当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

WCDMA与GSM基站共址的覆盖


R 专业研究 ????????????????????????????
e s e a rc h & Exp lo ra t io n

WCDMA 与 GS M 基站共址的 覆盖、 容量和干扰分析
刘 浩 程朝晖 中国网络通信集团公司工程师 中国网络通信集团公司湖北省分公司主管工程师
摘 要 : 经 过 对 WCDMA 和 GSM 的 小 区 覆 盖 半 径和站距的分析, 阐明了目前的 GSM 系统站址 基 本 满 足 WCDMA 系 统 站 址 的 数 量 和 位 置 要 求。另一方面, 从分析 WCDMA 和 GSM 共站时 的 干 扰 模 型 出 发 , 介 绍 了 WCDMA 和 GSM 基 站共址时干扰的计算方法和解决建议。 关键词: 基站共址, 小区覆盖半径, 站距, 杂散, 阻塞, 噪声基底, 天线隔离度

为了实现 GSM 移动通信网平滑过渡到 WCDMA 移动通 信网, 基站共址已经被网络运营商做为最佳的选择。基站共 址一方面可以减少资源浪费, 节约网络建设成本, 另一方面 可以保证设备管理和未来升级的方便。 基站共址着重要考虑

GSM 系统的基站对于 WCDMA 系统的覆盖和容量的影响,
以及 GSM 系统和 WCDMA 系统的相互干扰问题。 基于此, 为 便于开展 WCDMA 网络规划, 本文对这几个问题进行探讨。

Abs tract: Through analysis of coverage radius and station spacing on GSM and WCDMA net- work, this article concludes that the quantity and location of existing GSM base station sites can meet the requirements of WCDMA systems for co- location. On the other hand, the article ana- lyzes the interference models between co- located WCDMA and GSM systems, and then proposes methods for calculating the interference between systems and suggestions for solve the problem. Key Words : co- location, coverage radius, station spacing, spurious emission, blocking, noise floor, isolation

1 GS M 站 址 对 于 WCDMA 系 统 的 覆 盖、 容量分析
覆盖和容量分析是在满足一定容量条件下, 从受限的 上行覆盖出发, 通过链路预算, 计算出允许的最大路径损 耗, 并在合适的校正传播模型下得到最大覆盖距离。 1 给 表 出了 WCDMA 和 GSM 在不同环境下的业务覆盖能力。 表 1 表 明 在 WCDMA 和 GSM 共 址 时 , WCDMA CS

64 kbit/s 小 区 覆 盖 半 径 小 于 GSM 的 覆 盖 半 径 , 但 是 由 于 WCDMA 在建网初期覆盖受限, 拥有容量大的优势, 而 GSM
表 1 WCDMA 系统和 GS M 系统的业务覆盖能力
覆盖分析 典型环境 密集城区 一般城区 效区 农村

单位: km
W M CD A CSM 800 1
小区覆盖半径

W M CD A CS1 2.2 kbi t /s 0.5 0.7 2.4 9.5

W M CD A CS64kbi t /s 0.4 0.6 2 7.9

CSM 900
小区覆盖半径

小区覆盖半径 小区覆盖半径

0.98 1 .55 4.5 21 .87

0.44 0.84 2.77 1 4.43

52

MS TT Sep tember 2 0 0 8

?????????????? ??????????????

M 现代电信科技

ODERN SCIENCE & TECHNOLOGY OF TELECOMMUNICATIONS

系统受限于容量, 目前主要通过小区分裂来满足日益 增长的容量需要, 在现实中的布站要比理论计算小得 多, WCDMA 系统和 GSM 系统站距比较如表 2。
表 2 WCDMA 系统和 GS M 站距比较
W M 覆盖半径 CD A
密集城区 一般城区 效区

式进行计算: ( ( ( Ptx Fi) - MCL Fi) ≤Iext Fi) 其 中 : Fi 是 考 虑 的 频 率 ; Ptx Fi) 是 产 生 干 扰 的 ( ( 发射机在频率 Fi 上的发射功率; MCL Fi) 是在频率

单位: km
G 站距 SM 500 ̄ 600

W M 站距 CD A 760 1 500 4 900

Fi 上发射机 和接收机之 间的隔离度 ; Iext 是 在 频 率 Fi 上被干扰接收机可接受的最大干扰电平。
定义 Wout 为干扰基站天线连接处输出的杂散 辐射电平 ,Wi 为干扰电平的可测带宽, WB 为被干扰 ( 系统的信道带宽, 将 Ptx Fi) 换算成被干扰系统信道 带宽的计算方法如下: ( ( Ptx Fi) = Wout- 10log Wi/WB)

51 0 980 3 290

1 1 00 ̄ 1 200 1 850 ̄ 2 050

从 表 2WCDMA 和 GSM 的 站 距 可 知 , WCDMA 在 上 行 容 量 负 载 为 50%, 保 证 CS 64 kbit/s 业 务 连 续 覆 盖 条 件 下 , 目 前 的 GSM 系 统 站 址 基 本 满 足

2.1.2 互调干扰
互调干扰是由于系统的非线性导致多载频的合 成 产 生 的 互 调 产 物 落 到 相 邻 WCDMA 系 统 的 上 行 频段, 使接收机信噪比下降, 主要表现为 WCDMA 系统信噪比下降和服务质量恶化。由两个相同强度 的载波产生的三阶互调干扰可表示如下: ( IMP3 dBm) =3PIN- 2×TOI

WCDMA 系统站址的数量和位置要求。

2 GS M 和 WCDMA 共 站 的 干 扰
分析
2.1 干扰的数学模型
对被干扰系统来说有三种性能损失需要考虑: 接收机灵敏度降低、 互调干扰 即 IMP 干扰) 和接收 ( 机过载。从干扰站接收的杂散辐射信号将导致接收 机灵敏度降低, 而从同址站接收到的所有载频的合 成造成了 IMP 干扰, 接收机过载的原因是接收机收 到的总信号功率太大。为了将这些性能损失降到最 小而不修改现有发送和接收单元, 在同站址的 GSM 系统和 WCDMA 系统之间需保持适当的隔离。 这三种性能损失对应的主要干扰分别为杂散干 扰、 互调干扰和阻塞干扰。 下面我们分别阐明这三种 干扰的数学模型。

PIN 为被干扰基站接收机输入端的干扰载波电
平; TOI 为接收机输入端定义的三阶截止点 dBm) , ( 与接收机本身的特性有关。因此为了尽量减小三阶 互调干扰, 应降低 PIN, 根据式 :

PIN=CA- EIMP3- LR_B
所以当允许的三阶互调干扰一定时, 天线隔离 度由下式决定:

EIMP3=CA- LR_B-( IMP3+2×TOL) /3
其中 CA 为干扰基站天线连接处的最大载波发射 功率 dBm ; LR_B 为被干扰基站的接收滤波器在干扰 ( ) 基站发射带宽内的衰减 dB ; EIMP3 为天线隔离度。 ( )

2.1.1 杂散干扰
如果干扰基站在被干扰基站接收频段内的杂散 辐射很强, 并且干扰基站的发送滤波器没有提供足 够的带外衰减 滤波器的截止特性不好) , 将会导致 ( 接收机灵敏度降低, 降低的原因是由于接收机噪声 基底的增加, 从干扰基站的天线连接处输出的杂散 辐射经两个基站间的一定隔离而得到衰减, 因此被 干扰基站的天线连接处接收到的杂散干扰按以下公

2.1.3 阻塞干扰
当较强功率加于接收机端时, 可能导致接收机 过载, 使它的增益下降。为了防止接收机过载, 从干 扰基站接收的总的载波功率电平需要低于它的

1 dB 压缩点。天线隔离度方面有以下要求: E 阻隔 =CP_A- LR_B- CP_B
其 中 , CP_A 为 干 扰 基 站 天 线 连 接 处 的 载 频 总 功 率 ( dBm) ; LR_B 为被干扰基站的接收滤波器在干扰基

现代电信科技

2 0 0 8 年 9 月第 9 期

53

R 专业研究 ????????????????????????????
e s e a rc h & Exp lo ra t io n

站发射带宽内的衰减 ( dB) ; CP_B 为被干扰基站天 线连接处接收到的载频总功率 ( dBm) ; E 阻隔为天 ( 线隔离度 dB) 。 一般来说, 三种干扰中最严重的是杂散干扰, 只 要杂散干扰能够避免, 阻塞干扰和互调干扰一般也 可以避免。

表 3 WCDMA 主要频段与移动现有的 GS M 网络的频段
系统 上行频段 M z) ( H 下行频段 M z) ( H

G 900 SM G 1 800 SM W M CD A

885 ̄ 91 5 1 71 0 ̄ 1 755 1 920 ̄ 1 980

930 ̄ 960 1 805 ̄ 1 880 2 1 1 0 ̄ 2 1 70

可。目前大部分现网中的 GSM900 基站性能满足且 优于 R99 协议中的共站要求, 对工程中空间隔离的 要求非常低, 因此本文不再详细论述。 对 GSM1800 系 统 来 说 , 其发射频段距离

2.2 天线隔离准则
为保证好的系统性能, 上述三种性能下降必须 避免或最小化。因此必须保证两个同址基站的天线 间有好的隔离度。一般来说工程上对以上三种干扰 应遵守以下准则: ( 1) 被干扰基站从干扰基站接收到的杂散辐射 信号强度应比它的接收噪声底限低 10 dB。 假设被干扰基站的接收噪声底限为 NB dBm) , ( 干扰基站的杂散辐射在被干扰基站的接收机处引入 的噪声功率为 NI dBm) , NI≤NB- 10 dB。 ( ( 2) 在被干扰基站生成的三阶互调干扰 IMP3) ( 电平应比接收机噪声限低 10 dB, 原因与第一条准 则相同。 ( 3) 受干扰站从干扰站接收到的总载波功率应 比接收机的 1 dB 压缩点低 5 dB, 这主要是因为工程 上为了避免放大器工作在非线性区, 常把工作点从

WCDMA 频段的接收频段间隔较近, 两系统临界处 WCDMA 为上行频率, GSM1800 为下行频率, 下行功
率相对较大, GSM1800 基站发射通道的带外杂散信 号很容易落在 WCDMA 基站的接收通道内, 会抬高

WCDMA 基站接收噪声的电平, 使 WCDMA 系统上
行链路变差、 灵敏度降低, 影响网络覆盖。 另外, 信号 过载或互调干扰也会导致系统性能的下降。所以问 题主要集中在 GSM1800 与 WCDMA 之间的干扰上。

2.3.1 GSM1800 对 WCDMA 的影响
( 1) 杂散干扰

WCDMA 接收机的噪声基底为:
( ( ( Nfloor dBm) =NO dBm/Hz) +W(dBHz) +NF dB) 在上式中: NO 为噪声谱密度, 它是由于电子的 热运动产生的, 计算公式为 NO=KT。 K 是波尔兹曼 常 数 ( 等 于 1.38 ×10- 23J/K) , T 是 绝 对 温 度 ( 为 290K) , 由于 J=W×s, 1W=1000 mW=30 dBm, 将

1 dB 压缩点回退 5 dB。
如果系统间的隔离度能够满足以上准则, 受干 扰系统的接收机的灵敏度将只下降 0.5 dB 左右, 这 对于绝大多数通信系统来说都是可以接受的。

KT 转换成 dBm 得到: NO=KT=10log ( 1.38×10- 23×290) +30 dBm×s =- 174 dBm×s W 为 WCDMA 系统的带宽, 其值为 3.84 MHz,
即 10log 3840 kHz) =65.8 dBHz。 (

2.3 WCDMA 与 GS M 系统间的干扰与隔离分析
综上所述, 产生干扰的最终原因与共址站之间 的天线隔离度有很大关系。为了将性能损失降到最 小而不修改现有的发送和接收单元, 在共址站间需 要保持适当的隔离。 从表 3 可以看到, 如果 GSM 和 WCDMA 共站建 设, GSM900 系统由于离 WCDMA 频段较远, 系统间 不存在互调干扰, 只要基站符合 R99 协议中对共站 时的带外杂散 辐射要求 , 即 < - 96 dBm/100 kHz 即

NF 为 WCDMA 接收机的噪声系数, 用于度量信
号通过接收机后, SNR 降低的程度。噪声系数属于接 收机本身的属性。WCDMA 基站接收机的噪声系数为

4 dB 左右。因此, WCDMA 基站接收机的噪声基底为:
( Nfloor dBm) =- 174+65.8+4=- 104 dBm

GSM 技术规范有新旧两个版本, 它们对工作带

54

MS TT Sep tember 2 0 0 8

?????????????? ??????????????

M 现代电信科技

ODERN SCIENCE & TECHNOLOGY OF TELECOMMUNICATIONS

表 4 不同版本 GS M 技术规范对工作带外杂散的要求
G 版本 SM 05.05.v8.4.1( 旧) 05.05.v8.5.1( 新)
极限值

为 8 dB。 因 此 , GSM1800 基 站 接 收 机 的 噪 声 基 底 为 ( Nfloor dBm) =- 174+53+8=- 113 dBm。 根据 3GPPTS25.104V3.10.0 规范, 在 共址情况 下, WCDMA 基站在 1 710 MHz~1 785 MHz 频 段的 杂散不应大于 - 98 dBm/100 kHz, 其测量带宽为

- 29 dBm/3.84 M z H - 80 dBm/3.85 M z H

外杂散的要求具体如表 4 所示。 根 据 以 上 天 线 隔 离 准 则 , GSM1800 基 站 与

WCDMA 基站天线之间的隔离度至少应为:
( E 杂隔 =- 29-( - 104- 10) =85 dB 旧版本) ( E 杂隔 =- 80-( - 104- 10) =34 dB 新版本) ( 2) 互调干扰 每个接收机都被设计为在特定的带宽内正常工 作, 如果接收到的信号落入这个带宽, 它的强度会被 增强, 反之则被衰减, 从某种意义上说接收机相当于 一个带通滤波器, 它对通带内的信号均有增益, 而对 带外信号则是高衰减, 这种衰减程度取决于接收机的 设计和载波与通带的频率差异。 有些时候输入载波的 频率可能偏离通带几十兆赫, 接收机基本上可以将这 ( 些信号完全滤除 衰减一般都在 60 dB 以上) 。

100 kHz, 换 算 为 GSM 系 统 的 带 宽 即 为 - 98+10log
( 200 k/100 k) =- 95 dBm/200 kHz。 根 据 以 上 天 线 隔 离 准 则 , WCDMA 基 站 与

GSM1800 基站天线之间的隔离度至少应为: E 阻隔 =- 95-( - 113- 10) =28 dB
( 2) 互调干扰 同 样 的 , 由 于 WCDMA 的 下 行 频 段 ( 2 110

MHz~2 170 MHz) 中任意两个或三个载波经过非线
性后产生的多种 IMP3 频率, 如:( 2f1- f2) 、 2f1+f2) ( 等 都 不 会 偏 离 GSM1800 的 上 行 频 段 1 710 MHz~ (

1 755 MHz) , 并且偏离达几百兆赫, 因此 WCDMA 系
统的互调不会对 GSM1800 产生干扰。 ( 3) 阻塞干扰

GSM1800 下 行 频 段 中 任 意 两 个 或 三 个 载 波 经
过 非 线 性 后 产 生 的 多 种 IMP3 频 率 也 不 会 落 入 ( WCDMA 的 上 行 频 段 1 920 MHz~1 980 MHz) 中 , 并且偏离达几十至几百兆赫, 因此 GSM1800 系统的 互调也不会对 WCDMA 产生干扰。 ( 3) 阻塞干扰 根据 WCDMA 的规范, 当与 GSM1800 系统共址 时, 在 921 MHz~960 MHz, 1 805 MHz~1 880 MHz 频段内可允许 16 dBm 的阻塞干扰存在 ( 此时有用 信号的功率在 - 115 dBm 以上) 。假设 GSM1800 基 站 的 最 大 发 射 功 率 为 43 dBm, 则 WCDMA 与

WCDMA 系统下行频段与 GSM1800 上行频段相
( 差 约 几 百 兆 赫 , 根 据 GSM 标 准 GSM05.05, Section

5. 1) 可知当 GSM 的带外阻塞指标为 3 MHz< |f- f0|
时, 阻塞干扰应小于 - 13 dBm, 工程上要求比阻塞门 限再小 5 dB, 即 - 18 dBm。假设 WCDMA 基站的最大 发射功率为 43 dBm, 若不考虑天馈线设备的增益和 衰耗, 则隔离至少为: E 阻隔 =43+18=61 dB。

3 GS M 和 WCDMA 共 站 干 扰 的
主要解决方法
根据以上考虑, 工程上解决 GSM 与 WCDMA 共 址时它们之间的干扰主要有以下几种方法。 ( 1) 空间隔离。 解决加性噪声干扰和接收机阻塞 以及互调干扰都是有效的, 隔离的大小取决于各个 干扰所需要的最大隔离度, 空间隔离应充分利用铁 塔平台的隔离和建筑物的隔离, 尽量采用垂直隔离。

GSM1800 天线间隔离至少为: E 阻隔 =43- 16=27 dB 2.3.2 WCDMA 对 GSM1800 的影响
( 1) 杂散干扰 与 上 节 的 计 算 方 法 一 样 , N 仍 为 - 174 dBm, ( GSM1800 系统的 带宽 W 为 200 kHz, 即 10log 200

kHz) =53 dBHz; GSM 基站接收机的噪声系数一般取

现代电信科技

2 0 0 8 年 9 月第 9 期

55

R 专业研究 ????????????????????????????
e s e a rc h & Exp lo ra t io n

从前面的叙述可以得到 , 若为旧版本 GSM1800 系 统 时 , 两 系 统 之 间 最 大 的 干 扰 为 GSM1800 对

( 2) 天线调整, 适当调整两系统的功率和扇区天 线方位间的位置和角度, 保证水平背向一定角度来 减少天线间的路径增益和增加空间隔离度。 ( 3) 加装高性能的双工滤波器, 改善发射性能, 提高带外滤波特性, 降低带外杂散信号的强度。 带来 的影响是增加了 0.2 dB 左右的链路损耗 滤波器插 ( 损) 。 ( 4) 共馈缆。 GSM 基站 和 WCDMA 基站通过 双 频合路器合路后共馈线到塔顶, 再通过双频分路 器分路到达各自的天线系统。通过两个合路器叠 加增加一 定的隔离度 , 但 同 时 也 带 来 了 0.4 dB 左 右的插损。 ( 5) 保护频带。在 WCDMA 与其他无 线系统共存时保护频带是解决邻频干扰 的有效措施之一。但保护频带大小的确定 和保护频带的预留是一个十分复杂的过 程, 并受到许多因素的限制。正常情况下, 当不考虑预 留保护带时 , WCDMA 载频间 保护频带是 0 , 但若考虑保留 隔是 5 MHz。 一定的保护带以减少与其他系统共存时 的相互干扰, 若在频率分配时没有预留额 外保护频带, 这时就不得不压缩一些
> 1 .5 > 0.3

WCDMA 的杂散干扰, 隔离要求为 85 dB。若为新版
本, 最大的干扰则为 WCDMA 对 GSM1800 的阻塞干 扰, 隔离度要求为 61 dB, 工程中只要能满足最大干 扰的隔离要求, 其他干扰也能满足。采用双斜率传 播模型分析基站天线间的传播损耗, 根据经验公式: ( ( E 水 平 =22+20lg d ) , E 垂 直 =28+40lg d ) λ λ ( d 为隔离距离, λ 为波长) 可计算出两种情况下所需的最大隔离度和天线隔离 距离, 如表 5 所示。

表 5 不同版本 GS M 技术规范最大隔离度和天线隔离距离
G 版本 SM 05.05.v8.4.1( 旧) 05.05.v8.5.1( 新)
最大隔离度 dB ( ) 水平隔离距离 m ( ) 垂直隔离距离 m ( )

85 61

21 2 1 3.4

4 1

表 6 基于目前主流 WCDMA 厂家设备指标计算出来的隔离要求
旧 G 1 800 SM 隔离形式 水平 垂直 隔离度 dB ( ) 隔离距离 m ( ) 新 G 1 800 SM 隔离度 dB ( ) 隔离距离 m ( )

> 84 > 84 > 3.8

> 42 > 42

此处的水平隔离未考虑干扰站和接收站的天线 方向性及增益等因素。 由表 5 可知, 若 GSM 系统满足新的技术规范要 求时, 天线的隔离要求比较低, 共址比较容易实现; 而当 GSM 系统为旧版本时, 天线的隔离要求较高, 要实现共址必须采用一定的方法降低干扰。 需要指出的是本文只是根据规范对接收机和发 射机的性能要求而提出的一种计隔离度算方法, 这 种要求是设备至少应满足的要求, 而各个厂家的设 备在这些指标上往往优于规范的要求, 见表 6 。 可以看出, 最终的隔离度和隔离距离要比以上 根据规范要求计算出来的隔离度和隔离距离小。在 实际网络规划中可根据设备实际的性能参数进行详 细计算。

WCDMA 载频间隔, 如将载频间隔 调整为 4.8 MHz, 4.6 MHz 等。不过, 预留频带保护同时会增
加本系统的邻频干扰导致系统容量损失。
MSTT
收稿日期: 2008- 08- 26

参考文献
1 张 传 福 等 .WCDMA 通 信 网 规 划 与 设 计 . 北 京 : 人 民 邮 电 出 版
社, 2007 2 陈行, 马璐 .WCDMA/GSM 共址时的干扰及其隔离度分析《移动通 . 信》 ,2006 年 11 期

56

MS TT Sep tember 2 0 0 8


相关文章:
WCDMA系统中无线接入网的测试(组图)
图1 WCDMA 系统无线接入网的测试配置 如图1中所示,NodeB 为基站,RNC 为无线接入...在 WCDMA NodeB 与 GSM900/DCS1800BTS 共址时, 为保护 WCDMA NodeB 接 ...
WCDMA网络的导频污染问题解决方案
共址.由于 GSM 网 络对高站的限制没有 WCDMA 网络那么严格,因此在需要共址...若导频污染发生在信号覆盖比较弱的地方,在导频 污染区建立新的基站.在导频...
WCDMA 2W
可在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖,是解决通信...与 TD-SCDMA BS 共址时) ≤-52dBm/1MHz (与 ...默认为本地连接,如果是短信通讯,则选择 GSM—MODEM...
更多相关标签: