探究通信系统中常见的互调干扰问题及解决方案

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互调干扰是指在通信系统中,多个不同频率的信号通过非线性电路传输时所产生的干扰。这种干扰会导致与有用信号频率相同或相近的频率组合,进而影响通信质量。根据IS95规范和国家无线电管理委员会的检测标准,GSM直放站产生的杂散和互调信号在9kHz至1GHz范围内应小于-36dBm,在1GHz至12.75GHz范围内应小于-30dBm。
 
在移动通信系统中,互调干扰主要由以下三个方面引起:发射机互调、接收机互调和外部效应引起的互调。
 
直放站的杂散和互调干扰主要源于功放模块。发射机互调干扰是由于直放站内多个发信机(载波)同时工作时,合路器系统的隔离度不足,导致信号相互耦合。这些干扰信号侵入发射机末级功率放大器,与有用信号合成互调产物,并随有用信号一同发射,造成干扰。接收机互调干扰主要由高放大级和第一混频器的非线性引起。外部效应引起的互调干扰主要是由于发射机馈线、高频滤波器等无源电路接触不良,以及异种金属接触部分的非线性等原因,使强电场的发散信号引起互调,从而产生干扰源。
 
当多个频率信号通过非线性电路时,会相互调制产生互调失真。其中二阶和三阶互调失真幅度最大,而随着阶数的增加,失真幅度逐渐减小。二阶互调(如fa+fb、fa-fb)与有用信号频率(fa、fb)相距较远,因此可以忽略不计。而三阶互调模型(2fa-fb、fa+fb-fc)的频率接近或等于有用信号频率,对通信系统的影响最为显著。至于三阶以上的互调失真幅度较小,通常可以忽略不计。移动通信设备主要考虑三阶互调的影响。
 
在同一地点上,如果存在两个或更多的发射机,则可能会产生互调干扰。以发射机A和B为例,发射机A发出的射频信号fA通过发射机B的天线进入发射机B的功放级,并与发射频率fB相互调制,产生第三个频率fC。反过来,也会同时产生fD。因此,在该区域内,两台发射机将发出四个频点的射频功率信号。其中fC和fD是互调产物。
 
一、互调干扰的危害性
 
对系统的影响:
 
互调产物同样是由发射机发出的射频能量信号,这些信号再次相互调制会产生另一个互调产物。因此,在拥有多个发射机的基站上空,会存在大量无序频谱能量,被一些人称为
背景噪声。
 
互调干扰对相邻基站小区和自身上行信号的影响:
 
在使用大功率宽带直放站时,存在互调干扰问题。由于直放站采用共用一个功放模块和宽带滤波器,导致带宽选择内的互调信号无法得到抑制,难以满足互调指标要求。这种情况下,如果恰好接收到附近本运营商基站的同频信号,并且后级宽带滤波器对其没有抑制作用,将会产生严重的同频干扰。
 
举例来说,假设直放站输出功率为10W,三阶互调水平为40dBc,实际输出电平为0dBm。若周围有使用80MHz和84MHz两个载波的基站,互调信号会落在76MHz和89MHz这两个载波上,并通过17dBi的天线向外发射。这样,使用76MHz和89MHz载波的基站就会受到不同程度的同频干扰,导致掉话率升高、切换失败率增加等问题。
 
另一方面,直放站下行功放所产生的杂散和互调信号通过直放站内部的双工器进入上行信道。如果这些干扰信号过高,将严重干扰上行信号,从而降低直放站的覆盖范围。
 
举例来说,如果直放站的杂散和互调信号为-36dBm(满足规定指标),双工器的隔离度为70dB,下行功放对上行信道的干扰为-106dBm。再加上直放站的噪声系数5dB,总噪声电平达到-101dBm。为了满足GSM要求的最小载干比9dB,需要上行信号电平大于-92dBm。假设直放站输出功率每载波为5W(37dBm),手机最大输出功率为2W(33dBm),那么直放站实际覆盖距离应使下行信号电平达到-87dBm。如果低于该电平值,手机用户将由于上行链路信噪比不足无法进行通话。
 
综上所述,互调干扰会对相邻基站小区产生同频干扰,并对直放站自身的上行信号造成干扰,降低覆盖范围和影响通信质量。因此,在设计和部署通信系统时,需要考虑并采取相应措施来减少互调干扰的影响。
 
二、解决互调干扰的方法
 
经过前面的分析,我们了解到影响上行输出的互调干扰因素主要有设备本身的线性度和自动增益控制(ALC)电平。为了避免产生三阶互调干扰,我们可以采取以下方法:
 
选择适当的频点组合:选择不同的频点组合,使频距拉开,避免三阶互调信号落在所使用的频点范围内。
 
使用自动功率控制(APC)技术:通过实时减小发射功率来降低互调信号水平,确保其不会超过有源器件的非线性区域。
 
提高收信机前端的选择性和线性度:改善收信机前端的选择性,抑制干扰信号的进入,并提高输入级的线性度以提高互调抗拒比。同时,也可以提高功放的选择性能力。
 
在GSM网络中,引入直放站设备控制小区无线覆盖范围,在工程设计和建设中应根据具体情况选择适当的抗干扰方法,如设备选型和网络结构的优化调整。一个好的直放站覆盖效果不仅仅体现在下行功率的大小上,还应考虑使用效果、设备性能指标、稳定性以及不对网络参数产生影响。因此,在部署直放站时,我们应尽量选择相对隔离的区域,并选择合适的基站作为信号源,以避免产生无线干扰问题。
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