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移动通信网络射频干扰分析


移动通信网络射频干扰分析
近年来,移动通信技术得到了迅猛的发展,发展前景十分广阔。但随着移 动用户的迅速增长,新技术不断得到应用,频率资源对蜂窝移动通信发展的制 约越来越大,射频资源日趋紧张,各种潜在干扰不断产生。干扰成为限制和影 响移动通信系统容量和质量的重要因素,移动通信网络的射频干扰问题是普遍 存在且必须解决的。因此,必须对不同的干扰进行分析,找到行之有效的方法 降低干扰。

1. 国内移动通信制式频率分配 .
解决射频干扰问题,首先要了解现有移动通信制式的频率分配。下面我们 对国内现有移动通信制式的工作频段划分进行介绍

1.1 GSM工作频段 工作频段
我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频 段。相邻两频道间隔为200kHz,每个频道采用TDMA方式接入,分为8个时隙, 即8个信道(全速率)。每信道占用带宽200kHz/8=25kHz。如果采用半速率话 音编码,每个频道可容纳16个半速率信道。 其中GSM900的工作频段为: 上行:890~915 MHz(移动台发、基站收) 下行:935~960 MHz(基站发、移动台收) 上下行信道双工收发间隔为45MHz,下行频道配置采用等间隔频道配置方 法,频道序号为1~124,共124个频点。其中1~95为中国移动使用,96~124 为中国联通使用。 DCS1800的工作频段为: 1710~1785 MHz(移动台发、基站收) 1805~1880 MHz(基站发、移动台收) 下行频道配置采用等间隔频道配置方法,频道序号为512-885,共374个 频点。目前512-561为中国移动使用,677~726为中国联通使用。

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下行880MHz~890MHz,上行925MHz~935MHz为GSM增补频段,频道号 为0,975~1023,目前国内GSM运营商并未使用,某些地区为专网使用。 1.2 IS95-CDMA工作频段 工作频段 中国联通开通的CDMA网络使用的工作频段为: 上行:825MHz~849MHz 下行:870MHz~894MHz 共分为799个频点,每一频点带宽为30K,频点号为1~799。由于CDMA信 号本身带宽为1.23MHz,因此一个CDMA信道需占用41个频点号。 上行824MHz~825MHz,下行869MHz~870MHz为CDMA增补频道,频点 号990-1023,现中国联通并未使用。 1.3 1900MHz小灵通工作频段 小灵通工作频段 在1900频段,中国电信在部分地区使用CDMA US PCS制式用于小灵通, 其上行频段为1850MHz~1910MHz,下行频段为1930MHz~1990MHz,频点号 为1~1199,每频点带宽50K,每一信道约占25个频点号。使用1900频段的PHS 小 灵 通 , 上 下 行 公 用 1895MHz ~ 1918MHz , 频 点 号 1 ~ 77 , 每 一 频 点 带 宽 300K,而小灵通信号本身带宽为200K,这是由于PHS公用上下行频率,每频点 带宽需高于信号带宽。 (Personal Handy-phone System, PHS) 1.4 第三代移动通信 第三代移动通信UMTS工作频段 工作频段 第 三 代 移 动 通 信 UMTS 制 式 使 用 上 行 1920MHz ~ 1980MHz , 频 点 号 为 9601~9899,每频点带宽200K,每个5M带宽UMTS信道占用25个频点号。 UMTS下行频段为2110MHz~2170MHz,频点号10551~10849。由于3G射频标 准尚未最终确定,其频段与频点号有可能变动。

2. 移动通信网络射频干扰的种类 .
根据移动通信信号的特点,可将其所受的干扰按照下面几种方法进行划 分:

2.1 根据频段划分:上行干扰和下行干扰 根据频段划分:
2.2.1 上行干扰

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定义为干扰信号在移动网络上行频段,外界射频干扰源对基站产生的干 扰。上行干扰会造成基站覆盖范围的降低。手机在无上行干扰的条件下,基站 能够接收较远处手机信号,当上行干扰出现时,手机信号需强于干扰信号,才 能与基站进行联络,因此,手机必须离基站更近。 2.1.2 下行干扰 是指干扰源所发干扰信号在移动网络下行频段,手机接收到干扰信号,无 法区分正常基站信号,使手机与基站联络中断,造成掉话或无法登记。

2.2 根据频点划分:同频干扰、非同频干扰 根据频点划分:同频干扰、
2.2.1 同频干扰 同频干扰是指所有落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的 干扰,亦称同信道干扰。这些无用信号和有用信号一样,在接收机中经放大, 变频而落到中频通带内,因此只要在接收机输入端存在同频干扰,接收系统就 无法滤除和抑制它。存在同频干扰的频率范围是 f 0 ± 频率, Br 为接收机中频带宽。
Br , f 0 为有用信号载波 2

图1 同频干扰图示 图1表示全向天线覆盖的两个同频率小区的同频干扰情况。A小区的移动台 会受到B基站发射机的干扰。两同频工作的基站之间的距离 D 称为同频复用距 离,同频复用距离与小区半径之比 q = D / R 称为同频复用比。同频复用比与小 区复用系数N的关系为:

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1 1? D? N = q2 = ? ? 3 3? R ?

2



D = 3N R

(2-1)

若A、B基站具有相同的设备参数,发射功率都为 PT (dBw),则移动台接收 机输入端信号和干扰功率电平分别为 C = PT ? LS (dBw) (dBw) (2-2) (2-3)

I = PT ? LI

式中, LS 和 LI 分别为经过距离 D ? R 和 R 的传呼损耗,传输损耗之比为
?D?R? LI ? LS = 10 × n ? lg? ? (dB) ? R ?

(2-4)

式中,n为路径损耗指数,在自由空间中传播时,n=2,在陆地移动通信的无线 路径传播时,n=4。 用dB表示的载波/干扰比为
C / I = ( PT ? LS ) ? ( PT ? LI ) = LI ? LS (dB)

(2-5)

取n=4,将式(2-4)代入式(2-5),得到
?D?R? ?D ? C / I = 40 lg? ? = 40 lg? ? 1? (dB) ? R ? ?R ?

(2-6)

2.2.2 非同频干扰 非同频干扰主要包括邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰、杂散干扰 邻频干扰: 邻频干扰: 邻频干扰指来自所使用信号频率相邻频率的信号干扰。邻频干扰是由于接 收滤波器不理想,使得相邻频率的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。邻频干 扰可以通过精确的滤波和信道分配而尽量减小。 远近效应: 远近效应:如果相邻信道的基站在离用户接收机很近的范围内发射,而接 收机使用预设信道的基站信号,这个问题就会变得很严重,这称作远近效应。

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当离基站很近的移动台使用的信道与一个弱信号移动台使用的信道为相邻信道 时,也会发生远近效应。(在UMTS系统中,由于所有的移动台使用同一频带, 远近效应影响更为明显,但UMTS系统使用良好的功率控制消除了远近效应的影 响)。 互调干扰 当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时,将互相调制产生新频率 信号输出,如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内,则构成对该接收机的 干扰,成为互调干扰。 互调干扰可能是外部信号与发射信号混合产生;也有可能完全是两个外部 信号产生,它们只是借助接收机的非线性器件来相互混合;有时,产生互调信 号的摇篮并不仅仅是接收机,非线性结合点有可能是附近生锈的屋顶或围墙, 当有高功率的无线电信号传送时,这种物理结构就像一个非线性器件一样,形 成互调干扰,而且这种互调影响会随天气条件变化。 阻塞干扰 任何接收机都有一定的接收动态范围,当频带外干扰信号强到一定程度, 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,从而 影响系统的接收性能,这类干扰称为阻塞干扰。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。 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), 导致总存在一定的带外辐射,这就是我们通常所称的发射杂散。由于发射杂散 产生的干扰称为杂散干扰。

3. 移动通信网络系统内的干扰抑制 .
在移动通信系统中,降低干扰是网络规划与优化的一个重要内容,但是也 是一个非常复杂的问题。除了增加复用距离、采用跳频技术和设置天线下倾角 等方法以外,还有以下几种方法可以抑制干扰: 同频基站天线高度尽量保持一致 当两个基站高度差别很大时,即使满足同频干扰小区的约束条件,也尽量

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不要分配相同的频率。以免引起高基站对低基站产生较强的同频干扰。 消除玻璃幕墙反射引起的同频(邻频) 消除玻璃幕墙反射引起的同频(邻频)干扰 在大城市中,由玻璃幕墙装饰的高层建筑会引起电波的强烈反射,这种反 射会导致远处的同频小区受到同频干扰。发生这种情况时,要调整天线方位角 设法避开玻璃幕墙的反射。 采用伞形方向图,减小同频(邻频) 采用伞形方向图,减小同频(邻频)干扰 将全向天线改为功分器(或耦合器)与定向天线的组合,同时调整定向天 线下倾形成伞形方向图,能够有效地减小同频干扰和远距离干扰。伞形方向图 也可以使用盘锥形天线来实现。另外,在丘陵地区,通常会存在覆盖盲区,但 是又不能将天线升到足够高以覆盖这些盲点并同时减小同频干扰,使用伞形方 向图,则可以增加天线高度并仍然可以减小同频干扰。

4.移动通信系统间的干扰 .
DCS1800与GSM900系统使用的频段不同,系统之间的影响很小。因此,移 动通信系统间的干扰主要为IS95-CDMA与GSM之间的干扰。

4.1 IS95-CDMA对GSM网络的干扰分析 对 网络的干扰分析
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)。纠其根本,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。 4.1.1 干扰模型 图2中给出了CDMA系统对GSM造成干扰示意:

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IS-95 800 UL 824-849MHz

IS-95 800 DL 869-894MHz

890-894MHz

GSM 900 UL 890-915MHz IS-95 TX IM3 844-919MHz

GSM 900 DL 935-960MHz

f

图2 CDMA对GSM系统干扰示意图 CDMA对GSM系统的干扰主要表现为: 内干扰: 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(如图3中A点); 带外干扰: 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(如图3中B点)。

图3 IS95-CDMA对GSM系统的干扰 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。故而在干扰分 析中不加考虑。

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4.1.2 干扰分析 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。 杂散干扰计算 计算模型如图4所示
CDMA TX-SYSTEM GSM RX-SYSYTEM

TX

FILTER

FILTER

RX

FREE AIR ATTENUATION

图4 干扰分析模型(两天线方向为正对) 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; 式中,Gantcdma:CDMA天线增益,17.1dBi; Acdmafilter:CDMA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馈线衰减都不超过3 dB,共6dB; Aconv:带宽转换因子,CDMA载波带宽1.25MHz,而GSM载波带宽 为200KHz,CDMA发射功率只有部分落入GSM带内,带宽转换因 子为10lg(Winterfered/Winterfering)=10*lg(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(参见图5)。 (4-1)

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图5 CDMA发射杂散抑制度 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6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。

图6 带通滤波器典型波形图

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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: VERTICAL: I = 28 + 40lg(Dv/λ) (4-2)

HORIZONTAL:I = 22 + 20lg(Dh/λ)-(GCDMA+GGSM) 其中: 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,而式(4-2)是针 对自由空间的结果,所以: I = Aair - (GCDMA+GGSM)> 43 dB; 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。 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: (3MHz<|f-f0|)<-13dBm CDMA发射机的最大发射功率为43dBm,同样参考式(4-1),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30dB),即: Pgsm - Pcdma = Gantcdma – Aair + Gantgsm – Agsmfilter – Afeed (4-3) 式中:Pcdma = 43dBm,Agsmfilter = 30 dB,Pgsm要求小于-13dBm,其 它参数参见前面的说明,故:

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Aair > 52.6dB 对比式(4-2),当满足抗杂散干扰要求时,必然满足阻塞干扰要求。

4.2 判断和测试 判断和测试CDMA干扰的存在 干扰的存在
4.2.1 如何判断 如何判断CDMA干扰的存在 干扰的存在 CDMA干扰会随着设备类型、所选配置及具体传输条件不同而不同,同时 GSM直放站也会造成类似的干扰现象,因此,应严格区别。 查看OMC的统计数据,主要是上行信道的质量统计,如:小区在话务量正 常条件下阻塞率高等。 小区上行IDLE信道的干扰电平是否上升。 确定被干扰的上行信道的频率范围。实测表明,CDMA 将干扰GSM的低端 频点,一般ARFCN从1-60左右;GSM直放站则可能干扰所有频点。 CDMA干扰一般是稳定的,因而除非CDMA基站关闭,否则干扰将稳定存 在。 若满足上述条件,则可初步判定CDMA干扰的存在。 4.2.2 CDMA干扰的定位 干扰的定位 利用频谱分析仪来测定CDMA干扰的存在。频谱仪需满足的基本条件为: 当 RBW ( 分 辨 率 带 宽 ) 设 置 为 10kHz 条 件 下 , 其 基 底 噪 声 至 少 要 小 于 120dBm,这样才可分辨出叠加在GSM频谱底噪声上的CDMA干扰。一般使用数 字频谱仪(如安捷伦E7475A)来测试CDMA干扰。

4.3 预防 预防CDMA干扰及解决干扰建议措施 干扰及解决干扰建议措施
通过以上分析,提出以下建议以供参考: 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; 联通CDMA基站发射端必须安装波形滚降特性良好的外置带通滤波器,以保 证带外辐射干扰最小; 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; 降低联通CDMA基站的发射功率;

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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; 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。

5. 其它 . 其它EMI杂乱干扰 杂乱干扰
除以上所述的干扰以外,还存在着大量的EMI杂乱干扰。EMI问题是日常经 常遇到的问题,任何电器设备,如果屏蔽不好,都或多或少向外发射杂乱的无 线电波。这种干扰频谱宽,幅度不定,定位困难,需要多种手段进行测试,发 现干扰源。最典型的就是宽频和点频直放站产生的干扰、电视增频器产生的干 扰以及电弧产生的干扰。 直放站干扰 直放站有宽频直放站和点频直放站。宽频直放站干扰实际上是一个宽频放 大器,它将整个移动上行或下行频带放大,实现信号覆盖。宽频直放站干扰是 日常最常见的干扰之一。宽频直放站有合法直放站和非法直放站之分,合法直 放站由于设置不好,造成对基站干扰,但常见的宽频直放站干扰大多数为非法 私自安装的直放站,这是因为劣质宽频直放站价格便宜,在人口密度大,信号 覆盖不好的场所经常私自安装。宽频直放站的干扰特点是频带宽,占据整个上 行,且幅度不稳定。 点频直放站也是放大上行信号的放大器,但与宽频直放站不同,点频直放 站仅工作在某一频率或几个频率上,因此产生的干扰比宽频直放站产生的干扰 小。有些点频直放站仅在有手机业务信号时才存在,形成的干扰是间歇的。从 频谱上看,点频直放站具有与正常手机信号相同的频谱,只是手机信号是瞬间 信号,点频直放站信号相对停留时间比较长。点频直放站一般价格较高,通常 不是非法直放站,而是运营商自身或运营商之间的直放站设置不好造成的。 电视增频器对CDMA上行干扰 电视增频器对 上行干扰 90年代以前出产的电视机都没有有线电视增补频道,随着有线电视日益普 及,许多家庭无法观看部分频道节目,有些家庭不愿更换电视机,于是购买价 格便宜的电视增频器。电视增频器实际上是一混频器,作用是将增补频道信号

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混频输出到电视机可接收的范围。增频器输出频率最高可达870M,因而对 CDMA上行频段形成干扰。随着CDMA网络的大规模开通,这一问题日益严重。 电弧电焊产生的杂乱干扰 大规模的各种电弧电焊同时工作,会产生大量的、间断的、频繁的宽带干 扰信号,使基站的噪声水平相应提高,灵敏度下降,使相对远离基站的移动台 接入成功率低,掉话率高,从而严重影响小区的网络指标。因而,如果在小区 覆盖范围内有大量使用电弧电焊的工厂,则要考虑这种杂乱干扰产生的可能 性。

6. 移动通信系统射频干扰的测试手段
凡是能对无线电频率进行分析的仪器都能测试干扰,通用的测试仪表为频 谱仪、场强仪、测试接收机等。针对移动通信网络,路测仪、移动基站本身的 网管系统也具有发现干扰的能力。基站测试仪、天馈线测试仪是测量基站自身 问题的手段。各种测试工具是相辅相成的关系,测试手段越齐全,越利于干扰 的查找。下面介绍干扰测试的常见仪器。 频谱仪 频谱仪是对频谱进行分析的仪器,是测试干扰最直观,最有效的手段。频 谱仪可以在频谱上非常直观地发现干扰,对干扰进行进一步分析和定量测试, 是干扰发现、干扰定性和干扰定量不可缺少的仪器。频谱仪不仅测试移动通信 频段干扰,对所能覆盖的整个测试频段内的信号都能分析,不仅能对干扰做定 性分析,还能准确地对干扰进行定量分析。但频谱仪操作复杂,价格较高,一 般在干扰发现问题后进行定性、定量测试。同时,频谱仪一般需要交流供电, 不便携。 场强仪 场强仪是测试无线电信号强度的仪器。场强仪具有专用天线,能精确测试 信号的场强值。场强仪便携小巧,使用电池工作,具有方便的定向功能,因此 经常用于外场干扰定位。但由于场强仪频谱分析功能较差,测试时很不直观, 发现干扰能力弱,干扰定性的能力也很差,一般是在频谱仪已经对干扰定性 后,进行干扰源的定位查找。此外,虽然场强仪能够精确测定场强值,可以对

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干扰进行定量分析,但其场强测试带宽一般低于150KHz,而GSM一个信道带宽 为200KHz,因此测量结果与实际情况有一定误差。场强仪对窄带固定频率的干 扰有较好的定位能力,但移动网络经常遇到宽频带干扰(如直放站)或间歇干 扰,使场强仪在移动通信领域的应用受到限制。 路测仪 路测仪是完全针对移动通信网络设计的功能强大的网络优化系统,能对移 动网络空中接口进行非常详细的分析。它可以利用电子地图,将网络的QoS同 地理位置相关,可以对空中二、三层协议解码与信令分析仪或网络优化软件配 合,深入诊断移动网络出现的故障。但使用路测仪查找射频干扰时,仅使用了 其频谱功能,由于其频谱功能仅覆盖被测试移动制式的频段,针对不同制式需 要不同的窄带测试接收机。路测仪的频谱功能是经软件处理后显示到电脑上 的,具有很高的灵敏度,发现干扰的能力很强,但是定量测试有误差。不具备 完整的频谱分析功能,由于不能测试移动带外频谱,对带外干扰不能进行分 析。路测仪一般利用车载进行测试,不便于外场携带,但路测仪有测试手机, 是发现下行同频干扰的最佳手段,这是其他测试仪器无可比拟的。 基站网管 基站网管系统随时监测非工作信道的功率电平,若有干扰信号存在,会产 生IOI告警。因此基站网管是发现上行干扰最有效最直接的手段。IOI告警一般 分为5级,1级最弱,在-110dBm左右,5级最强,在-70dBm以上。不同基站 设备供应商对IOI的分级有所不同,但都可以粗略了解干扰的强度。由于每个基 站的覆盖分3个扇区,因此IOI告警可以粗略指出干扰来自的方向。 基站测试仪与天馈线测试仪 基站测试仪与天馈线测试仪 基站测试仪与天馈线测试仪并不能测试干扰,但基站自身出现问题时,网 管系统经常产生IOI告警,此时利用其他手段可能无法发现干扰,需检查基站自 身设置或天馈线。 NetTek分析仪 分析仪 NetTek分析仪是泰克公司生产的一种便携式多功能分析仪,主要有以下功 能:频谱分析、干扰分析与定位、基站发信机指标测试、天馈线测试。

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NetTek分析仪加装频谱与干扰分析选件,使用电池供电(每块锂电池克测 试4小时),适于外场作业。可以显示频谱随时间的变化,能够对射频环境长期 监测,是发现干扰、干扰定性和干扰定位的很好的手段,同时可以分析间歇干 扰。 下面对几种测试工具进行简单的比较

7. 常见干扰的几个测试实例
实例1: 下行信号对GSM上行信号的影响 实例 :CDMA下行信号对 下行信号对 上行信号的影响 2001年底,随着联通CDMA网络全面进入运营,中国移动GSM网络在很多 城市出现上行IOI告警。通过实际测试发现,出现告警的中国移动基站与CDMA 基站遥相对应(图8-A),相距100m以内,且基站天线部分直对。用路测仪的 频谱功能,可得到图8-B的结果,从频谱看出,CDMA283信道下行信号向GSM 上行频段有20dB的明显抬升(-130dBm~-110dBm)。

图 8-A 中国移动与中国联通的基站

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图 8-B 路测仪的频谱图 利用NetTek测试仪,也可以测试上述影响。图8-C是利用NetTek测试仪的 底噪声电平测试功能测试到的频谱。

图 8-C NetTek测试仪测到的频谱图 实例2 实例 宽频直放站干扰 在某城市的一基站网管发现3级IOI告警,使用NetTek测试仪进行定点测 试。经过测试,得到图9-A所示频谱。可以看出,在888.6MHz到918.6MHz之 间30M的带宽上,存在强度达75dBm的强干扰。天线方向指向一商住小

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区。经查找,发现小区中一、二楼餐厅的歌舞厅,未经允许非法安装了宽频直 放站。

图 9-A 宽频直放站干扰频谱 查找宽频直放站,有两个难点。首先,干扰发现比较困难,非法直放站以 定向天线指向被干扰基站,最好将测试仪器直接接在被干扰扇区天馈线端口以 发现干扰频谱,如果条件不允许接入天馈线,干扰信号在空中是比较弱的宽带 信号,给干扰发现和定位造成一定困难。其次,非法宽频直放站一般安装在信 号难以覆盖的地区,在地面很难捕捉,测试点应尽量选在高处。 非法直放站大量存在,其频谱也基本相似。下面介绍几个宽频直放站频 谱,这些频谱总体上都是宽带底噪抬起。图9-B为叠加有正常GSM手机信号的 非法宽频直放站的频谱。图9-C为联通频段GSM非法直放站实测频谱。图9-D 为联通CDMA直放站干扰实测频谱。不过目前还没有非法CDMA直放站,通常是 联通自身直放站设置有问题。

图 9-B 叠加有正常GSM手机信号的非法宽频直放站的频谱

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图9-C 联通频段GSM非法直放站实测频谱

图9-D 联通CDMA直放站干扰实测频谱 实例3 实例 点频直放站干扰

图10-A 点频直放站的干扰频谱 图10-A为测试到的点频直放站的干扰频谱,该点频直放站为83号频点的 GSM点频直放站,但有时会跳至13号与26号频点(图10-B,图10-C),每天

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上午几乎没有干扰出现,下午开始出现,晚上达到最强,且一直持续到凌晨, 每天的情形几乎相同。最终查找到干扰源是移动公司自己的一个直放站,日久 失修,造成输出频率跳动,形成干扰。关掉直放站的电源,干扰信号消失。更 换直放站备板后工作正常。

图10-B

图10-C

实例4 实例 电弧电焊干扰

图11 电弧电焊干扰频谱测试图 某市一基站第一扇区自开通后,一直质量较差,网络优化和维护人员做了 大量的工作,曾两次更换频点,多次更换可以更换的硬件设备,均无任何改 善,基本断定存在上行宽带干扰。在该基站的接收天线处,进行上行频段的测 量,明显发现存在宽带干扰信号(图11),并通过定向天线,大致确定干扰来

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自的方向。进一步测量发现一个工厂的生产车间,定向天线指向该车间时,干 扰信号明显增强。当晚7时左右,工厂下班后,基站网管发现上行质量比白天有 所改善。经调查发现,该工厂有上百台各种电弧电焊同时工作,在900MHz频段 上产生了大量宽带干扰信号,导致基站噪声水平相应提高,灵敏度下降,使相 对远离基站的MS接入成功率低,掉话率高,严重影响了网络质量。 实例5 实例 CDMA强信号干扰 强信号干扰 当CDMA基站与GSM基站距离很近时,即使已安装波形滚降特性良好的外 置带通滤波器,带外杂散信号比较小。但由于距离很近,GSM接收到CDMA的 发射信号很强,因此,导致GSM接收机基底噪声抬高,对上行形成干扰。 图12-A为某GSM基站扫频结果,该基站附近30米左右即有一CDMA基站, 因此判定可能为CDMA基站干扰。

图12-A 在机房中,单独测量CDMA基站信号,发现带外杂散抑制良好。因此采取 在接收机端加带通滤波器的方法,观察是杂散干扰还是强信号干扰(如果是杂 散干扰,带通滤波器将无法滤除),采用GSM频段带通滤波器后,发现接收信 号呈现出正常打电话的情形,如图12-B所示,因此初步判定为强信号干扰。 接入带通滤波器后2小时的OMCR报告显示,小区掉话率等指标均恢复到正常范 围。

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实例6 实例 :CDMA杂散干扰 杂散干扰 某市GSM网络的一些区域存在上行干扰,通过干扰测试,测得此区域内 CDMA基站的发射功率频谱如图13所示。

图13 CDMA基站的发射功率频谱 由图中可以看出,CDMA信号的带外杂散非常严重,在频率为894.783MHz(频 率号24)时,仍然有-56dBm的功率电平。因此,必须在CDMA发射机接入滚降 特性良好的带通滤波器,解决干扰问题。

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实例7:广播电台占用 实例 :广播电台占用GSM隔离频段 隔离频段 在某市人民广场附近发现有广播台占用GSM隔离频段。具体如图14所示:

图14 GSM隔离频段的信号 图14中紫色标识和绿色标识之间为GSM隔离频段,两个信号中心频率分别 为917.4MHz和921.4MHz附近,带宽均为415KHz左右,电平高达-47dB和50dB。GSM隔离频段中强信号的存在,主要会导致以下两种影响: 过强的带外干扰917.4MHz信号会使GSM接收机基底噪声抬高,对GSM上行 高端频段造成干扰。 917.4MHz和921.4MHz的IM3干扰中的913.4MHz产物对频点117上行干扰。

8. 用频谱分析法测量数字信号电平
在数字电视、数字传输、数据通信中,其信号是采用多种调制方式的数字 信号,这时的数字信号电平已不能用一般传统的方法来定度和测量,这里将引 入每赫带宽功率(dBmV/Hz)法解决数字电平测量。 8.1 概述 电压是电子学的基本参数,也称电平。电平和电压是同一个参数,一般来 说,它们的区别在于单位不同。电压是以伏(V)作单位,如V、mV、μV、KV 等;电平是以dB作单位,如dBv、dBmV、dBμV等。

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电信号的电平,一般都是用正弦波的有效值为基准,以热电偶测量功率来 定度它的电压值(电平值),我们也叫它做电平(电压)的有效值。这就是说 信号电平和功率之间是以热电偶所产生的热量来联系的。我们知道,电功率是 与信号波形无关的,而对于电平来说,我们所定度的正弦波那一定是无失真正 弦波,否则要引入误差。 为了准确地测量信号的电平,一般正弦波信号不言而喻地用常规电平表测 量有效值,如果是脉冲信号常是测量它的峰值。在电视信号测试中,因为视频 信号相当复杂,其信号大小是以行同步脉冲的峰值来定度,因此测定行同步脉 冲峰值。 随着数字技术的发展,数字通信、计算机网路,数字电视的发展,各种调 制的数字信号出现,它们怎样测量,这是一个非常重要的问题。目前常见的数 字信号有FSK、PSK、ASK、CDMA、TDMA、FDMA、OPSK、QAM等等。从测量 的角度来看,无论那种调制数字信号,都可以把它当作在一定带宽内的噪声来 对待。因此,我们用每赫功率电平(dBmV/Hz)的概念,将一定带宽的功率来 表征信道的功率(dBmV),称为平均功率电平。

频谱仪通常是测量正弦波的电平有效值,因此在测量数字信号时极不准确。在 这里,将论述几种用频谱仪测量数字信号的方法,普通光标法、噪声光标法以 及信道功率测量法。 8.2 频谱仪的普通光标法 . 用频谱仪测量某个信号通常的作法是把光标放在信号上并读出读数,见图 1。但这个光标给出的读数不太正确。你可以试着比较一下图1和图2。图2的唯 一变化是频谱仪的分辨率带宽采用30kHz而不是图1中的10kHz。值得注意的 是,尽管此时信号本身并没有发生任何变化,图2上的信号电平(从光标上读 出)为13.1dBmV,而不是图1所读出的8.2dBmV。再则整个扫描波形在显示屏 上向上方移动了(然而信号和参考电平实际上没有任何变化)。引起这种现象 的原因是频谱仪所测量出的读数值是落入分辨率带宽滤波器之内的所有信号的 总功率。当分辨率带宽增加(从10kHz~30kHz),在滤波器带宽内的能量也 加,这样就引起了显示图形上的变化。

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这种由分辨率带宽引起的误差是可以修正的。现在我们想测量出数字信道 的总功率,就需要将显示的功率转换为信道功率,即仅是平均功率电平,公式 为: 信道平均功率电平 = 显示的功率电平+10log(信道带宽/分辨率带宽)+ 修正因子……单位dBmV 这个修正因子是必须要的,因为对分辨率带宽滤波器捕获的噪声量而言, 分辨率带宽与滤波器的3dB带宽并不完全相等。换句话说,一个10kHz的滤波器

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的噪声带宽并不是绝对10kHz,它有个矩形系数问题。修正因子中的另一个因 素是对数放大器,因它把输入信号变成对数形式的显示,这个对数放大器并不 能很合适转换噪声类型的信号。总的修正因子通常为1~2dB,可以从频谱仪厂 家获得这个修正值。 用频谱仪测量数字信号应使用采样检波器,而不是峰值检波器。而同时视 频带宽必须设置足够低使得信号看上去很平滑,一次次扫描测量图形不出现明 显变化。

8.3 频谱仪噪声光标法 . 噪声光标法是目前测量像数字信号这样的噪声类型的信号电平的最好方 法 , 在 大 多 数 新 型 的 频 谱 仪 上 都 有 这 种 功 能 。 它 通 过 用 1Hz带 宽 显示功率 (dBmV/Hz)方法克服了前面所讲的误差,如图3所示。信道功率的计算按下述 公式: 信道平均功率电平 = 显示的功率电平+10log(信道带宽)……单位dBmV 它不需要其它的修正因子,分辨带宽的设置并不改变噪声光标的读数。 当使用某些特定的频谱仪时,有件事要注意。被测信号一定要填充(跨 越)显示屏的几个格子,即信道带宽尽可能接近频谱仪扫描带宽。这是由于噪 声光标所显示的值实际上是1到2个格子中所有噪声的平均值。图4表示了不正 确的测量情况,其被测信号与图3是相同的,但是其扫描带宽增加了,结果信号 显得很窄,连一个格子也没有充满,此时的噪声光标读出的是-32.2dBmV/Hz, 而不是-30dBmV/Hz,这是因为它把信道旁边的真正噪声功率也一起平均,而那 里不含有任何信号功率。 如果仔细看下面这张图,你会发现光标的上下位置实际上比信号所显示的曲 线要低一些。

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8.4 信道功率测量法 . 为了测试方便,有些最新的频谱仪拥有特别设计的算法来修正前面提到的 所有误差,并直接显示数字信道的实际功率电平值。这项功能很有用,它避免 了测量中的错误。你可以按照厂家提供的简单测量步骤完成准确的测试。

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在CATV测量仪器中,为了测量数字频道功率,也采用这种方法测量。如美 国安科特纳SDA系列CATV分析仪采用这种方法直接读出QAM、OPR、OPSK、 VSB、CAP-16、DVB/ACTS、TDMA的数字信号平均功率电平。 综合上述,功率计是唯一能给出绝对正确的数字信号功率的仪器,如果使 用正确,带有信道测量功能或噪声光标的频谱仪也能给出非常准确的结果。确 保每个人都能测到相同结果的最好和最简单的方法就是用你所喜爱的方法和功 率计的读数比较,两种方法的差可作为系统修正因子来修正。只要被测的信号 类型和所用的设备(以及设备上的设置)不做改变,这个修正因子就有效。随 着数字设备的迅速发展,在一些专用设备(如CATV分析仪)和新型的频谱分析 仪都直接有数字信道平均功率电平测量功能,其原理都引入这个概念。 值得说明的是,这里所讨论的数字信号电平,是用功率来定度,以每赫带 宽功率法来解决数字信道功率测量,其单位是dBmV表征。有人称之为信号功 率、信道功率,有人称它为数字信号电平、信道电平等等。这里为了与其他定 度的量值混淆,应称为信道平均功率电平或数字信号平均功率电平,简称平均 功率电平。 9.结束语 . 以上对移动通信系统射频干扰进行了简单的介绍和分析,在移动通信网络 中经常受到外界干扰,干扰源种类繁多。这就需要在干扰频谱定性、定量分析 的基础上,利用测试仪器进行定位,最终查出干扰源,才能解决问题。

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