WLAN與異系統(tǒng)干擾及隔離度的研究

1、WLAN與異系統(tǒng)干擾及隔離度的研究T技術(shù)廣角?IechnologyPanoramaWLAN與異系統(tǒng)干擾及隔離度的研究陶志強(qiáng)廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師王勁廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司助理工程師摘要:結(jié)合了干擾隔離度的工程要求對(duì)系統(tǒng)間干擾進(jìn)行分析,通過建立系統(tǒng)間干擾隔離度的模型,重點(diǎn)研究了2.4GHz頻段上WLAN系統(tǒng)與異系統(tǒng)間的隔離度,最后采用MCL算法得到系統(tǒng)間的天線隔離度要求及天線間空間隔離度的指標(biāo).關(guān)鍵詞:WLAN,2.4GHz,干擾,隔離度,MCLAbstract-ThisarticlefocusesontheinterferenceandIsosbetweenWLANandot

2、hermobilecommunicationsystems.CombinedwithengineeringIsorequirements,weanalysetheinterfereneeamongmobilecommunk.jationsystems.Then.amodelofIsoamongmobilecommunicationsystemsisset,andwiththeMCLmethod,thesystemandantennaIsolaion:betweenWLANandothermobilecommunicationsystemsiscalculatedandpresentedin2.

3、4GHzfrequencyband.Keywords:WLAN,2.4GHz,interference,Iso,MCIMSTTJu!YQ11,一一隨著WLAN技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,無(wú)論是室內(nèi)還是室外,都將面臨著WLAN與已有多套移動(dòng)通信系統(tǒng)間的干擾問題.研究WLAN系統(tǒng)與其他系統(tǒng)問的干擾及隔離度,有效解決多套移動(dòng)通信系統(tǒng)共存,共站址的干擾隔離,從而提升系統(tǒng)覆蓋效果和用戶感知,將是今后研究的熱點(diǎn),具有非常重要的意義.WLAN系統(tǒng)可以工作在2.4/5.8GHz兩個(gè)頻段.由于2.4GHz頻段為共用頻段,且與DCS1800,WCDMA,TDSCDMA及TDLTE系統(tǒng)的頻段間隔較小,因此W

4、LAN系統(tǒng)在2.4GHz頻段上的干擾不容忽略,對(duì)在該頻段上多系統(tǒng)問的干擾隔離度分析更為緊迫.1WLAN與異系統(tǒng)間干擾分析1.1頻譜分析目前國(guó)內(nèi)商用移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有GSM,TDSCDMA,cdma2000,WCDMA,TDLTE,WLAN等.其頻譜分布如圖1所示.WLAN系統(tǒng)主要使用2.4/5.8GHz頻段,目前主要使用802.1lb/g技術(shù),其頻率范圍為2.4002.4835GHz.共83.5MHz帶寬,劃分為13個(gè)子信道,每個(gè)子信道帶上行MN0L0GY帆LEc0MMUNIcATl0Ns|)CS181)1)DCS1800WCDMAWCDMATDLTEWLAN圖1各類移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜分布寬為2

5、2MHz.在使用該頻段時(shí),為保證信道之間不相互干擾,要求兩個(gè)信道之問間隔不低于25MHz.在一個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi),最多可以提供3個(gè)不重疊的頻點(diǎn)同時(shí)工作,通常采用1,6,11j個(gè)頻點(diǎn).下面將重點(diǎn)研究WLAN在2.4GHz頻段上與異系統(tǒng)間的干擾及隔離度問題.1.2系統(tǒng)間干擾分析移動(dòng)通信系統(tǒng)問的干擾在主要有三類:雜散干擾,阻塞干擾,互調(diào)干擾.(1)雜散干擾.雜散干擾是指干擾系統(tǒng)所發(fā)射的通帶以外的信號(hào)旁落到被干擾系統(tǒng)的通帶頻段范圍內(nèi)而產(chǎn)生的干擾.其產(chǎn)生的原因往往是干擾源系統(tǒng)并不能完全抑制帶外信號(hào).一般來(lái)說,在干擾源系統(tǒng)的中心頻率兩側(cè),必要帶寬-4-250%倍處或以外的發(fā)射都認(rèn)為是雜散發(fā)射.(2)阻塞干擾.阻塞

6、干擾是指接收機(jī)在接收時(shí),帶外干擾信號(hào)遠(yuǎn)比需要接收的有用信號(hào)強(qiáng),而引起的接收飽和失真,此情況一般在干擾源非常接近被干擾系統(tǒng)的接收端,發(fā)射功率較大或被干擾系統(tǒng)的有用信號(hào)過于微弱時(shí)產(chǎn)生.(3)互調(diào)干擾.互調(diào)干擾是指兩個(gè)頻率不同的信號(hào)在非線性作用下,相互調(diào)制將產(chǎn)生新的頻率分量,而這種互調(diào)產(chǎn)物正好落在被干擾的系統(tǒng)通帶范圍內(nèi)而產(chǎn)生的干擾.1.3干擾隔離度的工程要求在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)中,尤其是多套移動(dòng)通信系統(tǒng)共站址或共存的情況下,必須注意合理規(guī)避上述各種干擾.為規(guī)避干擾,接收機(jī)需要以降低接收靈敏度為代價(jià),一般情況下,在收機(jī)靈敏度下降0.8dB左右時(shí),絕大部分的系統(tǒng)仍能正常作.在此靈敏度下降的范圍內(nèi),日前業(yè)界

7、主要有以下幾個(gè)指標(biāo).(1)被干擾系統(tǒng)所接收到的雜散干擾信號(hào)電平應(yīng)比其接收機(jī)底噪低7dB;(2)在被干擾接收機(jī)中產(chǎn)生的二二階互調(diào)干擾電平應(yīng)比接收機(jī)底噪低7dB;(3)為了避免放大器工作在非線性區(qū),常把工作點(diǎn)從1dB壓縮點(diǎn)回退5dB,即被干擾系統(tǒng)所接收到的干擾信號(hào)總功率比其接收機(jī)的1dB壓縮點(diǎn)低5dB.在一般情況下,只要滿足第一條準(zhǔn)則,第二,第三條準(zhǔn)則也會(huì)基本滿足.因此,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)建設(shè)中,在分析不同系統(tǒng)問干擾時(shí),一般主要考慮雜散干擾和阻塞干擾指標(biāo).1.4干擾分析算法目前,一般使用最小耦合損耗(MCL)算法研究和分析移動(dòng)通信系統(tǒng)間的干擾問題.該算法的基本思路是根據(jù)發(fā)射和接收的行業(yè)指標(biāo)規(guī)范來(lái)計(jì)算干

8、擾與被干擾系統(tǒng)問的隔離度要求,亦即MCL.然后根據(jù)得到的隔離度要求,結(jié)合干擾與被干擾系統(tǒng)的天線位置關(guān)系和視距傳播模型計(jì)算天線的空間隔離距離.一般來(lái)說,系統(tǒng)間隔離度計(jì)算需要綜合雜散及阻塞干擾隔離度,取其較大值作為最終的系統(tǒng)隔離度要求.對(duì)于WLAN系統(tǒng),若干擾信號(hào)沒有落在正在使用的WLAN載波的鄰道中,則它對(duì)WLAN接收機(jī)的影響可以不考慮.由于目前WLAN各廠家阻塞干擾要求不一,業(yè)界尚無(wú)統(tǒng)一的阻塞干擾指標(biāo),因此在考慮WLAN與異系統(tǒng)隔離度要求的時(shí)候,主要考慮了雜散干擾隔離要求.本文后續(xù)將主要分析WLAN與異系統(tǒng)間的雜散干擾隔離度.印_年7日孽7釜皇墮!i竭T技術(shù)廣角?echnoogyPanoram

9、a圖2系統(tǒng)間干擾隔離模型2WLAN與異系統(tǒng)問隔離度分析2.1WLAN與異系統(tǒng)的隔離度模型目前,根據(jù)3GPP及我國(guó)的相關(guān)規(guī)范,系統(tǒng)間的隔離指標(biāo)要求(例如雜散輻射,阻塞干擾等指標(biāo))均以天線口輸出信號(hào)為準(zhǔn).干擾信號(hào)在干擾源天線發(fā)出以后經(jīng)過空間傳播而得到相應(yīng)的衰減,最后被受干擾系統(tǒng)接收(見圖2).根據(jù)以上模型,本章后續(xù)主要分析WLAN系統(tǒng)在2.4GHz頻段上與目前主要的移動(dòng)通信系統(tǒng)間的雜散隔離度要求.2.2WLAN與異系統(tǒng)隔離度計(jì)算與分析2.2.1天線隔離度要求根據(jù)MCL算法,到達(dá)被干擾基站的天線端的雜散干擾功率可以表示為:I6=一,+10xlg(晴,/召咖帕髫)I,o=一I6+101g(d/腑咖啦)

10、(1)其中表示天線隔離度要求(dB);表示干擾源功放輸出功率(dBm);表示被干擾系統(tǒng)接收機(jī)的干擾容限;示被干擾基站信號(hào)帶寬;船表示干擾信號(hào)可測(cè)帶寬.Ib=+NF一7(2)3)為般頻折統(tǒng)噪聲系數(shù),一般取5db.干擾容限以接收機(jī)靈敏度下降0.8dB計(jì)算,即干擾比系統(tǒng)接收靈敏度低7dB.以TDLTE對(duì)WLAN系統(tǒng)的雜散干擾為例,根據(jù)(3GPPTS25.105V9.1.0(201003)協(xié)議規(guī)定,TDLTE天線口落在WLAN2.4GHz接收頻段內(nèi)的雜散小于一30dBm/MHz.則P一100.5dBm,代入公式(2)得到一102.5dBm.而船自F22MHz,B.20MHz,代入公式(1)最終可得到一

11、85.98dBm.同理,WLAN與異系統(tǒng)間的天線隔離度計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示.取WLAN與異系統(tǒng)間天線隔離度要求的最大值,最終得到WLAN系統(tǒng)在2.4GHz頻段上與異系統(tǒng)的雜散干擾隔離度要求如表3所示.2.2.2天線空間隔離的計(jì)算與分析根據(jù)天線的近,遠(yuǎn)場(chǎng)損耗原理,在不考慮電壓駐波比引人的衰減時(shí),可利用電磁波空間自由損耗的模型來(lái)計(jì)算天線的空間隔離度.垂直隔離:L:28+40xlg(h/)(4)水平隔離:=22+20xlg(d/)(Gl+G:)一(+)(5)其中A為載波波長(zhǎng)(m);h為垂直隔離距離表1異系統(tǒng)對(duì)WI_AN的雜散干擾天線隔離度需求(dB)85.9885.9881.2l81.2l85.

12、9885.98A系統(tǒng)/B系統(tǒng)TDLTELANTDSCD卜IALANGSMLANDCLANcdma200LANWCDHwLANA對(duì)B系統(tǒng)的雜散干擾(dBm)一16.99-28.9341.7641.76-29.11-24.i6B系統(tǒng)底噪(dBm)一100.55一l0O.551OO.55100.551OO.551O0.55B系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度(dBm)一102.551O2.55一lO2.55102.55102.55102.55B系統(tǒng)帶寬(KHZ)220002200022000220002200022000A系統(tǒng)可測(cè)帶寬(KHZ)200001280200200I2283840a蘭MN0L洲眥c0MMuN

13、lcATl0表2WLAN對(duì)異系統(tǒng)的雜散干擾天線隔離度需求(dB)85.9885.O189.9885.9885.9785.98A系統(tǒng)/B系統(tǒng)WLAN/LTEWLAN/TD-SCDMAWLAN/GSMWLAN,DCSWLAN/cdma20OOWLAN/wCDMAA對(duì)B系統(tǒng)的雜散干擾(dBm)一16.5816.5812.5816.5816.5816.58B系統(tǒng)底噪(dBm)一1O0.97111.94一l20.9712O.97113.O8l08.13B系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度(dBm)一102.971l3.94一l22.97一l22.971l5.08llO.13B系統(tǒng)帶寬(KHz)20000128020020

14、012283840A系統(tǒng)可測(cè)帶寬(KHz)220002200022000220002200022000表3WLAN與異系統(tǒng)的雜散干擾隔離度要求系統(tǒng)TDLTE/WLANTD_SCDMAMLANjGSM/WLANJDCS/WLANcdma2000LANWCDHALAN天線隔離度需求(dB)85.9885.98189.98l85.9885.9885.98圖3一般定向天線波瓣電平分布(m);d為水平隔離距離(m);G,G2分別為發(fā)射與接收天線最大輻射方向增益(dBi);S,Js2分別發(fā)射與接收天線90度方向副瓣電平(dBp)(相對(duì)主瓣方向,取負(fù)值,如圖3所示)由于天線增益對(duì)系統(tǒng)間信號(hào)干擾的影響與兩套系

15、統(tǒng)的天線相對(duì)位置有關(guān),因此本文引人S.,作為天線增益的修正因子.例如使用全向天線時(shí),S,均為0dBp;在使用定向天線時(shí),若兩幅天線正對(duì)布防,天線副瓣電平最大(S,均為O,即為主瓣方向),則此時(shí)天線增益影響最大.后續(xù)本文將參考兩幅定向天線同向平行來(lái)布防計(jì)算天線間的空間隔離距離,如圖3所示.由公式(4)和(5)變形后得到:h=X10【k瑚(6)d=Xl0【(一Gls2)坨.(7)以WLAN與GSM900系統(tǒng)為例,在考慮自由空間損耗時(shí),通?？紤]最壞情況,因此考慮較低頻率系統(tǒng)(頻率低的系統(tǒng)空間傳播性能更好)的,這里一取GSM900系統(tǒng)的約為0.33In.根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果,取89.98dB.根據(jù)一般定向

16、天線的性能,WLAN與GSM900系統(tǒng)的定向天線增益,分別為14dBi,17dBi;假設(shè)兩系統(tǒng)天線同向平行布放,均可參考取值一20dBp.代入公式(6)和公式(7)可算出兩系統(tǒng)天線的空間隔離度理論值如表4所示.同理,WLAN與異系統(tǒng)之間的天線空間隔離理論計(jì)算結(jié)果如表5所示.根據(jù)表5的計(jì)算結(jié)果可以看出,WLAN與異系統(tǒng)的天線空間隔離理論計(jì)算均較大,水平距隔離度均在70in以上,垂直隔離均在3.6ITI以上.需要補(bǔ)充說明,上述計(jì)算均沒考慮饋線損耗及天饋器件的插損,若考慮天饋的相關(guān)損耗,其水平及垂直隔離要求將有所下降.3結(jié)語(yǔ)通過上述對(duì)WLAN與異系統(tǒng)問的天線隔離度要求及天線空間隔離的研究計(jì)算,得到W

17、LAN?冬_7鷓一鬯.I-技術(shù)廣角?IechnoIogyPanorama表4GSM900與WLAN系統(tǒng)天線空間隔離計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)水平間距(m)垂直間距(m)(m)隔離度(dB)G1(dBi)G2(dBi)S1(dBp)S2(dBp)WLAN/GSM900293.4411.700.3389.98i4.O017.00-20.00-20.0O表5WLAN與異系統(tǒng)天線空間隔離計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)水平間距(m)垂直間距(m)(m)隔離度(dB)G1(dBi)G2(dBi)S1(dBp)S2(dBp)WLAN/GSM900293.4411.7O0.3389.9814.0O17.OO-20.O0-20.OOWLAN/

18、DCS180095.384.79O.1785.98I4.O017.OO-20.00-20.OOWLAN廠DSCDMA89.774.5OO.1685.0114.O017.OO-20.0O-20.00WLAN廠TD-LTE72.943.660.1385.9814.OO17.OO-20.0O-20.OOWLAN/cdma200089.664.5O0.1685.9714:0017.O0-20.0O-20.OOWLAM忙DMA89.774.50O.1685.98I4.0017.00-20.OO-20.0O在2.4GHz頻段上與異系統(tǒng)的隔離度要求及天線空間隔離參考值,這將對(duì)后續(xù)的工程建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義

19、.另外,由于目前3GPP并沒有明確各移動(dòng)通信系統(tǒng)與WLAN系統(tǒng)共站/共存時(shí)嚴(yán)格的隔離指標(biāo)要求,因此本文所計(jì)算隔離度要求較大.在實(shí)際工程建設(shè)中,若為室外系統(tǒng),設(shè)計(jì)時(shí)可主要考慮天線的垂直隔離,同時(shí)還可以利用饋線的損耗,調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射功率以及在收發(fā)端適當(dāng)增加濾波器來(lái)抑制干擾,降低天線的空間隔離距離;對(duì)于室內(nèi)系統(tǒng),則主要可以考慮調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射功率,利用饋線的損耗及室分無(wú)源器件對(duì)異頻信號(hào)的隔離效果盡量滿足多套系統(tǒng)天線的水平布防需求,必要時(shí)也可在收發(fā)端適當(dāng)增加濾波器,以達(dá)到降低干擾的效果.d參考文獻(xiàn)n13GPPTS36.1o4v9.4.O:EvolsoedUniversalTerrestrialRadioACCeSS(EUTRA);BaseStation(BS)radiotransmissionandreception,2010.213GPPTS25.1O5V9.1.0(2010-03):Evols:dUniversalTerrestrialRadioAccess(EUTRA):BaseStation(BS)radiotransmissionandreception(TDD).20l0.f31IEEEStd.802.11b.Wireless