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
式中,K为用户数目,Ck为每用户数据速率,W为占用带宽,N0为噪声功率谱密度,Eb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
式中,Pt手机发送功率,L(dB)为路径衰耗。CCITT的路径衰耗公式为
式中,f为频率(MHz),d为移动台至基站距离(km),Hb为基站天线高度(m),ax(Hm)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
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(Ic)和邻信道干扰(Ia),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/Ic=9dB,C/Ia=-9dB的情况下,总干扰(It)可以表示为
将式(2)代入式(1),我们有
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/Nt)。这要求,1)各手机发送功率Pt能够克服其路径(d)传播衰耗LP,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It,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Pt-基站接收灵敏度),在P和It不变的条件下,可以扩大复盖;其次,也可以理解为允总干扰It增大,而使总噪声(WN0+It)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Pt。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It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。
1 2 3 3 2 1 1 3 2 2 1 3 1 1 1
1
1
1
3
1
2
图2