通信网络-DTV与移动通信共用天馈系统的干扰分析与解决方案

DTV与移动通信共用天馈系统的干扰分析与解决方案浙江三维通信股份有限公司周亚良摘要在DTV和移动通信系统共用天馈系统时，需要考虑如下问题：杂散干扰，互调干扰，阻塞干扰。只要解决杂散干扰的问题，互调干扰和阻塞干扰自然得到解决。关键词：DTV，移动通信，天馈系统，解决方案一、概述DTV的应用频段为VHF（174～230MHz）、UHF（470～838MHz）及L-band，最佳的应用频段为UHF。根据我国目前的无线频率分配规划，数字地面电视与中国移动、中国联通、中国电信/网通的移动通信系统CDMA800、GSM900、DCS1800以及即将建设的WCDMA、TD-SCDMA系统的工作频率如表1所示：二、干扰类型与避免干扰的原则在DTV和移动通信系统共用天馈系统时，需要考虑如下问题：杂散干扰，互调干扰，阻塞干扰。研究表明，只要解决杂散干扰的问题，互调干扰和阻塞干扰自然得到解决。由于ETSIEN300.744的杂散抑制和互调抑制采用相同的指标，故按照发射载波边带杂散辐射相同的分析方法。为了克服干扰，则需要遵守三条准则：（1）从干扰基站到被干扰基站的寄生辐射信号强度应比它的接收噪声限低10dB；（2）在被干扰基站生成的三阶互调干扰（IMP3）电平应比接收机噪声限低10dB；（3）受干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的1dB压缩点低5dB。三、DTV与各系统的杂散、互调干扰分析ETSIEN300.744介绍，DTV信号在中心频率±8MHz时的杂散及互调发射抑制约45dB（2k模式）、53dB（8k模式），据此分析，在中心频率±20MHz时的杂散及互调发射抑制应为65dB（2k模式）、73dB（8k模式）。1．TV与中国联通CDMA系统的干扰（1）同频干扰分析目前数字电视频段为470～860MHz，数字电视信号落入CDMA800上行接收频带内，与CDMA800下行只差10MHz的频率，这样肯定会对CDMA800产生严重的干扰，而且无法克服。在这种情况下，DTV频率规划需采用21～49频道。（2）杂散、互调干扰分析下面以49频道（806MHz）为例计算系统之间的干扰。其中DTV系统为2k模式，在CDMA上行频段的杂散及互调为－65dBc/8MHz；DTV发射功率50W（47dBm）；CDMA系统基站底噪为－109dBm。数字电视信号的载波带宽为7.6MHz,大于移动通信系统的载波带宽，对其它系统的干扰功率只是其总功率的一部分；带宽转换因子计算公式如下:10*log(BW/7.6MHz)因此，数字电视信号对各通信系统的带宽转换因子如下：CDMA：-7.9；GSM：-15.8；DCS1800：-15.8；PHS：-14；WCDMA：-1.8；TD-SCDMA：-6.7。DTV发射功率的频带外杂散信号强度，DVB的发射功率－带外杂散抑制＝－18（dBm/8MHz）CDMA系统能允许的最大杂散干扰，CDMA接收机底噪－接收噪声门限余量＝－119（dBm）DTV发射机信号在CDMA频段的电平强度（经过双工器），DTV发射杂散信号强度＋CDMA滤波器带外抑制(40dB)＝－58（dBm）隔离余量，经过接收器滤波后的信号强度-接收杂散门限＋带宽转换因子＝54.9dB（3）阻塞干扰分析假若DTV发射功率及输出功率50W，CDMA规范中规定了接收机的抗带外阻塞指标：（-100kHz＜f＜805MHz）＜8dBm。CDMA阻塞干扰指标＝DTV的发射功率－系统之间的隔离度可得系统之间的隔离度为39dB。这是系统能达到39dB的隔离度就可以避免阻塞干扰，一般杂散、互调干扰所要求的隔离度大于阻塞干扰的隔离度，满足杂散和互调干扰，阻塞干扰肯定能满足。（4）与CDMA系统隔离度解决方案及结论系统隔离度大于55dB以上，系统的各种干扰得到解决。DTV与CDMA800系统共网，DTV采用频率应低于805MHz，即49频道以下。采用隔离度大于55dB以上的合路器增加系统隔离，避免干扰。如果两系统共站址，天线之间需要55dB的隔离度，距离计算如下。根据垂直隔离公式：Iso＝28.0＋40lg10(d/λ)则两系统的天线垂直隔离距离为：d＝1.8m。根据水平隔离公式：Iso＝22＋20lg10(d/λ)＋(GTX＋GRX)则两系统的天线水平隔离距离为：d＝9m。结论：在频率低于805MHz的DTV网络系统中，DTV与CDMA系统室内覆盖系统可以共用天馈系统，系统隔离度易于实现。2．TV与GSM900系统的干扰（1）杂散和互调干扰国家无委对杂散信号的要求如下：干扰信号在GSM接收机带内的杂散小于-67dBmW，GSM900接收机底噪为－117dBm。可得：GSM接收底噪门限，GSM接收机底噪－接收噪声门限余量＝－127（dBm）隔离余量，经过接收器滤波后的信号强度-底噪门限＋带宽转换因子＝44dB（2）杂散干扰杂散干扰的计算类似于CDMA网络的计算，一般只要杂散和互调能满足要求，阻塞干扰肯定能满足，这里不再分析。（3）与GSM900系统隔离度解决方案及共网结论系统隔离度大于40dB以上，系统的各种干扰得到解决。采用隔离度大于40dB以上的合路器，可实现与GSM900共网。如果两系统共站址，天线之间需要43dB的隔离度，距离计算如下。根据垂直隔离公式：Iso＝28.0＋40lg10(d/λ)则两系统的天线垂直隔离距离为：d＝0.9m。根据水平隔离公式：Iso＝22＋20lg10(d/λ)＋(GTX＋GRX)则两系统的天线水平隔离距离为：d＝2.3m。结论：DTV与GSM900室内覆盖系统可以共用天馈系统。3．DTV与WCDMA系统的干扰（1）WCDMA指标概述第三代移动通信WCDMA系统频率采用2000MHz频段，载波带宽为3.84MHz；频率与DTV的频率相距较大，网络之间的干扰比较小，系统隔离要求也相应降低。WCDMA系统为自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，在链路预算中就表现为干扰余量的引入；干扰余量的定义为（No+Io）/No,表示WCDMA系统自身的干扰使背景噪声提高的程度；对于反向链路，不同的负载水平对应不同的干扰上升。对于前向链路，负载与干扰的关系同样存在，但难以进行理论计算，需要通过仿真确定；在链路预算中干扰余量的取值由系统的设计容量要求决定。WCDMA接收机灵敏度＝接收机背景噪声＋接收机要求的C/I接收机背景噪声=-174+接收机噪声系数＋10×log（3.84×106）接收机要求的C/I＝接收机的Eb/No＋10×log（数据业务速率/3.84×106）同时需要考虑干扰余量小区负荷干扰余量＝10×log（1/（1－设计负荷））WCDMA语音业务接收灵敏度计算为接收机噪声系数：5dB；接收机背景噪声：－105.2dB；接收机Eb/No：5.5dB；接收机的C/I：－19.5dB；接收机灵敏度：－124.7dBm。（2）DTV对WCDMA的杂散、互调干扰分析假设DTV在WCDMA频段的杂散及互调发射抑制为70dB，WCDMA接收底噪为－103dbm，DTV发射功率为50W。DTV发射功率的频带外杂散信号强度，DVB的发射功率－带外杂散抑制＝－23（dBm/8MHz）WCDMA系统能允许的最大杂散干扰，WCDMA接收机底噪－接收噪声门限余量＝－113（dBm）DTV发射机信号在WCDMA频段的电平强度（经过双工器），DTV发射杂散信号强度＋WCDMA滤波器带外抑制(60dB)＝－63（dBm）隔离余量，经过接收器滤波后的信号强度-接收杂散门限＋带宽转换因子＝48.2dB（3）与WCDMA系统隔离度解决方案及共网结论系统隔离度大于39dB以上，系统的各种干扰得到解决。采用隔离度大于39dB以上的合路器，可实现与WCDMA共网。如果两系统共站址，天线之间需要39dB的隔离度，则两系统的天线水平隔离距离为：d＝3.5m。结论：DTV与WCDMA室内覆盖系统可以共用天馈系统。4.DTV与TD-SCDMA系统干扰第三代移动通信TD-SCDMA系统采用TDD的双工方式，频率采用2000MHz频段，载波带宽为1.6MHz。隔离度要求基本与WCDMA类似，这里不再重点分析，DTV与TD-SCDMA共用天馈系统应该是没有任何问题。5.移动通信对DTV的干扰数字电视信号只有发射机（或Gap-Filler）至用户方向的下行信号，移动通信不会对发射机（或Gap-Filler）产生干扰，干扰主要表现在移动通信对数字电视终端的干扰。DTV接收机底噪为，10×log（K×T×B）=-105.2dBm移动通信基站在50MHz-1GHz杂散小于-36dBc/100kHz，移动通信基站（以10W计算）频带外杂散信号强度，移动通信系统的发射功率－带外杂散抑制＝4dBm/100kHzDTV系统能允许的最大杂散干扰，DTV接收机底噪－接收噪声门限余量＝－115.2（dBm）移动通信基站在DTV频段的电平强度（经过滤波器），移动通信杂散信号强度＋DTV滤波器带外抑制(65dB)＝－61（dBm）隔离余量，经过接收器滤波后的信号强度-接收杂散门限＋带宽转换因子＝36dB由上述可得，移动通信系统对DTV的干扰比较小，只要能满足36dB的隔离度就可以避免。实际DTV网络中，随着调制方式、纠错码不同，接收灵敏度也不同，当DTV接收灵敏度提高以后，移动通信对DTV的干扰将会更小。|||四、DTV与移动通信系统共用分布系统方案方案一：移动通信有源设备相同位置合路DTV有源设备。该方案主要应用于DTV的覆盖范围于移动通信基本相同的情况，适合于小型建筑物的覆盖。方案二：新增DTV主干线，根据需要合路DTV有源设备。在移动通信室内覆盖系统中，部分区域的覆盖目的与DTV有所不同。移动通信网络中存在乒乓效应（GSM）和导频污染（WCDMA）问题，这些区域信号强度正常，但通话质量很差，建设室内覆盖的目的在于增加主服务小区，保证系统的通话质量。对这些区域很可能DTV的信号已覆盖，没有必要再建设DTV室内覆盖系统。特别是高层建筑物，室内的DTV信号基本正常，只需覆盖底层和电梯，也就是说，当DTV覆盖范围与移动通信不同时，采用本方案，对需要覆盖的区域增加室内覆盖系统。方案三：以DTV覆盖为主导，兼顾移动通信的覆盖。此方案主要应用于DTV网络采用16QAM或64QAM调制方式，在机顶盒要求的接收门限特别高的情况下，需要电平高于移动通信的电平；此时需要大量调整无源器件及馈线长度及类型，在保证DTV覆盖的同时兼顾移动通信的覆盖。1．本方案要点：根据DTV特点考虑覆盖方案；兼容移动通信的覆盖，节约系统投资；充分利用原有移动通信的投资。2．三种方案的综合比较，如表4。五、DTV与移动通信共用室内覆盖系统工程实施1．移动通信室内覆盖系统目前大多采用直放站或微蜂窝作为信源覆盖，DTV系统与移动通信系统合路之前需要作如下准备。(1)准备多频合路器或POI单元，必需满足系统之间隔离度的指标。(2)利用已有天馈系统，计算各区域覆盖电平，确定DTV系统的发射功率。(3)检查无源器件是否满足DTV频段要求，否则应更换相应宽频无源器件。2．我们同时需要考虑以下问题。(1)网络系统之间的干扰，根据上述计算，DTV与移动通信要达到一定的隔离度才能避免干扰，所以在工程安装设计时，需要经过合理的计算、调测、测试避免网络间的干扰。(2)无源器件工作频率，目前，无源器件工作频率要涵盖CDMA、GSM900、DCS1800、3G与WLAN等工作频段，即无源器件与天线均应满足的工作频段为824～2500MHz。DTV工作频率不在无源器件的频率范围之内，从而需要更换无源器件，增加工程的难度和进度。(3)功率损耗差异问题，DTV与移动通信共用分布系统后，由于DTV与各系统如GSM、DCS、WCDMA与WLAN工作频段不同，导致馈线损耗、无线传输、折射绕射能力差异较大，造成各系统的发射有所不同，需要根据实际情况合理分配DTV系统功率；一般DTV因频率较低，损耗较小，DTV发射机或直放站应采用与移动通信相同功率或更小功率的设备。(4)接收灵敏度不同，DTV与移动通信系统