窄带信号

窄带干扰对CDMA信号的影响分析

张磊

【摘要】介绍CDMA系统抗窄带干扰的基本原理,从数学和物理角度进行了深入

的推导和解释,并得出了量化结论.还介绍了该系统在工作中的使用价值,并通过实验

对所得到的结论进行了验证.

【期刊名称】《哈尔滨师范大学自然科学学报》

【年(卷),期】2017(033)003

【总页数】6页(P67-72)

【关键词】窄带干扰;处理增益;扩频;信道功率

【作者】张磊

【作者单位】安徽信息工程学院

【正文语种】中文

【中图分类】TN929.5

1CDMA系统抗窄带干扰的基本原理

窄带干扰是在实际运营的CDMA无线通信网络中经常遇到的问题.导致干扰的原因

可能是直放站自激、其他系统的通信设备带外干扰、有线电视中继器故障，甚至是

某些霓虹灯电子镇流器也有可能发射窄带脉冲干扰信号.该文将对窄带干扰的影响

以及CDMA系统的抗窄带干扰能力作出详细阐述.

在所有讲述CDMA通信系统的书籍和资料中，都提及了抗窄带干扰能力强这个扩

频通信系统所特有的优点.这个优点的基本作用原理如图1所示.

图1CDMA系统抗窄带干扰原理示意图

如图1所示，CDMA信号经调制、扩频和频谱搬移等处理发射出来，在传输信道

中叠加了高斯噪声和较强的窄带突发干扰后传送到接收端，经过接收端的解扩、解

调等处理，将窄带干扰的基带频谱扩展并大大降低了它的功率谱密度，混入了白噪

声基底，同时将CDMA信号重建为具有较高功率谱密度的基带信号，从而获得了

高于解调门限的Eb/Nt.

2CDMA系统的处理增益

CDMA系统之所以具有较强的抗窄带干扰能力是由于较高的处理增益.处理增益是

CDMA系统中一系列信号处理过程中的增益积累之和，包括扩频增益、解调增益、

编码增益等，其中最主要的部分是扩频增益，它是反映扩频通信特性的重要参数.

处理增益G定义为射频信号带宽B2与基带信号带宽B1之比，也可以理解为扩频

后的码片速率v2与基带数据比特速率v1之比.v1和v2的取值如图2所示.

G=B2/B1=v2/v1

对于前向信道，由于扩频增益和编码调制方式不同，每种信道的处理增益也不一样.

最终扩频后的码片速率都是1.2288Mcps；寻呼信道的数据速率为4.8kbps或

9.6kbps，因此其处理增益为：10log1228.8/4.8=24.08dB或21.08dB；基本语

音业务信道基带数据速率为9.6kbps，其处理增益为21.08dB；同步信道的基带

数据速率为1.2kbps，其处理增益为30.08dB；导频信道以全0发射，其数据速

率可以假设为任意值，可以将其处理增益设为21.08dB.值得一提的是，由于同步

信道的数据速率较低，处理增益较大，因此为了在前向覆盖上做到各信道平衡，一

般将同步信道的功率设定低于导频信道大约10dB.

为简化处理，下文中若无特殊说明，则只考虑基带数据速率为9.6kbps，处理增益

G=21.08dB的情况.

图2前向业务信道调制过程

3CDMA系统对窄带干扰的抑制能力

定义窄带干扰为带宽低于一个CDMA频道带宽(1.23MHz)，并且全部落在某一

CDMA频道内的干扰信号.分两种情况：第一种是带宽不定的平稳随机过程干扰，

第二种是单频干扰.

3.1抗平稳随机过程干扰

在CDMA通信系统中，可以认为接收机接收信号为

其中J(t)为传输信道中的各种干扰，n(t)为噪声，其余部分为有用信号.现假设

J(t)=0，n(t)是独立的、具有零均值的平稳随机过程，带宽限制为Bn，噪声功率为

Pn.

经过一系列的推导过程[2]，得到经解扩、解调后的输出噪声平均功率为

B2是扩频后带宽，Bn是噪声带宽.

(1)当Bn=B1时，这里B1是基带数据速率，则

由此可见，CDMA通信系统接收机基带滤波器输出的噪声干扰功率为原噪声干扰

功率的1/G，与处理增益G成反比，G越大，对噪声干扰的抑制能力越强.

(2)当Bn>B1时，设Bn=mB1，则经过相同的推导可得

CDMA通信系统接收机基带滤波器输出的噪声干扰功率仍然与处理增益G成反比，

只是增加了一个系数m.

3.2抗单频干扰

现在忽略掉n(t)，假设只存在外部单频干扰J(t)，功率为Pj.

J(t)=J·cos(ωjt+φj)

经过一系列的推导过程[2]到单频干扰信号经解扩、解调后的输出信号功率为

以上是从数学角度作出的推导，从物理角度也可以作出解释.

图3是CDMA接收系统模型.射频滤波器的通带宽度大于1.23MHz，至少可通过

一个CDMA频道，落在该频道内的窄带干扰将无损通过.解扩、解调步骤之中，有

用信号的能量从1.23MHz的分布带宽经相关等操作，汇聚到9.6kHz的某一码分

信道的基带带宽之内；而窄带干扰信号的能量则由于不相关性，从原来的窄频带，

平均分布到1.23MHz的带宽内.基带滤波器的带宽只有9.6kHz，是数字滤波器，

可以近似认为是理想滤波器，因此汇聚到9.6kHz之内的有用信号将无损通过，而

干扰信号只有落在9.6kHz通带之内的部分可以通过，通过率为9.6kHz与

1.23MHz之比，也就是处理增益的倒数1/G，与数学推导得出的结论相同.

图3CDMA接收系统模型

如果干扰信号带宽大于9.6kHz，为m9.6kHz，则可认为在作解扩、解调处理时，

9.6kHz带外的干扰信号也混入了基带滤波器的通带内，增加了干扰量，同样得到

干扰信号的通过率为m/G.

由物理角度的解释，如下推论是成立的：

A．CDMA系统对带宽小于基带信号带宽的干扰信号，抑制能力等于处理增益G.

B．CDMA系统对带宽大于基带信号带宽的干扰信号(假定其带宽为Bn=mB1)，

抑制能力等于G/m.

4窄带干扰对CDMA信号的影响

根据上述物理解释，窄带干扰实际上是将某一频道内每个CDMA码分信道的噪声

功率增加了ndBm，n=10log(窄带干扰信号功率/G)，造成了这些信道Eb/Nt指

标的降低，使误码率恶化.

一般认为CDMA系统基本语音业务信道的解调门限Eb/Nt>6dB.不存在外部干扰

的情况下，如果距离基站较近，CDMA信号较强，则实际的Eb/Nt远大于6dB，

此时可以容忍较强的窄带干扰而不会对基本语音业务产生影响.

例如某地接收到的CDMA前向业务信道功率为-60dBm，Eb/Nt超过20dB，此

时附近发生窄带干扰，那么当接收机接收到的干扰信号低于n=-60-6+21=-

45dBm时，仍可保持Eb/Nt>6dB的解调门限，而不发生明显的语音质量下降.

更简单的方法是用导频信道功率来估算可容忍的窄带干扰.导频信道解调门限为

Ec/Io>-15dB，由于导频信道全0发射直接用Walsh码和PN码扩频，因此无

所谓基带数据速率和基带带宽，若假定其数据速率为9.6kbps，则Eb/Nt=

Ec/Io+G=-15+21=6dB，与基本业务信道解调门限相当.导频功率用CDMA信号

分析仪是可以测量的，则可容忍的窄带干扰功率小于导频功率(dBm表示)+15dB.

通过这样的分析，还可以反过来估计窄带干扰发生区域内的干扰强度.例如某扇区

下发生大量掉话和连接失败，通过网优平台小区接入距离查询到问题区域与基站的

大致距离，根据距离或根据以往测试数据估算当地附近的接收功率，大致就可以估

计当地的干扰强度.上述内容中，为简便起见，未考虑多径和软切换的影响.如果考

虑多径和软切换的影响，则情况将要复杂很多.

5实验验证

为验证上述结论，在某试验基站做实验.实验设备包括一台华为3900基站，一台

连续波发生器，合路器一个，衰减器若干，安立公司出品的2721B信号分析仪一

台(带有CDMA信号分析仪功能).连接配置如图4、图5所示.

图4单频干扰实验连接配置图

图5单频干扰实验连接配置照片

实验方法：将CDMA基站发出的下行信号与经过衰减器的连续波发生器信号合路，

用信号分析仪观察频谱和码域各项指标，其间更换衰减器，观察在单频干扰信号功

率不同的情况下，指标参数的变化.

实验条件：设定实验基站的射频衰减值和基带增益值，使到达CDMA信号分析仪

输入端的CDMA信号功率为-33dBm.设定连续波发生器的信号频率落在201频点

内，测得连续波发生器在不接衰减器的情况下，到达信号分析仪输入端的单频连续

波信号功率为5dBm.合成信号步谱如图6所示.

实验结果分析：

图6单频干扰衰减20dB后的合成信号频谱

如图7码域测试结果所示，在没有单频干扰存在的情况下，信道总功率(Channel

Power)为-33.4dBm，实际上这个总功率是导频信道、寻呼信道、同步信道以及所

有码道白噪声功率之和.噪声基底(NoiFloor)为-34.9dB，实际上是指每个码道

的噪声平均值相对于信道总功率的比值，可以算出此时的噪声基底为-33.4dBm-

34.9dBm=-68.3dBm，这是由基站发射机的热噪声和信号分析仪接收机噪声系

数所产生的一个基本固定的值.单频信号造成的码域噪声基底抬升如果不显著大于-

68.3dBm，则难以得到准确测试结果.

图7关闭干扰源时码域测试结果

图8对干扰源加35dB衰减的码域测试结果

对干扰源加35dB衰减，即表示单频干扰信号的功率是-30dBm.实际有用信号功率

仍为-33dBm不变，因此信道总功率-28.5dBm中的一大半是单频干扰信号的功率.

码域平均噪声基底为-28.5dBm-22.7dBm=-51.2dBm.其测试结果如图8所示.

单频干扰信号功率与解扩解调后每码道噪声基底之比即为51.2dB-30

dB=21.2dB≈处理增益G.即CDMA系统对单频干扰的抑制能力约等于处理增益G.

图9对干扰源加25dB衰减的码域测试结果

对干扰源加25dB衰减，即表示单频干扰信号的功率是-20dBm.实际有用信号功率

仍为-33dBm不变，因此信道总功率-19.3dBm中的几乎完全是单频干扰信号的功

率，有用信号只占1/20.此时码域平均噪声基底为-19.3dBm-21.2dB=-40.5dBm.

其测试结果如图9所示.

单频干扰信号功率与解扩解调后每码道噪声基底之比即为40.5dB-20

dB=20.5dB≈处理增益G.同样得到CDMA系统对单频干扰的抑制能力约等于处理

增益G的结论.

在较强干扰下，信号分析仪得到的导频功率、寻呼信道功率、同步信道功率会有误

差，对这几个参数延用图7中的数据：导频功率为-35.8dBm，寻呼信道功率为-

37.2dBm，同步信道功率为-45.8dBm.算一下此时导频信道的Ec/Io=-

35.8dB+20dB=-15.8dB；数据速率为4.8kbps的寻呼信道Eb/Nt=-

37.2dB+20dB+24.08dB=7.6dB；数据速率为1.2kbps的同步信道Eb/Nt=-

45.8dB+20dB+30.08db=5dB(以上演算注意取不同的处理增益).

在CDMA系统中，一般取Ec/Io=-15dB，或Eb/Nt=6dB为解调门限.则上述结

果已经接近或低于解调门限，进一步增强单频干扰信号或减弱BTS发出的CDMA

信号，则会发生无法解调的情况.

6结束语

该文从原理上分析了CDMA系统的抗窄带干扰性能和窄带干扰的影响机制，得到

了两个量化性推论，并通过实验进行了验证.希望通过浏览该文能对读者今后的实

际工作有所裨益，遇到窄带干扰发生时能够有的放矢的开展工作，特别是在设备资

源有限的条件下，对所存在的窄带干扰造成的影响评估和预测能够起到一定的作用.

参考文献

【相关文献】

[1]电信CDMA2000网规网优高级工程师培训参考书分册1.华为公司培训教材,

[2]朱近康.CDMA通信技术[M].北京：人民邮电出版社,2001.