基于无源互调干扰分析的地铁室内分布设备选型

许光斌+胡小青

【摘 要】为了解决地铁的民用通信覆盖干扰导致的设备选型问题，采用各节点三阶无源互调干扰综合方法，分析了互调干扰产生原理以及不同设备对系统性能的影响，研究了不同型号设备对灵敏度的恶化值，并提出了设备选型方法。经过参数代入验证了器件选型的有效性和合理性，从而提升整体干扰抑制性能。

【关键词】室内分布系统 无源互调干扰 灵敏度恶化 设备选型

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.003 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）20-0018-04

1 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，地铁成为城市交通的重要组成部分，也是民众出行的重要工具。各电信企业对地铁的移动信号覆盖非常重视，但是由于屏蔽的影响，地铁隧道、站厅、站台和列车内将成为移动通信的盲区，因此需要专门针对地铁进行移动通信网络的覆盖。移动通信多系统、多制式使得地铁室内分布系统变得复杂，多种系统合路造成的干扰也比较严重[1-3]，尤其是PIM（Passive Inter Modulation，无源互调）干扰，所以需对室内分布系统中的干扰进行研究分析，确认是否符合要求。

2 地铁室内分布干扰分析

PIM是由天线发射系统中各种无源器件的非线性特性引起的。在大功率、多信道系统中，由于其大功率特性，使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应，这些无源器件的非线性会产生相对于工作频率的更高次谐波，而这些谐波与工作频率混合会产生一组新的频率，其最终结果就是在空中产生一组无用的频谱（如三阶互调干扰PIM3、五阶互调干扰PIM5、七阶互调干扰PIM7等），若这些互调产物落在发射或接收波段区间，且这些互调产物的功率超过系统中有用信号的最小幅度，则会影响正常的通信。

同时，多器件互调产物叠加的影响不可忽视，需提高前级器件如POI（Point of Interface，多系统合路平台）指标以保证系统互调要求[4-6]。在地铁站台、站厅天线安装环境通常存在铁管、日光灯、消防喷头、烟感探头等，这些物体对天线互调指标有着一定的影响，形成的干扰对系统的接收灵敏度有一定恶化。通信系统对干扰的容忍度为干扰容限，即对系统接收灵敏度的恶化量。而接收灵敏度恶化是由干扰电平引起，干扰电平对底噪的影响为：

其中，N为系统总噪声，单位为dBm；N0为系统底噪，单位为dBm；I0为干扰电平，单位为dBm。

由于互调产生的噪声电平增量为：

其中，ΔN为噪声增量，单位为dB；S为协议灵敏度，单位为dBm；T为信噪比解调门限，单位为dB；D为系统接收灵敏度恶化量，单位为dB。

3 应用案例

3.1 隧道内室分路径损耗分析

地铁隧道室内分布系统采用泄露电缆方式，若多家电信企业共用两根泄露电缆[7-8]，则采用POI合路的方式，其示意图如图1所示[9-10]。

其中，M、M为泄露电缆中点，在工程设计中有以下两种方式：

方式一：M点不断开，两端POI共用一根泄露电缆，泄露电缆长度一般为地铁隧道两个洞室间距；

方式二：泄露电缆在M点断开，两端POI各单用一根泄露电缆，其泄露电缆长度为方式一的一半。

单根泄露电缆的路径损耗为：

其中，l1（x）为百米损耗函数；l为单根泄露电缆长度。

若GSM、WCDMA、LTE采用13/8泄露电缆，则百米损耗分别为：

3.2 站台、站厅室分路径损耗分析

对于地铁的站台、站厅多系统移动通信网络覆盖采用POI合路的方式。如图2所示，通过耦合器和功分器等器件进行分路覆盖，由于多器件的引入，会带来系统内部的互调干扰。

站台、站厅室内分布系统采用的馈缆、器件等引起的路径损耗为：

其中，ci为耦合器连接路径损耗，若连接主干则为主干损耗，若连接旁路则为耦合损耗；si为连接的功分器损耗。

若GSM、WCDMA、LTE采用7/8馈线，则百米损耗分别为：

其中，l2（x）为馈缆百米损耗函数；k为分布系统馈缆根数。

3.3 三阶干扰互调及接收灵敏度恶化

地铁隧道和站台、站厅相应分布系统的三阶互调干扰值公式如下：

其中，PIMi为各器件的PIM值；Pi为系统输入信号功率；Li为相对于参考点的路径损耗；M3为三阶互调指数。

图1中的跳线1-1、跳线2-1、跳线1-2、跳线2-2、泄露电缆1、泄露电缆2干扰抑制参数取-150@2×43dBm，POI取-150@2×43dBm或者-153@2×43dBm。图2中的站台、站厅分布系统采用的POI取-150@2×43dBm或者-153@2×43dBm，馈缆、C1至C14干扰抑制参数取-150@2×43dBm，A1至A16取-140@2×33dBm。由于考虑天线安装到天花板后会受日光灯、水管、空调等的影响，因此互调值会有所下降，这里取天线抑制参数值为-120 dBc。图1及图2中的隧道和站台、站厅各馈缆长度如表1所示：

分布系统中采用的10 dB耦合器主干损耗为0.6 dB，耦合损耗为10 dB；6 dB耦合器主干损耗为1.4 dB，耦合损耗为6 dB；功分器二功分分配损耗为3.01 dB。互调干扰以三阶互调为主，分布系统互调干扰取三阶互调干扰值，各频段分布系统三阶互调值如表2所示。

根据各制式的协议接收灵敏度（GSM协议接收灵敏度为-109.2 dBm，WCDMA协议接收灵敏度为-101.4 dBm，LTE协议接收灵敏度为-101.4 dBm）以及各节点路径损耗，结合式（1）计算可得到各制式的接收灵敏度恶化值，具体如表3所示：

工程中对接收灵敏度恶化值的具体要求是选取合适的干扰抑制指标的器件来做分布系统，如LTE接收灵敏度恶化值要求小于1，则需选取互调干扰抑制指标更高的器件，因此最前级连接器件的互调干扰抑制指标尤为重要，即此处POI干扰抑制指标选取-153@2×43dBm，这样整个分布系统干扰抑制满足-150 dBc以上，同时也满足接收灵敏度的要求。

4 结束语

在地铁的建设中，民用通信系统的覆盖是其重要的组成部分。本文通过对各个节点以及馈缆产生的三阶互调干扰进行分析，选取符合干扰抑制要求的设备，避免水桶效应带来的干扰抬升，以提升整个系统的干扰抑制能力及地铁分布系统性能，使各个电信企业的无线网络覆盖得到进一步提升，从而提升用户的感知度；同时，使用户充分感受到地铁交通高品质的通信服务，进而提升电信企业品牌及收益。

参考文献：

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