中兴——WCDMA与GSM的共存干扰分析及解决方案建议.doc

WCDMA与GSM干扰共存分析及解决方案建议WCDMA与GSM干扰共存分析及解决方案建议修改记录：版 本日 期作者审 核 者备 注版本升级时，必须注明升级原因和更改的内容Copyright © 2006 ZTE Corporation Shenzhen P. R. ChinaZTE CONFIDENTIAL: This document contains proprietary information of ZTE Corporation and is not to be disclosed or used except in accordance with applicable agreements.Due to update and improvement of ZTE products and technologies, information of the document is subjected to change without notice.目录1Overview52GSM与WCDMA共存的各种互干扰形式52.1GSM基站对WCDMA基站上行的加性噪声干扰52.2GSM基站对WCDMA基站上行阻塞干扰62.3GSM基站对WCDMA基站上行的交调干扰72.4WCDMA基站对GSM基站上行的加性噪声干扰72.5WCDMA基站对GSM基站上行阻塞干扰82.6WCDMA基站对GSM基站上行的交调干扰82.7理论情况分析总结83共站点解决方案建议103.1共天馈方案103.2工程隔离方案113.3GSM/DCS基站加装滤波器方案124空间隔离度与隔离距离换算方法144.1水平隔离144.2垂直隔离154.3倾斜架设时的隔离16图表目录图目录图1GSM对WCDMA上行的杂散干扰5图2阻塞干扰示意6图3共天馈方案11图4同向水平隔离示意14图5天线主瓣同向水平隔离示意14图617dB增益，半功率波宽为65°的定向天线方向图15图7天线主瓣偏向35°示意15图8垂直隔离示意图15图9倾斜隔离示意图16表目录表 1GSM基站杂散指标5表 2WCDMA基站规避加性干扰所需的隔离度6表 33GPP协议对WCDMA基站抗阻塞性能的规定6表 4UMTS窄带交调性能要求7表 53GPP协议对WCDMA基站发射机带外杂散指标的规定7表 6GSM基站规避加性噪声干扰需要的隔离度7表 7GSM R99协议对GSM基站抗阻塞性能的规定8表 8GSM R99协议对GSM基站抗交调干扰性能的规定8表 9GSM与WCDMA共存的理论隔离度要求9表 10理论分析GSM与WCDMA共存需要的空间隔离距离9表 11与我司GSM网络设备共存的隔离距离要求10表 12WCDMA与其它厂商GSM系统共存的隔离度要求10表 13选频合路器指标规范11表 14滤波器指标要求（满足R99协议的GSM基站）12表 15滤波器指标要求（不满足R99协议的GSM基站）121 概述GSM与WCDMA基站共存或共站的方案则达到了降低建网成本，提高工程效率的目的，但同时也引入了相应的异系统互干扰问题。系统干扰的总体理解就是干扰源对被干扰接收机产生的干扰，干扰从理论上来讲大致可以分为四类：加性噪声干扰、交调干扰、阻塞干扰、ACS邻道干扰，其中GSM和WCDMA频段相差大于5MHz，因此系统间不存在ACS邻道干扰，可以不予考虑。本文重点分析GSM900/DCS1800与UMTS2100之间的各项干扰，并针对GSM与WCDMA共站的情况，提出共天馈和不共天馈的解决方案建议。2 GSM与WCDMA共存的各种互干扰形式2.1 GSM基站对WCDMA基站上行的加性噪声干扰GSM信号频率（MHz）带外杂散1926 幅度图1 GSM对WCDMA上行的杂散干扰由GSM基站发射机带外杂散和噪底直接落在WCDMA接收机的工作频段造成的干扰。GSM系统带外杂散指标:表 1 GSM基站杂散指标GSM杂散协议要求-30dBm/3MHz（旧版本）-96dBm/100KHz（R99）现网中大部分GSM基站都符合R99协议的新指标规定，规避加性噪声干扰所需要的隔离距离很小。但是测试中也发现有少部分的老版本GSM基站存在，带外指标非常恶劣，将会严重影响WCDMA基站正常工作，对此类基站需要通过加滤波器或者更换设备来解决干扰问题。对于符合R99协议的GSM基站，规避对WCDMA基站加性噪声干扰需要的隔离度为：表 2 WCDMA基站规避加性干扰所需的隔离度WCDMA NodeB Sensitivity (For 12.2 k voice service)WCDMA NodeB S/N Requirement (For 12.2 k voice service)WCDMA NodeB Maximal Noise ToleranceOutside Interference Required to Reduce WCDMA NodeB Sensitivity by 1dBMinimal Isolation Degree Required to Remove Interference of GSM1800 BS(R99 )Spurious Emissions to WCDMA NodeB-121dBm-18dB-103dBm/3.84MHz-108.87dBm/3.84MHz-96+10*log(3.84MHz/100KHz)-(-108.87)=28.71dB2.2 GSM基站对WCDMA基站上行阻塞干扰干扰源接收机强干扰信号有用信号饱和失真噪声接收机图2 阻塞干扰示意由于GSM发射机发射强信号进入WCDMA接收机，导致接收机饱和失真。GSM基站的最大发射功率有43dBm、46dBm、49dBm等系列，按49dBm(80W)考虑。3GPP协议规定的阻塞指标如下：表 3 3GPP协议对WCDMA基站抗阻塞性能的规定Center Frequency of Interfering SignalInterfering Signal LevelWanted Signal LevelMinimum Offset of Interfering SignalType of Interfering Signal1920 1980 MHz-40 dBm-115 dBm 10 MHzWCDMA signal with one code1900 1920 MHz1980 2000 MHz-40 dBm-115 dBm 10 MHzWCDMA signal with one code925 -960 MHz+16 dBm-115 dBm ¾CW carrier1805 1880MHz+16dBm-115 dBm¾CW carrier根据GSM/DCS基站最大发射功率80W（49dBm），可得规避对WCDMA基站阻塞干扰所需要的隔离度为49-16=33dB。2.3 GSM基站对WCDMA基站上行的交调干扰对于GSM工作于18051880MHz频段时，其产生的三阶交调分量会落在UMTS的接收频段内（19201955MHz）。根据UMTS 3GPP协议，当UMTS基站接收机的前端滤波器对窄带强干扰信号没有抑制时，UMTS基站接收机的窄带交调性能要求：表 4 UMTS窄带交调性能要求Interfering Signal mean powerOffsetType of Interfering Signal- 47 dBm3.5 MHzCW signal- 47 dBm5.9 MHzGMSK modulated*根据GSM基站的最大发射功率43dBm、46dBm等，当UMTS基站接收机的前端滤波器对窄带强干扰信号没有抑制时，要规避GSM对UMTS基站的交调干扰所需要的隔离度分别为：43-(-47)=90dB46-(-47)=93dB此空间隔离度在工程上难以实现，必须采取以下措施：1） 依靠各国政府和运营商的合理频率来规避交调干扰。2） UMTS设备的上行接收机的前端采用窄带滤波器，保证WCDMA基站接收机在GSM1800频段的抗交调指标优于3GPP规范指标60dB以上。(ZTE的WCDMA设备可满足这一要求)。2.4 WCDMA基站对GSM基站上行的加性噪声干扰根据3GPP协议，WCDMA基站带外杂散指标:表 5 3GPP协议对WCDMA基站发射机带外杂散指标的规定BandMaximum LevelMeasurement Bandwidth876 MHz to 915 MHz-98 dBm100 kHz1 710 MHz to 1 785 MHz-98 dBm100 kHz协议已经考虑到两系统共存和共站的情况，因此WCDMA基站带外杂散对GSM基站上行的加性噪声干扰较弱，规避干扰所需要的隔离度为：表 6 GSM基站规避加性噪声干扰需要的隔离度GSM基站接收机灵敏度GSM基站接收机噪底GSM基站灵敏度下降1dB所需要的外加噪声消除加性噪声干扰所需要的隔离度-104dBm-112dBm/300KHz-117.87dBm/300KHz-98+10*log(300KHz/100KHz)-(-117.87)=24.64dB2.5 WCDMA基站对GSM基站上行阻塞干扰R99协议对GSM/DCS系统阻塞指标规定如下：干扰信号分别为偏离载波频率±600kHz，±800kHz，±3MHz的信号，电平如下表：表 7 GSM R99协议对GSM基站抗阻塞性能的规定频带GSM900（dBm）DCS1800（dBm）fo ± 600kHz-26-35800kHz £ |f-fo| < 3 MHz-16-253MHz £ |f-fo|-13-25带外80WCDMA基站最大发射功率43dBm（20W）。规避阻塞干扰所需要的隔离度：GSM900：43-8=35dBDCS1800：43-0=43dB2.6 WCDMA基站对GSM基站上行的交调干扰根据GSM R99协议，GSM基站同系统之间的交调性能要求满足：表 8 GSM R99协议对GSM基站抗交调干扰性能的规定Interfering Signalmean power (GSM900)InterferingSignalmean power (DCS1800)OffsetType of Interfering Signal- 43dBm- 49dBm800 KHzCW signal- 43dBm- 49dBm1600 KHzGSM(DCS) SignalWCDMA下行发射信号不会在GSM/DCS频段产生交调产物，因此不需要考虑。2.7 理论情况分析总结3GPP协议考虑了GSM与WCDMA的共存干扰，符合R99协议指标的GSM系统与WCDMA系统可实现共存。按照3GPP关于GSM和WCDMA的R99协议指标，理论上：1、 最严重的干扰是DCS1800对WCDMA的交调干扰，需要的理论空间隔离度88dB以上，工程上难以实现，必须依靠各国政府和运营商的合理频率来规避交调干扰。1） 中国政府的DCS频段规划方案有效地避免了WCDMA频段被干扰的可能：DCS1800上行1710-1755 下行1805-1850, 只有45M带宽，交调分量落在1895M以下，不会干扰WCDMA上行，因此频率规划时无须考虑DCS交调干扰。2） 国际上DCS1800频谱通常划分为：UL 1710-1785 DL：1805-1880，因此在运营商进行GSM站点频率规划时，必须避免频率间距过大，使交调点落入1920-1955MHz带宽内。2、 当不存在DCS交调干扰的可能后， WCDMA载频对GSM和DCS基站的阻塞干扰上升为GSM与WCDMA系统之间的主要干扰，但需求的隔离度不高(参见表格3)，工程上很容易实现。3、 仅符合R99协议之前老协议指标或指标更恶劣的GSM基站，需对这些基站进行改造。表 9 GSM与WCDMA共存的理论隔离度要求GSM900与WCDMA共存DCS1800与WCDMA共存空间隔离度要求(dB)358843WCDMA载频阻塞GSM基站接收DCS交调分量干扰WCDMA接收频带频率规划消除DCS交调后，阻塞上升为主要干扰表 10 理论分析GSM与WCDMA共存需要的空间隔离距离GSM900与WCDMA共存DCS1800与WCDMA共存空间隔离度要求(dB)33（GSM对WCDMA阻塞干扰）43（WCDMA对DCS的阻塞干扰）88DCS交调干扰垂直隔离时距离要求0.45m0.4m频率规划水平隔离时距离要求（理想条件下天线无正对增益时）1.3m1.8m频率规划共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m12m频率规划不共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m100m频率规划ZTE的WCDMA设备与GSM系统现网的干扰共存解决方案：ZTE WCDMA双工器对GSM1800MHz的抑制为80dB以上（内部指标），消除GSM1800交调干扰所要求的隔离度为：45804818dB。因此，在全球任何国家和地区，ZTE的WCDMA系统无须考虑GSM1800可能产生的交调干扰。为降低WCDMA与GSM之间的工程隔离成本，我司针对以下两种情况分别给出不同的工程隔离建议：1、 与我司GSM设备共存：参照我司GSM设备的实际性能，我司WCDMA设备与GSM间干扰隔离度要求均小于20dB：表 11 与我司GSM网络设备共存的隔离距离要求空间隔离距离要求GSM900与WCDMA共存DCS1800与WCDMA共存空间隔离度要求(dB)<20<20垂直隔离时距离要求>1=0.3m >1=0.15m 水平隔离时距离要求（理想条件下天线无正对增益时）>2.5=0.8m>2.5=0.4m共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有部分正对增益时）2.5m3m不共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）2.5m18m2、 与其它厂商的GSM设备的共存：表 12 WCDMA与其它厂商GSM系统共存的隔离度要求GSM900与WCDMA共存DCS1800与WCDMA共存空间隔离度要求(dB)33（GSM对WCDMA阻塞干扰）43（WCDMA对DCS的阻塞干扰）垂直隔离时距离要求0.45m0.4m水平隔离时距离要求（理想条件下天线无正对增益时）1.3m1.8m共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m12m不共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m100m3 共站点解决方案建议根据上述干扰方面的分析，在GSM与WCDMA共站的情况下，针对共天馈和不共天馈，提出ZTE的干扰解决方案建议：3.1 共天馈方案共天馈合路器有以下两类： 1）3dB电桥宽带合路器，工作频带宽，成本低，但合路损耗大于3db，在外场宏峰窝覆盖条件下会严重影响GSM原网络的覆盖，通常只应用于室内覆盖系统。 2）选频窄带合路器，通常需要根据两系统的工作频带进行定制，插损小，对原网络覆盖性能的影响比较小，可避免复杂的网络规划调整。图3 共天馈方案ZTE建议采用选频窄带合路器方案，原有GSM系统的天馈部分的损耗仅仅增加大约0.4dB），基本上对GSM系统的覆盖没有影响。表 13 选频合路器指标规范序号项目GSMDCS1800WCDMA1频率（MHz）RXTXRXTXRXTX890-915935-9601710-1785 MHz1805-1880 1920-19802110-21702带宽（MHz）501501203插入损耗（dB）0.40.60.63.2 工程隔离方案当共天馈方案不可行时（比如：互干扰的两系统基站非同一个运营商），建议优先考虑采用成本较低的工程隔离方案。方案描述：GSM和WCDMA系统间的隔离度，可以通过网络规划设计中的合理的天线选址来保证。通常有水平隔离 和垂直隔离两种方式， 具体的空间距离要求如下：1） 如果GSM现网是ZTE设备，天馈间的空间距离按2.7节的表11执行。2） 如果GSM是其它厂商设备，天馈间的空间距离按2.7节的表12执行。3） 空间隔离距离的计算方式可参考附录A方案分析：由于建筑环境和物业成本的限制，众多新业务竞相挤占有限的蜂窝站点，使得蜂窝站点天面上各种天线非常拥挤。为了节约天面空间和充分利用现有条件来实现必要的空间隔离，我们建议：1. 尽可能采用垂直隔离方案，可以最大限度地节约空间；2. 如果天面的实际情况不能保证空间隔离方案的实施，遇到此问题时尽可能通过运营商之间的协调采用GSM基站加装滤波器的方案解决干扰问题。3.3 GSM/DCS基站加装滤波器方案站址勘察阶段发现共站或者共存的GSM/DCS基站对WCDMA基站可能干扰严重，而且靠空间隔离无法规避干扰时，可以给GSM/DCS基站加装滤波器，降低干扰水平，同时也降低了WCDMA基站对GSM系统的阻塞干扰。R99协议考虑了与3G系统共存的情况，符合该协议指标的GSM基站与WCDMA基站间的互干扰影响很小，需要的隔离度较低，此时对加装的滤波器指标要求如下：表 14 滤波器指标要求（满足R99协议的GSM基站） GSMDCS工作频段890960MHz17101880MHz插损<0.3<0.4带外抑制>40dB19202170MHz>40dB19202170MHz针对不满足R99协议的型号基站，带外指标恶劣，不采取特别手段将会对共存的WCDMA系统造成很大的杂散干扰，严重影响WCDMA系统的网络性能，此时对加装的滤波器指标要求如下：表 15 滤波器指标要求（不满足R99协议的GSM基站）GSMDCS工作频段890960MHz17101880MHz插损<0.4<0.5带外抑制>80dB19202170MHz>50dB19202170MHz因为DCS1800和WCDMA系统频率间隔较近，因此DCS1800的滤波器对WCDMA上行频段的带外抑制建议做到50dB即可（指标过高将会带来高插损，影响覆盖），再配合空间隔离可以消除系统间的互干扰。GSM与WCDMA系统共站或者共存时都可以采取该方案，不影响WCDMA系统建设，工程难度低，滤波器成本低，较易操作。该方案需要关注的地方在于：1）滤波器有一定的插损，将会影响原有GSM系统的覆盖。2）对于DCS系统，加装滤波器后消除干扰需要的空间隔离度很小，符合2.7节的表11的隔离要求即可，大大方便了天面现场工程安装的可操作性。 3）通过我们掌握的信息和外场测试验证，因为DCS1800基站投入市场的时间较晚，国内现网中的产品指标均符合R99协议，因此国内的DCS1800基站仅通过工程隔离即可。而对于国外的情况，依然需要按照网规流程来进行站址勘察确定干扰水平。4 空间隔离度与隔离距离换算方法4.1 水平隔离图4 同向水平隔离示意水平隔离度计算公式：DH（dB） = 22 +20 log (S /) （Gt Gr）其中：S 天线水平间距（米）。 中心频率对应的波长（米）。Gt 在收发天线直线连线上发射天线增益（dBi）。Gr 在收发天线直线连线上接收天线增益（dBi）。通常情况下，水平方向上基站天线不可能正对，一般会按一定角度排列。下面列出几个典型的定向天线非正对情况下的空间隔离度数据：1. 以1950MHz频段为例，假设WCDMA收发天线均为17dB增益，半功率波宽为65°的定向天线，同向（如图5）；图5 天线主瓣同向水平隔离示意根据此类天线的方向图（如图6），可以估算出折算到两天线正对方向（偏转90°）上的增益Gt和Gr为图6 17dB增益，半功率波宽为65°的定向天线方向图 水平隔离度：22 +20 log (S /) （Gt Gr）=22 +20 log (S /) -2*0.52. 以1950MHz频段为例，假设WCDMA收发天线均为17dB增益，半功率波宽为65°的定向天线，偏向35°；根据图6的方向图，两天线偏向35°时（图7），可以估算出折算到两天线正对方向上的增益Gt和Gr为0dB。图7 天线主瓣偏向35°示意水平隔离度：22 +20 log (S /) （Gt Gr）=22 +20 log (S /) -2*04.2 垂直隔离垂直隔离度计算：图8 垂直隔离示意图DV ( dB ) 28 40 log (S /)其中：S 天线垂直间距（米）。 中心频率对应的波长（米）。4.3 倾斜架设时的隔离图9 倾斜隔离示意图DS ( dB )（DV - DH）×（/ 90）+ DH其中： 天线之间的垂直夹角（度）。 中心频率对应的波长（米）。可以看出：倾斜架设时天线隔离度小于完全垂直隔离度，但大于水平隔离度。通过外场测试验证，倾斜隔离度经典计算公式与实际测试值有一定差距，在应用时需要留10dB以上的余量。因此我们建议在LOS距离内的倾斜隔离度均按水平隔离方法计算。