基于無源互調干擾分析的地鐵室內分布設備選型

許光斌+胡小青

【摘 要】為了解決地鐵的民用通信覆蓋干擾導致的設備選型問題，采用各節點三階無源互調干擾綜合方法，分析了互調干擾產生原理以及不同設備對系統性能的影響，研究了不同型號設備對靈敏度的惡化值，并提出了設備選型方法。經過參數代入驗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。

【關鍵詞】室內分布系統 無源互調干擾 靈敏度惡化 設備選型

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

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，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。各電信企業對地鐵的移動信號覆蓋非常重視，但是由于屏蔽的影響，地鐵隧道、站廳、站臺和列車內將成為移動通信的盲區，因此需要專門針對地鐵進行移動通信網絡的覆蓋。移動通信多系統、多制式使得地鐵室內分布系統變得復雜，多種系統合路造成的干擾也比較嚴重[1-3]，尤其是PIM（Passive Inter Modulation，無源互調）干擾，所以需對室內分布系統中的干擾進行研究分析，確認是否符合要求。

2 地鐵室內分布干擾分析

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

同時，多器件互調產物疊加的影響不可忽視，需提高前級器件如POI（Point of Interface，多系統合路平臺）指標以保證系統互調要求[4-6]。在地鐵站臺、站廳天線安裝環境通常存在鐵管、日光燈、消防噴頭、煙感探頭等，這些物體對天線互調指標有著一定的影響，形成的干擾對系統的接收靈敏度有一定惡化。通信系統對干擾的容忍度為干擾容限，即對系統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，干擾電平對底噪的影響為：

其中，N為系統總噪聲，單位為dBm；N0為系統底噪，單位為dBm；I0為干擾電平，單位為dBm。

由于互調產生的噪聲電平增量為：

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

3 應用案例

3.1 隧道內室分路徑損耗分析

地鐵隧道室內分布系統采用泄露電纜方式，若多家電信企業共用兩根泄露電纜[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，在工程設計中有以下兩種方式：

方式一：M點不斷開，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洞室間距；

方式二：泄露電纜在M點斷開，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；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、站廳室分路徑損耗分析

對于地鐵的站臺、站廳多系統移動通信網絡覆蓋采用POI合路的方式。如圖2所示，通過耦合器和功分器等器件進行分路覆蓋，由于多器件的引入，會帶來系統內部的互調干擾。

站臺、站廳室內分布系統采用的饋纜、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；k為分布系統饋纜根數。

3.3 三階干擾互調及接收靈敏度惡化

地鐵隧道和站臺、站廳相應分布系統的三階互調干擾值公式如下：

其中，PIMi為各器件的PIM值；Pi為系統輸入信號功率；Li為相對于參考點的路徑損耗；M3為三階互調指數。

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

分布系統中采用的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。互調干擾以三階互調為主，分布系統互調干擾取三階互調干擾值，各頻段分布系統三階互調值如表2所示。

根據各制式的協議接收靈敏度（GSM協議接收靈敏度為-109.2 dBm，WCDMA協議接收靈敏度為-101.4 dBm，LTE協議接收靈敏度為-101.4 dBm）以及各節點路徑損耗，結合式（1）計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的器件來做分布系統，如LTE接收靈敏度惡化值要求小于1，則需選取互調干擾抑制指標更高的器件，因此最前級連接器件的互調干擾抑制指標尤為重要，即此處POI干擾抑制指標選取-153@2×43dBm，這樣整個分布系統干擾抑制滿足-150 dBc以上，同時也滿足接收靈敏度的要求。

4 結束語

在地鐵的建設中，民用通信系統的覆蓋是其重要的組成部分。本文通過對各個節點以及饋纜產生的三階互調干擾進行分析，選取符合干擾抑制要求的設備，避免水桶效應帶來的干擾抬升，以提升整個系統的干擾抑制能力及地鐵分布系統性能，使各個電信企業的無線網絡覆蓋得到進一步提升，從而提升用戶的感知度；同時，使用戶充分感受到地鐵交通高品質的通信服務，進而提升電信企業品牌及收益。

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