無線通信網(wǎng)絡(luò)中的射頻干擾成因與對策

　　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)情況下對干擾信號只能在源頭處進(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其進(jìn)行測量跟蹤和排除。

　　射頻干擾信號會給無線通信基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動通信帶來許多問題，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)還必須與舊移動通信系統(tǒng)(如專用無線通信或?qū)ず舻?共存于一個復(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，其它無線RF設(shè)備如數(shù)字視頻廣播和無線局域網(wǎng)等又會產(chǎn)生新的可能使通信服務(wù)中斷的信號。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)，使得蜂窩信號發(fā)射塔上豎滿了各種天線。而隨著我們越來越多地通過移動電話聯(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)營活動的副產(chǎn)品。干擾信號只影響接收器，即使它們在物理上接近發(fā)射器，發(fā)射也不會受其影響。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

　　另一個服務(wù)商也在你的頻率上發(fā)射信號。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)商會更急于糾正這個問題，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頻段上發(fā)射，通常是因?yàn)樗緵]有拿到許可。他可能在一個頻段上沒有發(fā)現(xiàn)信號，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)域在一個或多個信道上超過規(guī)定范圍。天線傾斜不正確、發(fā)射功率過大或環(huán)境變化等都會引起覆蓋區(qū)域重疊，如某人砍掉了一片樹林或推倒一個建筑物，而這些原本可以阻擋另一位置上所發(fā)出的信號。

　　◆自身信號互調(diào)

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

　　◆與另一發(fā)射器信號互調(diào)

　　互調(diào)干擾也可能由于一個或多個外部無線信號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，外來信號相互混雜并與發(fā)射器自己的信號混在一起，形成一個看上去像是通信頻段中的“新”頻率互調(diào)信號(經(jīng)常都是不希望的)。

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

　　解決這個問題有點(diǎn)難度，因?yàn)樗髮瓷先スぷ髡５陌l(fā)射器進(jìn)行改動。需要增加一個窄帶濾波器以盡可能衰減外面的信號，再加一個鐵氧體絕緣子使RF從發(fā)射器傳送到天線并衰減饋線上返回的信號。在同時使用多個不同頻率的發(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，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)

　　有時即使同軸電纜或天線本身一點(diǎn)很小的腐蝕也會產(chǎn)生問題，盡管還不足以引起信號丟失或VSWR問題，但腐蝕會像一個品質(zhì)很差的二極管一樣造成細(xì)微互調(diào)。如果附近有幾個大功率發(fā)射器，那么產(chǎn)生的互調(diào)會強(qiáng)到足以干擾移動手機(jī)與基站之間的微弱通信信號。找出這類問題根源最難的地方在于松開天線系統(tǒng)一個連接器會打亂氧化程度并暫時使問題中止，此時你必須花更多時間認(rèn)真記錄旋松或擰緊的是哪一個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)信號都會使鄰近系統(tǒng)超載，唯一解決辦法是在接收器天線電纜上安裝一個濾波器，使希望的信號通過，而將超載信號衰減。

　　◆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，從而使一個系統(tǒng)發(fā)射信道噪聲邊帶出現(xiàn)在或阻止另一個臨近接收信道的風(fēng)險增加。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)廣播電臺等會產(chǎn)生大功率信號諧波，例如一個5MW發(fā)射器很容易產(chǎn)生5W諧波，足以干擾附近的移動通信。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，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，因此會受到附近AM廣播或短波電臺強(qiáng)信號的影響。AM信號可能進(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。在與基站連接的音頻部分周圍進(jìn)行良好屏蔽應(yīng)能解決這個問題。

　　認(rèn)識干擾源類型

　　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，強(qiáng)度很大足以影響輸入。這些信號通常很接近預(yù)定頻率，因?yàn)榻邮掌鬏斎霝V波器會濾掉其它相差太遠(yuǎn)的信號。

　　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)信號進(jìn)入接收器使第一級(前置放大器或混頻器)過載完全飽和引起，這樣會使更強(qiáng)信號無法接收。另一個影響是減感效應(yīng)，附近的信號進(jìn)入接收器后被AGC(自動增益控制)發(fā)現(xiàn)或者啟動限制器電路，造成增益下降。接收器表現(xiàn)得就像是靈敏度降低，因此微弱信號會丟失，對強(qiáng)信號的信噪比也將減小。

　　◆頻內(nèi)干擾源

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

　　·正常手機(jī)信號超出其預(yù)定范圍

　　·發(fā)射器故障或配置不當(dāng)

　　·正常發(fā)射器的信號諧波

　　·其它電氣裝置輻射出的無意干擾信號

　　◆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，但卻沒有明顯的干擾源，例如兩個或以上在其自己頻率上完全正常的信號在非線性元件內(nèi)混合后形成的互調(diào)信號。

　　◆有意干擾

　　不懷好意的故意干擾通常是在信號頻率內(nèi)，表現(xiàn)得更像是一個配置不當(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。

　　有這樣一個有意干擾的例子，有人在叢林山上某處遠(yuǎn)距離攻擊一個雙向無線轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。系統(tǒng)開始時在其輸入頻率上收到一個非常微弱的信號(其中正確的音頻解碼激活了轉(zhuǎn)發(fā)器)，只在夜間出現(xiàn)，該信號一直留在空中，最后使轉(zhuǎn)發(fā)器超時繼電器失效并使系統(tǒng)癱瘓直到早晨信號消失。干擾源特別難查找是因?yàn)樾盘柼醵鵁o法發(fā)現(xiàn)，并且它只在夜里發(fā)射。最后找到時才發(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給電池充電。

　　◆諧波

　　上面幾種還是指相對干凈的原始信號，在實(shí)際情況下，信號中還有強(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。一個在621.25MHz下工作的5MW電視信號發(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很容易給全城蜂窩移動通信信號帶來極大破壞。

　　諧波信號還有一個特性使它更難辨識其來源。產(chǎn)生諧波的乘法過程會改變頻譜圖，其寬度和偏差都要乘以和載波頻率一樣的因數(shù)。例如一個位于157.54MHz下13kHz寬的雙向無線FM信號的10次諧波為130kHz寬，基波只有5kHz偏移在諧波頻率1575.4MHz下會變成50kHz。如果這種發(fā)射器與一個基站共用一個發(fā)射塔，其10次諧波將完全覆蓋GPS接收器，使基站癱瘓。對一個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)識和跟蹤干擾源。

　　作者：Tom Hill

　　無線測試首席工程師

　　泰克公司