フ{(diào)干擾產(chǎn)生的原因主要有三類：頻段組合不合理、材料性能不達(dá)標(biāo)、施工工藝不合格。

通過(guò)理論計(jì)算可以得出三種干擾的系統(tǒng)隔離度要求，這里不做詳細(xì)論述。各系統(tǒng)間的干擾隔離度是以雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾中的最大值作為最終指標(biāo)，各通信系統(tǒng)間的雜散干擾、阻塞干擾可在設(shè)計(jì)階段通過(guò)系統(tǒng)間端口隔離解決，對(duì)干擾和被干擾系統(tǒng)的指標(biāo)可以參照表2。

2.3 系統(tǒng)互調(diào)干擾分析

針對(duì)運(yùn)營(yíng)商近期在地鐵項(xiàng)目中新開(kāi)通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)看，大部分主要集中在1.8 GHz頻段區(qū)間。根據(jù)互調(diào)產(chǎn)物公式計(jì)算，受組合頻段三階互調(diào)干擾的頻段主要有六個(gè)：電信FDD-LTE 1.8G、電信FDD-LTE 2.1G、聯(lián)通FDD-LTE 1.8G、聯(lián)通WCDMA、移動(dòng)TD-LTE 2.3G、移動(dòng)TD-LTE 2.6G，如表3所示?；フ{(diào)干擾影響概率最高的頻段為電信FDD-LTE 1.8G、電信FDD-LTE 2.1G、聯(lián)通FDD-LTE 1.8G和聯(lián)通WCDMA。運(yùn)營(yíng)商在某地鐵線路實(shí)際反饋受干擾嚴(yán)重的系統(tǒng)也主要是這4個(gè)網(wǎng)絡(luò)，與理論分析結(jié)果完全吻合。

2.4 無(wú)源器件功率容量分析

當(dāng)?shù)罔F室內(nèi)分布系統(tǒng)中的無(wú)源器件功率容量不足時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致無(wú)源器件的互調(diào)指標(biāo)變差，從而產(chǎn)生系統(tǒng)間的干擾問(wèn)題。根據(jù)某地鐵線路現(xiàn)網(wǎng)情況，測(cè)算12個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)頻段的峰值功率，在減去POI合路損耗后，POI輸出口處第一級(jí)器件的峰值功率已經(jīng)達(dá)到1 482.02 W。如表4所示。endprint

綜合考慮地鐵現(xiàn)有使用系統(tǒng)及未來(lái)預(yù)留系統(tǒng)的最大載波配置情況，確保無(wú)源器件的功率容量滿足系統(tǒng)要求，故POI輸出口之后的前三級(jí)的無(wú)源器件需采用高功率器件。節(jié)點(diǎn)單系統(tǒng)輸入功率大于33 dBm時(shí)，建議采用平均功率容限500W@-150dBc的高品質(zhì)器件；小于33 dBm時(shí)，可采用平均功率容限300W@-140dBc的普通型器件。

3 地鐵民用通信系統(tǒng)干擾解決方案及驗(yàn)

證分析

3.1 POI合路干擾問(wèn)題解決方案

結(jié)合以上分析結(jié)果，在不改變POI設(shè)備技術(shù)參數(shù)指標(biāo)的情況下（POI設(shè)備互調(diào)指標(biāo)為-150dBc@2*43dBm），想要避免互調(diào)干擾的發(fā)生，主要的方案思路是減少系統(tǒng)間互調(diào)組合以及避免各網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上下行在同一條分布系統(tǒng)線纜中傳送，故具體可采用以下三種方案：

（1）方案一：移動(dòng)FDD-LTE 1.8G與聯(lián)通、電信1.8G分纜

針對(duì)1.8 GHz頻段的相互干擾情況，通過(guò)調(diào)整移動(dòng)FDD-LTE 1.8G下行單獨(dú)使用一路天饋，電信、聯(lián)通FDD-LTE 1.8G使用另一路天饋，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)TD-LTE 2.3G、移動(dòng)TD-LTE 2.6G、聯(lián)通WCDMA、電信FDD-LTE 2.1G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的MIMO功能。此方案將移動(dòng)FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)與電信、聯(lián)通FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)徹底分開(kāi)，接入不同的天饋系統(tǒng)，可避免1.8 GHz系統(tǒng)間存在的互調(diào)干擾。另外，可以不影響其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的MIMO性能。

（2）方案二：電信FDD-LTE 1.8G與移動(dòng)FDD-LTE 1.8G上下行分纜

針對(duì)電信FDD-LTE 1.8G頻段嚴(yán)重受干擾問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整電信FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)為上下行分纜，規(guī)避頻段組合互調(diào)產(chǎn)物對(duì)其造成的互調(diào)干擾，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)TD-LTE 2.3G、移動(dòng)TD-LTE 2.6G、聯(lián)通WCDMA、電信FDD-LTE 2.1G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的MIMO功能。此方案將電信FDD-LTE 1.8G與移動(dòng)FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)的下行系統(tǒng)接入同一路天饋，可避免移動(dòng)FDD-LTE 1.8G自身產(chǎn)生的互調(diào)干擾，同時(shí)也可規(guī)避移動(dòng)FDD-LTE 1.8G與電信FDD-LTE 1.8G組合產(chǎn)生的互調(diào)干擾。另外，對(duì)其他LTE系統(tǒng)而言，可將移動(dòng)FDD-LTE 1.8G與電信FDD-LTE 1.8G產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)減弱3 dB強(qiáng)度，進(jìn)一步提升其他系統(tǒng)的干擾指標(biāo)。

（3）方案三：LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部調(diào)整為上下行分纜方式

前期已開(kāi)通的地鐵線路采用的POI均為上下行分纜方式，2G/3G系統(tǒng)已是分纜系統(tǒng)，本方案在此基礎(chǔ)上，將所有LTE系統(tǒng)也調(diào)整為上下行分纜系統(tǒng)，可采用后臺(tái)修改RRU通道參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本方案將所有系統(tǒng)全部進(jìn)行上下行信號(hào)分離，下行產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)無(wú)法進(jìn)入上行，可有效抑制互調(diào)干擾，徹底杜絕干擾問(wèn)題的發(fā)生。

3.2 干擾驗(yàn)證分析

根據(jù)以上方案，對(duì)某地市存在干擾問(wèn)題的地鐵線路進(jìn)行實(shí)際調(diào)整驗(yàn)證，確定是否與理論分析一致。由于LTE網(wǎng)絡(luò)RRU設(shè)備均為兩路射頻輸出端口，為了將信號(hào)做上下行分離，故定義端口1為A（發(fā)射）、端口2為B（接收），簡(jiǎn)稱A發(fā)B收。

（1）聯(lián)通驗(yàn)證方案

聯(lián)通、電信及移動(dòng)的FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)分別改為A發(fā)B收模式（即采用上下行分纜）后，觀察方案實(shí)施前后后臺(tái)干擾對(duì)比分析、前臺(tái)業(yè)務(wù)指標(biāo)測(cè)試對(duì)比分析。

1）方案實(shí)施前后后臺(tái)監(jiān)控干擾對(duì)比

WCDMA：電信FDD-LTE 1.8G修改收發(fā)模式后，聯(lián)通WCDMA干擾水平恢復(fù)正常，如圖2所示。

FDD-LTE 1.8G：電信FDD-LTE 1.8G修改收發(fā)模式后，聯(lián)通FDD-LTE 1.8G干擾水平恢復(fù)正常，如圖3所示。

2）方案實(shí)施前后前臺(tái)測(cè)試指標(biāo)對(duì)比

WCDMA：修改收發(fā)模式前后WCDMA上傳下載速率提升明顯，如表5所示：

FDD-LTE 1.8G：修改收發(fā)模式前后FDD-LTE 1.8G下載速率下降50%，上傳速率略有提升，如表6所示。

分析：針對(duì)三家運(yùn)營(yíng)商1.8 GHz頻段，任意兩家若改成A發(fā)B收模式后，都會(huì)減少對(duì)聯(lián)通和電信FDD-LTE 1.8G上行頻段干擾。上述聯(lián)通的測(cè)試方案為聯(lián)通、電信各自改成A發(fā)B收模式，聯(lián)通FDD-LTE 1.8G因失去MIMO模式而下行速率減半，同時(shí)上行干擾減小而上行速率略有提升。因目前LTE上行業(yè)務(wù)需求較少，下行速率對(duì)用戶感知影響較大，所以聯(lián)通可以在降低干擾指標(biāo)的情況下考慮保留FDD-LTE 1.8G MIMO模式。

（2）電信驗(yàn)證方案

結(jié)合聯(lián)通、移動(dòng)對(duì)FDD-LTE 1.8G系統(tǒng)的調(diào)整步驟，觀察方案實(shí)施前后業(yè)務(wù)指標(biāo)測(cè)試對(duì)比分析情況，如表7所示。

分析：針對(duì)三家運(yùn)營(yíng)商1.8 GHz頻段，任意兩家若改成A發(fā)B收模式后，都會(huì)減少對(duì)聯(lián)通和電信FDD-LTE 1.8G上行頻段干擾。電信第一次調(diào)整，僅修改聯(lián)通FDD-LTE 1.8G為A發(fā)B收，電信FDD-LTE 1.8G頻段上行干擾無(wú)法消除，故電信上行速率較低；第二次調(diào)整，因同時(shí)修改聯(lián)通和電信FDD-LTE 1.8G為A發(fā)B收，各自頻段上行干擾消除，故電信FDD-LTE 1.8G上行速率提升明顯；第三次調(diào)整，同時(shí)修改移動(dòng)、電信和聯(lián)通FDD-LTE 1.8G為A發(fā)B收，滿足任意兩家改為A發(fā)B收的情況，故和第二次調(diào)整效果相同。

（3）驗(yàn)證實(shí)施方案結(jié)論

通過(guò)驗(yàn)證分析表明，在移動(dòng)FDD-LTE 1.8G調(diào)整A發(fā)B收后，電信和聯(lián)通FDD-LTE 1.8G任意一家改為A發(fā)B收，都可以消除各自的上行干擾，同時(shí)也可以減輕對(duì)方的干擾。如運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部修改為收發(fā)分纜后，干擾問(wèn)題基本可以解除，如表8所示。

4 減少干擾的建議endprint

根據(jù)以上理論分析與實(shí)際驗(yàn)證情況表明，運(yùn)營(yíng)商在地鐵民用通信中所有接入網(wǎng)絡(luò)采用上下行分纜后，可以有效地減少相互干擾問(wèn)題。由于現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)商頻率資源非常有限，針對(duì)地鐵這種特大型高話務(wù)高流量場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商之間很難協(xié)商進(jìn)行頻段組合優(yōu)化，4G網(wǎng)絡(luò)更加注重MIMO的高流量效果，故建議通過(guò)以下手段進(jìn)行解決：

（1）頻段組合方面

1）運(yùn)營(yíng)商所有系統(tǒng)接入后，互調(diào)干擾問(wèn)題不可避免，而互調(diào)產(chǎn)物的強(qiáng)度與信源設(shè)備發(fā)射功率有關(guān)，在保持系統(tǒng)覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)不變的前提下，可采用降低各網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)射功率的方法來(lái)降低互調(diào)干擾強(qiáng)度。

2）移動(dòng)開(kāi)啟FDD-LTE 1.8G后，三家運(yùn)營(yíng)商頻率組合互調(diào)都對(duì)電信、聯(lián)通FDD-LTE 1.8G干擾嚴(yán)重。經(jīng)測(cè)試，該頻段前10 M對(duì)電信聯(lián)通的干擾尤為嚴(yán)重，如移動(dòng)引入該頻段，可采用由高到低的方式使用該頻段。

3）聯(lián)通WCDMA低頻部分受干擾較嚴(yán)重，且存在自身下行信號(hào)與其他系統(tǒng)的三階互調(diào)影響自身上行信號(hào)的情況，建議優(yōu)先將聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)進(jìn)行上下行分離配置或使用較高頻率部分進(jìn)行配置。

4）移動(dòng)TD-LTE（F）頻段干擾不能夠通過(guò)移頻或減少系統(tǒng)完全解決，可以通過(guò)上下行分纜建設(shè)模式避免干擾，不建議開(kāi)啟系統(tǒng)MIMO功能。

5）如運(yùn)營(yíng)商為了高流量均需開(kāi)啟LTE網(wǎng)絡(luò)MIMO功能，則只能通過(guò)降低系統(tǒng)干擾指標(biāo)門(mén)限來(lái)解決。

（2）施工工藝方面

1）地鐵內(nèi)分布系統(tǒng)的施工工藝對(duì)于系統(tǒng)的綜合互調(diào)性能影響巨大，線纜接頭安裝、天線器件安裝、饋線彎曲半徑必須符合相關(guān)施工規(guī)范要求。

2）由于直角彎頭器件的互調(diào)指標(biāo)不穩(wěn)定，故地鐵內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)盡量避免使用。

3）地鐵站廳分布系統(tǒng)互調(diào)應(yīng)大于-110dBc@2*43dBm，系統(tǒng)綜合互調(diào)應(yīng)達(dá)到-125dBc@2*43dBm。

4）地鐵隧道分布系統(tǒng)互調(diào)應(yīng)大于-120dBc@2*43dBm，系統(tǒng)綜合互調(diào)應(yīng)達(dá)到-135dBc@2*43dBm。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)已開(kāi)通和在建待開(kāi)通的地鐵線路越來(lái)越多，未來(lái)幾年地鐵將呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，三家運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行地鐵民用通信覆蓋建設(shè)初期，不能只關(guān)注自身的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求而隨意增加補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)，還應(yīng)該重點(diǎn)考慮相互之間的干擾問(wèn)題進(jìn)行有效規(guī)避；運(yùn)營(yíng)商在后續(xù)的項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要互相兼顧，重點(diǎn)通過(guò)上下行信號(hào)分離以及頻段選擇來(lái)減少干擾問(wèn)題。在新建項(xiàng)目中，針對(duì)性地在設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品采購(gòu)、施工工藝等方面做進(jìn)一步提升來(lái)防止干擾問(wèn)題。另外，POI設(shè)備的互調(diào)指標(biāo)還需要廠家努力開(kāi)拓創(chuàng)新工藝技術(shù)，做進(jìn)一步提升。本文基于理論結(jié)合實(shí)際的分析推理，提出目前POI合路后的干擾解決方案，方案經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證測(cè)試，論證結(jié)果符合實(shí)際情況，能較好地解決運(yùn)營(yíng)商協(xié)同處理干擾問(wèn)題。

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