模拟集群系统和iDEN系统共用频段时的干扰分析

随着技术的不断进步，集群通信正向数字化方向发展， iden和tetra系统就是我国行业标准所推荐的两种数字集群体制。但当我们建立数字集群通信系统时，不可能也不应该立即废止原有的模拟集群系统，因此，在800mhz集群通信频段，模拟集群和数字集群系统将共存一段时间。本文拟探讨iden系统与模拟集群系统共用频段的干扰问题。
覆盖区的预测
1、iden系统和模拟集群系统的参数
我们假设iden系统和模拟集群系统的发射功率均为70w，发射天线增益均为10db，覆盖区边缘的无线可通率为90％，其具体技术参数如表1。
＊接收机可用功率：对于iden系统来说，它不仅考虑放大器、内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性，是指在c/（i＋n）＝20db时的接收机的功率。对于模拟系统是指在29db信噪比时的可用功率。它们均相当于4级话音质量。
2、okumura/hata公式
okumura/hata模型是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。okumura/hata模型市区的基本传输损耗模式为：
lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd (1)
lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（db）
f：工作频率（mhz）
hb：基站天线有效高度（m）
hm：移动台天线有效高度（m）
d ：移动台与基站之间的距离（km）
α(hm)：移动台天线高度因子
对于大城市，移动台天线高度因子为α(hm)＝8.29[lg(1.54hm)]2-1.1 db
f ≤200mhz （2）
α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 db 1500≥f≥400mhz （3）
当hm在1.5-4m之间，上面两式基本一致。对于中小城市（除大城市以外的其它所有城市）
α(hm)＝（1.1 lgf-0.7）hm－（1.56 lgf－0.8）（4）
对于郊区
lbs＝ lb（市区）－2[lg（f/28）]2-5.4 （5）
对于开阔地
lbq= lb（市区）－4.78（lg f）2＋18.33lg f－40.94 （6）
3、模拟集群系统的覆盖区
从表1可以看出，模拟系统手机可用电平为－99dbm（4级话音质量），模拟基站的有效发射功率为51.05dbm，则路径损耗为：
lb ＝51.05－（－99）＝150.05 db
根据公式（2），可得
α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 db＝0 db
根据公式（1），可得
lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd
＝69.55＋75.95－25.50－0＋32.81lg d
＝120.00＋32.81lgd
因此对于市区来说，当满足无线覆盖区边缘90％的可通率，话音质量为4级时的覆盖区半径d1为：
d1＝8.24km（室外）
4、iden系统的覆盖区
同样从表1可以看出，iden系统手机的可用电平为－101dbm，iden基站的有效发射功率为48.95dbm，则路径损耗为：
lb ＝48.95－（－101）＝149.95 db
同理可算出iden系统的其覆盖区半径d2为：
d2＝8.18km（室外）。
iden系统对模拟系统的干扰
假设iden系统基站的发射功率为70w，其带外发射功率见表2。
当f0±25khz时，其带外发射功率为-9.55dbm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为：
pts＝-9.55＋10－9.5=-9.05 dbm
当f0±50khz时，其带外发射功率为-16.55dbm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为：
pts ＝16.55+10－9.5=－16.05 dbm
1、接收机的热噪声
我们假设接收机的噪声系数用f表示，则接收机的热噪声为：
pn＝－228.6＋10lgt＋10lgb＋f dbw（7）
式中：t为绝对温度，取290k
b为接收机的中频带宽，hz
f为噪声系数。
模拟集群系统的中频带宽为16khz，iden系统的中频带宽为20khz，假设模拟集群系统和iden系统基站接收机的噪声系数均为5db，移动台的噪声系数均为8db，分别代入（7）式得：
模拟集群基站接收机的热噪声：pnab＝－127dbm
模拟集群移动台的热噪声： pnam＝－124dbm
iden基站接收机的热噪声:pnib＝－126dbm
iden移动台的热噪声:pnim＝－123dbm
2、iden基站和模拟基站处于同一站址时
从第三节的计算可知，iden系统覆盖区半径为d2＝8.18km，基站到其覆盖区边缘的路径损耗为时149.95db，其带外发射在边缘时的功率为：
f0±25khz时，-9.05 －149.95＝－159dbm
f0±50khz时，-16.05 －149.95＝－166dbm
模拟集群移动台的热噪声为－124dbm，远大于iden基站带外发射产生的干扰，也就是说在iden系统覆盖区边缘由iden基站带外发射产生的干扰与移动台系统噪声相比很小，可以忽略不计，因此在iden系统覆盖区边缘iden基站不会对模拟移动台的接收产生干扰。
如果由iden基站带外发射产生的干扰等于模拟移动台的热噪声，即－124dbm，其路径损耗及移动台距基站的距离分别为：
f0±25khz时，lb＝114.95 db
d＝0.70km
f0±50khz时，lb＝107.95 db
d＝0.43km
这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于模拟系统的有用信号很强，相应的载干比也很大，因此也不会产生干扰。
从以上分析计算可知，在同站址时当覆盖区边缘的无线可通率为90％、话音质量满足4级时，iden基站不会对模拟系统产生有害干扰。
3、iden基站和模拟基站不同站址时（iden信号强，模拟信号弱的情况）
我们假设模拟手机处在测试点c，测试点c是在模拟基站的覆盖区边缘，距模拟基站的距离为d1＝8.24km，同时又处于iden基站的覆盖区内，见图1。
为了使iden基站b对模拟集群系统的干扰在可接受的范围内，我们假设iden基站在测试点c处产生的干扰等于模拟手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3db（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时模拟手机接收到的iden的干扰信号为－124dbm。（由于系统是干扰受限，根据模拟的c/i＝18db计算，实际的干扰i要比－124dbm大）。
在f0±25khz时，由于带外有效发射功率－9.05dbm，c点的功率为－124dbm，这样路径衰耗为114.95db，代入okumura-hata公式，可得到c点距iden基站的距离d2为：
d2＝0.70km
在f0±50khz时，由于带外有效发射功率－16.05dbm，c点的功率为－124dbm，这样路径衰耗为107.95db，代入okumura-hata公式，可得到c点距iden基站的距离d2为：
d2＝0.43km
这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，模拟基站覆盖区的边缘距iden基站的距离大于0.70km时，模拟系统将不会受到有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，模拟基站覆盖区的边缘距iden基站的距离越近。
在模拟系统覆盖区内，模拟移动台接收到的有用信号很强，而接收到iden的干扰信号相应的减少，因此不会对模拟系统产生干扰。从以上分析可知，当两系统使用频率相邻或相差±50khz时iden基站对模拟系统的在一定地理区域内将使干扰（噪声）增加3db，对模拟系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰模拟系统的正常工作（覆盖区内）。
4、iden移动台对模拟基站的影响
根据iden资料，iden移动台最大发射功率为3w，其电缆损耗为－2.3db，发射天线增益为－1dbd，因此移动台的有效辐射功率为：
pti＝31.5 dbm
根据本章表1可知，当f0±25khz时，其带外发射功率为-23.5dbm；当f0±50khz时，其带外发射功率为-33.5dbm。
假设iden移动台处于模拟基站的正下方，即距模拟基站的距离d＝70m，则根据公式（5）可得路径损耗lb为：
lb＝82.11 db
模拟基站接收系统的总损耗为－7.4db，天线增益为10db，分集改善6db，实际有效增益为：
ge＝8.6db
因此基站接收机接收到iden移动台的信号为：
pri＝pti－lb＋ge＝－42.01 dbm
我们知道模拟基站接收机的可用电平为－104dbm，两者相差62db，小于70db的干扰抑制比，所以当两系统邻道使用时，不会对基站接收造成阻塞。
这时模拟基站接收机接收到iden移动台的带外发射prio为：
当f0±25khz时，prio＝-23.5dbm－82.11+8.6＝97.01 dbm
当f0±50khz时，prio＝-33.5dbm－82.11+8.6＝107.01 dbm
很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处iden手机的干扰。
那么，iden移动台距离模拟基站多远时，干扰才可以忍受呢？我们假设iden移动台的干扰等于模拟基站的热噪声，即－127dbm，则路径传播损耗为：
当f0±50khz时, lb＝－127－8.6－（－23.5）＝112.1 dbm
当f0±50khz时, lb＝－127－8.6－（－33.5）＝102.1 dbm
根据公式（1），可算出iden移动台距模拟基站的距离为：
当f0±25khz时，d＝0.57km
当f0±50khz时，d＝0.28km
其实这种远近效应对整个移动通信系统都是存在的，是其特有的现象，我们只要注意就行了。
模拟集群系统对iden系统的干扰
1、iden基站和模拟基站处于同一站址时
从上面计算可知，模拟系统基站覆盖区覆盖区半径为8.24km，基站到覆盖区边缘的路径损耗为时150.05db。假设模拟系统基站的发射功率为70w，邻道功率<70db，杂散射频分量<70db，而带外发射功率为二者之和，即<67db，因此带外发射功率为-18.55dbm，考虑天线增益及馈线损耗以后其带外有效发射功率为-18.55+10-7.4=-15.95dbm。其带外发射在边缘时的功率为：
-15.95 －150.05）＝－166dbm
iden系统移动台的热噪声为－123dbm，远大于模拟基站带外发射产生的干扰，因此在iden系统在其覆盖区边缘不会被干扰。
如果由模拟基站带外发射产生的干扰等于iden移动台的热噪声，即－123dbm，则移动台距基站的距离为0.40km。
这时虽然噪声（干扰）增加一倍，但由于有用信号很强，因此不会产生干扰。从以上分析计算可知，在同站址时模拟基站不会对iden系统产生有害干扰。
2、iden基站和模拟基站不同站址时（iden信号弱，模拟信号强的情况）
我们假设iden手机处在测试点c，测试点c是在iden基站的覆盖区边缘，c点距iden基站的距离为d2＝8.18km，同时又处于模拟基站的覆盖区内，如图2所示。
我们假设模拟基站b在测试点c处产生的干扰等于iden手机的热噪声，这样等效于手机热噪声增加3db（我们暂不考虑大气、环境与多径干扰），这时iden手机接收到的模拟的干扰信号为－123dbm。
由于模拟系统基站带外有效发射功率－15.95dbm，c点的功率为－123dbm，这样路径衰耗为107.05db，代入okumura-hata公式，可得到c点模拟基站的距离d1为：
d1＝0.40km
这就是说两基站不在同一站址时，基站的发射功率、天线高度及天线增益都相同时，iden基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离为0.40公里时，将不会产生有害干扰。一般由于天线的方向性，距离基站越近其增益越小，iden基站覆盖区的边缘距模拟基站的距离越近。
在iden系统覆盖区内由于iden移动台接收到的有用信号很强，而模拟的干扰信号相应的减少，因此iden移动台不会受到干扰。
从以上分析可知，模拟基站对iden系统的在一定地区将使干扰（噪声）增加3db，对iden系统有一定的影响，但影响很小，一般不会干扰iden系统的正常工作（覆盖区内）。
3、模拟移动台对iden基站的干扰
模拟手机的发射功率在0.2w-1.3w之间，最大发射功率为31.14dbm，邻道功率一般<2.5uw，即－26.02dbm，iden基站接收机的馈线总损耗为－9.5db，天线增益为10db，分集接收改善4.7db，因此实际的天线有效增益为：
ge＝－9.5＋10＋4.7＝5.2dbi
假设模拟移动台在其覆盖区边缘，且距iden基站的距离为70m（处在iden基站的正下方），根据okumura-hata公式可计算出路径衰耗为82.11db，这时iden基站接收到模拟手机的功率为：
pra＝31.14－82.11＋5.2=45.77 dbm
我们知道iden基站接收机的可用电平为－104.5dbm，两者相差58.73db，而一般集群系统在25khz信道间隔时的邻道干扰抑制比为70db，因此模拟系统移动台不会对iden基站接收造成阻塞。
这时iden基站接收机接收到模拟移动台的带外发射prao为：
prao＝-26.02dbm－82.11+5.2 ＝-102.93 dbm
很明显，干扰电平已接近基站接收机的可用电平，因此iden基站接收机接收其覆盖区边缘的信号时，将受到近处模拟手机的干扰。
我们假设模拟移动台对iden基站的干扰等于iden基站的热噪声，即－127dbm，则路径传播损耗为：
lb＝－127－5.2－（－26.02）＝106.18 db
根据公式（5），可算模拟移动台距iden基站的距离为：
d＝0.38km
这样，只要模拟移动台到iden基站的距离大于或等于380米，就不会对iden基站接收远端信号时产生有害干扰。同上章一样，这是整个移动通信系统都存在的远近效应现象。
结论
从以上计算可知，模拟集群系统和iden系统可以使用相邻频道而不相互干扰。当要同频复用时必须满足c/i的要求，有一定的隔离距离。
以上计算均是以接收到的话音质量为4级、无线覆盖区边缘的可通率为90％、城区室外准平滑地形等条件为前提的。