模拟集群系统和iDEN系统共用频段时的干扰分析

随着技术的不断进步，集群通信正向数字化方向发展， iDEN和TETRA系统就是我国行业标准所推荐的两种数字集群体制。但当我们建立数字集群通信系统时，不可能也不应该立即废止原有的模拟集群系统，因此，在800MHz集群通信频段，模拟集群和数字集群系统将共存一段时间。本文拟探讨iDEN系统与模拟集群系统共用频段的干扰问题。

　　覆盖区的预测

　　1、iDEN系统和模拟集群系统的参数

　　我们假设iDEN系统和模拟集群系统的发射功率均为70W，发射天线增益均为10dB，覆盖区边缘的无线可通率为90％，其具体技术参数如表1。

　　＊接收机可用功率：对于iDEN系统来说，它不仅考虑放大器、内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性，是指在C/（I＋N）＝20dB时的接收机的功率。对于模拟系统是指在29dB信噪比时的可用功率。它们均相当于4级话音质量。

　　2、Okumura/Hata公式

　　Okumura/Hata模型是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。Okumura/Hata模型市区的基本传输损耗模式为：

　　Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd (1)

　　Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）

　　f：工作频率（MHz）

　　hb：基站天线有效高度（m）

　　hm：移动台天线有效高度（m）

　　d ：移动台与基站之间的距离（km）

　　α(hm)：移动台天线高度因子

　　对于大城市，移动台天线高度因子为α(hm)＝8.29[lg(1.54hm)]2-1.1 dB

　　f ≤200MHz （2）

　　α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 dB 1500≥f≥400MHz （3）

　　当hm在1.5-4m之间，上面两式基本一致。对于中小城市（除大城市以外的其它所有城市）

　　α(hm)＝（1.1 lgf-0.7）hm－（1.56 lgf－0.8） （4）

　　对于郊区

　　Lbs＝ Lb（市区）－2[lg（f/28）]2-5.4 （5）

　　对于开阔地

　　Lbq= Lb（市区）－4.78（lg f）2＋18.33lg f－40.94 （6）

　　3、 模拟集群系统的覆盖区

　　从表1可以看出，模拟系统手机可用电平为－99dBm（4级话音质量），模拟基站的有效发射功率为51.05dBm，则路径损耗为：

　　Lb ＝51.05－（－99）＝150.05 dB

　　根据公式（2），可得

　　α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 dB＝0 dB

　　根据公式（1），可得

　　Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋ （44.9－6.55lghb）lgd

　　　＝69.55＋75.95－25.50－0＋32.81lg d

　　　＝120.00＋32.81lgd

　　因此对于市区来说，当满足无线覆盖区边缘90％的可通率，话音质量为4级时的覆盖区半径d1为：

　　d1＝8.24km（室外）

　　4、iDEN系统的覆盖区

　　同样从表1可以看出，iDEN系统手机的可用电平为－101dBm，iDEN基站的有效发射功率为48.95dBm，则路径损耗为：

　　Lb ＝48.95－（－101）＝149.95 dB

　　同理可算出iDEN系统的其覆盖区半径d2为：

　　d2＝8.18km（室外）。

　　iDEN系统对模拟系统的干扰

　　假设iDEN系统基站的发射功率为70W，其带外发射功率见表2。

　　当f0±25KHz时，其带外发射功率为-9.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为：

　　Pts＝-9.55＋10－9.5=-9.05 dBm

　　当f0±50KHz时，其带外发射功率为-16.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为：

　　Pts ＝16.55+10－9.5=－16.05 dBm

　　1、接收机的热噪声

　　我们假设接收机的噪声系数用F表示，则接收机的热噪声为：

　　PN＝－228.6＋10lgT＋10lgB＋F dBW（7）

　　式中：T为绝对温度，取290K

　　　　　B为接收机的中频带宽，Hz

　　　　　F为噪声系数。

　　模拟集群系统的中频带宽为16KHz，iDEN系统的中频带宽为20KHz，假设模拟集群系统和iDEN系统基站接收机的噪声系数均为5dB，移动台的噪声系数均为8dB，分别代入（7）式得：

　　模拟集群基站接收机的热噪声：PNAB＝－127dBm

　　模拟集群移动台的热噪声： PNAm＝－124dBm

　　iDEN基站接收机的热噪声:PNiB＝－126dBm

　　iDEN移动台的热噪声:PNim＝－123dBm

　　2、iDEN基站和模拟基站处于同一站址时

　　从第三节的计算可知，iDEN系统覆盖区半径为d2＝8.18km，基站到其覆盖区边缘的路径损耗为时149.95dB，其带外发射在边缘时的功率为：

　　f0±25KHz时，-9.05 －149.95＝－159dBm

　　f0±50KHz时，-16.05 －149.95＝ －166dBm

　　模拟集群移动台的热噪声为－124dBm，远大于iDEN基站带外发射产生的干扰，也就是说在iDEN系统覆盖区边缘由iDEN基站带外发射产生的干扰与移动台系统噪声相比很小，可以忽略不计，因此在iDEN系统覆盖区边缘iDEN基站不会对模拟移动台的接收产生干扰。

　　如果由iDEN基站带外发射产生的干扰等于模拟移动台的热噪声，即－124dBm，其路径损耗及移动台距基站的距离分别为：

　　f0±25KHz时，Lb＝114.95 dB

　　　　　　　　　d＝0.70km

　　f0±50KHz时，Lb＝107.95 dB

　　　　　　　　　d＝0.43km

　　这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于模拟系统的有用信号很强，相应的载干比也很大，因此也不会产生干扰。

　　从以上分析计算可知，在同站址时当覆盖区边缘的无线可通率为90％、话音质量满足4级时，iDEN基站不会对模拟系统产生有害干扰。

　　3、iDEN基站和模拟基站不同站址时（iDEN信号强，模拟信号弱的情况）

　　我们假设模拟手机处在测试点C，测试点C是在模拟基站的覆盖区边缘，距模拟基站的距离为d1＝8.24km，同时又处于iDEN基站的覆盖区内，见图1。

　　为了使iDEN基站B对模拟集群系统的干扰在可接受的范围内，我们假设iDEN基站在测试点C处产生的干扰等于模拟手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3dB（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时模拟手机接收到的iDEN的干扰信号为－124dBm。（由于系统是干扰受限，根据模拟的C/I＝18dB计算，实际的干扰I要比－124dBm大）。

　　在f0±25KHz时，由于带外有效发射功率－9.05dBm，C点的功率为－124dBm，这样路径衰耗为114.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点距iDEN基站的距离d2为：

　　d2＝0.70km

　　在f0±50KHz时，由于带外有效发射功率－16.05dBm，C点的功率为－124dBm，这样路径衰耗为107.95dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点距iDEN基站的距离d2为：

　　d2＝0.43km

　　这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，模拟基站覆盖区的边缘距iDEN基站的距离大于0.70km时，模拟系统将不会受到有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，模拟基站覆盖区的边缘距iDEN基站的距离越近。

　　在模拟系统覆盖区内，模拟移动台接收到的有用信号很强，而接收到iDEN的干扰信号相应的减少，因此不会对模拟系统产生干扰。 从以上分析可知，当两系统使用频率相邻或相差±50KHz时iDEN基站对模拟系统的在一定地理区域内将使干扰（噪声）增加3dB，对模拟系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰模拟系统的正常工作（覆盖区内）。

　　4、iDEN移动台对模拟基站的影响

　　根据iDEN资料，iDEN移动台最大发射功率为3W，其电缆损耗为－2.3dB，发射天线增益为－1dBd，因此移动台的有效辐射功率为：

　　PTi＝31.5 dBm

　　根据本章表1可知，当f0±25KHz时，其带外发射功率为-23.5dBm； 当f0±50KHz时，其带外发射功率为-33.5dBm。

　　假设iDEN移动台处于模拟基站的正下方，即距模拟基站的距离d＝70m，则根据公式（5）可得路径损耗Lb为：

　　Lb＝82.11 dB

　　模拟基站接收系统的总损耗为－7.4dB，天线增益为10dB，分集改善6dB，实际有效增益为：

　　Ge＝8.6dB

　　因此基站接收机接收到iDEN移动台的信号为：

　　PRi＝PTi－Lb＋Ge＝－42.01 dBm

　　我们知道模拟基站接收机的可用电平为－104dBm，两者相差62dB，小于70dB的干扰抑制比，所以当两系统邻道使用时，不会对基站接收造成阻塞。

　　这时模拟基站接收机接收到iDEN移动台的带外发射PRiO为：

　　当f0±25KHz时，PRiO＝-23.5dBm－82.11+8.6＝97.01 dBm

　　当f0±50KHz时，PRiO＝-33.5dBm－82.11+8.6＝107.01 dBm

　　很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处iDEN手机的干扰。

　　那么，iDEN移动台距离模拟基站多远时，干扰才可以忍受呢？我们假设iDEN移动台的干扰等于模拟基站的热噪声，即－127dBm，则路径传播损耗为：

　　当f0±50KHz时, Lb＝－127－8.6－（－23.5）＝112.1 dBm

　　当f0±50KHz时, Lb＝－127－8.6－（－33.5）＝102.1 dBm

　　根据公式（1），可算出iDEN移动台距模拟基站的距离为：

　　当f0±25KHz时，d＝0.57km

　　当f0±50KHz时，d＝0.28km

　　其实这种远近效应对整个移动通信系统都是存在的，是其特有的现象，我们只要注意就行了。

　　模拟集群系统对iDEN系统的干扰

　　1、iDEN基站和模拟基站处于同一站址时

　　从上面计算可知，模拟系统基站覆盖区覆盖区半径为8.24km，基站到覆盖区边缘的路径损耗为时150.05dB。假设模拟系统基站的发射功率为70W，邻道功率<70dB，杂散射频分量<70dB，而带外发射功率为二者之和，即<67dB，因此带外发射功率为-18.55dBm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为-18.55+10-7.4=-15.95dBm。其带外发射在边缘时的功率为：

　　-15.95 －150.05）＝－166dBm

　　iDEN系统移动台的热噪声为－123dBm，远大于模拟基站带外发射产生的干扰，因此在iDEN系统在其覆盖区边缘不会被干扰。

　　如果由模拟基站带外发射产生的干扰等于iDEN移动台的热噪声，即－123dBm，则移动台距基站的距离为0.40km。

　　这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于有用信号很强，因此不会产生干扰。从以上分析计算可知，在同站址时模拟基站不会对iDEN系统产生有害干扰。

　　2、iDEN基站和模拟基站不同站址时（iDEN信号弱，模拟信号强的情况）

　　我们假设iDEN手机处在测试点C，测试点C是在iDEN基站的覆盖区边缘，C点距iDEN基站的距离为d2＝8.18km，同时又处于模拟基站的覆盖区内，如图2所示。

　　我们假设模拟基站B在测试点C处产生的干扰等于iDEN手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3dB（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时iDEN手机接收到的模拟的干扰信号为－123dBm。

　　由于模拟系统基站带外有效发射功率－15.95dBm，C点的功率为－123dBm，这样路径衰耗为107.05dB，代入Okumura-Hata公式，可得到C点模拟基站的距离d1为：

　　d1＝0.40km

　　这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，iDEN基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离为0.40公里时，将不会产生有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，iDEN基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离越近。

　　在iDEN系统覆盖区内由于iDEN移动台接收到的有用信号很强，而模拟的干扰信号相应的减少，因此iDEN移动台不会受到干扰。

　　从以上分析可知，模拟基站对iDEN系统的在一定地区将使干扰（噪声）增加3dB，对iDEN系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰iDEN系统的正常工作（覆盖区内）。

　　3、模拟移动台对iDEN基站的干扰

　　模拟手机的发射功率在0.2W-1.3W之间，最大发射功率为31.14dBm，邻道功率一般<2.5uW，即－26.02dBm，iDEN基站接收机的馈线总损耗为－9.5dB，天线增益为10dB，分集接收改善4.7dB，因此实际的天线有效增益为：

　　Ge＝－9.5＋10＋4.7＝5.2dBi

　　假设模拟移动台在其覆盖区边缘，且距iDEN基站的距离为70m（处在iDEN基站的正下方），根据Okumura-Hata公式可计算出路径衰耗为82.11dB，这时iDEN基站接收到模拟手机的功率为：

　　PRA＝31.14－82.11＋5.2=45.77 dBm

　　我们知道iDEN基站接收机的可用电平为－104.5dBm，两者相差58.73dB，而一般集群系统在25KHz信道间隔时的邻道干扰抑制比为70dB，因此模拟系统移动台不会对iDEN基站接收造成阻塞。

　　这时iDEN基站接收机接收到模拟移动台的带外发射PRAO为：

　　PRAO＝-26.02dBm－82.11+5.2 ＝-102.93 dBm

　　很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此iDEN基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处模拟手机的干扰。

　　我们假设模拟移动台对iDEN基站的干扰等于iDEN基站的热噪声，即－127dBm，则路径传播损耗为：

　　Lb＝－127－5.2－（－26.02）＝106.18 dB

　　根据公式（5），可算模拟移动台距iDEN基站的距离为：

　　d＝0.38km

　　这样，只要模拟移动台到iDEN基站的距离大于或等于380米，就不会对iDEN基站接收远端信号时产生有害干扰。同上章一样，这是整个移动通信系统都存在的远近效应现象。

　　结 论

　　从以上计算可知，模拟集群系统和iDEN系统可以使用相邻频道而不相互干扰。当要同频复用时必须满足C/I的要求，有一定的隔离距离。

　　以上计算均是以接收到的话音质量为4级、无线覆盖区边缘的可通率为90％、城区室外准平滑地形等条件为前提的。