中国电信CDMA网络与中国高铁GSM-R网络共存干扰协调解决方案

网络系统共存干扰解决方案

摘要：文章介绍了CDMA基站对GSM-R阻塞干扰成因及隔离度计算方法，并根据分析结论提出网络共存干扰解决的最佳方案是GSM-R基站接收端加抗阻塞滤波器；同时该解决方案同样适用于中国电信CDMA与中国移动EGSM（I频段）基站系统共存干扰协调。

关键词：杂散干扰、带内阻塞、带外阻塞、抗阻塞滤波器

一、问题背景

南昌铁路段无委办向厦门无委反映厦门境内厦门北到高岭段铁路存在联控信号不畅，出现掉话或接通问题，影响高铁运行安全。定位原因为该路段通信信号上行频段收到干扰，导致该路段上行链路信号不良。其中以XMB01站点最为严重，干扰等级始终4、5级，要求厦门无委协助尽快解决。

3月3日下午，厦门电信配合厦门无委协查，定位高铁XMB01站点干扰源为厦门CDMA网络杏林大桥头基站968-6，关闭后高铁XMB01站点干扰等级降为1恢复正常。现场勘察初步判定原因为CDMA网络968-6基站与高铁XMB01站点水平隔离度不足。

968-6功分扇区与高铁XMB01站点天线方向正对、直线距离200米。

二、问题处理经过：

2.1、安排施工队更换968-6基站，同时基站发射端加装带外杂散抑制滤波器。

2．1.1、外形：

2.1.2、滤波器电性能指标：

安装在收发合一的CDMA800基站发射端解决5MHz外的近带抑制，避免CDMA基站发射的近带杂散信号对GSM-R接收机造成干扰。

2.1.4、安装效果：

安装后铁路XMB01站点仍然受干扰严重（干扰带4、5级），在基站接收端实测干扰波形如下：

2.1.5、分析结论：

 干扰成因非CDMA基站发射设备杂散超标所致，问题应该是GSM-R基站接收机带内阻塞干扰所致。

2.2、968-6基站发射端加装的带外抑制滤波器拆除（恢复原状），高铁XMB01基站接收端加装抗CDMA阻塞滤波器。

2.2.1、滤波器串接在GSM-R基站1/2软跳与室外7/8馈线连接处：

2.2.2、滤波器电性能指标：

分别安装在GSM-R基站上主集口、分集口，解决5MHz外CDMA基站发射的近带强信号阻塞干扰。 

2.2.4、安装效果：

安装后铁路XMB01站点干扰带降为1、2级，干扰问题解决。在基站接收端实测频谱如下：

2.2.5、分析结论：

    综合以上结果，确定干扰为阻塞干扰，在CDMA发射侧安装杂散抑制滤波器不会改善干扰问题，唯有在GSM侧安装抗阻塞滤波器才能解决问题。

三、干扰成因分析

3.1高铁GSM-R产生干扰的原因

电信968-6站点配置37,201,283频点（分别对应上行826.11，831.03，833.49；下行871.11，876.03，878.49）。   

  高铁GSM XMB01站点配置1006、1013频点（分别对应上行886.4，887.8；下行931.4，932.8）

图 ‎11中国电信CDMA与中国高铁GSM-R频谱分配图

从频段上看，CDMA的下行频段与GSM-R的上行频段间隔只有5MHz，滤波器设计、站址选择及网络规划做不好，都会引起GSM-R被干扰，使GSM-R系统接收性能的下降。

由于GSM-R的下行与CDMA的上行存在至少90MHz的保护带，滤波器实现容易，所以GSM-R对CDMA不会产生干扰问题。

3.2 CDMA2000协议规定基站发射机带外抑制指标

IS2000协议对CDMA发射机带外信号抑制（包括杂散和互调）能力要求：

协议要求： 在偏离中心频率750KHz处，要求抑制45dBc； 

           在偏离中心频率1.98MHz处，要求抑制60dBc；

           在偏离中心频率3 MHz处，要求抑制60dBc；

根据协议换算：当CDMA基站发射功率为43dBm/1.23MHz时，其在偏离中心频率1.98MHz处的功率应该是-17dBm/1.23MHz(即：43-60);转换到GSM系统时，GSM系统收到的功率是 -25dBm/200k ( 即：-17+10log(200K/1.23M)

根据信部无[2002]65号文《关于800MHz频段CDMA系统基站和直放机杂散发射限值及与900MHz频段GSM系统邻频共用设台要求的通知》要求：

转换到GSM收到的功率更严格要求为 -67dBm/100k。

目前厦门电信CDMA网络采用的BTS3900基站设备均符合该要求。

3.3 GSM协议规定基站接收机抗阻塞指标解读

带内阻塞是指干扰信号位于860MHz～925MHz频段内的阻塞(注意GSM系统已经将CDMA系统的发射频段定义为其带内)；

带外阻塞是指干扰信号在100KHz ～ 860MHz和925MHz ～ 12.75GHz频段内的阻塞。

从协议规定的阻塞指标中可知：

•带外阻塞 (GSM 05.05, Section 5.1)

–100 KHz < f < 860 MHz              < 8 dBm/30k

–925 MHz < f < 935 MHz             < 0 dBm/30k

–935 MHz < f < 12.75 GHz       < 8 dBm/30k

•带内阻塞 (GSM 05.05, Section 5.1)

–600 KHz < |f - f0| <800 KHz              < -26 dBm/30k

–800 KHz < |f - f0| <3 MHz             < -16 dBm/30k

–3 MHz  < |f - f0|                         < -13 dBm/30k

目前华为提供给中国高铁GSM-R的基站为BTS3012（与提供给中国移动的EGSM设备同），将870MHz～880MHzCDMA下行频段定义为带内，抗中国电信CDMA下行多载波强信号阻塞能力较差。

3.4 干扰的类型

CDMA系统对GSM-R系统的干扰主要是CDMA下行对GSM-R上行的干扰，主要的干扰有以下三种：

1、CDMA发射机的边带杂散噪声落入GSM接收带内;

2、CDMA发射机的交调产物落入GSM接收带内;

3、GSM带外的CDMA发射载波造成GSM接收机灵敏度下降（阻塞）。

因此为解决该干扰问题，需要对杂散和干扰所造成的影响分别针对典型场景计算所需隔离度。

3.4.1阻塞干扰

图 ‎21 阻塞干扰原理图

当较强功率加于接收机端时可能导致接收机过载，使它的增益下降或者说被抑制。原因是放大器有一个线性动态范围，在这个范围内放大器的输出功率随输入功率线性增加，这两个功率之比就是功率增益G，其输出功率低于所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点。相应的，此时的输入功率定义为输入功率的1dB压缩点。为了防止接收机过载，从干扰基站接收到的总的载波功率电平需要低于它的1dB压缩点。从上图看出，即使干扰系统不产生任何带外杂散，如果被干扰系统的滤波器对干扰系统发射抑制能力不够，也将使强信号落入到后端的接收机上，使接收机饱和，从而引起阻塞干扰。

从上图看出，即使干扰系统不产生任何带外杂散，如果被干扰系统的滤波器对干扰系统发射抑制能力不够，也将使强信号落入到后端的接收机上，使接收机饱和，从而引起阻塞干扰。

阻塞干扰的根本原因在于接收滤波器的抑制能力不够，与发射信号的带外杂散无关。

3.4.2杂散干扰

图 ‎22 杂散干扰原理图

由于发射滤波器的滚降特性(任何滤波器都不可能是理想的阶跃方式)，导致任何系统总存在一定的带外辐射。带外辐射的主要能量来源是宽带噪音、谐波与互调产物、寄生辐射及杂散辐射，一般统称为杂散辐射。CDMA 800M在885MHz附近的发射杂散正好落入GSM系统的接收频带内，当这种干扰信号的电平接近甚至超过GSM系统的底噪时，会导致GSM接收灵敏度下降，进而引起覆盖收缩，接入困难等现象。

四、干扰隔离度计算方法及解决措施

系统干扰的原理图如下：

图 ‎31 干扰分析框图

下面根据上图，进行分析和公式推导。

4.1、GSM900抗阻塞能力分析

GSM抗阻塞干扰可以按照如下公式进行分析：

[GSM系统接收机允许接收到阻塞功率]＝[CDMA系统信号功率]－[GSM系统接收滤波器抑制]－[天线隔离度]－[收发馈线损耗]

或可写成以下公式：

为了避免GSM的受到阻塞干扰，所需的[天线隔离度]＝[CDMA系统信号功率] －[收发馈线损耗]－[GSM系统接收滤波器抑制]－[GSM系统接收机允许接收到阻塞功率]

其中：

[天线隔离度]指发射天线的输出与接收天线的输入端间耦合损耗，等于两天线间的空间隔离减去两天线朝向另一天线的增益。

[CDMA系统信号功率]为CDMA系统发射功率，按照每载频20W计算，一般为4载频，所以总发射功率为49dBm。

[收发馈线损耗]：一般可取4～6dB。

[GSM系统接收滤波器抑制]－[GSM系统接收机允许接收到阻塞功率]如果没有外置滤波器，即可看成GSM机顶口的指标。对于GSM系统，根据协议3GPP 45.005定义，GSM900对CDMA800频段的抗阻塞能力仅为-13dBm。

所以，对于移动的GSM设备，为了避免干扰，所需的[天线隔离度]=49dBm -4dB -(-13dBm)=58dB。

4.2、CDMA 800M杂散发射分析

CDMA对GSM的杂散干扰可以按照如下公式进行分析：

 [GSM系统允许接收到杂散功率]＝[CDMA系统功放杂散功率]－[CDMA系统发射滤波器抑制]－[天线隔离度]－[收发馈线损耗]

或可写成以下公式：

为了避免CDMA对GSM的杂散干扰，所需的[天线隔离度]＝[CDMA系统功放杂散功率]－[CDMA系统发射滤波器抑制]－[收发馈线损耗]－[GSM系统允许接收到杂散功率]

其中：

[天线隔离度]指发射天线输出与接收天线输入端间耦合损耗，等于两天线间的空间隔离减去两天线朝向另一天线的增益。

[被干扰系统允许接收到杂散功率]：对于GSM系统而言，允许接收的干扰电平为-110dBm/200kHz。

[CDMA系统功放杂散功率]－[CDMA系统发射滤波器抑制]如果没有外置滤波器，即为CDMA机顶口杂散水平。华为RFU及RRU在4载频配置时（283，242，201，37），在0MHz处的杂散优于-90dBm/100kHz =-87dBm/200kHz，在885MHz上为-71dBm/100kHz =-68dBm/200kHz。

 [收发馈线损耗]：一般可取4～6dB。

所以，对于华为设备，为了避免干扰，GSM接收频率在0MHz以上时，所需的[天线隔离度]=-87dBm/200kHz -4dB -(-110dBm/200kHz) = 19dB

GSM接收频率在885MHz以上时，所需的[天线隔离度]=-68dBm/200kHz -4dB -(-110dBm/200kHz) = 38dB

4.3隔离距离分析

对于两天线距离小于10米的情况，使用天线水平隔离的公式计算结果与实际情况相差很大；大于10米时，则相差在3dB以内。而10米时的隔离度约为51.45dB，所以天线隔离度小于51.45dB时，建议使用华为测试结果，大于51.45dB时使用公式进行计算。

水平隔离使用:

IH=22+20log(d/λ)-Gt-Gr

其中：

IH：为水平隔离度

d，λ分别为隔离距离及波长

Gt，Gr分别为发射天线与接收天线朝向另外一天线的增益，对于两天线为定向65度天线，且朝向相同的情况（方位角相同），Gt+Gr一般取为0dBi。

根据测试结果，垂直隔离度与垂直隔离距离的相关性不大，一般都在60dB左右，垂直隔离按照60dB计算，超过60dB一般情况不可实现。

所以，对于杂散干扰、阻塞干扰、互调干扰所需的隔离度如下：

2此时两天线主瓣方向朝向另外一根天线，仅供参考，实际情况下天线存在下倾、同时距离远的时候存在阻挡。所以实际情况下不一定需要这么远；

3按照协议分析的结果。

4按照中国移动提供的上行干扰质量管控标准，EGSM基站接收机收到电信CDMA下行信号>-18dBm就认为出现阻塞干扰，因此实际所需隔离度要求更高。

通过上表，可得出如下结论：

1、当CDMA天线与GSM天线水平正对时，阻塞干扰隔离度要求>58dB，最小天线距离要求>680米；杂散干扰隔离度要求>38dB，最小天线距离要求>60米。

2、GSM-R所受到的CDMA干扰主因是由于设备将CDMA发射频段定义为带内，其自身滤波器抑制不够而出现的阻塞干扰。

3、CDMA基站与EGSM基站同址共建共享时天线不容易出现相对互打情形，干扰协调更容易通过调整天线间垂直间距和水平间距解决。

4.4 加装滤波器的作用分析：

CDMA基站加滤波器：

CDMA基站带外抑制主要是降低带外杂散信号电平，降低了杂散对天线隔离度的要求。在CDMA侧增加带外抑制滤波器只能抑制带外杂散信号，对因CDMA信号过强而引起GSM接收机阻塞的干扰没有改善。

GSM基站加滤波器：

GSM基站带外抑制主要是滤除带外的CDMA或者其他干扰信号，增大了带外信号的衰减，降低了阻塞对隔离度的要求。在GSM侧增加带外抑制滤波器只能抑制带外干扰信号，对落入带内的杂散或交调信号引起的干扰没有改善。

4.5 消除CDMA系统对GSM系统干扰的措施

针对以上的这几种网间干扰，可以采取以下几种措施来抑制解决，但是具体采用哪种干扰抑制措施需要根据实际情况决定： 

✧        CDMA基站发端安装带通滤波器，主要目的是抑制边带杂散和互调信号；

✧        CDMA发端与GSM收端之间保留适当的保护带主要目的是增加系统间的频率间隔以提供更高的GSM抗干扰余量；

✧        CDMA发射天线与GSM接收天线保证足够的空间隔离（垂直或水平）主要目的是增大天线之间的隔离度以提供更高的GSM抗干扰余量；

✧        修改CDMA或GSM基站的频率规划主要目的是利用系统间的频率间隔以提高GSM的抗干扰余量。

✧        调整CDMA发射天线的倾角或水平方向角主要目的增加天线之间的隔离度以提供GSM更高的抗干扰余量；

✧        GSM基站接收端安装带通滤波器主要目的抑制GSM接收频带外的信号防止带外信号阻塞GSM接收机；

✧        降低CDMA基站的发射功率主要目的是降低干扰信号功率以满足系统间干扰容限的要求。

五、结论及干扰处理建议

结论

根据定性分析及现网实际案例，可得到如下结论：

1、中国电信接手联通CDMA网络后大规模开展3G数据服务，基站基本为多载波发射，对EGSM基站（含GSM-R）阻塞干扰问题日渐突出。

2、理论和实践证明， EGSM（含GSM-R）基站接收端安装CDMA阻塞滤波器能更有效解决系统间的干扰问题（CDMA基站加装滤波器不能改善EGSM接收机阻塞指标）。

3、CDMA基站与EGSM基站同址共建共享时，不容易出现天线相对互打的情况，大部分为天线相向；CDMA对EGSM的干扰更容易通过天线垂直间距或水平间距解决。

具体干扰处理建议

对于已经产生干扰的EGSM（含GSM-R）站点，建议按照以下步骤处理：

1、存在阻塞干扰，优先考虑在EGSM侧安装抗阻塞滤波器解决阻塞干扰。

2、还存在杂散干扰，可以考虑在CDMA基站发射端安装带外杂散滤波器。

3、如果隔离度仍然不足，再通过调整天线的方位角、下倾角或调整天线挂高等方法来解决问题。

对于EGSM（含GSM-R）基站阻塞指标进行合理的法规约束

1、信部无【2002】65号文对GSM和CDMA共站设台规范只是单方面对CDMA下行发射杂散做严格要求，而没有对GSM接收带内阻塞指标的带宽做出明确规定；因此生产厂商提供给中国移动的EGSM基站和提供给中国高铁的GSM-R基站依旧沿用2000年以前制定的3GPP TS 05.05标准生产，仍然将870MHz-880MHz视为GSM上行接收频段。

    2、尽管2008年10月7日工信部颁发过“关于推进电信基础设施共建共享的紧急通知”，但是通知中没有对共建共享所可能带来的干扰问题提出新的要求和建议；因此中国移动以保护GSM900网络不受干扰为由拒绝与电信共建共享，同时要求中国电信新建站采取调整天线、降低功率等措施消除对EGSM（含GSM-R）基站阻塞干扰。

3、从法理上来说：既然国家无委已将870MHz-880MHz频段分配给中国电信使用，同时中国电信也已按照信部无【2002】65号文规定采用符合发射杂散要求的CDMA设备，已经尽到法定的义务。从技术上说，阻塞干扰所需隔离度要求竟然比杂散干扰所需隔离度要求高明显不合理；以带内阻塞指标为依据要求CDMA基站发射信号进入GSM基站接收机不得大于-18dBm，对中国电信显然很不公平。

4、因此我们认为有必要对EGSM（含GSM-R）基站阻塞指标进行合理的法规约束，需要请求电信集团公司上报工信部、国家无委对信部无【2002】65号文做出补充解释。

①对于中国移动、中国高铁GSM设备接收机而言，CDMA下行发射信号必须为带外，必须按照带外阻塞标准+8dBm要求进行干扰协调隔离度计算。

②当GSM900基站出现干扰时，先明确干扰类型为阻塞干扰先还是杂散干扰先。如果是杂散干扰先发生，由中国电信CDMA设备采取加装带外抑制滤波器、调整天线或发射功率等措施解决；如果是阻塞干扰先发生，由中国移动、中国高铁自行加装抗阻塞滤波器解决。

③鼓励站址共建共享，中国移动不得以干扰为理由拒绝中国电信提出的合理共建共享需求。

2011-3-9

附录：

1、GSM基站干扰等级划分：

2、中国移动提供的上行阻塞干扰判定标准：