第十五章移动通信系统之间电磁兼容分析

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移动通信系统之间电磁兼容培训资料

一、电磁兼容的定义
根据GB/T4365-1995的定义电磁兼容为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不承受的电磁骚扰的能力”。毫无疑问，电磁兼容包括设备和系统两方面的内容。作为无线电管理工作者，在设备方面主 在系统方面主要考虑系统之间要考虑设备是否满足相关的国家标准或行业标准，的干扰问题，使工作在同一电磁环境中的各种合法电台能够共存工作。本文主要讲述系统之间的电磁兼容的分析方法。

二、系统间电磁兼容分析的步骤
进行系统间的电磁兼容分析，主要有以下几个步骤：
1.了解两种系统（或一种系统，包括施扰方或被干扰方）的工作原理，系统结构等；

种杂散功率及频谱发射的MASK等） 2.弄清楚系统的技术指标和设备参数，包括发射功率（包括邻道功率、各、天线增益、馈线损耗、接收机灵敏度等；
4.根据C/I来确定允许干扰电平；
5.建立数学模型进行实际计算。

然后根据这些参数进行覆盖区的预测，下节技术指标等可有相关标准查到，
将主要移动通信系统的设计及覆盖区的预测。

三、移动通信系统设计概要
移动通信系统设计除了要解决覆盖范围要求外，还要满足用户容量的要求，一般来说设计移动通信网无线覆盖区的工作比较复杂，其原因主要是：
1、传播环境复杂，信号起伏大。移动通信主要用在城市市区及郊区，各种人为建筑物造成的多径传播差别很大，以至理论预测覆盖区比较困难。
2、干扰现象严重。除人为噪声外，还有同频道干扰、邻频道干扰、互调干

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·服务质量指标
·发射机输出功率
·接收机的可用灵敏度
·天线的方向性及增益
·天线高度
·使用频带及传播环境（地形及人为环境）
·分集接收的应用
由于频率资源的而广泛采用频率复用来满足要在用户密度很高的市区，求，其结果使每个基站区受到来自使用同频道的其它基站区的干扰。另外，当现场有很多收发信机同时工作，其中一部分用户用相同频道，而其它用户用相邻频道进行通信时，也能形成干扰。

另外，在进行覆盖区预测时，一条重要的原则是“实现上行线与下行线功率 。上行线是指移动台发基站接收的链路，下行线是指基站发移动台接收的平衡”

其它措施来平衡它们之间的辐射功率差， 下面将重点介绍以链路。由于基站的发射机输出功率大，移动台发射机输出功率小，因此必须采用

下几个问题。

盖区边缘（或区内）的无线可通率。

1、话音质量传输指标
衡量话音质量的传输指标有多种，主要有五级评分标准、音频带内信噪比、音频信号/噪声比和载干比等。

 五级评分标准
ITU-R规定的话音质量主观评价一般分为5级，这个标准要求采用主观评定的办法来评定。

优（5 级，话音清晰，几乎无噪声和失真）
良（4级，话音清楚，可感觉到有轻微噪声或失真）
中（3级，话音可懂，可感觉到令人烦恼的噪声或失真）
差（2级，话音可懂，有令人非常烦恼的噪声或严重失真）

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劣（1级，话音几乎不可懂）
 音频带内信噪比
以[（信号＋噪声＋失真）]/噪声表示，规定最低指标为29dB（标准测试音测试），它接近五级平分标准的4级话音。

 音频信号/噪声比（S/N）
选择S/N＝20dB作为最低标准，这个指标相当于五级评分标准中的3级话音质量。

 载干比（C/I）
对于调频系统，抑制同频干扰的C/I值为8dB（静态），在此基础上考虑快衰落及人为噪声影响后，在正常情况下能够取C/I＝18dB作为移动网设计指标，这时的话音自然度与清晰度都比较优良，几乎分辨不出是在与市话用户通话还是与移动用户通话。对于GSM系统，其C/I值为9dB。

2、覆盖区边缘（或区内）的无线可通率

化，因此在覆盖区边缘（或区内）进行满意通话（指话音质量达到规定指标）的
由于在离基站一定距离上接收信号中值电平并非常数，而是随时间和位置变

各国对无线可通率有不同的规定，有的国家采用覆盖区内无线可通率，有的
国家采用覆盖区边缘可通率，虽然都规定无线可通率90％，但两种规定差别较
大，由此预测出的覆盖区范围也不同。

一般对市区蜂窝网基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为90％；对郊区蜂窝网基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为75％或覆盖区内无线可通率90％；对于农村、山区以及低密度用户的公路沿线的基站，按车载台计算时取覆盖区边缘无线可通率为50％。如果按手持机计算时，市区基站取覆盖区内无线可通率90％或覆盖区边缘无线可通率为75％。

（二）、接收机可用灵敏度
1、接收机灵敏度
接收机可用灵敏度是指在无外界干扰、噪声的环境里,在接收机输

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入端加上标准测试信号（调制频率为1KHz，调制度为30％或频偏为最大值的60％），而且标准测试信号源内阻与接收机输入电阻匹配，

当改变输入的标准测试信号的电平，使接收机输出的音频功率不小于额定值的50％，其信纳比为12dB时所对应的输入信号，常见的单位为uV，或dBuV，也可用dBm表示。

2、音频信噪比与信纳比的换算

按照定义：
音频信噪比为：（S＋N＋D）/N
音频信纳比为：（S＋N＋D）/（N＋D）式中：S――信号
N――噪声
D――失真
音频信噪比与音频信纳比的关系为：

<<移动电话网路技术>>中规定，音频谐波失真系数≤10％，因此音频信噪比29dB的指标相当于20.2dB信纳比，取20dB。实际上，800MHz频段的

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Pr＝Sv－10lgRin－96 dBm（2）

如果Rin＝50欧姆，快衰落及人为噪声恶化量为DN（取10dB），则在12dB

信纳比（不加权）情况下接收机最低可用输入功率为：

Pr＝-113＋ Sv＋ DN

dBm

（3）

由于12dB信纳比（不加权）与20dB信纳比（加权）相当，而29dB信噪

比与27dB信纳比相当，因此接收机可用功率（用Pr’表示）应比Pr提高7dB才

能满足29dB信噪比指标，即

Pr’=Pr＋7＝-106＋Sv＋DN （4）

（三）、多径衰落

多径效应是指实际到达收信天线的电波（除了来自发射天线的直射波外，还

有因反射、绕射、折射和散射等经过不同路径的若干电波）被接收机接收所产生

的影响的总称。在移动通信中由于移动台本身在“动”，多径影响将更严重，情

况更复杂。统计分析表明，多径衰落的振幅服从瑞利（Rayleigh）分布，相位服

移动台的移动速度不同，对模拟FM系统和数字系统的影响也不一样。 一般从均匀分布。

来说，

进的iDEN，9dB）。在瑞利衰落情况下，当4％BER时所需的C/(I+N)为19dB（对

改进的iDEN，18dB）。当iDEN提供3：1的电话互连业务时，如果C/(I+N)为

20dB，其话音质量将和模拟蜂窝系统的相类似。由于BER在噪声附近急剧下降，

它不能象模拟FM系统那样能够工作在噪声附近，一般来说，为了获得相似的话

音质量，iDEN将比模拟FM系统所需的信号高2dB。因此对于iDEN系统参考

载干比C/(I+N)为20dB。

（四）、传播模型-----Okumura/Hata公式

Okumura/Hata模型是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正

因子的形式出现。Okumura/Hata模型市区的基本传输损耗模式为：

（5）

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Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）
f：工作频率（MHz）
hb：基站天线有效高度（m）
hm：移动台天线有效高度（m）
d：移动台与基站之间的距离（km）
α(hm)：移动台天线高度因子
对于大城市，移动台天线高度因子为

8.29[lg(1.hm)]2-1.1 dB

f ≤200MHz

（6）

1500≥f≥400MHz

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Lb＝51.05－（－99）＝150.05dB
根据公式（7），可得
α(hm)＝3.2[lg(11.75hm)]2-4.97 dB ＝0dB
Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82loghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd
＝69.55＋75.95－25.50－0＋32.81lgd
＝120.00＋32.81lgd
因此对于市区来说，当满足无线覆盖区边缘90％的可通率，话音质量为4级时的覆盖区半径d1为：
d1＝8.24公里（室外）

表1 数字集群（iDEN）系统的链路预算

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注1 混合器损耗包括双工器、发射合成器滤波器（包括其间的电缆和接头）
注2 馈线损耗包括电缆、跳线及其接头
注3 接收机灵敏度是指iDEN系统在C/（I＋N）＝20dB时的接收机的有效灵敏度，它不但考虑放大器、 内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性。

系统余量是指覆盖区边缘的无线可通率大于50％时，系统应当增加的余量，可用下式表示：注4
DL＝K（L）σL
式中 K（L）――与无线可通率有关的系统余量系数
L ――覆盖区边缘的无线可通率
σL――代表接收中值场强随位置变化的标准偏差，可由CCIR第567－4号报告查得。

σL值也可按下式计算：
对于市区及林区
σL＝4.92＋0.02（logf）4.08
对于其它地区

σL＝		6+0.69(△h/λ)0.5-0.0063(△h/λ)	△h/λ≤3000
		25	△h/λ≥3000

式中： f －计算频率（MHz）
λ－计算波长（m）
△h－地形不规则度（m）
K（L）的重要值也是经常要用到的值，列于下表：



*接收机可用功率：对于iDEN系统来说，它不但考虑放大器、内部电缆、同道干扰和站址干扰等因素时的

接收机噪声特性，而且也考虑了瑞利衰落特性，是指在C/（I＋N）＝20dB时的接收机的功率。对于模拟 系统是指在29dB信噪比时的可用功率。它们均相当于4级话音质量，假设模拟系统基站接收机的灵敏度

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为0.4uV（-8dBuV），则根据公式（4）可计算出接收机可用功率Pr’为：

Pr’＝-106＋Sv＋DN

＝-106－8＋10

＝-104（dBm）

假设手持机的接收灵敏度为0.7uV（-3dBuV），则

Pr’＝-99（dBm）

3、iDEN系统的覆盖区
同样从表2能够看出，iDEN系统手机的可用电平为－101dBm，iDEN基站的有效发射功率为48.95dBm，则路径损耗为：
Lb＝48.95－（－101）
＝149.95dB
同理可算出iDEN系统的其覆盖区半径d2为：
d2＝8.18公里（室外）。

以上叙述了集群通信系统的覆盖区预测，其它移动通信系统如寻呼系统、GSM
的干扰，GSM 之间的干扰以及GSM与CDMA 之间的干扰等。

（一）、寻呼系统对民航的干扰
1．互调干扰产生的机理
我们知道任何非线性器件均可一个幂级数来近似：
f(x)= a0+a1x+ a2x2+ a3x3+……+anxn （9）式中，x表示输入信号；a0，a1，a2，a3，…，an为各相应幂次的系数。

假定输入信号x= A + B，A、B为两个不同频率的正弦信号，A= U1cosωAt，B= U2cosωBt，代入（9）式中得出三阶互调频率为2A-B（或2B-A），其电

流分量为

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因此互调产物比或互调积IMP（换算到输入端的有用信号和互调产物比

intermodulationproduct）为

IMP =	3	a	3	U2 U（或	3	a 1		U2 U）	（10）
	4	a 1		12	4	a	3	21

若以dB表示，则为：

当有三信号输入时，类似对二信号的分析，可得三信号三阶互调产物比为：

IMP =	3	a	3	U UU	（12）
	2	a 1		123

比较式（10）和（12）能够看出，若各输入信号强度相等，则Ⅲ-Ⅱ型

（A+B-C）互调产物的幅度要比Ⅲ-Ⅰ型的大一倍，这说明了多信号时对互调的要

2．发射机互调 求将更为严格。

互调制，产生不需要的组合频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机

造成的干扰，这就是发射机互调。

fa

2fa-fb

发射机A

L（dB）

接收机

发射机A

L1(dB)

fb

发射机B 发射机B

L2(dB)

发射机C

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图1为三阶互调由天线耦合的示意图，（a）为两个发射机间产生Ⅲ-Ⅰ型互调的示意图；（b）为三个发射机间产生Ⅲ-Ⅱ型互调的示意图。

发射机互调产物的电平与相互间耦合衰减L的大小有关，引入耦合衰减后，其引起的互调信号电平不再相同。假设由B至A的耦合损耗为L1（使B/A的电压 ，并设A、B、C三台比为α1），C至A的耦合损耗为L2（使C/A的电压比为α2）
发射机的信号电平相同，这三阶互调为：