無線通信系統(tǒng)頻率干擾原理簡介

隨著計算機和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，全球信息網(wǎng)絡(luò)正在快速向以ip為基礎(chǔ)的下一代網(wǎng)絡(luò)(ngn)演進。未來全球個人多媒體通信的寬帶化、移動化的技術(shù)趨勢，加之靈活性、便利性的市場要求，使得無縫覆蓋、無線連接的目標(biāo)正在日益變?yōu)楝F(xiàn)實。當(dāng)前，各種無線技術(shù)呈現(xiàn)出百花齊放、百技爭鳴的局面，這在加速無線應(yīng)用普及的同時，也因無線技術(shù)所固有的頻率干擾而面臨不可忽視的問題。

1、頻率干擾原理分析

無線干擾的產(chǎn)生是多種多樣的，原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、不同運營商網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、發(fā)信機自身設(shè)置問題、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容(emc)等，都是無線通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。工作于不同頻率的系統(tǒng)間的共存干擾，本質(zhì)上都是由于發(fā)射機和接收機的非完美性造成的。通常，有源設(shè)備在發(fā)射有用信號的同時，由于器件本身的原因和濾波器帶外抑制的限制，在它的工作頻帶外還會產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號，這些信號落到其他無線系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi)，就會對其形成干擾。

對于無線系統(tǒng)而言，發(fā)射機在發(fā)射有用信號時會產(chǎn)生帶外輻射，它包括由于調(diào)制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機在接收有用信號的同時，落入信道內(nèi)的干擾信 號可能會引起接收機靈敏度的損失，落入接收帶寬內(nèi)的干擾信號可能會引起帶內(nèi)阻塞;同時接收機也存在非線性帶來的非完美性，帶外信號(發(fā)射機有用信號)會引起接收機的帶外阻塞。

有源設(shè)備產(chǎn)生的帶外雜散、諧波、互調(diào)等無用信號的強度除了與設(shè)備本身的質(zhì)量有關(guān)以外，還與兩個因素有關(guān)：自身的輸出功率越大，無用信號的輸出越大;偏離工作帶寬的程度，離工作帶寬越遠，無用信號越小。系統(tǒng)對外來干擾的承受能力也與兩個因素有關(guān)：本身信號的強度，信號越強受干擾的機會越少;干擾信號的大小，干擾信號電平越小，信號受干擾程度越低。此外，發(fā)射機和接收機間的干擾還取決于兩個系統(tǒng)工作頻段的間隔和收發(fā)信機空間隔離等因素。

無線和移動通信系統(tǒng)的干擾主要有同頻干擾、鄰頻干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。

2、無線通信系統(tǒng)頻率干擾情形

從我國的實際情況看，主要的無線通信技術(shù)將有：屬于第二代蜂窩移動通信技術(shù)的gsm和窄帶cdma、定位為固定電話補充的phs(小靈通)和 scdma (大靈通)、同屬第三代蜂窩移動通信體系的tdd系統(tǒng)td-scdma和fdd系統(tǒng)wcdma/dma2000、應(yīng)用于寬帶無線接入的 wlan/wimax、立足于短距離通信的uwb以及將應(yīng)用于無線識別的frid等。這些技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域雖然有所重合，但其特定的市場需求，將在較長時期內(nèi)共存，因而必須考慮其干擾情形。

2.1　現(xiàn)有無線通信頻譜方案

我國現(xiàn)有的無線與移動通信頻譜具體分配情況如圖1所示，此外，wlan使用無需許可的ism頻段，uwb使用3.5/5.8g頻段，而wimax和rfid尚未最終確定頻段，其中wimax有可能分配在2.5g、3.5g或5.8g頻段。

2.2　無線干擾基本情形

由圖1可以看出，gsm1800、phs、scdma、td-scdma、cdma2000、wcdma等無線系統(tǒng)的頻段直接相鄰或重合，難以避免之間的相互干擾，而uwb的超寬帶的特點也會造成干擾，如圖2所示。

圖1　我國無線通信技術(shù)現(xiàn)有頻譜分配

圖2　無線干擾示意圖

2.3　移動通信系統(tǒng)干擾

移動通信系統(tǒng)中的各種干擾一般可以分為小區(qū)內(nèi)的干擾、小區(qū)間的干擾、不同通信制式之間的干擾、不同運營商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)備造成的干擾等。

小區(qū)內(nèi)的干擾主要有多徑干擾、遠近效應(yīng)和多址干擾等。這些干擾的產(chǎn)生是由無線信道的時變性和電磁波傳播過程中的時延與衰落等特點決定的，當(dāng)相鄰小區(qū)采用同一頻率時產(chǎn)生的干擾，對于tdd系統(tǒng)來說尤為嚴重。tdd系統(tǒng)與fdd系統(tǒng)之間的干擾，主要是tdd信道(包括上行信道和下行信道)與fdd上行信道之間的干擾。除了上面的干擾之外，不同運營商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)備造成的干擾等也是需要加以考慮的問題。

3、干擾解決方案

無線通信系統(tǒng)中的干擾雖然普遍存在，但根據(jù)干擾的產(chǎn)生根源和干擾情況的分析，結(jié)合計算機仿真和大范圍的現(xiàn)場試驗，也找到了一些降低和消除干擾的有效辦法。這些方法主要分為兩大類：基本技術(shù)類和工程建設(shè)類。

3.1　基本技術(shù)類方法

從具體技術(shù)角度分析，小區(qū)內(nèi)干擾可以采用設(shè)計正交性好的多址碼、上下行鏈路同步、糾錯編碼、功率控制、分集接收/發(fā)送、聯(lián)合檢測、智能天線、空時處理等信號處理技術(shù)加以改善或解決。而小區(qū)間的干擾以及tdd與fdd系統(tǒng)間的干擾，可以從物理層技術(shù)方面考慮，也可以從高層的無線資源管理技術(shù)著手。從物理層來看，同步技術(shù)和智能天線技術(shù)是很好的措施，從無線資源管理角度分析，動態(tài)信道分配是十分有效的方案。此外，還需要考慮不同運營商統(tǒng)一協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。

3.2　工程建設(shè)類方法

工程建設(shè)方案是在移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的過程中，從工程的角度采用一些優(yōu)化辦法改善無線干擾。這些方法主要有：增加頻率保護帶、提高濾波精度、增加站址間距、優(yōu)化天線安裝、限制設(shè)備參數(shù)等。

增加頻率保護帶解決方案是通過頻率規(guī)劃，使得干擾系統(tǒng)的發(fā)射頻段和被干擾系統(tǒng)的接收頻段在頻域上得到一定的隔離。隨著隔離的增大，干擾系統(tǒng)發(fā)射機信號落入被干擾接收機接受帶寬內(nèi)的分量減小，同時接收機接受濾波器對干擾系統(tǒng)發(fā)射信號的衰落加大，由此系統(tǒng)間干擾減小。

適當(dāng)?shù)仡l率保護帶可以有效緩解干擾問題。同時，在考慮使用附加濾波器來限制干擾信號時，由于理想線性的濾波器難以實現(xiàn)，因此也需要留有一定的保護帶為濾波器提供過渡帶。但另一方面，由于頻率資源的稀缺，以及發(fā)射、接收濾波器頻率響應(yīng)特性的不同，使用保護帶時也應(yīng)綜合考慮其他干擾解決方案，盡量減少保護帶寬的大小。

提高濾波精度解決方案是在原有設(shè)備的無線收發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過使用高精度濾波器或附加濾波器來進一步提高發(fā)射機或接收機的濾波特性，達到系統(tǒng)間共存所需的隔離度。提高 濾波精度是有效解決干擾的途徑之一，但也意味著成本的增加。

增加站址間距方法可以有效降低干擾，但此方法受到站址資源匱乏和多運營商共存情況等的限制，具體工程實施難度較大。

優(yōu)化天線安裝包括天線傾角、方位角、垂直和水平隔離等，通過采取一些優(yōu)化措施，提高天線間的耦合損失，降低干擾。

限制設(shè)備參數(shù)是規(guī)定足夠的設(shè)備指標(biāo)來保證收發(fā)頻率相鄰的共存問題，主要有嚴格限制發(fā)射功率等。

4、結(jié)論

分析不同的無線干擾情形，有針對性的采取相關(guān)解決措施，進而在技術(shù)演進、設(shè)備研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、系統(tǒng)建設(shè)、運營和優(yōu)化中，減弱乃至消除干擾是一個重要的研究領(lǐng)域。在3g建設(shè)前夜，尤其需要我國的科研和工程技術(shù)人員為打造精品網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)造和諧通信作出更多的努力。