移动通信中发射机互调干扰的数学模型.pdf

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1、?介屯?第?卷第?期通信学报?移动通信中发射机互调干扰的数学模型张亦明辛提要在射频千扰环境中,为确保所有将要设置和已经设置的合站相互之间的千扰不超过容许依,必须进行电磁兼容性?分析。发射机互调?扰是 主要的干扰因素之一,本文论述了发射机互调千扰的数学模型,它适用于机助频谱管理和移动通信工程。?,?,?!?、?,?、?几?、?!#?%&(?)#?+),().#?(,一aidedspe etummanagemenrandmobi leeommunieationsengineering.前言为了有效地利用和科学管理无线频谱资源,在频谱管理和移动通信工程中,必须进行电磁兼容性(EMC)分析或干扰分析。

2、为此,应建立各种干扰的数学模型,它包括有用信号和干扰表示式、干扰容限、干扰程度计算等。数学模型涉及 到系统特性、设备特性和传播特性,它应适于机助计算。在领率资源“紧张”的地 区(如大城市地区),系统间或系统内的干扰一般是难以避免的,但是,千扰的存在不应 造成每个系统性能 的严爪恶化。每个 系统的干扰 容限(即容许的干扰程度和千扰概率)主要取决于业务种类和业 务等级,因此,应根据工程实际确定其相应 拍勺二,扰容限。分析表明,应根据工作方式建立发射机互调干扰的数学校型。在众多的互调产物中,两信号三阶互调(2f一f,二f。)千扰最强,其它互调产物可以忽略不计。由于发射机互调千扰属于共估道干扰,所以,

3、采用同频道干扰的计算方法计算。一、最小可用信号和干扰容限1.最小可用信号中值电平Sm:。召m,。=N。+(S/N);,+D:+C(dBW)(1)式中,N。为接收机固有噪声;(风/N)尸,为接收 机允许的最小输人信噪比,它主要取 决于系统 要求的输出信噪比;D:是计及瑞利衰落(含人为噪声)时,接收信号质上 卜的恶化量;C:是由系统可靠通信概率决定的抗衰落储备量。由于信号小区间中值的位置和时间联合分布服从对数正态分布,若其标 准偏差为a.,则C,可表示为张亦明:天津大学电子工程系副教授。196 2年毕业子天津大学无线电系,现主要从事移动通信及射频EMC的研究工作。结3期张亦明:移动血信中发射机互调

4、干扰的数学模型C,=K,a。=K:丫a梦+a;:式中,a乞和叫 分别为信号强度位置分布和时 间分布的标淮偏差;2.同频道射频保护比(s/I),(泞/I),=D/U+D:+C:C:二 K刀。二K:丫 武+衅(dB)(2)K:是系统可靠通信概率决定的系数。“B)冬(dB)(3)式中,D/u是静态条件下的同频道射频保护比,刀2是计及信号和千扰的瑞利衰落(含人为噪声)时,接收12号质量的恶化量;CZ为计及干扰时系统可靠通信概率决定的抗衰落储备量;山是信 扰比分布(亦服从正态分布)的标准偏差;a,、a了分别是信号和干扰强度分布的标准偏差,若千扰强度位置和时间分布的标准偏差分别为a二 和武,则a,二杯a二

5、2十a:名;K:为计及千扰时,取决于系统可靠通信概率的系数。.从提高频率利用率考虑,系统的业务种类和业务等级不同,容许的同频道保护比亦不同。例如,对于最低业务等级的移动话音通信系统来说,用于频率协调的(S/I),可以不考虑瑞利衰落(含人 为噪声)的影响,即D:一。同时,有用信号的阴影衰落和时 间慢衰落的影响亦不考虑,即a.=o。而对公众蜂窝网的工程设计来说,均应考虑。3.容许的最大千扰 中值电平I,二。,若近似认为D:”D:,由式(1)(2)(s)可得I,二。二=N:。+(月/N),+K.a一D/U一K:口.(d BW)(4)二、单频单工系统的千扰模型1.信号和干扰表示式某个单频单工系统受到来

6、自 其它系统 的发射机互调干扰,其干扰形式有:基地台受干扰和移动台受千扰。分析表明,在无线区内,当互调干扰源距基地台较近时,基地台受千扰是主要的,当互调千扰源距无线区边缘较近时,移动台受千扰是主要的。一般来说,由于基地台天线高度远高于移动 台天线高度,因而,基地台之间的干扰较为严重,其干扰型式如图所示。由图1可知,有用信号s可以表示为图s二P。一Lr。+口。一L,+G,一 L,单频单工系统 的发射机互调千扰示意图(d BW)(5)式中,尸。、L,。、G,分别是移动台的发射机输出功率、馈线损耗和天线增益;G,、L,分别是 基地 台天线增益和馈线损耗;L,是有用信号的传播路径衰耗,类似地,第i个二

7、信号三阶互调干扰I,二可以表示为I,=P一 L,+GJ一 L,+ZG一Z L,一A,。一L,+召r一 L,(dBW)(6)式中,p,、L,、G,分别是第 J 个千扰台的发射机输出功率、馈线损耗和天线增益;G、L,是 第个千扰台的发射天线增益和馈线损耗;L,“、L,;分别是、J台间和、V台间的传播路径衰耗;A,。l是发射机的互调转换损耗,它可表示为A,。二 1 0.8+2.1f一fJ】通,。=9.5+4.0 f一f,通,。=13.4+3.2,f一f,Io f一f,攫0.sMHz0.85.SMHz(7)、护,、少B B Bddd式(5)(6)中的L,、L,、L“;取决于台站、设备参数和 地形地物状

8、况等因素。目前,已提出十几种适用于移动通信的传播模型,可根据它们的使用条件和传播条件选用。对于准平滑地形和丘陵地形来说,进行EMC分析时可以选用自由空间模型和伊利(E9 1 1)模型。分析表明,在地形 地物相同的条件下,路径衰耗和传播距离的关系应是一个单值单调函数。若采用基本伊利模型(即不考虑地形修正因子),可以求得使用以上两种模型的分界距离d 0为越信学报1勺 90年d。二 h,h:/606(km)式中,h,、几分别是收、发天线高度,以米计。因而,可以判 之当台间距离d簇h:h:/606时:则用白由空间模型,(8)当台间距离d丛二里6 0 6时,则用伊利模型。将选定的传播模型代入(5)式中的

9、L,或(6)式中的L,.Ld。,可 爹 食约 介比、设备叁 妆表示 的信号月和1:扰I,的表示式。当采用机助计算时,台站、设 备参数可直接从数灯,库泥取,台问距离可山台站的位丑参 数(!llJ经纬度)求得。若,训于存在N个千扰源,则受害接收机输人端的总干扰 电弓汀,为I,=1 0 l gEz o,(dBW)(9)2.应用举例(1)当用 于机助频率指配时,键人新设台参数,提取已设台参数,并按相对于新设 台的距离排序,检查互调频率关系。逐个频点进行计算,求得新设台使用各个频点时的I,并将I,与J红它干扰类 型(如邻道干扰等)的一l“扰按功率叠加,求得总干扰电平。总干扰 电平和I,。:比较,若大于、

10、等于I,。:,则该频点剔除;若小于I,m:,则该频点保留。将以上计算结果显示或打印。继而,对所保留的所有频点,还应检查新设 台加入后对 各个已设台的干扰程度,计算方法同上。从而得到优选的频率或频率组。(2)当用 于工程设计的潜在干 扰分析时,应给 出干扰程度顶测结果。将(l)式和当用的传播模型代入(5)式,求得无线区半径:。应用(9)式求得I,并和其它类型的干扰按功率叠加,求得l;扰总电平,将它代入(3)式,一可求得满足射频保护比的有用信号电平,令其为。,。将3,和选定的传i番悦型代入(5)式.可求得满足刘频 保护 比的有用信号传播距离d。,令此时的d.为T,则可判决为若,。,则受l:扰接收

11、机是在容许的干扰下工作的,可 认为不存在干扰区域。若,100%(26)显然,厂表征了互调千扰程度。3.应用举例i,当用于机助频率指配时,应根据频率使用情况确定容许的厂值,如r=0.1,则优选新设台的工作频率可按下式判决若r10%则该频点剔除若r10%则该频点保留将以上计 算结果按厂值大小排序显示或打印,即可给 出优选的频点或频率组。i i,当用于移动通信工程设计的潜在千扰分析时,同理,可计算出每个频点上的千扰程度。应当指出,在实际应用中,还应考虑不同干扰类型的干扰叠加问题,在此不再赞述。参考文献1JO llNHMeMA H O N,InterfereneeandProPagationl了orm

12、ulasandTable:Us edintheFeder alCommunieat ionsCommis sionSPeetrumMa nagementTaskFor eeLandMobileFr equeneyAs si gnmentModel,IEEETransV.T,VOL.VT一23,N04,NOVI)74.2Wi只 1iamG.Duff.AHand bo okQnMob ileCom mu nic atio ll,1976.3E g liJJ.RadioProPagationabov e40MHzove rIrreqularTerrain.ProeIR E,oe一1 9 5 7。4E DWA R DA.N E H AM,AnAPProaehtoEstimatingLandMobileRadioCoverage,IEEETrans.V.T,VOL.VT一23,N0.4,NOV1 974.5C C IKX IVthPlen ary Assem bly K Y O T O,1978.REPORT(35 8一3).(1987年工2月21日收到,198 9年7月改定)