隔离度计算

CDMA系统中直放站设备的应用

直放站建设中隔离度问题的几点考虑

深圳市国人通信有限公司 张学工 丁天文

摘要：隔离度是无线同频直放站应用中非常重要的工程调整参数，在不同的应用中有着不同的调整，如果不注意，会对网络造成很大影响。本文根据实际应用的情况，总结了几种对隔离度调整的概念及方法，希望对使用直放站有所帮助。

关键词：直放站建设 隔离度 调整方法

隔离度定义为直放站输入端口信号对输出端口信号的衰减度，是功率之比，单位dB。隔离度是同频无线直放站建设中极为关键的因素，也是其它直放站调试中所必需注意的指标。针对在不同应用中的隔离度问题，本文将从四个方面进行分析，以求得到关于隔离度参数调整的一般方法。 1．无线同频直放站的隔离度问题

无线同频直放站采用同频放大转发的技术，施主天线和重发天线之间收到和发送的信号频率是一致的，又在开放的环境下收发信号，必然存在着信号的空间耦合。如果这种耦合度不控制在一定的范围之内，就有可能引起直放站设备的自激，这将对整个网络造成影响。降低耦合的重要方法是提高隔离度。因此也可以说隔离问题是用好同频无线直放站的关键问题。 1．1 无线同频直放站的隔离度的定义及测试

无线同频直放站的隔离度是指直放站的信号输入端口对信号输出端信号

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的抑制度（或衰减度），它取决于施主天线和重发天线间的相对位置，也同天线的方向角、前后比等参数有关，由于直放站的上行频率和下行频率之间差别不大，所以上行隔离度和下行隔离度可以近似看成相同。

在工程现场，多采用信号源加上频谱分析仪的方法现场测试，可以很方便的得到两个天线间的隔离度。 1．2自激的产生及同隔离度的关系

f1f1f1直放站f1f1Gf1f1

图1 同频无线直放站产生自激原理图

无线同频直放站在应用中最容易出现的问题就是自激，当系统内出现正反馈环路时，就会出现自激，如图1所示。这是自激产生原理图，施主天线从施主基站接收频率为f1的下行信号，经增益为G的直放站放大后，由重发天线发射出去（同频信号f1）。一部分信号再经过转发天线的后瓣（旁瓣）耦合到施主天线的后瓣（旁瓣），再由直放站放大。这样无线同频直放站就形成一个潜在的正反馈环路，测试和实践验证，当该环路满足下列关系式时直放站才能稳定而可靠工作，不会产生自激。

I－G≥15 （公式1）

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式中：I为施主天线和重发天线之间的隔离度，G为直放站的增益。 直放站的增益越大，其输出功率就越大，覆盖就越远，这也会要求

隔离度要增大，否则就容易引起直放站自激。因此保证直放站稳定工作的必要条件就是，增益的设置要受到隔离度的限制。 1．3 隔离度的估算

为讨论方便起见，假设是在两天线背对背放置的情况下，直放站的隔离度的工程估算公式如下： 水平隔离度：

Ih=22.0+20log10(d/λ)-(Gd+Gr)+(Xd+Xr)＋C （公式2） 垂直隔离度：

Iv＝28.0+40log10(d/λ) ＋C （公式3） 上两式中参数的含义为：

Ih为两天线的水平隔离度（单位：dB） Iv为两天线的垂直隔离度（单位：dB） d为两天线水平距离（单位：米） λ为天线工作波长 （单位：米）

Gd、Gr分别为施主和重发天线的增益 （单位：dB）

Xd、Xr分别为施主和重发天线的前后比（单位：dB） C为阻挡物体损耗，

下表是在假设施主天线和重发天线的增益都是17dB,前后比都是25dB，采用背对背安装时，在频率为850MHz时根据公式2、3计算的隔离度和距离之间的关系数据。

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距离（米） 5 水平隔离度70 （dB） 垂直隔离度 74 （dB）

从上面表格可得出如下结论：

?同样的天线，相同的距离，两天线的垂直隔离度大于水平隔离度。因此施主天线和重发天线采取垂直安装时，隔离度较容易满足要求。采用水平安装时，隔离度一般不易满足要求。 1．4 增大隔离度的措施

一般情况下，一个同频无线直放站一旦施主天线和重发天线安装后，其隔离度就确定了，但还是可以采用一些方法增大隔离度。

主要方法有：选用前后比和旁瓣抑制比大的天线；尽可能增大两天线间的安装距离；两天线尽量采用背对背安装；利用建筑物隔离；微调天线的方位角和倾角；在两天线间安装隔离网；直放站安装时准确地利用施主天线与服务天线旁瓣的凹陷位置；选择具有抗振性能的无线直放站（具有输入/输出干扰抵消技术（IOIC））抗振措施能使隔离度有30dB的等效改善，则在大多数情况下可以保证大功率无线直放站的正常使用。 1．5 工程中易忽略的问题

施工工艺也会影响隔离度，例如输出、输入馈线的混合交叉和同路捆绑等；直放站内射频连接信号线接头松动或者天馈系统的连接出现问题时也会降低隔离度，情况严重时（如脱落或断裂）甚至造成自激的发生；当无线同频直放站作

10 76 86 15 20 79.5 82 93 98 25 84 102 30 35 85.5 86.8 105 108 CDMA系统中直放站设备的应用

为室内分布系统的信号源时，由于重发天线安装在室内，通常情况下隔离度可满足要求。但在较特殊的环境下，如在封闭的商场内使用时，室内重发天线有可能通过空调系统的通风管道与施主天线间波导效应而造成隔离度降低，要防止由于通风管形成信号的自激环路。 2．C、G网共站的天线隔离问题

目前联通新时空在建设CDMA网络时采用的是低容量、大覆盖的无线网络布局，常常使用基站和直放站混合组网，因此，CDMA直放站与GSM基站共站现象较为普遍。一旦CDMA直放站与GSM基站天线之间隔离度不够，将引起CDMA直放站与同址或邻近的GSM系统产生干扰问题。这种干扰是一个相互作用的过程。我们知道CDMA系统具有扩频的特性，抗干扰能力强，一般情况下可以抑制GSM系统对其干扰，却经常出现CDMA系统对GSM系统干扰的问题。这是由于CDMA系统的880MHz与GSM系统的890MHz频点（还要扩展到895MHz）最为接近，也最具有代表性。 2．1 同置站天线隔离度的定义

这里我们讲的天线隔离度指的是同一站内存两种设备所使用的天线间在某一相同频率上的信号衰减度（如在890MHz频点上CDMA直放站天线到达GSM基站天线的信号强度）。它体现在某一特定的频率上经两个站有效天线增益(例如天线增益减去电缆损失)并通过空间传输损耗的综合作用。 2．2 隔离度的分析

分析CDMA与GSM系统的干扰，需根据两者频率的关系及发射/接收特性来具体研究。

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接收机灵敏度降低、IMP干扰(即互调干扰)和接收机过载这三种性能损失是需要考虑的。 为了将这些性能损失降到最小而不修改现有的发送和接受单元，在同址站间需要保持适当的隔离。

三种主要的干扰为杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。三种干扰中，杂散干扰与CDMA直放站(或基站)目前在890MHz附近的带外发射有关，这是接收方(GSM系统)自身无法克服的，将导致GSM系统信噪比下降，服务质量恶化；阻塞干扰与GSM接收机的通带外抑制能力有关，涉及到CDMA的载波发射功率、接收机滤波器特性等，GSM系统的接收机将受影响因饱和而无法工作；互调干扰与CDMA使用多载频、系统的非线性有关，结果主要表现为GSM系统信噪比下降和服务质量恶化。在三种不同的干扰中，杂散干扰是最主要的，影响也最大。

我们来具体分析对隔离度的要求，按照新的要求，CDMA直放站在GSM频段的最大杂散辐射不得超过-67dBm/100kHz 即 －64dBm/200kHz . 由此可得,如果CDMA直放站和GSM基站的隔离度能达到－64dBm - (－120dBm) =56dB ,（其中-120dBm取值含义为：到达基站接收机的噪声限制。） 则CDMA直放站对GSM系统的正常工作不会产生任何影响.

设CDMA直放站天线的增益为 GT= 10 dBi ,GSM基站定向天线的增益为GR =10 dBi ,天线的前后比为 20 dB.计算增益值为GT + GR = 20 dBi 由（公式2）水平隔离度的公式:

L?20logf(MHz)?20logd(m)?27.55?GT?GR

当发射天线和接收天线正对,d = 150m 时, 隔离度 L= 56 dB

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当发射天线和接收天线背对背时,则天线增益为 10-20= -10 dBi , 在d = 5m 时 ,

隔离度 L=56 dB

由以上计算可知,在最恶劣的情况下,水平隔离在5-150m时, CDMA直放站对GSM系统的正常工作不会产生任何影响.

由（公式3）垂直隔离度的计算公式:?Iv=28+40log（d/λ） 当d=1.7(m) 时，隔离度I = 56dB

在最恶劣的情况下,垂直隔离在1.7m时, CDMA直放站对GSM系统的正常工作不会产生任何影响.

在实际的工程中，直放站设备同GSM共站安装时，因均有天线安装的位置，垂直安装的距离可以得到保障。 2．3 常出现的干扰情况及解决方法

实际工程中，由于890MHz～909MHz频段为中国移动所有，而CDMA系统为中国联通所有，所以CDMA直放站与GSM基站共址的机会不多。而中国联通的GSM上行频段为909MHz～915MHz,与CDMA相隔较远，隔离要求更小，较容易实现。因此，利用铁塔平台的隔离和建筑物本身的隔离，CDMA直放站信号对GSM的干扰问题是可以解决的。因而在工程施工中，应确保同置天线间的隔离度满足要求。

但实际上可能回出现这样的情况，当共站的基站使用全向天线时，必然遇到隔离度不够的问题，就会造成干扰。

解决的方法首先是换天线，采用定向天线增加隔离度。但有的情况是为了覆盖必须使用全向天线，这就要采用其它增加隔离度的方法，最常用的就是，

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在接收机的输入端加装防护滤波器增加隔离度。如果存在C/G网基站共站的情况，出现类似的干扰，也可采用相同的办法处理。

3．C网直放站与寻呼发射台的隔离问题

在CDMA使用的800MHz-900MHz频段比较拥挤，尤其是上行频段较易受到干扰。如果直放站附近有280MHz的寻呼发射机或寻呼链路发射机时要特别小心。因为280MHz寻呼发射机功率是100W，其三倍频是840MHz左右；寻呼链路发射机一般工作在400-420MHz频段，功率20W，如果是选择417MHz工作，其二倍频834MHz正好干扰CDMA的载频283信道。

根据CDMA技术体制， 进入CDMA基站上行允许的噪声电平不得高于-120dBm 。直放站设置增益时一般考虑为对有效路径损耗的补偿，因此CDMA直放站的噪声电平也应该在-120dBm以下。

寻呼发射机输出功率为50dBm,一般情况下，其互调衰减满足9kHz-1GHz(CDMA频率为800MHz): -60dBc。发射滤波器在带外至少有60dB的抑制。

三阶互调干扰(IMP3)电平：50-60＝-10(dBm)，经滤波后可发射的信号电平为：-10-60=-70dBm。

依然使用水平及垂直隔离度的分析（公式2）（公式3），可以得到：对隔离度的要求是： -70-（-120）=50dB

根据水平隔离公式（公式2），则有：

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水平隔离距离为：d＝100m（面对面）。 水平隔离距离为：d＝1m（背对背）。

根据垂直隔离公式（公式3） ，则垂直隔离距离为d＝1.2m。

由此可看出，在实际工程中，利用铁塔平台的垂直隔离 ，可很方便地解决C网直放站与寻呼发射机的隔离问题，应该注意的是全向天线使用时隔离度。

4．多系统兼容覆盖室内分布系统的隔离问题 为合理利用资源，联通和移动在室内分布系统中普遍采用多系统兼容覆盖方式，即多种信号源（联通CDMA800、GSM900/DSC1800或移动GSM900/DSC1800）合路后共用分布系统的组网方法。（如图2） CDMA直放站 GSM基站 兼容分布系统 双频合路器 图2 多系统兼容覆盖室内分布系统组网图

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通常，联通和移动由于投资的原因采用分别组网方式。由于CDMA800与DSC1800频率间隔较大，容易隔离，这里主要讨论CDMA800与联通GSM900之间的隔离。下面从两个方面分析隔离问题对分布系统性能的影响。 4．1 直放站做信号源时的隔离度

典型的情况是：GSM网的微蜂窝基站同CDMA同频直放站同时作为信号源使用，组成CDMA800与GSM900兼容分布系统，按照我们在前面的分析，依然主要考虑CDMA800对GSM900的干扰情况。信号源之间的隔离主要依靠合路器，合路器的隔离度指标应该是多少？

早期，对CDMA直放站带外杂散指标是GSM频段的最大杂散辐射不得超过-47dBm/100kHz 即 －44dBm/200kHz，一般要求进入基站的噪声门限不大于-120dBm，因此要求此时隔离度为：

-44-（-120）=76（dB）

合路器是一种带有腔体滤波的无源的微波器件，一般情况下的隔离度很容易达到60 dB，但要达到76 dB就有些难度。其结果就是容易造成对基站的干扰。新的要求是对CDMA直放站带外杂散指标是GSM频段的最大杂散辐射不得超过-67dBm /100kHz 即 －64dBm/ 200kHz ，此时对隔离度的要求就变为56dB，显然对合路器隔离度的这种指标要求就比较容易达到。我们可以认为只要直放站是按指标生产的，就不会引起干扰。由上述分析可以看到为什么早期有些厂家采用3dB电桥进行合路时会造成C网信号对G网信号源上行的干扰，其原因就是隔离度不够。

如果采用的兼容分布信号源是采用两种同频无线直放站，在增益设置同

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