基于無源互調(diào)干擾分析的地鐵室內(nèi)分布設(shè)備選型

許光斌+胡小青

【摘 要】為了解決地鐵的民用通信覆蓋干擾導(dǎo)致的設(shè)備選型問題，采用各節(jié)點(diǎn)三階無源互調(diào)干擾綜合方法，分析了互調(diào)干擾產(chǎn)生原理以及不同設(shè)備對(duì)系統(tǒng)性能的影響，研究了不同型號(hào)設(shè)備對(duì)靈敏度的惡化值，并提出了設(shè)備選型方法。經(jīng)過參數(shù)代入驗(yàn)證了器件選型的有效性和合理性，從而提升整體干擾抑制性能。

【關(guān)鍵詞】室內(nèi)分布系統(tǒng) 無源互調(diào)干擾 靈敏度惡化 設(shè)備選型

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.003 中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）20-0018-04

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，地鐵成為城市交通的重要組成部分，也是民眾出行的重要工具。各電信企業(yè)對(duì)地鐵的移動(dòng)信號(hào)覆蓋非常重視，但是由于屏蔽的影響，地鐵隧道、站廳、站臺(tái)和列車內(nèi)將成為移動(dòng)通信的盲區(qū)，因此需要專門針對(duì)地鐵進(jìn)行移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。移動(dòng)通信多系統(tǒng)、多制式使得地鐵室內(nèi)分布系統(tǒng)變得復(fù)雜，多種系統(tǒng)合路造成的干擾也比較嚴(yán)重[1-3]，尤其是PIM（Passive Inter Modulation，無源互調(diào)）干擾，所以需對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)中的干擾進(jìn)行研究分析，確認(rèn)是否符合要求。

2 地鐵室內(nèi)分布干擾分析

PIM是由天線發(fā)射系統(tǒng)中各種無源器件的非線性特性引起的。在大功率、多信道系統(tǒng)中，由于其大功率特性，使傳統(tǒng)的無源線性器件產(chǎn)生較強(qiáng)的非線性效應(yīng)，這些無源器件的非線性會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于工作頻率的更高次諧波，而這些諧波與工作頻率混合會(huì)產(chǎn)生一組新的頻率，其最終結(jié)果就是在空中產(chǎn)生一組無用的頻譜（如三階互調(diào)干擾PIM3、五階互調(diào)干擾PIM5、七階互調(diào)干擾PIM7等），若這些互調(diào)產(chǎn)物落在發(fā)射或接收波段區(qū)間，且這些互調(diào)產(chǎn)物的功率超過系統(tǒng)中有用信號(hào)的最小幅度，則會(huì)影響正常的通信。

同時(shí)，多器件互調(diào)產(chǎn)物疊加的影響不可忽視，需提高前級(jí)器件如POI（Point of Interface，多系統(tǒng)合路平臺(tái)）指標(biāo)以保證系統(tǒng)互調(diào)要求[4-6]。在地鐵站臺(tái)、站廳天線安裝環(huán)境通常存在鐵管、日光燈、消防噴頭、煙感探頭等，這些物體對(duì)天線互調(diào)指標(biāo)有著一定的影響，形成的干擾對(duì)系統(tǒng)的接收靈敏度有一定惡化。通信系統(tǒng)對(duì)干擾的容忍度為干擾容限，即對(duì)系統(tǒng)接收靈敏度的惡化量。而接收靈敏度惡化是由干擾電平引起，干擾電平對(duì)底噪的影響為：

其中，N為系統(tǒng)總噪聲，單位為dBm；N0為系統(tǒng)底噪，單位為dBm；I0為干擾電平，單位為dBm。

由于互調(diào)產(chǎn)生的噪聲電平增量為：

其中，ΔN為噪聲增量，單位為dB；S為協(xié)議靈敏度，單位為dBm；T為信噪比解調(diào)門限，單位為dB；D為系統(tǒng)接收靈敏度惡化量，單位為dB。

3 應(yīng)用案例

3.1 隧道內(nèi)室分路徑損耗分析

地鐵隧道室內(nèi)分布系統(tǒng)采用泄露電纜方式，若多家電信企業(yè)共用兩根泄露電纜[7-8]，則采用POI合路的方式，其示意圖如圖1所示[9-10]。

其中，M、M為泄露電纜中點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中有以下兩種方式：

方式一：M點(diǎn)不斷開，兩端POI共用一根泄露電纜，泄露電纜長度一般為地鐵隧道兩個(gè)洞室間距；

方式二：泄露電纜在M點(diǎn)斷開，兩端POI各單用一根泄露電纜，其泄露電纜長度為方式一的一半。

單根泄露電纜的路徑損耗為：

其中，l1（x）為百米損耗函數(shù)；l為單根泄露電纜長度。

若GSM、WCDMA、LTE采用13/8泄露電纜，則百米損耗分別為：

3.2 站臺(tái)、站廳室分路徑損耗分析

對(duì)于地鐵的站臺(tái)、站廳多系統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋采用POI合路的方式。如圖2所示，通過耦合器和功分器等器件進(jìn)行分路覆蓋，由于多器件的引入，會(huì)帶來系統(tǒng)內(nèi)部的互調(diào)干擾。

站臺(tái)、站廳室內(nèi)分布系統(tǒng)采用的饋纜、器件等引起的路徑損耗為：

其中，ci為耦合器連接路徑損耗，若連接主干則為主干損耗，若連接旁路則為耦合損耗；si為連接的功分器損耗。

若GSM、WCDMA、LTE采用7/8饋線，則百米損耗分別為：

其中，l2（x）為饋纜百米損耗函數(shù)；k為分布系統(tǒng)饋纜根數(shù)。

3.3 三階干擾互調(diào)及接收靈敏度惡化

地鐵隧道和站臺(tái)、站廳相應(yīng)分布系統(tǒng)的三階互調(diào)干擾值公式如下：

其中，PIMi為各器件的PIM值；Pi為系統(tǒng)輸入信號(hào)功率；Li為相對(duì)于參考點(diǎn)的路徑損耗；M3為三階互調(diào)指數(shù)。

圖1中的跳線1-1、跳線2-1、跳線1-2、跳線2-2、泄露電纜1、泄露電纜2干擾抑制參數(shù)取-150@2×43dBm，POI取-150@2×43dBm或者-153@2×43dBm。圖2中的站臺(tái)、站廳分布系統(tǒng)采用的POI取-150@2×43dBm或者-153@2×43dBm，饋纜、C1至C14干擾抑制參數(shù)取-150@2×43dBm，A1至A16取-140@2×33dBm。由于考慮天線安裝到天花板后會(huì)受日光燈、水管、空調(diào)等的影響，因此互調(diào)值會(huì)有所下降，這里取天線抑制參數(shù)值為-120 dBc。圖1及圖2中的隧道和站臺(tái)、站廳各饋纜長度如表1所示：

分布系統(tǒng)中采用的10 dB耦合器主干損耗為0.6 dB，耦合損耗為10 dB；6 dB耦合器主干損耗為1.4 dB，耦合損耗為6 dB；功分器二功分分配損耗為3.01 dB。互調(diào)干擾以三階互調(diào)為主，分布系統(tǒng)互調(diào)干擾取三階互調(diào)干擾值，各頻段分布系統(tǒng)三階互調(diào)值如表2所示。

根據(jù)各制式的協(xié)議接收靈敏度（GSM協(xié)議接收靈敏度為-109.2 dBm，WCDMA協(xié)議接收靈敏度為-101.4 dBm，LTE協(xié)議接收靈敏度為-101.4 dBm）以及各節(jié)點(diǎn)路徑損耗，結(jié)合式（1）計(jì)算可得到各制式的接收靈敏度惡化值，具體如表3所示：

工程中對(duì)接收靈敏度惡化值的具體要求是選取合適的干擾抑制指標(biāo)的器件來做分布系統(tǒng)，如LTE接收靈敏度惡化值要求小于1，則需選取互調(diào)干擾抑制指標(biāo)更高的器件，因此最前級(jí)連接器件的互調(diào)干擾抑制指標(biāo)尤為重要，即此處POI干擾抑制指標(biāo)選取-153@2×43dBm，這樣整個(gè)分布系統(tǒng)干擾抑制滿足-150 dBc以上，同時(shí)也滿足接收靈敏度的要求。

4 結(jié)束語

在地鐵的建設(shè)中，民用通信系統(tǒng)的覆蓋是其重要的組成部分。本文通過對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)以及饋纜產(chǎn)生的三階互調(diào)干擾進(jìn)行分析，選取符合干擾抑制要求的設(shè)備，避免水桶效應(yīng)帶來的干擾抬升，以提升整個(gè)系統(tǒng)的干擾抑制能力及地鐵分布系統(tǒng)性能，使各個(gè)電信企業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋得到進(jìn)一步提升，從而提升用戶的感知度；同時(shí)，使用戶充分感受到地鐵交通高品質(zhì)的通信服務(wù)，進(jìn)而提升電信企業(yè)品牌及收益。

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