摘要 文章首先闡述了干擾產(chǎn)生的原因及其對系統(tǒng)性能的影響，針對WCDMA系統(tǒng)與二代和三代各移動通信系統(tǒng)（包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、GSM、PHS等系統(tǒng)）室內分布共存時的干擾進行分析，通過發(fā)射機與接收機之間隔離度（耦合損耗）的計算，得出WCDMA與其他移動通信系統(tǒng)室內共存的可行性，最后提出有效預防干擾的措施。
雖然3G離我們越來越近，但是在相當長的一段時間內還不會完全取代2G系統(tǒng)，而且3G系統(tǒng)還存在三種主流的制式，各種移動通信系統(tǒng)的共存問題就擺在我們面前。目前各種移動通信基站布點密度已非常高，適合布放基站的地址又十分有限，第三代網(wǎng)絡的建設不可避免地要重復利用許多無線站址，共站址及共存情況下干擾分析和必要的干擾預防措施是規(guī)劃設計第三代網(wǎng)絡所必須考慮的。
1、干擾產(chǎn)生的原因及其影響
工作于不同頻段的A系統(tǒng)和B系統(tǒng)間的干擾，是由于發(fā)射機和接收機的不完善性造成的。干擾系統(tǒng)發(fā)射機在指定的載頻信道內發(fā)射有用信號時會產(chǎn)生帶外輻射，帶外輻射包括由于調制引起的鄰頻道泄漏功率比（ACLR）和帶外雜散輻射。從信道帶寬邊緣算起，兩倍信道寬度以內的頻率范圍，帶外輻射的主要能量來源于信號調制器的帶外能量泄漏和寬帶噪音；而在兩倍信道帶寬以外的頻率范圍，帶外輻射的主要能量來源是寬帶噪音、諧波交調及雜散輻射，一般統(tǒng)稱為雜散輻射。被干擾系統(tǒng)接收機選擇性地體現(xiàn)為鄰信道選擇性（ACS）和阻塞特性。阻塞特性有帶外阻塞和帶內阻塞，在相應的載頻信道內接收其有用信號的同時，落入信道內的干擾信號可能會引起接收機靈敏度的損失，而落入工作信道外。但在接收帶寬內的干擾信號可能會引起帶內阻塞，帶外干擾信號則可能會引起接收機的帶外阻塞。由于接收機的非線性特性，信道外的干擾信號過強則會引起接收機在其工作信道的解調能力下降。
2、干擾分析結果
本文使用確定計算分析方法對各系統(tǒng)之間的干擾進行分析，并重點分析WCDMA與GSM之間、WCDMA與PHS之間共站、共存的可能性。
在網(wǎng)絡無線設計中，干擾確定計算分析方法因其方法簡單、使用方便等優(yōu)點而被經(jīng)常使用。干擾確定計算分析方法是針對某一特定的干擾分析場景，以產(chǎn)生干擾的發(fā)射機和被干擾的接收機的頻譜相對關系，對被干擾的接收機的四個不同頻率范圍計算下面的評估方程：
Ptx(f)-MCL(f)≤Lext(f) （1）
其中：f是考慮的頻率；Ptx(f)是產(chǎn)生干擾的發(fā)射機在頻率f上的發(fā)射功率；MCL（f）是在頻率f上發(fā)射機和接收機之間的隔離度；Lext是在頻率f上被干擾接收機可接受的最大干擾電平。
一般要考慮的四個頻率范圍為：a）接收機工作信道，在大多情況下，對應的是發(fā)射機的帶外雜散輻射。b）接收機工作信道的第一鄰頻信道，對應的是發(fā)射機的有用信號發(fā)射或帶外輻射。c）接收機接收頻段內重點考慮發(fā)射機的帶外輻射，鄰頻泄漏或雜散輻射。d）接收機接收頻段外重點考慮發(fā)射機的發(fā)射載頻，因為在發(fā)射機的發(fā)射載頻上其發(fā)射功率最大。
2.1 WCDMA與GSM干擾隔離和共存
2.1.1 干擾機理分析
總的來說，干擾基站發(fā)射機對受干擾基站接收機的隔離取決于以下4個準則：a）從干擾發(fā)射機到受影響的接收機的雜散波功率在接收機底噪10dB以下。b）受影響的接收系統(tǒng)所接收到的全部干擾載波功率在。1dB壓縮點的10dB以下。c）由干擾載波導致受影響接收機產(chǎn)生的每個三階交調（IMP）在接收機底噪10dB以下。d）受影響系統(tǒng)接收濾波器衰減的全部干擾載波功率在接收機底噪10dB以下，防止接收機不敏感或阻塞。
根據(jù)相關資料，準則b受控于準則d，換句話說，如果隔離滿足原則d，將自動滿足原則b。因此，我們的分析將只考慮準則a、c和d。
由于GSM1800上行與WCDMA的工作頻段間隔較大，因此WCDMA對GSM1800的干擾問題可以不予考慮，本文只考慮GSM1800干擾WCDMA的情況。而對于GSM900，與WCDMA的工作頻段間隔進一步加大，滿足GSM1800與WCDMA干擾隔離要求，即認為滿足GSM900與WCDMA干擾隔離要求。
2.1.2 隔離度要求
1）雜散（準則a）
按照GSM標準，基站設備在頻率偏移等于GSM1800與UMTS頻率差值的地方，至少應提供-30dBm/3MHz的散射衰減。標準也指出，在與3G共存的情況下，該值增加到-96dBm/100kHz。這里取WCDMA接收機靈敏度為-113dBm/3.84MHz。
為滿足準則a，對于GSM1800基站，滿足GSM基本散射要求所需的隔離度為84.1dB。
滿足與3G、共存時的散射要求所需的隔離度為32.8dB。
2）三階交調（準則c）
根據(jù)相關資料，WCDMA基站的三階截距估計為-22.8dBm。此外，從UMTS基站與GSM1800基站共址時的阻塞標準推得：UMTS基站接收的RF、IP和基帶濾波器應該在GSM1800基站的發(fā)射帶提供至少114dB的衰減。按照UMTS1900基站窄帶阻塞標準，UMTS中頻和基帶濾波應在與UMTS中心頻率偏移2.7MHz的地方提供至少50dB衰減。因此，UMTS RF濾波器能夠給予GSM1800基站發(fā)射帶至多64dB的衰減。
假設GSM1800載波在UMTS接收機前端（RF接收濾波器）被衰減了60dB，則所需的隔離度為37.9dB。
3）接收機阻塞（準則d）
為滿足準則d，所需的隔離度為42dB 。
2.1.3 計算結果分析
基于以上計算，如果GSM基站發(fā)射機遵循基本的GSM雜散限制，則隔離度要求為84.1dB（取決于準則a）。當GSM基站滿足更嚴格的與3G共存的雜散限制，則隔離度要求為42dB（取決于準則d）。應當注意的是，42dB的隔離要求是基于。UMTS基站的RF接收機濾波器在GSM1800發(fā)射帶的60dB濾波的假設情況下。
如果用實際的UMTS基站RF濾波器，那么所推薦的天線隔離度應按實際情況作相應的修改。例如，如果實際的UMTS基站接收濾波是56dB（即低于假設4dB），那么隔離需求應當保持42dB，因為準則d仍為隔離需求的主導因素。如果實際的UMTS RF基站接收濾波是46dB（即低于假設14dB），那么實際的隔離需求應該增加至51.9dB，這取決于準則c。
2.1.4 隔離距離要求
根據(jù)隔離度要求，使用傳播模型公式可得到隔離距離要求，WCDMA與GSM1800的隔離距離要求見表1。
表1 WCDMA與GSM1800的隔離距離要求
由上述計算可看出，如果GSM1800基站不滿足與3G共存時的散射要求，而只滿足GSM基站基本散射要求時，共站基本無問題，垂直隔離距離3.8m比較容易實現(xiàn)，共存時要求水平隔離距離較大。滿足與3G共存的散射要求時，基站水平隔離距離較近，可以實現(xiàn)共存。
2.2 WCDMA與PHS干擾隔離和共存
2.2.1 干擾機理分析
WCDMA基站的發(fā)射頻率與PHS的工作頻段并不相鄰，所以可以認為WCDMA與PHS共存或共站時，WCDMA基站對PHS的干擾不會是個大問題。WCDMA上行頻段與PHS的工作頻段是相鄰的，但考慮到WCDMA終端的發(fā)射功率較小，且終端位置不固定，同時考慮到PHS系統(tǒng)自身的動態(tài)信道選擇功能使得PHS系統(tǒng)有著很強的抗干擾能力，所以WCDMA終端對PHS的干擾也不會太大。
PHS系統(tǒng)同樣會對WCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生不可避免的干擾，其主要原因是PHS基站和終端的帶外雜散輻射電平過高。與2.1.1節(jié)中描述相同，分析只考慮準則a、c和d。
2.2.2 PHS基站干擾WCDMA基站的隔離度要求
1）雜散干擾（準則a）
PHS基站的總帶外雜散輻射功率小于-26dBm，為了保證計算結果的可靠性，取落在WCDMA基站的接收頻帶的PHS基站的帶外雜散輻射-26dBm，因而3.84MHz頻帶內的雜散輻射為-37.9dBm。
為滿足準則a，所需的隔離度為75.1 dB。
2）鄰道干擾（準則a）
PHS基站在偏離載頻0.9MHz時，鄰道泄漏功率為-36dBm/96kHz。PHS與WCDMA接收頻段的最小間隔是5MHz，而鄰道泄漏功率隨著頻率的偏移而降低。一般情況下頻率偏離5MHz，鄰道泄漏偏離最少下降5dB。據(jù)此分析，當偏離載頻5MHz時，鄰道泄漏功率小于（-36-5）dBm/96kHz=-41dBm/96kHz。
考慮PHS基站的射頻濾波器在WCDMA接收頻段的帶外抑制能力大于15dB，因而PHS基站在WCDMA接收頻段的帶外發(fā)射功率最大為-40dBm。
為滿足準則a，所需的隔離度為73dB。
3）三階交調（準則c）
基于標準，UMTS第三階截距估計為-22.8dBm，：PHS的發(fā)射功率為27dBm。如WCDMA系統(tǒng)接收濾波器對PHS系統(tǒng)發(fā)射頻帶衰減大于46dB，為滿足準則c，所需的隔離度則為35.9dB。
4）接收機阻塞（準則d）
在UMTS標準中，阻塞要求并無規(guī)定在頻帶I（2100MHz頻帶）進行窄帶衰減測試。如果假定UMTS FDD設備符合在頻帶Ⅱ（1900MHz頻帶）上所規(guī)定的窄帶阻塞要求（在與中心頻率偏置2.7 MHz的地方），基站將在UMTS FDD與PHS偏置之間提供50dB的衰減能力。為滿足準則d，所需的隔離度為90dB。
2.2.3 WCDMA基站干擾PHS基站的隔離度要求
因為WCDMA基站的發(fā)射頻段與PHS的接收頻段之間有195MHz的保護帶，因而在本節(jié)分析中僅考慮雜散輻射的影響。
根據(jù)WCDMA基站系統(tǒng)設備總技術規(guī)范，在1900MHz～1920MHz的頻率范圍內，WCDMA基站的帶外雜散輻射為-57dBm/300kHz。
已知PHS接收機能承受的干擾電平為124dBm。為滿足準則a，所需的隔離度為67 dB。
2.2.4 計算結果分析
基于前面計算，滿足所有準則的隔離度要求是90dB，這取決于準則d。應注意的是這個數(shù)值是由UMTS標準中的接收機衰減規(guī)范導出的。實際的UMTS設備特性會比標準更嚴格，因此隔離度要求會獲得改進。另外，PHS系統(tǒng)使用了動態(tài)信道指配功能，當PHS系統(tǒng)從鄰帶UMTS系統(tǒng)中探測到干擾時，PHS可分配遠離UMTS的載波給PHS用戶，這樣隔離度要求也可因此降低。
2.2.5 隔離距離要求
根據(jù)隔離度要求，使用傳播模型公式可得到隔離距離要求，WCDMA與PHS的干擾隔離距離要求見表2。
表2 WCDMA與PHS的干擾隔離距離要求
由上述計算可看出，PHS基站與WCDMA基站共站基本無問題，但共存難度很大。如果發(fā)射機或接收機不滿足隔離度要求時，就需要利用空間隔離距離來減少干擾影響。由計算結果可以看出，共站時幾米的垂直隔離距離比較容易實現(xiàn)；而不共站時要求的水平隔離距離較大，如果是在同一個地區(qū)，且面積較小，則較難實現(xiàn)共存。
2.3 WCDMA與WCDMA干擾隔離和共存
對于WCDMA基站共站的情況WCDMA設備規(guī)范的要求是在接收頻段1920MHz～1980MHz上發(fā)射機的帶外雜散輻射不超過-96dBm/100kHz。WCDMA基站參考靈敏度保護的外來干擾電平門限被確定為-110dBm/3.84MHz（對應的基站靈敏度損失是0.8dB，一般來說，靈敏度損失在0.2dB～1dB間都是合理的，為便于計算下文中這個取值會有變化），在共站情況下應保證的隔離度為30dB。
設備規(guī)范中對WCDMA接收機的帶外阻塞特性共站時在2110MHz～2170MHz頻段上的特殊要求為+16dBm，為滿足阻塞特性要求所需的基站間隔離度，那么：
MCL=（43dBm（單載頻最大功率）+3dBm（多載頻富余度））-16dBm=30dB
所以，符合WCDMA設備規(guī)范規(guī)定的共站要求的WCDMA基站在基站間隔離度MCL≥30dB的條件下能夠共站，其參考靈敏度損失不超過0.8dB。另外，在WCDMA設備規(guī)范中規(guī)定的基站發(fā)射互調要求是以30dB的最小隔離度的條件定義的，因此對于WCDMA系統(tǒng)基站共站的情景，一定要保證30dB的最小隔離度。
2.4 WCDMA與CDMA2000干擾隔離和共存
WCDMA與2GHz CDMA2000之間的干擾考慮到WCDMA和CDMA2000均為頻分雙工系統(tǒng)，發(fā)射頻段和接收頻段是不相鄰的，中間有上下行雙工頻率間隔，所以在WCDMA和CDMA2000基站間不會存在發(fā)射機對接收機的鄰頻干擾。唯一可能的干擾源是發(fā)射機的帶外雜散輻射，但是在規(guī)范中已經(jīng)對發(fā)射機的帶外雜散輻射做了特殊規(guī)定，所以WCDMA和CDMA2000基站能夠共站。
WCDMA與800MHz CDMA2000間干擾由于工作頻段間隔較大，因此這兩個系統(tǒng)不存在鄰頻干擾，唯一可能的干擾是雜散輻射和帶外阻塞特性。設備規(guī)范給出的基站在1920MHz～1980MHz頻段上的雜散輻射一般要求為-30dBm/1MHz，也即-24dBm/3.84MHz，而保護WCDMA基站靈敏度所需的外來干擾門限電平取值為-110dBm/3.84MHz，因此800MHz CDMA2000基站和WCDMA基站間的最小隔離度應為86dB。
這是根據(jù)現(xiàn)有標準最小要求估算的最小隔離度，而設備的實際性能會比標準規(guī)定的最小要求要好。例如，北電的CDMA基站的發(fā)射機的帶外雜散抑制度可以達到74.7dBc，優(yōu)于標準規(guī)定的60dBc。
對于基站和終端之間的干擾情形，只要保證最小載頻間隔保持在3.85MHz，此時容量損失就會小于5％。
2.5 WCDMA和TD-SCDMA干擾隔離與共存
1）非鄰頻情形
1850MHz～1880MHz和2110MHz～2170MHz 頻段上，TD-SCDMA基站的阻塞特性為-15dBm，由此可推算出，在WCDMA和TD-SCDMA共存或共站時，為保護TD-SCDMA基站所需的基站間最小隔離度為58dB。
2010MHz～2025MHz和2300MHz～2400MHz頻段上，WCDMA基站的帶外阻塞特性是-15dBm，考慮到TD-SCDMA基站的有效發(fā)射功率是30dBm，那么在WCDMA和TD-SCDMA基站間應至少保持的最小隔離度為45dB。
在1880MHz～1920MHz頻段（第一鄰頻除外）上，規(guī)定的WCDMA基站的帶外阻塞特性是-40dBm，那么在基站間應至少保持的最小隔離度為70dB。
事實上，WCDMA基站在1880MHz～1920MHz上的帶外阻塞特性可以做到比標準規(guī)定最小要求-40dBm高許多。比如，在1900MHz頻點，采用適當?shù)纳漕l濾波器其帶外阻塞特性一般可以做到0dBm，這樣在1900MHz頻點，只需要30dB的基站間最小隔離度就可以滿足要求了。
2）鄰頻的情形
在1920MHz頻段上，WCDMA基站的鄰道選擇性要求是-52dBm，現(xiàn)有的設備規(guī)范規(guī)定的設備性能指標還不能滿足工作在鄰頻的兩系統(tǒng)共存的要求。所以，必須采取有效的抗干擾措施以便保護兩系統(tǒng)的性能損失不至于過大。
在TD-SCDMA基站接收頻段的帶外鄰頻1880MHz上，TD-SCDMA基站的鄰道選擇性ACS為-55dBm，帶外阻塞特性為-15dBm，WCDMA基站的發(fā)射功率是43dBm，根據(jù)干擾分析結果，也得出同樣的結論，現(xiàn)有的設備規(guī)范規(guī)定的設備性能指標不能夠滿足工作在鄰頻的兩系統(tǒng)共存的需求。所以，當工作在鄰頻的TD-SCDMA基站和WCDMA基站共存或共站時，必需采取有效的抗干擾措施以便保護兩系統(tǒng)的性能損失不至于過大。
3、有效的干擾預防措施
3.1 保護頻帶
在WCDMA與其他無線系統(tǒng)共存時保護頻帶是解決鄰頻干擾的有效措施之一。但保護頻帶大小的確定和保護頻帶的預留是一個十分復雜的過程，并受到許多因素的限制。
WCDMA的碼片速率為3.84Mchip/s，若其調制波形的滾降系數(shù)為0.22，則射頻帶寬為4.28MHz，正常情況下，當不考慮預留保護帶時，WCDMA載頻間隔是5MHz。但若考慮保留一定的保護帶以減少與其他系統(tǒng)共存時的相互干擾，若在頻率分配時沒有預留額外保護頻帶，這時就不得不壓縮一些WCDMA載頻間隔。歐洲一些WCDMA網(wǎng)絡運營商的做法是將本網(wǎng)內的WCDMA載頻間隔壓縮為4.8MHz，從而保留0.2MHz或0.4MHz的頻帶作為鄰網(wǎng)的保護頻帶，以降低與鄰網(wǎng)之間的鄰頻干擾的概率。
3GPP已經(jīng)用仿真方法對不同運營商WCDMA網(wǎng)絡之間的共存問題進行了研究，結果表明，不同運營商的WCDMA網(wǎng)絡工作在相鄰頻段時，在頻率間隔為5MHz的情況下，干擾引起的容量損失約為2％。小于5MHz的載頻間隔會在系統(tǒng)內引起由于鄰頻干擾產(chǎn)生的容量損失。經(jīng)系統(tǒng)仿真估算當載頻間隔為4.4MHz時，在同一系統(tǒng)內所引起的容量損失大約為3％左右。
這里不難看到預留保護頻帶可以減小與其它系統(tǒng)間的鄰頻干擾，從而減小由于其他系統(tǒng)的干擾所引起的容量損失，但同時卻會由于本系統(tǒng)內的鄰頻干擾引起系統(tǒng)容量損失增大，所以在帶寬有限的情況下，并不是預留的保護頻帶越大越好。另外，預留保護頻帶的決定通常是由無線電管理部門做出的，或是在不同的運營商之間的協(xié)商下達成的協(xié)議。
3.2 空間隔離
天線隔離度即天線耦合損耗，天線耦合損耗的測量參考點是在天線的饋線接口，而基站間的耦合損耗的測量參考點是在基站的天饋線接口。
共站情況下的天線空間距離的估算是根據(jù)干擾分析所得出的基站間耦合損耗推算出所需天線隔離度：基站間耦合損耗=天線隔離度-饋線損耗（A）-饋線損耗（B）。在2GHz頻段，對應30m天線掛高的饋線損耗（含接頭插入損耗）大約在3dB左右。
3.3 外接濾波器
有多種射頻帶通濾波器可供無線網(wǎng)絡工程設計時選用。選取射頻濾波器時，需要從以下幾方面考慮：通帶帶寬、阻帶、帶外衰耗、群時延、插入損耗、隨溫度變化的性能穩(wěn)定性、體積和成本。
若需要抑制發(fā)射機帶外輻射信號，應在發(fā)射機端增加帶通濾波器，由于帶通濾波器插入損耗的原因，增加帶通濾波器之后，其有效發(fā)射功率自然會受到一定的影響。
若需要抑制接收機帶外干擾信號，采用外接濾波器來改善基站的帶內或帶外阻塞特性，這時自然要在接收機端加入外接帶通濾波器。由于帶通濾波器插入損耗的原因，增加帶通濾波器之后，接收機的靈敏度會有一定的損失。
另外，如果發(fā)射機是多載頻發(fā)射機，在帶通濾波器的選擇上一定要考慮到多載波發(fā)射的問題。
總而言之，無論是在發(fā)射機端還是在接收機端插入外接帶通濾波器，都會對傳輸鏈路或多或少地產(chǎn)生一定的影響。
3.4 干擾預防措施的綜合使用
在干擾預防措施的選擇和采用上，沒有一個通用的、適合于各種情況的最佳方案，通常的做法是首先考慮頻帶保護的措施，因為保護頻帶的措施是適用于全網(wǎng)的。其次，考慮天線空間隔離措施，如若采用多頻帶天線，在天線的選擇上要充分考慮帶間隔離度的要求；如若采用單頻帶天線，則需根據(jù)所要求的天線隔離度的要求確定其相應的最小空間距離，對于由于實際場景的限制而無法實現(xiàn)所定出的最小空間距離的無線站，則不得不另外增加外接帶通濾波器，并要評估使用外接帶通濾波器對網(wǎng)絡覆蓋和容量的影響。必要時，要對網(wǎng)絡的無線設計做適當?shù)恼{整，或對網(wǎng)絡進行優(yōu)化以彌補由于使用外接帶通濾波器對網(wǎng)絡覆蓋和容量產(chǎn)生的不良影響。