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内蒙古大学硕士学位论文
CDMA基站与GSM基站干扰分析与解决方案
摘 要
随着无线通信技术和服务要求的快速发展，出现了第二代、第三代和第四代移动通信系统，以及同一代移动通信系统内不同通信标准共存的情况，由于在实际建设中受到站址选址、资金等许多条件的束缚，出现了不同系统之间的基站邻址或共址建设的问题。当不同的基站共同运行时，就会出现电磁环境兼容问题，如何认识和解决在实际建设中遇到电磁兼容问题，是摆在工程技术人员面前需要解决的难题。
本文首先对CDMA与GSM的不同特性进行分析，简要介绍了移动通信系统中电磁兼容问题的主要特点，给出了相关基本概念。CDMA与GSM之间的电磁干扰作用是相互的，本文将研究重点放在CDMA发射系统对GSM接收系统的电磁干扰上面，并对其进行了详尽的理论探讨与分析研究。文章从干扰产生机理和干扰作用特点两个方面阐述了三种主要的电磁干扰对GSM接收系统的影响，并且分别给出了数学计算模型。
以CDMA发射系统与GSM接收系统之间邻址和共址两种情形为例，分别探讨了影响电磁干扰水平的主要因素和它们之间的变化规律，从理论上确认了理想情况下的最小天线隔离距离。通过理论上的探讨和联系实际的分析研究之后，论文最后给出了解决CDMA与GSM基站系统运行时电磁兼容问题的工程应用方案。
关键词: CDMA，GSM，干扰，天线隔离
INTERFERENCE ANALYSIS AND SOLUTION OF
CDMA BASE STATION AND GSM BASE STATION
ABSTRACT
With the rapid development of wireless communication technology and service requirements, the second generation and the third generation and fourth generation mobile communication system, and the same generation mobile communication system in different communication standards coexistence situation, due to the shackles in the actual construction by site location, capital and other many of, between the different systems of the adjacent base station access or co site construction the different base station work together, it will appear the electromagnetic compatibility problem, how to understand and solve the problem of electromagnetic compatibility in the actual construction, is placed in front of the engineering and technical personnel need to solve the problem.
In this paper, the different characteristics of CDMA and GSM are analyzed, the main characteristics of electromagnetic compatibility in mobile communication system are briefly introduced, and the related basic concepts are given. The electromagnetic interference between CDMA and GSM is mutual, this paper focuses on the electromagnetic interference of the CDMA system to the GSM receiving system, and carries out a detailed theoretical study and analysis of it. In this paper, the influence of the three main electromagnetic interference on the GSM receiving system is expounded from two aspects of the interference generation mechanism and the characteristic of the interference.
Based on CDMA emission system and GSM receiver system between neighbor site and site of a total of two cases, for example, respectively discusses the variation between them, and the main factors affecting the level of electromagnetic interference and theoretically confirmed the ideal case the minimum antenna isolation by distance. Through theoretical discussion and practical analysis, the paper finally gives the solution to the problem of CDMA and GSM base station system operation.
KEYWORDS CDMA，GSM，Interference， Antenna isolation
一、绪论
课题的研究背景
随着信息社会的逐步发展，对移动通信手段提出了更高的要求。通信行业已经成为各个国家地区信息基础建设中的核心产业。其中尤为突出的是无线通信，更是信息建设特别重要的研究方向。对于应用非常广泛移动通信，由于其本身的速度快、移动性、安全性的优势，越来越被用户广泛推崇，并活跃在当今通信领域，成为现在这一时期乃至将来发展潜力巨大的发展产业。
如今，移动用户数量的数量日新月异，人们持有移动终端很普遍。移动信息产业的发展已经从国民经济方面推动了整个社会经济的连续增长。由于无线通信技术的便捷性，这种通信方式已经逐渐渗透到生活方方面面，扮演着不可或缺的角色。人们已将其作为一种不可替代的方法来进行信息获取和信息交流。而且无线通信技术覆盖密度高，范围大，因此世界各地的研究专家都看到了移动通信技术的发展前景。通过研究改进，以低速率的综合业务代替了原有的单一的提供语音业务的形式，并把移动通信系统从模拟提升至数字移动通信系统。
CDMA系统与GSM系统共存的发展现状
纵观现在的移动通信市场，3G、4G覆盖还不足，在部分农村和偏远地区，2G的网络用户规模依然存在。由于800MHz频段的资源比较优质，绕射性能好，同样的功率下能覆盖更大的范围和穿透更多的建筑物达到良好的室内覆盖，所以电信3G（EVDO）也支持和其2G同频段共存。
因为运营商自身需要降低网络投资成本、缩短建网周期，所以很多运营商都采用共用站址或站址相邻较近的方案进行建设。但不同频率和不同系统在一个基站中共同使用时，他们两个系统之间辐射的电磁能量通过天线耦合的方式在其中传播，产生电磁干扰会影响系统运行的稳定性，严重时使得系统无法正常工作。例如CDMA基站与GSM基站共址或邻址时，就大大提高了相互干扰的可能性。因为CDMA系统采用了扩频技术，所以抗干扰能力强，而GSM系统的采用的是TDMA技术，利用相同的载波频率分成多个时隙扩展用户，所以抗干扰能力相对较弱，并且CDMA系统的发射功率较大，所以在CDMA系统和GSM系统共址或邻址运行时，主要是CDMA基站对GSM基站的形成电磁干扰。因此，在CDMA基站系统和GSM基站系统共址或邻址时，研究电磁兼容的关键问题应该是CDMA发射系统对GSM接收系统的电磁干扰。
现在大量的工程技术人员，在处理两个相邻基站距离时，认为只要满足空间隔离距离的公式就可以基本解决它们之间的电磁干扰的问题。但其实这是不够的。因为我们从分配频段上可以看出，CDMA系统的发送频率和GSM系统的接收频率间隔只有5MHz，而且CDMA系统的发送功率较大，所以CDMA系统非常容易对GSM系统的上行频率造成干扰，影响GSM接收系统的质量。
本文研究的主要内容与章节安排
本文主要介绍了CDMA和GSM系统的工作原理、系统组成、频谱规划。重点分析了800MHzCDMA与900MHzGSM基站系统邻址或共址运行的电磁兼容性现状，根据CDMA基站发射系统对GSM基站接收系统产生电磁干扰的原理给出了杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰方式的数学计算模型。针对杂散干扰，分析了不同因素下，影响电磁干扰水平的四种情况，最后给出了解决CDMA与GSM基站系统间干扰的方案。
第一章主要介绍了通信系统的发展现状和课题研究的背景。
第二章主要介绍了通信的基本概念以及CDMA和GSM系统的工作原理、系统组成、频谱规划。
第三章介绍了移动通信基站建设的电磁兼容性要求，以及相关概念。
第四章从CDMA基站发射系统对GSM基站接收系统产生电磁干扰的原理、种类等几个方面作了详细的分析，给出了三种干扰方式的数学计算模型。采用MATLAB仿真算法，分析了影响电磁干扰水平的各种因素及它们之间的变化规律。计算出三种干扰的最小天线隔离度，从理论上研究了不同情况下的最小天线隔离距离。
第五章介绍了电磁干扰的危害，通过干扰实例的查处，阐述了目前解决两大移动通信系统在邻址或共址运行中电磁兼容性问题的实施方案。
二、 CDMA系统与GSM系统介绍
通信的基本概念
通信系统是指点对点通信所需的全部设施，而通信网事由许多系统组成的多点之间能相互通信的全部设施[1]。
如果按传统理解就是信息的传输与交换，信息可以是语音、文字、符号、音乐、图像等等。如图2-1所示，任何一个通信系统，都是从一个称为信源的时空点向另一个称为信宿的目的点传送信息[2]。
图 2-1 通信系统模型
Figure 2-1 communication system model
CDMA与GSM介绍
CDMA简介
1、CDMA定义
CDMA是Code Division Multiple Access的缩写，意思为码分多址。它采用扩频多址数字式通信技术，就是将需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，通过建立独特的代码序列信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议[3][4]。
2、CDMA技术背景
CDMA技术的研发是为了满足第二次世界大战中战争的需要。其目的是防止敌方对己方通讯造成干扰，起初主要用于抗敌方干扰。后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，并迅速推广和应用于北美、南美和亚洲等地[5]。
3、CDMA工作原理
CDMA是一种信道复用技术，它允许每个用户在同一时刻同一信道上使用同一频带进行通信。它还将扩频技术应用于通信系统中，这样的通信系统不仅抗干扰能力强、保密性好，而且具有抗衰落、抗多径和多址能力[6]。
4、直接序列扩频通信基本原理
直接序列扩频通信，简称直扩通信，其理论依据是香农信息论。即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。在接收端，根据扩频位置的不同，接收机在发端相应的位置进行解扩，即与一个相同的伪随机码相乘，将扩频后的宽带信号还原成窄带信号，再经滤波、解调、再生单元恢复信息数据，以实现信息通信。
图 2-2扩频通信原理图
Figure 2-2 schematic diagram of spread spectrum communication
扩频原理图如图2-2所示。发射端是将待传输的信息码a(t)经编码后，先对伪随机码c(t)进行扩频调制，然后再对射频进行调制，得到输出信号为：
()
式中：c(t)的速率(chip/s)为Rc，b(t)的速率(bit/s)为Rb。通常Rc远大于Rb，因而调制后的扩频信号带宽主要取决于c(t)带宽。
信号通过无线传输后，将会受到噪声和其他信号的干扰。因此，接收端所收到的信号除有用信号外，还包含有干扰信号，即：
()
式中n(t)为噪声和干扰信号的总和。接收机接收到的信号先用相干载波进行解调。
()
z(t)经宽带(带宽约为码片速率)滤波后，得：
()
并将G(t)与本地伪随机码c′(t)相乘，即进行解扩处理。因c′(t)与发端的c(t)码完全一致，所以输出信号再经基带滤波器，基带滤波器的带宽为信号b(t)的带宽，远小于解扩之前的宽带滤波器带宽，而还是宽带信号，经基带滤波后就只剩下很小一部分噪声功率。处理后为，其信号功率不变。所以解扩输出的信噪比要比解扩输入的信噪比大得多。再经解码器，就恢复成原始信号。
GSM简介
1、GSM系统定义
GSM是全球移动通信系统的简称。原意为“移动通信特别小组”，而后又被定义为“Global System for Mobile communications”[7]。
其空中接口采用TDMA（时分多址）的数字移动通信系统，采用FDMA/TDMA及跳频的复用方式。其规范由欧洲电信标准化协会（ETSI）颁布，不与任何一种模拟系统兼容，它主要目的是统一全欧洲制式，实现全欧洲内自动漫游，能够与ISDN（综合业务数字子网）互联。具有开放接口和通用接口标准、用户权利和保护和传输信息的加密等特点[8]。
2、GSM工作原理
GSM的多址方式为时分多址和频分多址相结合的跳频方式，载波间隔为200K，每个载波分为8个基本的物理信道。GSM的调制方式为GMSK，调制速率为
3、GSM系统组成
图2-3 GSM系统组成图
Figure 2-3 GSM system diagram
由图2-3所示，GSM蜂窝移动通信网含有许多子系统，其中主要包括移动台（MS）、基站子系统（BSS）、交换子系统（MSS）和操作维护子系统（OMS）四部分组成[10]。
1、移动台（MS，Mobile Station）是与基站通信的移动设备，可以车载型、便携型和手持型设备。
习惯上用手机代表移动台，手机使用前安装SIM卡，卡内含有用户的基本资料，例如识别码等。移动台的主要功能是通过无线接口进入通信网络，完成各种控制和处理以提供主叫或被叫通信，以及用户的注册和管理。广义的移动台应具备人机接口或与其他终端设备相连接的适配装置，或两者兼有。
2、基站子系统（BSS）
基站子系统（BSS,Bate Station System）主要有基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）等组成。BSS一端通过无线接口与移动台直接连接，另一端又与交换子系统的交换机连接。一个基站控制器可以控制许多个基站收发信台，一个基站收发信台又由多部收发信机所组成，用来实现对一定地理区域的无线覆盖，为处在该区域的所有移动用户提供无线接入到GSM网络的服务功能。
(1)基站收发信台(BTS)
基站收发信台(BTS，Base Transceiver Station)，主要由无线收发信机、天线和无线接口有关电路等构成。BTS通过无线接口与移动台进行信号收发，将接收到的信号传送到BSC处理。BTS提供信道、物理层和数据链路层之间的接口。典型的第一代基站有几个机架，每个机架高2米，宽米，能容纳3～5个无线载频，提供20～40条信道。新一代机架体积大为缩小，一个室内标准机架容纳6个以上载频数，目前有露天型、袖珍型BTS。BTS天线通常安装在几十米外的天线塔上，通过馈线电缆与收发信机连接。在GSM系统中，BTS还有一个称为码型转换器／速率适配器（TRAU）部件，其作用是把GSM系统内部话音编译码信号和较低的数据速率与公用电话交换网(PSTN)采用的标准64Kb/s PCM相匹配。
（2）基站控制器(BSC)
基站控制器(BSC，Base Station Controller)是BSS子系统的信号处理中心，主要负责信道分配、通话交接、功率控制及跳频控制。一个BSC实际上就是一台具有重要计算功能的小型交换机，主要作用是管理无线接口上的信道和切换过程。一个BSC可能管理多个BTS，实际管理的基站数量根据业务量多少而定。
3、交换子系统（MSS）
交换子系统（MSS,Mobilec Switching System）由MSC、VLR、HLR、AUC、EIR和GMSC等组成，其中MSC、GMSC就是交换机，VLR、HLR、AUC、EIR是记录移动管理的信息的数据库。
（1）移动交换中心( MSC，Mobile Switching Center)的主要功能是完成GSM系统内部用户的通信交换，就是在主叫方与被叫方之间建立连接，以及计费功能等。MSC一侧通过BSS与GSM网内用户相连，在另一侧与公用陆地移动通信网(PLMN，Public Land Mobile Network)、公用数据网( PSTN，Public Data Network)和综合业务数字网（ISDN,Intergrated Services Data Network)等.
MSC通常是一个相当大的数字程控交换机，能控制若干个BSC。一个典型的MSC有8-12机架，大约能满足百万人口的城市移动通信需要。
（2）网关移动交换中心(GMSC)
GSM网络要实现与外部网络(PSTN, PLMN, SDN, PDN)连接，连接点就是网关移动交换中心(GMSC, Gateway MSC)。GMSC的作用是查询移动用户位置信息，并把路由转移到移动用户当时所在的MSC。当用固定电话拨打GSM手机时，GMSC就会通过MSC查询HLR数据库内的记录，经确认路由后，将话路接续到移动用户实际所在的MSC，再通过MSC与被叫移动用户建立起连接。网关移动交换中心(GMSC)与外部网络通过一个网关接口建立连接。国际交换中心(ISC,International Switching Center)负责处理与国外语音通话的连接。
（3）归属位置寄存器(HLR)
归属位置寄存器(HLR, Home Location Register)，是用来存储与移动业务有关的用户信息。当用户申请移动电话号码后，运营商就会将用户的号码和相关增值服务信息记录在HLR中。此外HLR还记录用户所在地理位置。
（4）来访位置寄存器(VLR)
来访位置寄存器(VLR, Visited Location Register)负责记录处于定位区内所有手机(包括漫游手机)的位置数据，并定期发给HLR。为了缩短建立连接时间，减小网络负载，HLR根据需要也会将用户数据发给VLR。设备提供商常常将VLR与各个MSC集成在一起。
(5)网络验证中心（AUC）
网络验证中心(ACU，Authentication center)，包含一个用来存储用户验证参数的数据库、能产生RAND随机数发生器及产生加密和验证的“加密算法A8”和“验证算法A3”。
AUC作用是为了提高系统的安全性，防止非法用户接入GSM系统，随时为每个用户提供一组参数。这组参数会事先计算出来并存储在HLR，当进行验证和加密时能快速传送给MSC/VLR。每个HLR数据库中RAND，SRES都只使用一次，所以AUC要不断地计算并将得出的数据存储在HLR中。该参数组总是与每个用户相关连，只有用户手机与系统中的符号响应（SRES）和加密钥匙(Kc)一致时，系统才允许用户手机接入网络。
当移动台要求接入时，MSC将系统产生的RAND发给移动台，移动台将其送到SIM卡计算出用于验证的符号响应( SRES)和加密钥匙(Kc)，并通过无线接口将符号响应(SRES)回送给MSC。MSC将收到的SRES与HLR存储的SRES进行比较，若两者一致表示验证成功，移动台可以继续接入网络。若不一致表示验证失败，系统就会拒绝移动台接入网络。这样就完成了网络对用户的身份认证（即验证过程，也叫鉴权过程）。
同样，手机的Kc也必须与系统的Kc相同时，才能进行信号的加密、解密。
（6）设备识别寄存器(EIR)
每一部手机出厂时，厂商都赋予它一个设备号，即国际移动台设备识别码（IMEI,International Mobile-station Equipment Identity)。设备识别寄存器(EIR，Equipmet Identity Register)记录的就是手机的IMEI。IMEI分三种：White List表示合法手机,Black List表示非法手机，Grey List被观察手机。这样就可以限制被盗或“水货”手机进入系统。
4、操作维护子系统(OMS)
GSM网络要正常运行离不开操作维护子系统(OMS，Operation Maintenance System)，它通常是采用集中控制，具有友好的操作接口，可以进行配置管理、错误管理、性能管理和安全管理等。
通信系统的工作频段
我国的数字蜂窝移动通信系统使用900MHz与1800MHz频段，其中GSM系统的工作频段为上行：885MHz-915MHz（移动台发、基站收），下行：930MHz-960MHz（移动台收、基站发）。
中国电信CDMA系统使用的频段为上行：825MHz-835MHz（移动台发、基站收）．下行：870MHz-880MHz（移动台收、基站发）[11]。
三、 移动通信基站建设的电磁兼容性要求
电磁干扰与兼容
电磁干扰
EMI(Electromagnetic Interference)，由于感应耦合或静电耦合，或者电磁耦合使电磁辐射在附近的导线上产生传导性的电磁干扰，并从这些导线经由设备的电源线、信号线或控制线加到设备上形成干扰[12]。
电磁兼容
系统或设备在所处的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，同时不会对其他系统和设备造成干扰。EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部分，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力[13]。
电磁干扰三要素
骚扰源、敏感设备与耦合途径并称电磁干扰三要素。顾名思义，要构成电磁干扰效应，这三个要素缺一不可[14]。
只要缺失三个其中的任何一个因素，电磁干扰现象就不会发生。因而，在电磁干扰抑制技术方面，人们总是想方设法地将三个之中的一个去掉：屏蔽掉骚扰源、隔离开敏感设备或者切断耦合途径。
对于整个设备或者系统来说，外在的骚扰源有些可以很容易地去掉，但大部分可能不容易去掉或者根本去不掉。在设备或者系统内部，骚扰源可能是产品的零部件或电路等等。由于设备或系统功能的需要，这些也是不可能去掉的。敏感设备包括单个设备者、内部元件等等。同样由于功能需要，不可能去掉。因此，最有效的方法就是切断耦合途径。这个耦合途径包括两个方面的内容：传导耦合途径和辐射耦合途径。传导耦合的媒介包括互连导线、电源线、信号线、接地导体、设备的导电构件、公共阻抗、电路元件等等。
在骚扰进入敏感设备（电路、IC、部件）之前，用滤波的方法去除掉传导耦合噪声。辐射耦合是指通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上去，耦合的频率较高(高于30MHz) ，而且还是一种无规则的骚扰，也很容易通过电源线、信号线传播到其它回路之中。
辐射耦合的媒介主要有天线、电缆（导线）、机壳及其发射对组合。在骚扰源和敏感设备之间采用屏蔽处理的方法可以解决辐射耦合噪声。
CDMA的干扰性
如果GSM和CDMA共址建设或两基站距离较近时，CDMA系统采用扩频通信，抗干扰能力非常强，所以GSM系统对它的影响不大，但是在CDMA基站发送的信道频带的杂散信号很容易落在GSM基站的接收信道上，从而提高GSM系统的低噪，影响GSM系统的灵敏度。所以主要体现在CDMA系统干扰GSM系统。
干扰类型
杂散干扰
杂散干扰是由于干扰基站中的发射滤波器的滤波特性不能满足技术要求而使发射信号的带外信号(杂散信号)以噪声形式落入相邻的被干扰基站的接收频带内，从而提高了被干扰基站接收机的底噪，使得基站接收系统的输入信噪比降低，通信质量变差[15]。
互调干扰
互调干扰是由于传输信道中非线性电路产生的，当两个或多个频率不同的信号同时进入接收机前端，由于非线性器件的作用，干扰信号发生互调，当互调产物落入收信机中频通带内，产生的干扰成为互调干扰[16]。
阻塞干扰
当一个具有很高电平的干扰信号进入非线性电路时，由于距离近、功率高以及接收机的带外响应特性等因素，可能导致电路过载，出现失真，使叠加干扰信号上的有用信号不能被放大，甚至完全被抑制，有用信号完全不能被接收，更不能被还原成消息。从而造成阻塞干扰[17]。
四、 干扰模型的分析与计算
CDMA系统对GSM系统的电磁干扰原理
图4-1 CDMA系统对GSM系统干扰原理框图
Figure 4-1 CDMA system interference principle block diagram of GSM system
图给出了CDMA发射系统与GSM接收系统间的干扰原理框图（邻址或共址），与干扰相关的器件有CDMA系统发射机中的发射放大器、带通滤波器和GSM系统接收机中的带通滤波器和接收机。
相比较而言，CDMA系统对GSM系统最主要的干扰是杂散干扰，本文主要对杂散干扰进行分析计算。
杂散干扰分析
杂散干扰产生的根本原因是CDMA发射机中的射频功率放大器的非线性所导致的射频信号输出功率谱的频谱旁瓣再生。如果此时滤波器性能不佳，杂散信号就很容易落在相邻的GSM系统的接受频带内，造成对GSM接受系统的干扰[18]。
图4-2 CDMA发射系统的杂散信号落入GSM接收频带中示意图
Figure 4-2 the spurious signals of the CDMA transmit system fall into the
GSM receiving frequency band.
如图4-2所示CDMA发射信号经过放大器输出后，功率变为Pc，经过CDMA发射机的带外抑制后，CDMA信号分为两部分：一部分是正常的CDMA发射信号，另一部分就是杂散信号，杂散信号经过滤波器的进一步滤波后变为I1，射频滤波器在GSM有效接收带宽内对CDMA杂散辐射信号的衰减幅度为L，I1经过发射天线增益变为I2，I2通过空间衰减后为I3，I3经过GSM接收天线增益后最终到达GSM接收机接收端的杂散干扰信号电平为I4，所以，CDMA对GSM的杂散干扰可以按照如下公式[19]:
I4=Pc+ICR-L+GT-Lbf+GR-10㏒（Bwi/Bwa） （）
Pc为CDMA系统发射功率；ICR为CDMA发射带外抑制衰减（dBc）；L为 CDMA 发射滤波器在 GSM 接收频带内对本身杂散信号的衰减值；GT为CDMA为发射天线增益；Lbf为天线隔离度；GR为GSM接收天线增益,Bwi为被干扰基站的信号带宽，Bwa为干扰信号的可测带宽[16]。
Pc= 43dBm（发射功率为20W）；
ICR根据IS-97规范，当>时，杂散发射功率小于等于-60dBc/30KHz；
GT+GR=30dB（发射天线与接收天线主瓣正对）；
L=60dB；
天线隔离度
天线隔离度是指一个天线发射信号，通过另一个天线接收的信号与该发射天线信号的比值[20]。本文所涉及到的天线间隔离度是以自由空间模型作为计算路径损耗的近似数学模型：
Lbf=+20logf+20logr [Lbf（dB），f（MHz），r(Km)] （）
分辨率带宽：也叫参考带宽，表示测试的是多大带宽的功率，是由于中频滤波器的带宽决定的。
CDMA分辨率带宽30KHz，GSM系统的接收带宽200 kHz，CDMA发射功率只有部分落入GSM带内，故对其干扰功率只能是其总功率的一部分，一般称其为带宽转换因子（Bandwidth Conversion Factor）。带宽转换因子的计算公式为10㏒（200/30）=。
GSM基站接收机灵敏度
接收机灵敏度是指在给定接收机输出端得到规定的信纳比[(S+N+D)/(N+D)]或信噪比[(S+N+D)/N]的条件下，接收机输入端所需的最小信号电平或最小功率信号[21]。
那么GSM基站的接收灵敏度在理论上可以做到多大呢？
众所周知，GSM接收机系统可以分为射频滤波、LNA、混频、中频滤波、放大、A/D变换、DSP处理、解调等几部分组成。
通常情况下，进入接收机输入端的信号有两种，有用信号Pmin和热噪声信号Pnoise（本底噪声），因为电路本身在接收通道中也会有噪声Nf，因此在解调处有用信号和噪声信号的比例为：
Eb/Nt=Pmin–Pnoise–Nf （）
其中Eb/Nt称为解调门限。在一定的误码率前提下，接收机接收到的信号应不低于接收机解调门限，接收机才能正确解调接收到的信号。是指有用信号每比特能量与噪声和干扰功率谱密度的比值。在GSM系统中Eb/Nt的理论值一般为9dB。
热噪声的取值为Pnoise=10㏒（KTW）;
K为波尔兹曼常数，K=×10-23J/K；
T是标准噪声温度，T=290K；
W为系统信道带宽,对于GSM系统而言W=200kHz,；
代入（）式，则
Pnoise =10㏒(KT) +10㏒W =-174dBm +10㏒（200×1000）=-121dBm 可以推出GSM基站接收机理灵敏度为
EG=Pmin=Pnoise+Nf+Eb/Nt
其中Nf为接收机噪声系数8dB；
所以EG=Pmin=-121dBm+8+9=-104dBm
GSM 接收机底噪为：EG-Eb/Nt=-104-9=-113dBm，
同时满足下列条件，基站之间才可以正常运行：被干扰基站的接收噪声恶化量必须≤。
因此可以计算出来干扰余量为：
Pmin- Eb/Nt -10Log(10((Pmin - Eb/Nt +)/10)-10((Pmin - Eb/Nt )/10))
=≈10dB
可以算出满足接收噪声恶化量≤的条件的最大杂散信号为:
I4=Pmin-Eb/Nt-10dB=-123dBm
邻址情形下的电磁干扰分析
邻址情形下的杂散干扰
1、滤波器与空间距离之间的关系
假设L=0，即CDMA基站发射端没有滤波器，考查此时CDMA与GSM基站能否满足共址要求。
I4=Pc+ICR-L+GT-Lbf+GR-10㏒（Bwi/Bwa）
I4=Pc+ICR-L+-20㏒(f)-20㏒(d)+GR-10㏒（Bwi/Bwa）
将L=0，L=Pc-I4+ICR+-20㏒(f)-20㏒(d)+GR-10㏒（Bwi/Bwa）
I4=P=-123dB，f=900MHz
0=43-(-123)+(-60)-20㏒(900)-20㏒(d)+30-10㏒（200/30）
得到d=66km；
这是一个无法得到的共址要求的空间距离。
这是在天线主瓣正对得到的，以下还将得出(GT+GR=0)对应的天线隔离距离。
0=43-(-123)+(-60)-20㏒(900)-20㏒(d)-10㏒（200/30）
得到d=，这也是一个无法得到的共址要求的空间距离。
所以，如果CDMA基站系统发射端没有安装带通滤波器，那么CDMA基站发射系统与GSM基站接收系统是根本无法得到共址运行的。那么，滤波器的衰减幅度如何取定才能达到要求？
2、杂散干扰与传播距离的关系
取最坏情况(GT+GR=30dB)，f=900MHz。
1、杂散干扰与滤波器的衰减幅的取值：
L=43-(-123)+(-60)-20㏒(900)-20㏒(d)+30-10㏒（200/30）
L=-20㏒（d）
图4-3 杂散干扰与滤波器的衰减幅的取值的关系
Figure 4-3 the relationship between the value of the stray interference and the attenuation of the filter
从图4-3中看出，COMA发射机与GSM接收机的站址距离越大，对发射端滤波器的衰减特性要求越低。实际当中CDMA发射机与GSM接收机邻址时，至少应该保证20米距离的要求，从可以看出，COMA发射机的滤波器衰减值至少应该有70dB。
3、杂散干扰与传播距离的分析：
L=60dB，f=900MHz
L=70dB，f=900MHz
I41=-20㏒(900)-20㏒(d)+30-10㏒（200/30）
I41=-L-20㏒(900)-20㏒(d)
I41=-20㏒（d）
I42=-20㏒(900)-20㏒(d)+30-10㏒（200/30）
I42=-20㏒(d)
图4-4 邻址情况下杂散干扰值与传播距离的关系
Figure 4-4 the relationship between the value of the interference and the propagation distance
in the case of the adjacent site
从图4-4中看出，随着发射天线与接收天线间距离的增大，杂散干扰值下降。
4、杂散干扰与接收系统工作频率的关系
取定天线间距为25米，发射滤波器值为60dB、70dB。
I41=-20㏒(f)-20㏒(25)+30-10㏒（200/30）
I41=-20㏒(f)
I42=-20㏒(f)-20㏒(25)+30-10㏒（200/30）
I42=-20㏒(f)
图4-5 邻址情况下杂散干扰值与接收系统工作频率的关系
Figure 4-5 the relationship between the operating frequency of the receiving system in the case of the adjacent site
由图4-5中看出，邻址情况下杂散干扰随着GSM接收机工作频率的增加而下降，所以CDMA发射机影响GSM接收机低端信道。
三种干扰最小天线隔离度计算
杂散干扰最小天线隔离度
根据信息产业部无[2002]65号《关于800MHz频段CDMA系统基站和直放站杂散发射限值及与900MHz频段GSM系统邻频共用设台要求的通知》中的要求，在885～915MHz频段带外杂散发射核准限值最大为-67dBm/100kHz。
所以，克服杂散干扰所要求的天线隔离度公式为：
Lbf=-67-（-123）-10㏒(100\200)=59dB
互调干扰最小天线隔离度
图4-6 CDMA基站发射信号产生互调信号示意图
Figure 4-6 CDMA base station transmitting signal generating
intermodulation signal diagram
如图4-6所示，互调干扰由于发射信号在功放电路中相互调制而产生新的频率组合，随同有用信号一起发射出去，互调频率落入接收机频带内造成干扰。
1、互调信号产生原理
互调干扰公式如下：
fs=mfj1±nfj2±pfj3±… （）
式中fji为各干扰信号频率，fs是信号频率；i,m,n和p可以从0，±1，±2，±3…中取值。︱i︱+︱m︱+︱n︱+︱p︱…+称为互调的阶次。
其中较为严重的干扰为三阶互调，其表达式为
fs=f1+f2-f3 （）
两个信号的三阶互调干扰，其表达式为
fs=2f1-f2或fs=f1+2f2 （）
2、CDMA系统对GSM系统产生的互调干扰
CDMA系统的下行频段870-880MHz之间的三阶互调干扰频率很容易落在GSM接收频带内。例如频点、、和的三阶互调产物(+=)就落入了GSM的接收频带。
从功率上分析，三阶互调干扰电平IMP3=3A1-2TOI（或3A2-2TOI）。
则A1=A2=(IMP3 + 2TOI)/3 （）
其中，TOI 表示接收机输入端定义的三阶截至点，该参数表示器件的线性度，与输入信号的大小、器件本身的增益没有任何关系，GSM 系统接收机的三阶截至点一般为-8dBm。
所以根据上式所得的GSM接收机底噪为[22]：
IMP3=EG-Eb/Nt-10=-123dBm，
代入（）中，A1=A2=(-123-2×8)/3=-46dBm。
与杂散干扰很相似，我们很容易得到互调干扰的数学模型：
Ih=Pc-Ltx-L-Lbf （）
所以，克服互调干扰的天线隔离度公式为：
Lbf=Pc-Ltx-L-Ih，A1=Ih，
代入（）中，Lbf=Pc-Ltx-L-A1 （）
其中Pc为CDMA最大标称发射信号功率，Ltx为发射滤波器的带通损耗值，Pc、Ltx这里分别取定为43dBm和；
Lbf为天线隔离度；
L表示接收机中的滤波器对所接收到的干扰载波信号的衰减特性，这里取定为65dB；
可得Lbf=Pc-Ltx-L-A1=-65-(-46)=
阻塞干扰最小天线隔离度
图4-6 产生阻塞信号示意图
Figure 4-6 the signal is generated.
阻塞干扰的产生是因为CDMA的载波功率大，作用于GSM系统接收机前端，又由于GSM系统接收机的非线性，造成对有用信号增益的降低（通带外抑制）或噪声提高，使GSM接收机灵敏度降低。
以两个电压矢量相加来分析较强的阻塞干扰情况：
假设有用信号Us=Uscosωst，
干扰信号Un=Uncosωnt，
它们叠加在一起时，组合成的信号为
Ub=Us+Un= Uscosωst+Uncosωnt。
经三角变换并考虑了干扰信号很强（即Un>>Us）后，得到信号为：Ub=Un[1+mo cos(ωs-ωn)t]cos[ωnt+mosin(ωs-ωn)t]= Un(1+mo cosΩt)cos(ωnt+mosinΩt)
式中：mo=Us/Un，Ω=ωs-ωn
这是一个调幅调相波，式中Un(1+mo cosΩt)相当于一个调幅波，mo为调幅度，Ω为调制频率，而Uncos(ωnt+mosinΩt)相当于一个调相波。
由此可见，一个弱的有用信号和一个强的干扰信号叠加后组合成的新信号将变成一个频率以干扰信号的载频为中心的调幅调相波。当接收机同时接收到较强干扰信号和弱信号，经过一系列的变化后，合成信号的包络大部分被削掉而只保留了调相部分，由于调相部分被保留，故新组合成信号的相位变化中还会有有用信号。但由于Un>>Us，故mo很小，而干扰信号Un却很大，因而使输出信噪比显著下降，形成灵敏度降低和阻塞。干扰信号幅度Un越大，阻塞越严重。
如果GSM系统接收机接收端的CDMA信号过大就会造成收信机的阻塞，导致输出信噪比显著下降，出现大量上行质量切换和掉话。同时由于GSM基站内部的双工隔离器滤除了下行频带以外的信号，因此CDMA信号对处于较高频段的GSM下行信号影响不大，主要干扰GSM上行频段。而工程上要求GSM系统在接收端的阻塞门限小于-18dBm。
所以，阻塞干扰的数学模型为：
Iz=Pc-Ltx-L-Lbf ()
Pc为CDMA基站发射天线终端处实际发射的总载波功率,取值为43dB；
Ltx为发射滤波器的带通损耗值，取值；
Lbf为天线隔离度；
L为被干扰基站接收机的接收滤波器对所接收到的总载波信号功率的衰减幅度，这里取定为65dB。
克服阻塞干扰所要求的天线隔离度公式为：
Lbf=Pc-Ltx-Iz-L=-（-18）-65=
三种干扰的隔离度比较
表为克服三种干扰所要求的天线隔离度。
表 克服三种干扰所要求的天线隔离度
Table 4-1 the isolation of antennas required by the three kinds of interference
干扰类型
天线隔离度要求
杂散干扰
59dB
互调干扰
阻塞干扰
由表所示，杂散干扰影响最大。因此，只要满足杂散干扰的天线隔离度要求，那么，互调干扰和阻塞干扰都能克服。
杂散干扰的最小天线隔离距离
邻址时杂散干扰的最小天线隔离距离
取频率f=900MHz计算天线隔离度与天线间距离的关系。
I4=Pc+ICR-L+GT-Lbf+GR-10㏒（Bwi/Bwa）
-123=43+(-60)-20㏒(900)-20㏒(d)+30-10㏒（200/30）
㏒(d)=
d=65m；
推出最小天线隔离距离为65米，这样的距离在工程设计中是能够得到实现的。
共址时杂散干扰的最小天线隔离距离
不同射频系统的天线安装于同一天线塔上工作为共址情况，这时的天线隔离度计算公式为[23]：
垂直方向：L1=28+40㏒(D1/λ)； ()
水平方向：L2=22+20㏒(D2/λ)； ()
D：两天线间的距离（m）；λ：波长(m), λ=c/fc，f=900MHz，
λ=；
垂直时：
图 垂直时发射天线与接受天线同天线隔离度的关系
Figure the relationship between vertical transmit antenna and receiving
antenna isolation degree
根据：I4=Pc+ICR-L+GT-Lbf+GR-10Log（Bwi/Bwa）
所以：I4=Pc+ICR-L+GT-[28+40lg(D/λ)]+GR-10㏒（Bwi/Bwa）
共址时，GT+GR=0
I4=Pc+ICR-L-[28+40㏒(D1/λ)]-10㏒（Bwi/Bwa）
-123=43-60-60-[28+40㏒（D1/）]- 10㏒（200/30）
D1=
推出最小天线隔离距离为米，隔离距离完全满足共站要求。
水平时：如图4-8所示。
图4-8 水平时发射天线与接受天线同天线隔离度的关系
Figure 4-8 the relationship between the level of the transmit antenna and the antenna isolation degree
I4=Pc+ICR-L-[22+20㏒(D2/λ)]-10㏒（Bwi/Bwa）
-123=43-60-60-[22+20㏒(D2/)]-10（200/30）
D2=2m
推出最小天线隔离距离为2米，隔离距离也完全满足共站要求。
垂直与水平相比较：如图4-9所示。
图4-9 采用垂直隔离方式比起水平隔离方式与天线隔离度的关系
Figure 4-9 the relationship between the vertical isolation mode and the isolation degree of the antenna
从图4-9中可以看出，采用垂直隔离方式比起水平隔离方式更容易达到隔离要求。
五、干扰的危害与预防解决措施
. 干扰的影响
干扰是影响网络质量的关键因素之一，持续长而相对前项覆盖电平较强的干扰会导致误码率升高，手机用户会感觉到有单通、话音断断续续，不清晰、受杂音信号影响较大等现象的发生。噪声影响严重时，还会导致通话中断、掉网。而从话统上看，会存在干扰带值过高、TCH指配成功率低、拥塞率高、掉话率和切换成功率低等现象；路测上看，有切换困难和高电平、低质量的现象。
现场测试案例与数据分析
杂散干扰：我单位接到投诉，GSM基站上行频点受到严重干扰，部分区域不能正常通信。监测人员利用YBT-250频谱仪进行测试，测试结果显示底噪被抬高了，如图5-1所示。
图5-1 测试频谱图
Figure 5-1 test spectrum
随后我管理处将移动GSM基站关闭，发现CDMA基站的下行信号出现杂散发射，如图5-2所示。
图5-2 关闭GSM基站后的频谱图
Figure 5-2 after the GSM base station off the spectrum
通过开关基站实验，认定为CDMA基站干扰GSM基站。根据实地检查分析，干扰原因是：
1、CDMA发射设备没有在输出口加滤波器，使得CDMA下行信号出现“拖尾”现象；
2、CDMA基站与GSM基站的扇区方位正好相对。
预防及解决干扰的建议和措施
1、增加天线隔离度
（1）增加天线的水平或垂直间距，可以提高天线隔离度；
（2）采用窄频段天线，也可以提高天线隔离，但由于CDMA系统和GSM系统频段比较近，效果不大；
（3）改变CDMA系统和GSM系统天线覆盖方向，增加天线间的隔离。
2、加装发射滤波器
在CDMA系统发射通道中加装具有对带外杂散信号进行抑制的滤波器，CDMA系统对GSM系统的杂散干扰就可以减小，这样对天线隔离度的要求就可以降低，同时满足同站址建设基站的要求。但是，加装发射滤波器会减小基站的覆盖范围。
3、加装接收滤波器
如果在GSM基站接收系统上加装接收滤波器，可以对接收到的带外发射信号进行有效的抑制，CDMA系统对GSM系统产生阻塞干扰几率就会降低。但缺点是加装接收滤波器是不能消除落在接收带内的杂散信号，同时，还会减少基站的覆盖范围。优点是工程安装时不用中断基站[24]。
六、 总结与展望
总结
本文研究的重点放在CDMA发射系统对GSM接收系统的电磁干扰上面，分析了杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰对GSM接收系统的影响，并且分别给出了数学计算模型。以CDMA发射系统与GSM接收系统之间邻址和共址两种情形为例，分别探讨了影响电磁干扰水平的主要因素和它们之间的变化规律，从理论上确认了理想情况下的最小天线隔离距离。在通过理论的探讨和联系实际的分析研究之后，给出了解决CDMA与GSM基站系统运行时电磁兼容问题的工程应用方案。
展望
目前，运营商正处于逐步从传统基础网络运营向现代综合信息服务提供转型的关键时期，基站共址或邻址运行的电磁兼容性问题依然是目前建设的热点。随着网络建设的深入进行，3G、4G基站大量建设与高质量基站站址的匮乏的矛盾日渐突出，运营商为了减少投资以及缩短建设周期，不得不在已建成的2G基站上进行升级改造。这样，所带来的结果就是多网并存、电磁环境复杂的局面。所以对基站系统共址运行电磁兼容问题做一番深入探讨，不论是对现网运行的系统还是对未来的网络建设来说，都是有重要意义的。
但研究不同体制的移动通信网的电磁兼容性问题不仅仅停留在理论上，而是在开始建设时将电磁兼容性问题纳入网络规划中，同时做许多细致的运行数据的测试以及分析工作，这样才能最终得到最佳的解决方案。
所以随着移动通信建设、运营经验的积累和通信技术的飞跃发展，提出一个更为全面、合理、实用性强的电磁兼容问题解决方案是一件有重要意义的事情。
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Source
Coding
Channel
Decoding
Sink
35
