張需溥, 趙培

（1 杭州紫光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，杭州 310053; 2 中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

1 前言

隨著移動通信的發(fā)展，要求提供更好的室內(nèi)移動通信業(yè)務(wù)，尤其是未來4G移動通信更多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋原理圖見圖1。室內(nèi)分布系統(tǒng)最需要解決問題有兩個(gè)，其一如何減少傳輸中功率的損耗及如何將功率合理地分配到每一個(gè)分布天線，這點(diǎn)與室外覆蓋有著很大的區(qū)別，室外覆蓋更多地取決于基站的天線高度、增益及下傾；其二要最大程度降低干擾，干擾包括很多類型，同鄰頻干擾、系統(tǒng)間干擾及無源互調(diào)干擾等。其中無源互調(diào)干擾取決于器件的損耗和合理的設(shè)計(jì)，因此，耦合器、功分器、接頭和饋線等器件的選取顯得非常重要。

由無源器件（如同軸電纜、波導(dǎo)、連接器及合路器和天線等）的非線性產(chǎn)生的互調(diào)干擾稱為無源互調(diào)(PIM)[1]。無源互調(diào)會造成基站接收靈敏度下降，誤碼率增加，在同樣移動臺發(fā)射功率情況下造成覆蓋范圍減小，或者在保持誤碼率不下降情況下，相反會要求移動臺增加發(fā)射功率，潛在帶來其他干擾影響問題[2]。本文運(yùn)用干擾疊加原理[3]，分析無源互調(diào)對室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)覆蓋范圍影響程度。

圖1 室內(nèi)覆蓋原理圖

2 路徑損耗因子模型

在室內(nèi)電磁波傳播受影響的因素很多，在有限的空間內(nèi)環(huán)境變化大，墻、頂、地、人和室內(nèi)物體等都會引起電磁的反射、折射、散射和吸收，電磁場分布十分復(fù)雜，電波傳播模型相應(yīng)多種多樣。本文使用路徑損耗因子模型進(jìn)行路徑損耗計(jì)算，該模型靈活性很強(qiáng)，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4 dB可以用公式表示如下：

其中：

PL：傳播損耗(dB)；

PL(d0)：參考損耗（在d0=1米處的損耗值）（dB）；

Xσ：陰影衰落余量（dB）；

n：距離衰減因子；

FAF：不同層地板衰減因子（dB）。

考慮典型室分應(yīng)用，d0設(shè)定為1m，PL(d0)=31.5 dB(f=900 MHz)，n=2.8，Xσ=10，F(xiàn)AF=0。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計(jì)算

在對基站覆蓋范圍計(jì)算前，假設(shè)如下：

（1）GSM發(fā)信機(jī)發(fā)射功率為2×43 dBm(兩載波，每載波20 W)。

盡管實(shí)際基站可能工作在多載波情況下，且每載波功率低于20 W，但是其總功率還是接近46 dBm，在多載波情況下會產(chǎn)生更多互調(diào)信號，且多個(gè)互調(diào)信號相互疊加，導(dǎo)致總功率不變情況下，多載波互調(diào)與兩載波互調(diào)電平變化不大，簡化起見，用2×43 dBm兩載波模擬基站發(fā)射功率是合理的。

（2）在信號傳輸和發(fā)射過程中，假設(shè)只有1個(gè)無源器件產(chǎn)生互調(diào)干擾，該器件靠近Tx/Rx信機(jī)，其插損可以忽略，除此外其他地方均不產(chǎn)生互調(diào)。

（3）無源器件的互調(diào)基于2×43 dBm兩載波定義，譬如-140 dBc@2×43。

（4）假設(shè)無源器件互調(diào)隨輸入功率（單位dBm）線性變化，變化斜率為3，即輸入功率變化1 dB，輸出變化3 dB。盡管現(xiàn)有文獻(xiàn)證明，無源互調(diào)隨輸入功率線性變化，器件不同變化系數(shù)也不同，且一般情況下小于3，但是不妨礙將變化斜率設(shè)為3。

根據(jù)以上假設(shè)，我們首先分析一理想室內(nèi)分布系統(tǒng)（沒有其他干擾，僅有系統(tǒng)熱噪聲）覆蓋范圍受無源互調(diào)影響情況，具體計(jì)算步驟如表1所示。無任何干擾GSM基站覆蓋半徑為30.3 m,如果室內(nèi)分布系統(tǒng)的互調(diào)為-140 dBc@2×43 dBm，則覆蓋半徑縮短為12.9 m,與無干擾室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋半徑相比，縮短了57.5%。

表1 理想室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計(jì)算

運(yùn)用以上方法，我們計(jì)算不同天線互調(diào)值對基站覆蓋范圍影響，從圖2中可以看出，當(dāng)天線互調(diào)小于-150 dBc@2×43 dBm，無源互調(diào)對覆蓋范圍影響小于20%。

圖2 沒有其他干擾情況下互調(diào)對基站覆蓋半徑影響

其次我們分析無源互調(diào)對已存在某種干擾基站覆蓋范圍影響，假設(shè)一GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)存在同頻干擾，且該同頻干擾使基站收信機(jī)靈敏度下降3 dB，即從-109 dBm降低為-106 dBm，計(jì)算過程如表2所示。同樣圖3給出存在同頻干擾情況下，無源互調(diào)對基站覆蓋范圍影響。從圖3可以看出，由于其他干擾存在一定程度減輕互調(diào)干擾對接收靈敏度影響，相比而言，無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍影響降低，同樣-140 dBc@2×43 dBm無源互調(diào)情況下，覆蓋半徑縮小47.3%，遠(yuǎn)低于理想基站57.5%。

圖3 同頻干擾情況下互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋半徑影響

4 結(jié)論

通過分別分析無干擾和存在同頻干擾兩種情況下無源互調(diào)對基站影響范圍，可以清楚發(fā)現(xiàn)，無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍有較大影響，尤其是當(dāng)天線無源互調(diào)指標(biāo)低于-140 dBc@2×43 dBm。對于已存在某種干擾導(dǎo)致靈敏度下降的分布系統(tǒng)，無源互調(diào)對覆蓋范圍的影響度降低，其中干擾越嚴(yán)重，帶來靈敏度下降越嚴(yán)重，此種情況下無源互調(diào)對覆蓋范圍的影響度減小。

表2 同頻干擾室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍計(jì)算

[1]王輝球. 無源互調(diào)問題的初步研究[R]. 西安：航天工業(yè)總公司504研究所，1997.

[2]章堅(jiān)武. 移動通信[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[3]Laiho J,et al. Radio Network Planning and Optimisation for UMTS[M].Wiley & Sons, 2006.