关于GSM上行链路干扰与塔顶放大器问题

关于GSM上行链路干扰与塔顶放大器问题

王树甲

    

在理想高斯白噪声信道，在TDMA无线接入系统的容量可以表示为

    。                      

                               （1）



式中，K为用户数目，C_k为每用户数据速率，W为占用带宽，N₀为噪声功率谱密度，E_b为每比特能量，P为基站所收到的每用户的有用信号功率。P可以表示为

        。                                                      （2）

式中，P_t手机发送功率，L（dB）为路径衰耗。CCITT的路径衰耗公式为

   [ L_ccirt]=69.55+26.16log(f)－13.82log(H_b)+[44.9－6.55log(H_b)]log(d)+a_x(H_m)。    （3）                   

式中，f为频率(MHz)，d为移动台至基站距离(km)，H_b为基站天线高度(m)，a_x(H_m)为移动台天线高度校正函数。根据式（3），传播衰耗与距离的关系可以表示为

         ，或 。                                 （4）

在GSM移动通信系统中，存在来自各隔站小区各手机（1/3空间复用）的同信道干扰（I_c）和邻信道干扰（I_a），而且可以认为这些干扰是不相关的，因此，上行链路的总干扰是各干扰信号的功率和。在保证差错率分别要求C/I_c=9dB，C/I_a=-9dB的情况下，总干扰（I_t）可以表示为

         。                                               （5）

将式（2）代入式（1），我们有

        。                （6）

现在简要分析式（3），为保证基站按质量接收带内各手机的有用信号，基站接收机输入端的每一时隙应保证一定的载/噪比（P/N_t）。这要求，1）各手机发送功率P_t能够克服其路径（d）传播衰耗L_P，使到达基站的功率大于P，且越大越好，但同时会增大经由两倍路径（2d）衰耗抵达隔站的干扰；2）降低WN₀，即改善基站接收机，降低其噪声系数、提供其灵敏度；减小I_t，即减小隔站小区的各手机的发送功率，这与覆盖范围有矛盾。事实上，GSM系统采用了一些减小干扰作用的措施：跳频（干扰平均）、不连续发射（减小干扰强度）。

现在根据上述公式分析塔顶放大器的作用：首先，采用塔顶放大器能够降低基站接收系统的WN₀，提高其灵敏度，增大系统增益（手机发送P_t－基站接收灵敏度），在P和I_t不变的条件下，可以扩大复盖；其次，也可以理解为允总干扰I_t增大，而使总噪声（WN₀+I_t）不变，覆盖范围不变；最后，因为手机功率是受基站控制而调节的，而调节的依据是号电平和信号质量，所以，在覆盖和信号质量不变的情况下，允许降低接收功率P，即可以降低各手机的发送功率P_t。应当指出，不论有用信号还是无用信号都随机时变信号。手机可以处在其服务小区的不同位置，除扩大覆盖后的边缘外，都可以在保证原来质量的条件下，减低发送功率，从而减小它们对隔站各小区的干扰。在路测过程中， 在大部分路段，有无塔放情况的手机发送功率有明显差别，大量基站测试结果都是一致的。这表明一般情况下上行链路WN₀和I_t在同一数量级，采用塔放对降低热噪声是有效的。这可以加大覆盖范围，使原来因路径衰耗不能保证载/噪比门限的距离，由于基站接收机的性能改善而得以保证。那些位于近距离的手机由于载/噪比有了富裕而可以减低功率。大多数手机发送功率的降低，显然会降低对其各同频和邻频小区的干扰。事实上，塔放对1/4复用的广播信道所在载频也有改善，其机理是同相的。但由于该频道不采用跳频，所以这种改善更为可贵。

图1表示1/3复用，任意小区（如1）受到6个同频小区的干扰，而且干扰与其周围的6个同频小区。图2表示扇区情况，主要受到3个同频小区的干扰，并干扰2个同频小区。还应注意到基站天线前/后增益比对信号/干扰比的改善。

有些地区可能会有邻小区的邻频干扰，但它与同频干扰不同，会受到基站接收机选择性的大大抑制，其作用比同频干扰小得多。

 

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图1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2