移动通信技术飞速发展至3G时代,在电信产业重组后,工业和信息化部已经明确要求各运营商充分共享现有网络基础设施,避免重复建设,通信基础设施实行共建共享的原则。因此各个运营商为了充分实现资源共享,杜绝重复投资,多个运营商天线共塔的情况就不可避免。这就涉及不同运营商的天线的正确安装问题,即如何安装才能尽可能减少天线间的相互干扰、相互影响。
干扰产生的原理
目前移动通信系统内最常见、最典型的干扰为CDMA系统对GSM系统产生的干扰,CDMA对GSM的干扰原理有三种类型。
先分析移动通信800MHz~900MHz频段频率的使用情况:
(1)已建移动GSM系统,使用频率为935MHz~954MHz(基站发,移动台收),890MHz~909MHz(基站收,移动台发);
(2)已建联通GSM系统,使用频率为954MHz~960MHz(基站发,移动台收),909MHz~915MHz(基站收,移动台发)。
(3)CDMA系统工作频率为870MHz~880MHz(基站发,移动台收),825MHz~835MHz(基站收,移动台发),一期工程使用频点为878.49MHz,频道序号为283。
对于GSM基站接收机,由于CDMA基站发射频段接近移动GSM基站接收频段,因而可能会对GSM产生干扰,产生干扰的类型主要有以下三种:
CDMA发射机的边带杂散噪声落入GSM接收带内造成的同频干扰,称“带内杂散干扰”。
GSM带外的CDMA发射载波造成的带外阻塞,称“带外阻塞干扰”。
CDMA发射机的交调产物落入GSM接收带内造成的同频干扰,称“交调带内干扰”。
干扰隔离方案分析
干扰主要来自于频率接近的各制式之间信号互相影响所致,因信号最终都是通过天线发射出去的,因此隔离干扰需要重点考虑天线间的空间距离,即水平隔离度和垂直隔离度。
图1 我国公众移动通信800MHz~ 900MHz频率使用现状
若保证两个空间位置不同的天线之间不互相干扰,天线之间的隔离度应满足公式要求,该公式通常被称为天线空间隔离公式,可分三种情况:
完全垂直隔离。CDMA天线与GSM天线垂直放置,且主瓣方向一致。
完全水平隔离。CDMA天线与GSM天线水平放置,dh为两天线间的距离。
倾斜隔离。CDMA天线与GSM天线不在同一地点放置,且不在同一水平面上,有夹角。
当前网络中天线的架设方式主要有两种,即楼顶抱杆和铁塔。
楼顶抱杆方式架设的天线一般在同一水平面上,水平距离在几米到几十米不等,主要以市区、县城为主;天线架设在铁塔上的比例较大,主要以农村为主。铁塔平台一般为4-6米,平台垂直间距5-6米,每隔60度设置一抱杆,共6个抱杆,每个抱杆间的最小距离2-3米,也就是两个天线的最小水平距离为2-3米,最大水平距离为4-6米,垂直距离为5-6米。
按照公式计算,可以得出在不加带通滤波器时,所需的隔离距离为:
定向天线:完全垂直隔离距离:28米;完全水平隔离距离:137.9公里。
全向天线:完全垂直隔离距离:28米,完全水平隔离距离:44公里。
显然,目前的网络现状无法满足这种隔离度要求,所以必须通过增加带通滤波器以减小隔离距离。实际各厂家的CDMA发信机设备中均含有带通滤波器。
根据理论推导,可以得出三种隔离方式在不同滤波器衰减情况下的隔离距离。
1.完全垂直、完全水平时滤波器滤波性能与空间隔离距离的关系
当在发端CDMA侧增加带通滤波器后,在完全垂直、完全水平时其滤波器衰减性能与空间隔离距离可见表1。
根据表1,在C网基站带有滤波器的条件下,CDMA天线与GSM天线可以做到完全垂直隔离,因此当垂直隔离距离为3米时,须在CDMA发射机处或GSM接收机处新增一个性能为在890MHz处衰减为40dB的带通滤波器,即可满足隔离度要求。
而做到完全水平隔离是基本不可能的,分析如下:
a.对于定向天线,在增加了性能为890MHz处衰减为60dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达138米;在增加了性能为890MHz处衰减为70dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达44米;在增加了性能为890MHz处衰减为80dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达14米。
b.对于全向天线,在增加了性能为890MHz处衰减为60dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达44米;在增加了性能为890MHz处衰减为70dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达14米;在增加了性能为890MHz处衰减为80dB的带通滤波器后仍需做到完全水平隔离达5米,而事实上这种滤波器是很难实现的。
以上分析表明,移动GSM与CDMA共铁塔时,不同平台可满足完全垂直隔离,而在同一平台是不能满足水平隔离要求的。也就是说移动GSM与CDMA在不同平台上可以实现互不干扰,而在同一平台必然会产生干扰。
2.倾斜隔离时滤波器滤波性能与空间隔离距离的关系
实际上CDMA天线与移动GSM天线可能会挂在不同的平台上,所以天线存在高差(往往在5-10米之间),见图2:
图2 天线存在高差的情况
在这样的情况下,通过滤波器衰减性能与空间隔离距离和公式计算得出结论:在CDMA基站增加高性能滤波器(对于定向天线,增加在890MHz处衰减70dB的带通滤波器;对于全向天线,增加在890MHz处衰减60dB的带通滤波器),只要两天线相对高差>5米,就无需再有水平隔离要求。即在倾斜隔离的情况下,只要保证两天线垂直距离大于5米,就可以实现互不干扰。
天线安装建议
根据理论说明以及结合实际处理干扰的经验,对天线安装提出以下几点建议:
1.各制式的天线共用同一个铁塔时,移动GSM与CDMA必须安装在不同的平台,而对水平距离没有要求;
2.各制式的天线共用同一个楼顶平台时,首先要保证足够的垂直隔离度,如果垂直距离超过5米,可不考虑水平距离。
3.各制式的天线共用同一个楼顶平台时,如果垂直隔离度无法超过5米,则各天线之间需间隔超过30米,且越远越好。
4.对既不能满足垂直隔离又不能满足水平隔离的情况下,可在GSM设备上加装C网滤波器,也可采用调整CDMA基站天线高度,增大下倾角或者调整方向角等方式来增大天线之间的隔离度,减小干扰。
