關(guān)于GSM上行鏈路干擾與塔頂放大器問題
王樹甲
在理想高斯白噪聲信道，在TDMA無線接入系統(tǒng)的容量可以表示為
。
（1）
式中，K為用戶數(shù)目，Ck為每用戶數(shù)據(jù)速率，W為占用帶寬，N0為噪聲功率譜密度，Eb為每比特能量，P為基站所收到的每用戶的有用信號功率。P可以表示為
。 （2）
式中，Pt手機發(fā)送功率，L（dB）為路徑衰耗。CCITT的路徑衰耗公式為
[ Lccirt]=69.55+26.16log(f)－13.82log(Hb)+[44.9－6.55log(Hb)]log(d)+ax(Hm)。 （3）
式中，f為頻率(MHz)，d為移動臺至基站距離(km)，Hb為基站天線高度(m)，ax(Hm)為移動臺天線高度校正函數(shù)。根據(jù)式（3），傳播衰耗與距離的關(guān)系可以表示為
，或 。 （4）
在GSM移動通信系統(tǒng)中，存在來自各隔站小區(qū)各手機（1/3空間復用）的同信道干擾（Ic）和鄰信道干擾（Ia），而且可以認為這些干擾是不相關(guān)的，因此，上行鏈路的總干擾是各干擾信號的功率和。在保證差錯率分別要求C/Ic=9dB，C/Ia=-9dB的情況下，總干擾（It）可以表示為
。 （5）
將式（2）代入式（1），我們有
。 （6）
現(xiàn)在簡要分析式（3），為保證基站按質(zhì)量接收帶內(nèi)各手機的有用信號，基站接收機輸入端的每一時隙應保證一定的載/噪比（P/Nt）。這要求，1）各手機發(fā)送功率Pt能夠克服其路徑（d）傳播衰耗LP，使到達基站的功率大于P，且越大越好，但同時會增大經(jīng)由兩倍路徑（2d）衰耗抵達隔站的干擾；2）降低WN0，即改善基站接收機，降低其噪聲系數(shù)、提供其靈敏度；減小It，即減小隔站小區(qū)的各手機的發(fā)送功率，這與覆蓋范圍有矛盾。事實上，GSM系統(tǒng)采用了一些減小干擾作用的措施：跳頻（干擾平均）、不連續(xù)發(fā)射（減小干擾強度）。
現(xiàn)在根據(jù)上述公式分析塔頂放大器的作用：首先，采用塔頂放大器能夠降低基站接收系統(tǒng)的WN0，提高其靈敏度，增大系統(tǒng)增益（手機發(fā)送Pt－基站接收靈敏度），在P和It不變的條件下，可以擴大復蓋；其次，也可以理解為允總干擾It增大，而使總噪聲（WN0+It）不變，覆蓋范圍不變；最后，因為手機功率是受基站控制而調(diào)節(jié)的，而調(diào)節(jié)的依據(jù)是號電平和信號質(zhì)量，所以，在覆蓋和信號質(zhì)量不變的情況下，允許降低接收功率P，即可以降低各手機的發(fā)送功率Pt。應當指出，不論有用信號還是無用信號都隨機時變信號。手機可以處在其服務小區(qū)的不同位置，除擴大覆蓋后的邊緣外，都可以在保證原來質(zhì)量的條件下，減低發(fā)送功率，從而減小它們對隔站各小區(qū)的干擾。在路測過程中， 在大部分路段，有無塔放情況的手機發(fā)送功率有明顯差別，大量基站測試結(jié)果都是一致的。這表明一般情況下上行鏈路WN0和It在同一數(shù)量級，采用塔放對降低熱噪聲是有效的。這可以加大覆蓋范圍，使原來因路徑衰耗不能保證載/噪比門限的距離，由于基站接收機的性能改善而得以保證。那些位于近距離的手機由于載/噪比有了富裕而可以減低功率。大多數(shù)手機發(fā)送功率的降低，顯然會降低對其各同頻和鄰頻小區(qū)的干擾。事實上，塔放對1/4復用的廣播信道所在載頻也有改善，其機理是同相的。但由于該頻道不采用跳頻，所以這種改善更為可貴。
圖1表示1/3復用，任意小區(qū)（如1）受到6個同頻小區(qū)的干擾，而且干擾與其周圍的6個同頻小區(qū)。圖2表示扇區(qū)情況，主要受到3個同頻小區(qū)的干擾，并干擾2個同頻小區(qū)。還應注意到基站天線前/后增益比對信號/干擾比的改善。
有些地區(qū)可能會有鄰小區(qū)的鄰頻干擾，但它與同頻干擾不同，會受到基站接收機選擇性的大大抑制，其作用比同頻干擾小得多。
圖1
圖2
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