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探討幹擾射頻的各種原因
更新時間:2021-07-15   點擊次數:1341次

如今可能造成射頻 幹擾的原因正不斷增多,有些顯而易見容易跟蹤,有些則非常細微,很難識別發現。雖然仔細設計基站可以提供一定的保護,但多數情況下對幹擾信號隻能在源頭處進行控製。本文討論射頻幹擾的各種可能成因,了解其根源後將有助於(yu) 工程師對其進行測量 跟蹤和排除。

 

射頻幹擾信號會(hui) 給無線通信 基站覆蓋區域內(nei) 的移動通信帶來許多問題,如電話掉線、連接出現噪聲、信道丟(diu) 失以及接收語音質量很差等,而造成幹擾的各種可能原因則正以驚人的速度在增長。

 

如今先進的複雜電信技術還必須與(yu) 舊移動通信係統(如專(zhuan) 用無線通信或尋呼等)共存於(yu) 一個(ge) 複雜環境中,其中多數舊係統在以後若幹年裏還將一直用下去;與(yu) 此同時,其它無線 RF 設備如數字視頻廣播和無線局域網等又會(hui) 產(chan) 生新的可能使通信服務中斷的信號。由於(yu) 環境限製越來越大,眾(zhong) 多新業(ye) 務競相擠占有限的蜂窩站點,使得蜂窩信號發射塔上豎滿了各種天線。而隨著我們(men) 越來越多地通過聯係、在互聯網上觀看多媒體(ti) 表演和進行商業(ye) 貿易,甚至不久我們(men) 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。

 

引起 RF 幹擾的原因

大多數幹擾都是無意造成的,隻是其它正常運營活動的副產(chan) 品。幹擾信號隻影響接收器,即使它們(men) 在物理上接近發射器,發射也不會(hui) 受其影響。下麵列出一些最常見的幹擾源,可以讓你知道在實際情況下應該從(cong) 何處著手,要注意的是大多數幹擾源來自於(yu) 基站的外部,也即在你直接控製範圍之外。

 

◆發射器配置不正確
另一個(ge) 服務商也在你的頻率上發射信號。多數情況下這是因為(wei) 故障或設置不正確造成的,產(chan) 生衝(chong) 突的發射器服務商會(hui) 更急於(yu) 糾正這個(ge) 問題,以便恢複其服務。

 

◆未經許可的發射器
在這種情況下,其它服務商是故意在與(yu) 你同一個(ge) 頻段上發射,通常是因為(wei) 他根本沒有拿到許可。他可能在一個(ge) 頻段上沒有發現信號,於(yu) 是假定沒有人在使用該頻段,於(yu) 是擅自加以利用。發放許可的政府機構通常有助於(yu) 趕走這類無照經營者。

 

◆覆蓋區域重疊
你的網絡或其它網絡的覆蓋區域在一個(ge) 或多個(ge) 信道上超過規定範圍。天線傾(qing) 斜不正確、發射功率過大或環境變化等都會(hui) 引起覆蓋區域重疊,如某人砍掉了一片樹林或推倒一個(ge) 建築物,而這些原本可以阻擋另一位置上所發出的信號。

 

◆自身信號互調
兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上信號混在一起後會(hui) 形成新調製信號,但卻不是任何所希望的信號。最常見互調是三次信號,例如兩(liang) 個(ge) 間隔為(wei) 1MHz 的信號會(hui) 在原高頻信號之上 1MHz 和低頻信號之下 1MHz 各產(chan) 生一個(ge) 新信號,如果原來兩(liang) 個(ge) 信號分別處於(yu) 800 和 801MHz 頻段,則將在 799 和 802MHz 出現三次信號。

 

◆與(yu) 另一發射器信號互調
互調幹擾也可能由於(yu) 一個(ge) 或多個(ge) 外部無線信號通過天線饋送同軸電纜 ,然後進入造成衝(chong) 突的發射器非線性終端放大器 造成,外來信號相互混雜並與(yu) 發射器自己的信號混在一起,形成一個(ge) 看上去像是通信頻段中的“新”頻率互調信號(經常都是不希望的)。

 

也可能由兩(liang) 個(ge) 外部信號產(chan) 生幹擾信號,而造成衝(chong) 突的發射器本身的信號沒有參加,外部信號隻是正好用到發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(liang) 個(ge) 信號沒有一個(ge) 有問題,肇事者是發射器。

 

解決(jue) 這個(ge) 問題有點難度,因為(wei) 它要求對看上去工作正常的發射器進行改動。需要增加一個(ge) 窄帶濾波器 以盡可能衰減外麵的信號,再加一個(ge) 鐵氧體(ti) 絕緣子使 RF 從(cong) 發射器傳(chuan) 送到天線並衰減饋線上返回的信號。在同時使用多個(ge) 不同頻率的發射塔上,業(ye) 主經常要求所有發射器都安裝這類濾波器和絕緣子。

 

◆生鏽的圍牆 / 房頂等造成的互調
發射器並不是互調信號的滋生地,非線性連接也可能是附近生鏽的白鐵皮房頂或圍牆。當無線發射功率很大時,房頂各部分之間生鏽部分將起到非線性二極管 的作用,像這種來自物理結構的互調影響很難阻止,因為(wei) 它們(men) 因天氣狀況而異,風會(hui) 把金屬生鏽部分壓在一起或分開,雨則改變鐵鏽特性。嚴(yan) 重影響通信的必須進行維修或替換,以恢複可靠的通信連接。

 

◆天線或連接器中的互調
有時即使同軸電纜或天線本身一點很小的腐蝕也會(hui) 產(chan) 生問題,盡管還不足以引起信號丟(diu) 失或 VSWR 問題,但腐蝕會(hui) 像一個(ge) 品質很差的二極管一樣造成細微互調。如果附近有幾個(ge) 大功率發射器,那麽(me) 產(chan) 生的互調會(hui) 強到足以幹擾移動手機與(yu) 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於(yu) 鬆開天線係統一個(ge) 連接器會(hui) 打亂(luan) 氧化 程度並暫時使問題中止,此時你必須花更多時間認真記錄旋鬆或擰緊的是哪一個(ge) 連接器並在每步之後進行試驗以確定它是否就是罪魁禍首。

 

◆正規發射器超載
發射器發出的任何頻率強信號都會(hui) 使鄰近係統超載,解決(jue) 辦法是在接收器天線電纜上安裝一個(ge) 濾波器,使希望的信號通過,而將超載信號衰減。

 

◆鄰近發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(zheng) 的無線業(ye) 務所分到的頻率越來越接近,從(cong) 而使一個(ge) 係統發射信道噪聲邊帶出現在或阻止另一個(ge) 臨(lin) 近接收信道的風險增加。如果發射器符合技術規範要求,則需要更改信道或增加發射器和接收器之間的物理分隔。

 

◆廣播發射器諧波
大功率源如商業(ye) 廣播電台等會(hui) 產(chan) 生大功率信號諧波,例如一個(ge) 5MW 發射器很容易產(chan) 生 5W 諧波,足以幹擾附近的移動通信。如果該發射器符合所有規範和政府規定,那麽(me) 解決(jue) 方法可能隻有遷移通信天線以避開發射器,或者重新分配頻率方案使得造成衝(chong) 突發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
在蜂窩係統出現之前,900MHz 和 1,400~2,200MHz 波段通常分配用於(yu) 廣播電台的演播室與(yu) 發射器連接(STL)。政府現已將這些頻率重新分配給蜂窩運營商,但是他們(men) 常常又沒有限製老用戶,而讓他們(men) 繼續在沒有衝(chong) 突的頻率上運營。當在這些頻段開展新的蜂窩業(ye) 務時,那些發射器應該轉向新頻率,但有些還需要加以“提醒”。

 

◆音頻整流
在極個(ge) 別地方,基站控製器端還在使用模擬音頻輸入傳(chuan) 送給無線輸出,因此會(hui) 受到附近 AM 廣播或短波電台強信號的影響。AM 信號可能進入音頻電路 後並被整流,使得電話交談中混入廣播音頻信號。在與(yu) 基站連接的音頻部分周圍進行良好屏蔽應能解決(jue) 這個(ge) 問題。

 

認識幹擾源類型

幹擾可以按其自身特性進行分類,也可以按它對基站和手機通信的影響來分,衝(chong) 突頻率是顯示幹擾源和幹擾結果常用的指示器。

 

◆頻外幹擾源
這是一種主要幹擾,包括一些與(yu) 接收器頻率相近而不相同的強信號,強度很大足以影響輸入。這些信號通常很接近預定頻率,因為(wei) 接收器輸入濾波器會(hui) 濾掉其它相差太遠的信號。

 

讓我們(men) 來看一看接收器受到的兩(liang) 種影響。一種是前端阻塞,它由於(yu) 強信號進入接收器使第一級(前置放大器或混頻器)過載*飽和引起,這樣會(hui) 使更強信號無法接收。另一個(ge) 影響是減感效應,附近的信號進入接收器後被 AGC(自動增益控製)發現或者啟動限製器電路,造成增益下降。接收器表現得就像是靈敏度降低,因此微弱信號會(hui) 丟(diu) 失,對強信號的信噪比也將減小。

 

◆頻內(nei) 幹擾源
第二類幹擾包括和預定通信信號頻率一樣的信號(無論強弱),通常由下列情況引起:


·正常手機信號超出其預定範圍


·發射器故障或配置不當


·正常發射器的信號諧波


·其它電氣裝置輻射出的無意幹擾信號

 

◆頻外幹擾源產(chan) 生的頻內(nei) 影響
這類幹擾源最難跟蹤,看上去是在頻率內(nei) 的信號,但卻沒有明顯的幹擾源,例如兩(liang) 個(ge) 或以上在其自己頻率上*正常的信號在非線性元件內(nei) 混合後形成的互調信號。

 

◆有意幹擾
不懷好意的故意幹擾通常是在信號頻率內(nei) ,表現得更像是一個(ge) 配置不當的發射器。我們(men) 將它單獨分類是因為(wei) 它通常具有特別難以捉摸和有害的特性。

 

有這樣一個(ge) 有意幹擾的例子,有人在叢(cong) 林山上某處遠距離攻擊一個(ge) 雙向無線轉發器係統。係統開始時在其輸入頻率上收到一個(ge) 非常微弱的信號(其中正確的音頻解碼激活了轉發器),隻在夜間出現,該信號一直留在空中,最後使轉發器超時繼電器 失效並使係統癱瘓直到早晨信號消失。幹擾源特別難查找是因為(wei) 信號太弱而無法發現,並且它隻在夜裏發射。最後找到時才發現幹擾源是位於(yu) 轉發器天線杆附近一棵樹頂上的一個(ge) 帶小型太陽能電池板的微型發射器,發射器白天關(guan) 閉,其太陽能電池 板則利用此時給電池充電。

 

◆諧波
上麵幾種還是指相對幹淨的原始信號,在實際情況下,信號中還有強到能產(chan) 生幹擾的基頻諧波,例如美國甚高頻電視發射器就要求安裝一個(ge) 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,因為(wei) 它很容易由發射器中小的非線性元件產(chan) 生。一個(ge) 在 621.25MHz 下工作的 5MW 電視信號發射器,其三次諧波為(wei) 1863.75MHz,即使在 60dB 以下(濾波之後)三次諧波還有 5W!從(cong) 俯瞰城市的高處發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(ge) 特性使它更難辨識其來源。產(chan) 生諧波的乘法過程會(hui) 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。例如一個(ge) 位於(yu) 157.54MHz 下 13kHz 寬的雙向無線 FM 信號的 10 次諧波為(wei) 130kHz 寬,基波隻有 5kHz 偏移在諧波頻率 1575.4MHz 下會(hui) 變成 50kHz。如果這種發射器與(yu) 一個(ge) 基站共用一個(ge) 發射塔,其 10 次諧波將*覆蓋 GPS 接收器,使基站癱瘓。對一個(ge) 100W FM 發射器,總共需要約 195dB 的衰減才能避免這種幹擾,要用天線隔離和濾波器抑製才能實現。

 

本文結論

我們(men) 討論了移動通信係統中常見 RF 幹擾產(chan) 生的原因,並提出一些排除故障的方法。有了比較多的了解後,工程師就能更好地應用新的幹擾測量工具來認識和跟蹤幹擾源。

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