無線通信網(wǎng)絡(luò)中的射頻干擾成因與對(duì)策

　　如今可能造成射頻干擾的原因正不斷增多，有些顯而易見容易跟蹤，有些則非常細(xì)微，很難識(shí)別發(fā)現(xiàn)。雖然仔細(xì)設(shè)計(jì)基站可以提供一定的保護(hù)，但多數(shù)情況下對(duì)干擾信號(hào)只能在源頭處進(jìn)行控制。本文討論射頻干擾的各種可能成因，了解其根源后將有助于工程師對(duì)其進(jìn)行測量跟蹤和排除。

　　射頻干擾信號(hào)會(huì)給無線通信基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)通信帶來許多問題，如電話掉線、連接出現(xiàn)噪聲、信道丟失以及接收語音質(zhì)量很差等，而造成干擾的各種可能原因則正以驚人的速度在增長。

　　如今最新最先進(jìn)的復(fù)雜電信技術(shù)還必須與舊移動(dòng)通信系統(tǒng)(如專用無線通信或?qū)ず舻?共存于一個(gè)復(fù)雜環(huán)境中，其中多數(shù)舊系統(tǒng)在以后若干年里還將一直用下去；與此同時(shí)，其它無線RF設(shè)備如數(shù)字視頻廣播和無線局域網(wǎng)等又會(huì)產(chǎn)生新的可能使通信服務(wù)中斷的信號(hào)。由于環(huán)境限制越來越大，眾多新業(yè)務(wù)競相擠占有限的蜂窩站點(diǎn)，使得蜂窩信號(hào)發(fā)射塔上豎滿了各種天線。而隨著我們?cè)絹碓蕉嗟赝ㄟ^移動(dòng)電話聯(lián)系、在互聯(lián)網(wǎng)上觀看多媒體表演和進(jìn)行商業(yè)貿(mào)易，甚至不久我們的汽車、冰箱和電烤箱也將使用RF信號(hào)互相交流，通信的天空將變得更加擁擠(圖1)。

　　引起RF干擾的原因

　　大多數(shù)干擾都是無意造成的，只是其它正常運(yùn)營活動(dòng)的副產(chǎn)品。干擾信號(hào)只影響接收器，即使它們?cè)谖锢砩辖咏?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/發(fā)射器">發(fā)射器，發(fā)射也不會(huì)受其影響。下面列出一些最常見的干擾源，可以讓你知道在實(shí)際情況下應(yīng)該從何處著手，要注意的是大多數(shù)干擾源來自于基站的外部，也即在你直接控制范圍之外。

　　◆發(fā)射器配置不正確

　　另一個(gè)服務(wù)商也在你的頻率上發(fā)射信號(hào)。多數(shù)情況下這是因?yàn)楣收匣蛟O(shè)置不正確造成的，產(chǎn)生沖突的發(fā)射器服務(wù)商會(huì)更急于糾正這個(gè)問題，以便恢復(fù)其服務(wù)。

　　◆未經(jīng)許可的發(fā)射器

　　在這種情況下，其它服務(wù)商是故意在與你同一個(gè)頻段上發(fā)射，通常是因?yàn)樗緵]有拿到許可。他可能在一個(gè)頻段上沒有發(fā)現(xiàn)信號(hào)，于是假定沒有人在使用該頻段，于是擅自加以利用。發(fā)放許可的政府機(jī)構(gòu)通常有助于趕走這類無照經(jīng)營者。

　　◆覆蓋區(qū)域重疊

　　你的網(wǎng)絡(luò)或其它網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)信道上超過規(guī)定范圍。天線傾斜不正確、發(fā)射功率過大或環(huán)境變化等都會(huì)引起覆蓋區(qū)域重疊，如某人砍掉了一片樹林或推倒一個(gè)建筑物，而這些原本可以阻擋另一位置上所發(fā)出的信號(hào)。

　　◆自身信號(hào)互調(diào)

　　兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)混在一起后會(huì)形成新調(diào)制信號(hào)，但卻不是任何所希望的信號(hào)。最常見互調(diào)是三次信號(hào)，例如兩個(gè)間隔為1MHz的信號(hào)會(huì)在原高頻信號(hào)之上1MHz和低頻信號(hào)之下1MHz各產(chǎn)生一個(gè)新信號(hào)，如果原來兩個(gè)信號(hào)分別處于800和801MHz頻段，則將在799和802MHz出現(xiàn)三次信號(hào)。

　　◆與另一發(fā)射器信號(hào)互調(diào)

　　互調(diào)干擾也可能由于一個(gè)或多個(gè)外部無線信號(hào)通過天線饋送同軸電纜，然后進(jìn)入造成沖突的發(fā)射器非線性終端放大器造成，外來信號(hào)相互混雜并與發(fā)射器自己的信號(hào)混在一起，形成一個(gè)看上去像是通信頻段中的“新”頻率互調(diào)信號(hào)(經(jīng)常都是不希望的)。

　　也可能由兩個(gè)外部信號(hào)產(chǎn)生干擾信號(hào)，而造成沖突的發(fā)射器本身的信號(hào)沒有參加，外部信號(hào)只是正好用到發(fā)射器的非線性級(jí)而混在了一起。在這種情況下，混在一起的兩個(gè)信號(hào)沒有一個(gè)有問題，肇事者是發(fā)射器。

　　解決這個(gè)問題有點(diǎn)難度，因?yàn)樗髮?duì)看上去工作正常的發(fā)射器進(jìn)行改動(dòng)。需要增加一個(gè)窄帶濾波器以盡可能衰減外面的信號(hào)，再加一個(gè)鐵氧體絕緣子使RF從發(fā)射器傳送到天線并衰減饋線上返回的信號(hào)。在同時(shí)使用多個(gè)不同頻率的發(fā)射塔上，業(yè)主經(jīng)常要求所有發(fā)射器都安裝這類濾波器和絕緣子。

　　◆生銹的圍墻/房頂?shù)仍斐傻幕フ{(diào)

　　發(fā)射器并不是互調(diào)信號(hào)的唯一滋生地，非線性連接也可能是附近生銹的白鐵皮房頂或圍墻。當(dāng)無線發(fā)射功率很大時(shí)，房頂各部分之間生銹部分將起到非線性二極管的作用，像這種來自物理結(jié)構(gòu)的互調(diào)影響很難阻止，因?yàn)樗鼈円蛱鞖鉅顩r而異，風(fēng)會(huì)把金屬生銹部分壓在一起或分開，雨則改變鐵銹特性。嚴(yán)重影響通信的必須進(jìn)行維修或替換，以恢復(fù)可靠的通信連接。

　　◆天線或連接器中的互調(diào)

　　有時(shí)即使同軸電纜或天線本身一點(diǎn)很小的腐蝕也會(huì)產(chǎn)生問題，盡管還不足以引起信號(hào)丟失或VSWR問題，但腐蝕會(huì)像一個(gè)品質(zhì)很差的二極管一樣造成細(xì)微互調(diào)。如果附近有幾個(gè)大功率發(fā)射器，那么產(chǎn)生的互調(diào)會(huì)強(qiáng)到足以干擾移動(dòng)手機(jī)與基站之間的微弱通信信號(hào)。找出這類問題根源最難的地方在于松開天線系統(tǒng)一個(gè)連接器會(huì)打亂氧化程度并暫時(shí)使問題中止，此時(shí)你必須花更多時(shí)間認(rèn)真記錄旋松或擰緊的是哪一個(gè)連接器并在每步之后進(jìn)行試驗(yàn)以確定它是否就是罪魁禍?zhǔn)住?

　　◆正規(guī)發(fā)射器超載

　　發(fā)射器發(fā)出的任何頻率強(qiáng)信號(hào)都會(huì)使鄰近系統(tǒng)超載，唯一解決辦法是在接收器天線電纜上安裝一個(gè)濾波器，使希望的信號(hào)通過，而將超載信號(hào)衰減。

　　◆鄰近發(fā)射器上相鄰信道功率

　　隨著分配的頻譜越來越擁擠，互相競爭的無線業(yè)務(wù)所分到的頻率越來越接近，從而使一個(gè)系統(tǒng)發(fā)射信道噪聲邊帶出現(xiàn)在或阻止另一個(gè)臨近接收信道的風(fēng)險(xiǎn)增加。如果發(fā)射器符合技術(shù)規(guī)范要求，則需要更改信道或增加發(fā)射器和接收器之間的物理分隔。

　　◆廣播發(fā)射器諧波

　　大功率源如商業(yè)廣播電臺(tái)等會(huì)產(chǎn)生大功率信號(hào)諧波，例如一個(gè)5MW發(fā)射器很容易產(chǎn)生5W諧波，足以干擾附近的移動(dòng)通信。如果該發(fā)射器符合所有規(guī)范和政府規(guī)定，那么唯一的解決方法可能只有遷移通信天線以避開發(fā)射器，或者重新分配頻率方案使得造成沖突發(fā)射器附近的通信基站使用的是不受其諧波能量影響的信道。

　　◆“老爺”級(jí)STL用戶

　　在蜂窩系統(tǒng)出現(xiàn)之前，900MHz和1,400～2,200MHz波段通常分配用于廣播電臺(tái)的演播室與發(fā)射器連接(STL)。政府現(xiàn)已將這些頻率重新分配給蜂窩運(yùn)營商，但是他們常常又沒有限制老用戶，而讓他們繼續(xù)在沒有沖突的頻率上運(yùn)營。當(dāng)在這些頻段開展新的蜂窩業(yè)務(wù)時(shí)，那些發(fā)射器應(yīng)該轉(zhuǎn)向新頻率，但有些還需要加以“提醒”。

　　◆音頻整流

　　在極個(gè)別地方，基站控制器端還在使用模擬音頻輸入傳送給無線輸出，因此會(huì)受到附近AM廣播或短波電臺(tái)強(qiáng)信號(hào)的影響。AM信號(hào)可能進(jìn)入音頻電路后并被整流，使得電話交談中混入廣播音頻信號(hào)。在與基站連接的音頻部分周圍進(jìn)行良好屏蔽應(yīng)能解決這個(gè)問題。

　　認(rèn)識(shí)干擾源類型

　　干擾可以按其自身特性進(jìn)行分類，也可以按它對(duì)基站和手機(jī)通信的影響來分，沖突頻率是顯示干擾源和干擾結(jié)果最常用的指示器。

　　◆頻外干擾源

　　這是一種主要干擾，包括一些與接收器頻率相近而不相同的強(qiáng)信號(hào)，強(qiáng)度很大足以影響輸入。這些信號(hào)通常很接近預(yù)定頻率，因?yàn)榻邮掌鬏斎霝V波器會(huì)濾掉其它相差太遠(yuǎn)的信號(hào)。

　　讓我們來看一看接收器受到的兩種影響。一種是前端阻塞，它由于強(qiáng)信號(hào)進(jìn)入接收器使第一級(jí)(前置放大器或混頻器)過載完全飽和引起，這樣會(huì)使更強(qiáng)信號(hào)無法接收。另一個(gè)影響是減感效應(yīng)，附近的信號(hào)進(jìn)入接收器后被AGC(自動(dòng)增益控制)發(fā)現(xiàn)或者啟動(dòng)限制器電路，造成增益下降。接收器表現(xiàn)得就像是靈敏度降低，因此微弱信號(hào)會(huì)丟失，對(duì)強(qiáng)信號(hào)的信噪比也將減小。

　　◆頻內(nèi)干擾源

　　第二類干擾包括和預(yù)定通信信號(hào)頻率一樣的信號(hào)(無論強(qiáng)弱)，通常由下列情況引起：

　　·正常手機(jī)信號(hào)超出其預(yù)定范圍

　　·發(fā)射器故障或配置不當(dāng)

　　·正常發(fā)射器的信號(hào)諧波

　　·其它電氣裝置輻射出的無意干擾信號(hào)

　　◆頻外干擾源產(chǎn)生的頻內(nèi)影響

　　這類干擾源最難跟蹤，看上去是在頻率內(nèi)的信號(hào)，但卻沒有明顯的干擾源，例如兩個(gè)或以上在其自己頻率上完全正常的信號(hào)在非線性元件內(nèi)混合后形成的互調(diào)信號(hào)。

　　◆有意干擾

　　不懷好意的故意干擾通常是在信號(hào)頻率內(nèi)，表現(xiàn)得更像是一個(gè)配置不當(dāng)?shù)陌l(fā)射器。我們將它單獨(dú)分類是因?yàn)樗ǔ＞哂刑貏e難以捉摸和有害的特性。

　　有這樣一個(gè)有意干擾的例子，有人在叢林山上某處遠(yuǎn)距離攻擊一個(gè)雙向無線轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。系統(tǒng)開始時(shí)在其輸入頻率上收到一個(gè)非常微弱的信號(hào)(其中正確的音頻解碼激活了轉(zhuǎn)發(fā)器)，只在夜間出現(xiàn)，該信號(hào)一直留在空中，最后使轉(zhuǎn)發(fā)器超時(shí)繼電器失效并使系統(tǒng)癱瘓直到早晨信號(hào)消失。干擾源特別難查找是因?yàn)樾盘?hào)太弱而無法發(fā)現(xiàn)，并且它只在夜里發(fā)射。最后找到時(shí)才發(fā)現(xiàn)干擾源是位于轉(zhuǎn)發(fā)器天線桿附近一棵樹頂上的一個(gè)帶小型太陽能電池板的微型發(fā)射器，發(fā)射器白天關(guān)閉，其太陽能電池板則利用此時(shí)給電池充電。

　　◆諧波

　　上面幾種還是指相對(duì)干凈的原始信號(hào)，在實(shí)際情況下，信號(hào)中還有強(qiáng)到能產(chǎn)生干擾的基頻諧波，例如美國甚高頻電視發(fā)射器就要求安裝一個(gè)濾波器將其諧波至少減小到主載波60dB以下。最麻煩的諧波是三次諧波，因?yàn)樗苋菀子砂l(fā)射器中小的非線性元件產(chǎn)生。一個(gè)在621.25MHz下工作的5MW電視信號(hào)發(fā)射器，其三次諧波為1863.75MHz，即使在60dB以下(濾波之后)三次諧波還有5W！從俯瞰城市的高處發(fā)出這種頻率和功率信號(hào)很容易給全城蜂窩移動(dòng)通信信號(hào)帶來極大破壞。

　　諧波信號(hào)還有一個(gè)特性使它更難辨識(shí)其來源。產(chǎn)生諧波的乘法過程會(huì)改變頻譜圖，其寬度和偏差都要乘以和載波頻率一樣的因數(shù)。例如一個(gè)位于157.54MHz下13kHz寬的雙向無線FM信號(hào)的10次諧波為130kHz寬，基波只有5kHz偏移在諧波頻率1575.4MHz下會(huì)變成50kHz。如果這種發(fā)射器與一個(gè)基站共用一個(gè)發(fā)射塔，其10次諧波將完全覆蓋GPS接收器，使基站癱瘓。對(duì)一個(gè)100W FM發(fā)射器，總共需要約195dB的衰減才能避免這種干擾，要用天線隔離和濾波器抑制才能實(shí)現(xiàn)。

　　本文結(jié)論

　　我們討論了移動(dòng)通信系統(tǒng)中常見RF干擾產(chǎn)生的原因，并提出一些排除故障的方法。有了比較多的了解后，工程師就能更好地應(yīng)用新的干擾測量工具來認(rèn)識(shí)和跟蹤干擾源。

　　作者：Tom Hill

　　無線測試首席工程師

　　泰克公司