3.4 同信道与相邻信道干扰

在无线通信系统中，前向链路与反向链路所使用的信道在时间或在频率上进行分隔，从而允许双工通信。蜂窝系统能够提供的信道数量是有限的，蜂窝系统的容量就是由这一可利用的信道总数给予定义的。系统容量作为可用信道总数的函数取决于可用信道的分配方式，特别地，如果最近的小区之间的间隔足以使得任意给定频率它们之间的干扰被控制在一个可接受电平之下，那么两个或多个不同的小区就可以采用相同的一段频率或无线信道。采用相同频率段的小区称为同信道小区，同信道小区之间的干扰称为同信道干扰。频率或信道均代表无线资源。

本节讨论蜂窝阵列中候选小区的性能。任一给定的基站可以提供处理许多移动用户业务的能力。基站接收机接收到的来自目标用户的信号通常受同一小区中其他移动台发射信号、背景噪声以及相邻小区中移动台发射信号干扰的影响。假定上行链路的传输与下行链路的传输在时域（即时分双工）或在频率（即频分双工）存在适当的间隔，此时，来自另一条链路的传输干扰就可以忽略不计。基站接收机收到的来自相同小区中其他移动台的干扰称为小区内干扰，而来自其他小区的干扰则称为小区间干扰。影响各移动主机接收性能的下行链路的小区间干扰所导致的问题要比基站接收机处上行链路干扰所导致的问题严重得多。其原因可归结为基站接收机比各移动用户接收机更为复杂这一事实。

如果整个蜂窝系统中不同的小区使用不同的频率段，那么小区间干扰就会控制在最小水平，但是这时的系统容量又会受到限制；为扩大系统容量，必须采用频率复用。另一方面，频率复用后将引入来自采用相同频率段小区的同信道干扰，因此，需对频率复用进行仔细规划，从而使得同信道干扰保持在可接受的水平。

3.4.1 同信道干扰

正如之前所说，无线信道是干扰受限的。除同信道干扰外，其他邻近小区以不同于候选小区的频率运行，所以来自非同信道小区的干扰是最小的。于是，同信道干扰在小区间干扰中起主要作用，这样在评估系统性能时，需将来自同信道小区的干扰考虑进去。为了简化后续分析，我们仅考虑平均信道质量作为与距离有关的路径损耗的函数，而不考虑由传播阴影和多径衰落造成的信道统计特性的细节。

用符号S与I分别表示接收机解调器输出端的有用信号功率与同信道干扰功率，设Ni表示产生同信道干扰的小区数，Ii表示由第i个同信道小区基站的发射信号产生的干扰功率。那么，在移动台接收机处信号功率与同信道干扰功率之比（S/I）为

正如之前所讨论的，任一点处的平均接收信号强度按照发射机之间距离的幂指数规律衰减。

设Di为第i个干扰源与移动台之间的距离，给定移动台接收到由第i个干扰小区产生的干扰与Di-k成正比，其中k为路径损耗指数。该路径损耗指数k通常由测量确定，在许多情况下，其取值范围是2≤k≤5。

除同信道干扰外，时刻存在背景噪声的影响。但是，在干扰起主要作用的环境中，可以忽略背景噪声。前面已经指出，有用接收信号功率S正比于r-k，其中，r为移动台与其所属服务站之间的距离。如果所有基站的发射功率相同，并且在整个地理覆盖区域内路径损耗指数相同，则来自第i个同信道小区的同信号干扰Ii，对所有i而言，仅取决于Di与k。典型移动台接收机处的S/I可以近似为

同信道干扰的程度是移动台在其所属小区位置的函数。当移动台位于小区边界时（即r=R），由于有用信号功率最小，所以此时发生同信道干扰的最坏情况。由于蜂窝系统具有六边形的形状，因此在第一层总存在6个同信道干扰小区，如果忽略来自第二层以及更高层的同信道干扰，则Ni=6，在r=R的情况下，利用Di≈D，i=1，2，…，Ni，有

于是，频率复用比可以表示为

当移动台位于小区边界时（此时r=R），会经历向前信道中同信道干扰的最坏情况。如果采用移动台与第一层干扰基站之间距离的某种更好的近似，如图3-6所示，则由式（3-8）可知，S/I可以表示为

由于D/R=q，当路径损耗指数k=4时，式（3-11）可以写为

虽然频率复用因子增大后（如从7增大到9）可以获得可接受的S/I，但N的增大却带来了系统容量的降低，因为9个小区复用时提供给各个小区的频率复用率为1/9，而7个小区复用时频率利用率为1/7。容量的下降可能是不允许的，从运营的角度讲，并不要求满足最坏情况，因为这种情况很少发生。最坏的情况会以一个很小但不为零的概率发生，从而在通话的某一间隔内造成性能低于规定水平。认识到这一事件后，设计人员通常希望找到最优的折中方案。

3.4.2 邻信道干扰

邻信道干扰（ACI）是由于有用信号相邻的信号频率产生的。ACI主要是由于接收机滤波器不理想从而使邻近频率泄露到通带造成的。考虑两个使用相邻信道的移动用户的上行链路传输，其中一个用户距离基站非常近，另一个用户距离小区边界非常近，如果没有适当的传输功率控制，则来自距离基站近的移动台的接收功率远大于来自远处的移动台的接收功率，这种远近效应会大大增强接收信号对弱接收信号的ACI。为了降低ACI，应该：

（1）采用带外辐射低的调制方式（例如，MSK优于QPSK，GMSK优于MSK）。

（2）仔细设计接收机前端的带通滤波器。

（3）通过将相邻信道分配给不同的小区，使用适当的信道交织。

（4）如果区群尺寸足够大，就要避免在相邻小区中使用相邻信道，从而进一步降低ACI。

（5）通过TDD或FDD适当地对上行链路与下行链路进行分隔。