WLAN與GSM室內(nèi)覆蓋合路原理和干擾分析

1、Technology Interchange技術(shù)探討1引言隨著中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)“隨e 行”W L A N 工程的建設(shè)開展,W L A N 與G S M 室內(nèi)覆蓋雙網(wǎng)合路技術(shù)逐步得到應(yīng)用。該方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于能降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本,減少工程安裝量,縮短工程建設(shè)周期,提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)質(zhì)量等方面。本文主要針對(duì)雙網(wǎng)合路的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行基本分析。2合路技術(shù)原理 2.1概念 雙網(wǎng)合路的技術(shù)思路,是將W L A N 的無線射頻信號(hào)通過合路器饋入G S M 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng),各頻段信號(hào)共用天饋進(jìn)行覆蓋,如圖1所示。在天饋系統(tǒng)無源器件無法滿足合路頻段要求,或由于天線安裝位置不合理導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)定信號(hào)覆蓋強(qiáng)度等情況下,可對(duì)原有天

2、饋系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)頻或結(jié)構(gòu)改造,以實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)(G S M 、W L A N 或多網(wǎng)(如G S M 、3G 、W L A N 合路。圖1說明,G 網(wǎng)、3G 網(wǎng)和W L A N 之間并不存在直接的相互關(guān)系,只是通過合路單元(多頻合路器實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)共用天饋傳輸。 圖1雙/多網(wǎng)合一原理圖2.2合路頻段范圍與元器件要求在進(jìn)行雙網(wǎng)合路之前,應(yīng)確定原有G S M 覆蓋系統(tǒng)中所有無源器件及天線的頻段范圍是否滿足并網(wǎng)要求,現(xiàn)行各運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)頻段使用如表1所示:表1運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)頻段表與雙網(wǎng)合路有關(guān)的元器件主要包括合路器、功分器、耦合器、天線等,另外影響合路效果的器件還有天饋線、饋線接頭,相同的器件對(duì)不同頻段射頻信號(hào)通過

3、造成的插損和線路損耗均不同,對(duì)于W L A N 的2.4G 高頻信號(hào)造成的影響最大。2.3合路關(guān)鍵設(shè)備(1合路器合路器對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行過濾,讓需要的信號(hào)通過,抑W LAN 與GSM 室內(nèi)覆蓋合路原理和干擾分析陳高瞻廣東移動(dòng)通信有限責(zé)任公司廣州分公司 Technology Interchange技術(shù)探討制不需要的信號(hào),再將信號(hào)合成一路,同樣的,也可以把寬帶信號(hào)分離成多路,其特性可以用以下指標(biāo)來描述:通帶工作頻段:即濾波器允許通過電磁波的頻率范圍;通帶插入損耗:由于系統(tǒng)中增加了濾波器,會(huì)對(duì)系統(tǒng)信號(hào)造成一定的衰減,通帶插入損耗(簡(jiǎn)稱插損度量了損耗的幅度,一般希望損耗越小越好;阻帶抑制度:理想的濾波器

4、是矩形的,通帶內(nèi)的信號(hào)全部通過,通道外的信號(hào)全部過濾掉,但實(shí)際情況是,只能過濾掉一部分能量,阻帶抑制度反映了對(duì)過濾信號(hào)的衰減幅度,通常也稱為通道外抑制;端口駐波比:端口駐波也是衡量濾波器性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),反映濾波器件與系統(tǒng)中其它部件的匹配程度;回波損耗:從概念上指的是一種損耗,實(shí)際上,它測(cè)量的是傳輸信號(hào)被反射到發(fā)射端的比例?，F(xiàn)在,工程采用的合路器(以京信公司生產(chǎn)的合路器C O M-C L N N00為例可用于G S M、D C S/3G、W L A N四網(wǎng)合一,其中將800M H z960M H z和1710M H z2170M H z合成一路,再與2400M H z2500M H z并聯(lián)合

5、路,如圖2所示:圖2合路器原理我們先算相對(duì)帶寬:對(duì)于800960M H z,C W1=f/f01=160/880=0.182;對(duì)于17102170M H z,C W2=f/f02=460/1940=0.24;對(duì)于24002500M H z,C W3=f/f03=100/2450=0.041。對(duì)于同軸腔型式的濾波器,0.2%4%的相對(duì)帶寬便于實(shí)現(xiàn),因?yàn)楹下菲髑岸废鄬?duì)帶寬達(dá)20%,故而采用梳狀濾波器型式,為統(tǒng)一起見,三路濾波器均采用梳狀結(jié)構(gòu)。在濾波器的設(shè)計(jì)中,按不同的頻域或時(shí)域特性要求,可分為巴特沃斯(B u t t e r w o r t h型、切比雪夫(C h e b y s h e v型、

6、貝塞爾(B e s s e l型和橢圓型等標(biāo)準(zhǔn)型,以及仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合所得出的非標(biāo)準(zhǔn)型。相同的電路,選取不同的R、C參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同的類型。巴特沃斯型要求傳遞函數(shù)中分母采用巴特沃斯多項(xiàng)式。這種濾波器具有最平坦的通帶幅頻特性。若傳遞函數(shù)中分母采用切比雪夫多項(xiàng)式,則為切比雪夫型,其特點(diǎn)是通帶內(nèi)增益有起伏(紋波,但這種濾波器的通帶邊界下降快。貝塞爾型通帶邊界下降較緩慢,但其相頻特性接近線性。橢圓型的濾波特性很好,但電路復(fù)雜,元器件選擇困難,實(shí)現(xiàn)難度大,故不予采用。非標(biāo)準(zhǔn)型與標(biāo)準(zhǔn)型相比并不拘泥于經(jīng)典型式,仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合也可以得到基于特殊要求的濾波效果?？紤]到指標(biāo)要求通帶紋波較小、帶外抑制高、插入損耗小

7、等特點(diǎn),我們采用切比雪夫式小紋波低通原型濾波器,結(jié)構(gòu)采用高Q值的梳狀腔體。(2W L A N功率放大器由于合路以后W L A N系統(tǒng)信號(hào)直接饋入G S M室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng),因此由多系統(tǒng)共用天線對(duì)用戶區(qū)進(jìn)行覆蓋,但是,由于A P發(fā)射功率有限,在天饋系統(tǒng)中經(jīng)過層層分支后,信號(hào)到達(dá)末端時(shí)功率不足會(huì)成為制約雙網(wǎng)合路應(yīng)用的一個(gè)因素。為了使單個(gè)A P的信號(hào)覆蓋更大區(qū)域,工程中需要采用W L A N功率放大器,將A P信號(hào)放大。W L A N功率放大器的原理圖如圖3所示:圖3W L A N功率放大器原理框圖圖中:下行信號(hào)通過功放模塊(P A和收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(T/RS W到達(dá)天線;上行信號(hào)通過天線接收以后,經(jīng)過

8、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(T/RS W進(jìn)行低噪聲放大器(L N A放大到達(dá)A P。一般設(shè)計(jì)時(shí)在收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(T/RS W和天線之間增加帶通濾波器(B P F,可以濾除部分由于有源器件自身導(dǎo)致的帶外信號(hào)或噪聲。WLAN與GSM室內(nèi)覆蓋合路原理和干擾分析Technology Interchange 技術(shù)探討3合路接入點(diǎn)技術(shù)3.1簡(jiǎn)單直接合路接入圖4是最簡(jiǎn)單的合路方式,A P設(shè)備通過本身的射頻輸出直接注入天饋系統(tǒng),按照國(guó)家無委對(duì)2.4G頻段設(shè)備的功率限制要求,A P最大輸出一般為100m W(20d B m,由于功率有限,因此簡(jiǎn)單直接合路方式只適用于天饋系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的方案,或者在天饋的支路末梢進(jìn)行合路。圖4簡(jiǎn)單

9、直接合路接入3.2增加功放合路接入為保證天饋系統(tǒng)有足夠的2.4G頻段信號(hào)功率注入,可通過WLAN功放增強(qiáng)AP的信號(hào)輸出。目前市場(chǎng)可提供的2.4G功放產(chǎn)品有500m W、1W、2W、4W和5W等規(guī)格,另外廠家可跟據(jù)市場(chǎng)的需要定制更高規(guī)格的設(shè)備。3.3特殊信號(hào)合路接入在天饋系統(tǒng)中遇到G S M或3G功率放大器存在的清況下,首先需要將原來含有G S M、I S M和3G三路信號(hào)的射頻進(jìn)行分路,并對(duì)分路之后的W L A N信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立放大,再通過合路器重新合路。在這里可以采用將合路器倒置使用的方法,進(jìn)行信號(hào)分路,如圖5所示:圖5增加功放合路接入(1為建少A P數(shù)量,降低設(shè)備投資,凈化信道環(huán)境,減少信道

10、干擾,并擴(kuò)大單個(gè)A P的信號(hào)覆蓋范圍,可采用跨支路進(jìn)行多重合路的技術(shù),如圖6所示。采用該合路方式,避免了主干合路技術(shù)造成的不利因素影響,可作為主干合路的替代方式之一。圖6特殊信號(hào)合路接入(2W L A N應(yīng)用還需考慮用戶容量的問題,如商務(wù)活動(dòng)密集的場(chǎng)所,需要使用多個(gè)A P進(jìn)行信號(hào)覆蓋。一般以30用戶作為推算單個(gè)A P用戶容量的經(jīng)驗(yàn)值。如采用兩個(gè)A P合路,可提供的用戶容量是60。由于I E E E802.11b標(biāo)準(zhǔn)原理限定了同一區(qū)域只能有三路信道(1、6、11信道共同覆蓋,因此,不存在大于3個(gè)A P合路的方式。如果要進(jìn)一步擴(kuò)大用戶容量,可采用支持802.11g標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備,該標(biāo)準(zhǔn)下單個(gè)A P最佳

11、最大并發(fā)用戶接入數(shù)是75。4W L A N與G S M共用天饋信號(hào)影響分析4.1擴(kuò)頻干擾簡(jiǎn)析通常,擴(kuò)頻系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,而且抗干擾能力隨著帶寬的增加而加強(qiáng),隨著傳輸速率的增高而減弱。任何其他系統(tǒng)的離散型干擾對(duì)擴(kuò)頻系統(tǒng)而言都可化作噪聲的增加從而轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)容量的下降(百分比或覆蓋區(qū)減小(百分比。當(dāng)一個(gè)窄帶干擾信號(hào)進(jìn)入擴(kuò)頻系統(tǒng)的信息頻段時(shí),由于其相關(guān)特性,系統(tǒng)將擴(kuò)展窄帶信號(hào)的功率譜使其降低到1/G P,而接收機(jī)將擴(kuò)頻編碼信號(hào)擴(kuò)展為G P倍。擴(kuò)頻增益G P為:G P=10l g(射頻帶寬/信息速率;對(duì)于W L A N系統(tǒng)而言,G P最大時(shí)為:G P=10l g(22/1WLAN與GSM室內(nèi)覆蓋

12、合路原理和干擾分析 Technology Interchange技術(shù)探討=13.4;G P最小時(shí)為:G P=10l g(22/11=3。也就是說,當(dāng)?shù)竭_(dá)該擴(kuò)頻系統(tǒng)接收端的窄帶離散型干擾的幅度接近擴(kuò)頻信號(hào)的2G P倍時(shí),才會(huì)對(duì)其造成干擾。這意味著,W L A N系統(tǒng)只能承受高于有用信號(hào)3d B的干擾,否則,系統(tǒng)只能降低數(shù)據(jù)傳輸速率以增加抗干擾性。W L A N是一個(gè)D S S S系統(tǒng),為了降低多個(gè)接入點(diǎn)引入的相互干擾,該標(biāo)準(zhǔn)將同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)分配到三個(gè)不同的頻帶,每個(gè)頻帶22M H z,其數(shù)據(jù)傳輸速率是可變的,從最低的1M b/s到最高的11M b/s,因此,該系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益G P也是可變的,從1

13、3d B3d B。而G S M系統(tǒng)無論是900M H z或者是1800M H z頻段都采用T D M A制式,其載頻傳輸方式是一種時(shí)分的突發(fā)脈沖,功率電平相對(duì)較高。這兩個(gè)系統(tǒng)在室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)內(nèi)合路建設(shè)時(shí),相互間存在較大的保護(hù)頻段,且其工作頻率間也不存在鄰道、互調(diào)及諧波干擾。因此,主要是分析上行基站接收機(jī)的噪聲增量是否影響系統(tǒng)的正常工作。4.2W L A N下行G S M上行圖7是共址時(shí)通常采用的合路器件,例如用京信公司的C M-C L N N00蜂窩,W L A N合路器。圖7W L A N下行G S M上行A P經(jīng)放大器后輸出功率30dB m;帶外噪聲電平-80d B c;合路器W L A

14、 N端口對(duì)G S M頻段的帶外抑制也是80d B。G S M通帶寬相對(duì)W L A N系統(tǒng)的帶寬增益為10l g(200k/22M H z=-20d B。因此W L A N下行信號(hào)通過合路器耦合到G S M上行輸入端的噪聲電平為:30d B m-80d B-80d B-20d B=-150d B m可見,因W L A N下行信號(hào)對(duì)G S M上行信號(hào)的噪聲增量甚微,可忽略不計(jì)。4.3G S M下行W L A N上行G S M放大器輸出最大功率電平+33d B m;G S M帶外雜散-30d B m(即-63d B c;合路器G S M端口對(duì)W L A N頻段的帶外抑制60d B;W L A N系統(tǒng)

15、擴(kuò)頻增益最低為3d B。因此,G S M下行信號(hào)通過合路器耦合到W L A N上行輸入端的雜散電平為:-30d B m-60d B-3d B=-93d B m而W L A N/A P上行輸入端口的信號(hào)功率電平通常為:-75d B m-16d B=-91d B m也就是說,它能承受-91d B m+3d B=-88d B m的干擾,與-93d B m相比,尚有5d B的余量。由于擴(kuò)頻增益將隨著數(shù)據(jù)速率降低而增加,取3d B是最低的;G S M雜散電平-30d B m是設(shè)備指標(biāo)值,并不表示在W L A N頻段(2.4G H z頻段恰巧存在離散的雜散輻射。由于A P可能有多點(diǎn)接入,而G S M分路器

16、來自于一個(gè)放大源,因此,從A P發(fā)出的W L A N信號(hào)可能會(huì)通過G S M分路路徑而反饋到另一個(gè)A P一起發(fā)送而構(gòu)成干擾,其路徑如圖8所示:圖8W L A N信號(hào)經(jīng)耦合系統(tǒng)的反饋圖8中,實(shí)線表示正常信號(hào)路徑,而虛線表示反饋路徑。正常信號(hào)路徑表明,在A點(diǎn)W L A N的A P2下行功率電平為:15d B m-1d B=14d B m其中,帶內(nèi)插損0.6d B+帶內(nèi)波動(dòng)0.4d B=1d B;A P1通過G S M路徑反饋至A點(diǎn)的干擾功率電平為:A P1放大器輸出-H1合路器衰減指標(biāo)值-G1耦合損WLAN與GSM室內(nèi)覆蓋合路原理和干擾分析Technology Interchange技術(shù)探討【作者

17、簡(jiǎn)介】 陳高瞻:畢業(yè)于華南理工大學(xué)無線電技術(shù)專業(yè),工學(xué)學(xué)士?，F(xiàn)任職于廣東移動(dòng)通信有限責(zé)任公司廣州分公司,主要從事移動(dòng)通信的設(shè)備維護(hù)管理和移動(dòng)通信工程建設(shè)與管理工作。耗-G 1G 2饋線損耗-G 2耦合度指標(biāo)值-H 2合路器衰減指標(biāo)值+A P 2放大器增益-H 2插損=30d B m -80d B -6d B -2d B -15d B -60d B +15d B -1d B =-119d B m上述計(jì)算表明,由A P 1通過G S M 路徑反饋至A 點(diǎn)的干擾信號(hào)將比正常信號(hào)低:+14d B m -(-119d B m =133d B 因此,采用寬帶合路器不需要在G S M 的耦合器輸出端加濾波器

18、或單向環(huán)形器件。以上理論性的分析表明,W L A N 與G S M 系統(tǒng)完全可以在微蜂窩內(nèi)共址建設(shè)。1引言移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的目的是增強(qiáng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的功能,開發(fā)出越來越多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來為更多的移動(dòng)用戶提供服務(wù)。目前,全球大概有幾十億的移動(dòng)用戶在使用移動(dòng)通信系統(tǒng)所提供的服務(wù),并且隨著科技的發(fā)展和通信業(yè)務(wù)的拓展,未來還會(huì)有越來越多的用戶使用移動(dòng)通信。雖然經(jīng)過20年的發(fā)展,移動(dòng)通信技術(shù)產(chǎn)生了翻天覆地的變化,但就目前移動(dòng)通信系統(tǒng)所能給用戶提供的服務(wù)而言,主流的第二代2G 和第三代3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)還是主要集中在語音通話服務(wù)、S M S 短消息服務(wù)以及基于數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)瀏覽業(yè)務(wù)。然而在人們?nèi)粘Ｉ钏涣鞯男畔?dāng)中,有60%的信息與地理位置有關(guān),能夠提供精確地理位置的移動(dòng)定位技術(shù)是一個(gè)非常有意義的研究領(lǐng)域。2移動(dòng)定位技術(shù)目前的蜂窩式的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所能給用戶提供的有關(guān)于移動(dòng)用戶的地理位置信息的業(yè)務(wù)是非常有限的,整個(gè)被移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域被分成一個(gè)個(gè)蜂窩式的六邊形小區(qū)(C e l l 。網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)絡(luò)號(hào)(M N C ,M o b i l e N e t w o r k C o d e 和小區(qū)號(hào)(C e l l I D 來標(biāo)示每一個(gè)小區(qū),當(dāng)目標(biāo)用戶