集群移動通信系統的互調干擾分析

摘要本文主要闡述了集群移動通信中無源互調干擾的產生，分析了產生干擾的原因和解決辦法，最后給出了應用實例。

關鍵詞集群移動通信互調干擾無源互調干擾有源互調干擾

中圖分類號:TN911文獻標識碼:A

1 概述

眾所周知，通信在國民經濟中的地位已迅速上升，它和能源、交通已并列成為現代社會經濟的三大支柱。特別是在經濟高速發展的現代信息社會中，時間就是效益，信息就是財富。因此要迅速、及時、可靠、準確以及不間斷地獲取信息，就要靠通信來支持，特別是移動通信。最近幾年，人們對“無論任何人(Whoever)在任何時候(Whenever)和任何地方(Wherever)都能自由地與世界上其它任何人(Whomever)進行任何形式(Whatever)的通信”的個人通信發生了極大興趣，并競相研究，而移動通信在個人通信中也占據極為重要的地位。

移動通信是移動用戶與基地臺之間的通信，其定義看起來簡單，但要實現卻非易事。人們早就需要運動中的通信，但真正獲得比較迅速的發展還是近幾十年的事。這是因為移動通信當時使用的電臺體積龐大、笨重，操作又比較復雜，特別是需要龐大的電源和天線，無法裝在運動載體上，即使勉強裝上，移動也十分困難，所以就談不上運動中通信了。由于艦船的載荷量大，并且有較強的供電能力，因而海上應用無線電通信是具備條件的，所以，可以說移動通信最早是在海上使用。除海上和航空以及高頻遠距離通信外，通常多用直射線傳播或視距內傳播，因此高頻、超高頻用得較多。由于移動通信與固定通信是不同的，要正確使用它，必須了解移動通信的特點。

移動通信有以下幾個特點:

(1)復雜的無線電電波傳播模式;

(2)干擾和噪聲比較嚴重;

(3)工作環境惡劣，可靠性要求高;

(4)入網方式和信令格式比較復雜;

(5)使用的頻段擁擠，擴大用戶容量比較困難。

總之，移動通信隨著無線通信技術的發展，新的無線電通信頻段的開辟和頻率利用率的提高，移動用戶設備的輕小型化以及與地面網絡接續自動化的實現而逐步得到發展，它已成為一個系統綜合技術，將體現通信、電子技術上的新技術發展水平。

2 集群移動通信系統的特點

由于移動通信與固定通信是不同的，要正確使用它，必須了解移動通信的特點。集群移動通信系統是專用調度系統，專用調度通信是很早出現的一種通信方式。它從一對一對講機的形式、同頻單工組網形式、異頻單(雙)工組網形式到單信道一呼百應以及進一步帶選呼的系統，發展到多信道自動撥號系統。近十年來，專用調度系統又向更高層次發展，成為多信道用戶共享的調度系統，這種系統稱為集群通信系統。集群通信系統是多個用戶共用一組無線電信道，并動態地使用這些信道的專用移動通信系統，主要用于指揮調度通信。而常規移動通信系統中用戶通話時雙方使用的頻率都是固定的，移動用戶臺只能調諧到某一個頻率，故只能在此信道上工作。集群移動通信系統較常規移動通信系統有以下優點:

(1)信道利用率高;

(2)因共享信道，故阻塞率低，使之服務質量高;

(3)兩用戶通話時，非通話用戶不能收到通話內容也不能干擾，故具有私密性;

(4)是智能化的網絡，有完整的系統控制中心以對全網進行控制管理;

(5)系統的網絡中具有交換功能，可實現多信道共用、多區聯網，與PABA或PSTN互連;

3 集群移動通信系統的互調干擾

集群移動通信系統以頻分制為主，常用的調制方式是窄帶調頻，基帶信號為300～3400Hz，調制指數為1.66，調制后信號帶寬為=16KHz，稱之為16KOF3E信號。

構建優良的通信系統，提高系統的通信質量一直是工程設計者的追求和努力方向。但眾所周知，通信質量的好壞是由多種因素決定的，除了頻率、功率、編碼等外，干擾問題也是一個很重要因素。

在移動通信中，存在著許多干擾，如同頻干擾、鄰道干擾、交調干擾、遠近效應、碼間干擾……。它們中最主要的干擾就是交調干擾，也稱互調干擾。所謂互調干擾是指由于通信設備中某些電路的非線性，使本不該進行調制的若干信號，進行了交叉即相互調制，而產生新的頻率，造成對某個信號的干擾。

采用多信道共用的移動通信系統，在同一地區、同一頻段的通信系統可能不止一個，這樣同一地區使用眾多的信道，而移動臺無處不有，因此，移動通信系統中產生互調干擾的可能性很大。

互調干擾分為有源互調干擾和無源互調干擾。

(1)有源互調干擾

有源互調干擾是指相同工作頻率電臺之間的干擾，是集群移動通信網中經常出現的一種干擾，凡是能進入接收機通帶的外臺載波信號都能產生同頻干擾。它的頻率范圍是，式中是接收機收信載頻，是接收機中頻帶寬。產生的原因有:

① 兩個電臺的載頻差引起的干擾。特別是在系統組呼和群呼時，或多區制同信道復用時，更容易產生這種干擾。

② 兩個調頻電臺調制度不同而引起的干擾。當兩個頻率相同，但調制度不同的信號進入接收機時，因調制度不一致產生失真，造成干擾。

③ 當兩個載頻相同而調制信號相位不同，也會產生失真，造成干擾。

④ 在發射機末端，功率放大器的非線性工作，把天線引入的其他干擾信號和有用的發射信號混頻在一起產生互調，稱為發射機的互調。

⑤ 處于互調關系的兩個或兩個以上的無線電信號同時被接收機接收，由于高頻和混頻器的非線性而引起互調，稱為接收機的互調。

總之無論哪種互調，產生互調的內因是電路的非線性，而其外因是作用于非線性電路的兩個或兩個以上無線電信號之間必須滿足一定關系，包括頻率和幅度兩個方面的關系。通常最關注的是電路非線性的三次項產生的三階互調，它在頻率上必須滿足:

2fi-fj=fz……二信號三階互調(A型三階互調)— 式①

fi+fj-fk=fz ……三信號三階互調(B型三階互調)—式②

它們的意義是:只要由二信號或三信號互調產生的新頻率fz正好落在本系統的某個工作頻率上或其通帶內，就構成對它的干擾，這就是所謂的三階互調干擾。

解決三階互調干擾最根本的辦法是刪掉產生這個交調干擾中任一個信號頻率。這就是無三階互調信道指配的目的和任務。

(2)無源互調干擾

隨著移動通信系統新頻率的不斷規劃、更大功率發射機的應用和接收機靈敏度的不斷提高，當多個頻率的載波信號通過一些無源器件時，都會產生互調失真。無源器件如天線、電纜、濾波器、雙工器、單向器等，由于其機械連接的不可靠，使用具有磁滯特性的材料，污損的接觸面等原因，不同頻率的信號在材料連接處非線性混頻，產生不同幅度的互調產物，而這些互調失真信號又表現為通信頻帶中的干擾信號，使系統的信噪比下降，嚴重影響通信系統的容量和質量。

實際上，在我們平時的設計和測量中，一般對有源互調(如由放大器、混頻器等產生的互調失真)寄予比較多的關注，，故對大多數無線發射和接收頻段的選擇非常謹慎，避免最大的互調產物落入接收頻段，且避免自身的高階互調產物(如IM5，7，9)落入一些通信頻段。但隨著通信系統的發展和系統質量的提高，無源互調(Passive Inter-Modulation，PIM)產生的系統干擾日益嚴重，常常被忽視的PIM產生的系統干擾會成為非常棘手的干擾源。

無源互調PIM與有源互調相類似，只是無源互調是無源器件產生的。非線性器件或材料是一個理想的無源互調產生源。這些可包括:射頻通道中的磁性金屬;聯接不暢或未對準的零件;機械接口不好;不同性質的金屬直接接觸;質量低劣或含有雜質成分的電鍍及不良焊點等。

只要在一個射頻導體中同時存在兩個或兩個以上RF信號，任何無源器件都會產生無源互調產物。由于不同材料的連接處的具有非線性，信號會在結點混合，如發射機附近的金屬接觸件接觸不良，在強電場作用下產生檢波作用而引起的互調等。一旦PIM 的功率超過接收機的隨機底噪(kTBF)，系統的載干比(C/I)會出現反作用。這是因為一般來說，當平均發射功率增加時，PIM 產物也會顯著增加;當基站出現滿載時，PIM 可能對基站造成嚴重的影響。當容量達到最大時，PIM 就會上升，干擾基站的正常工作。典型地，其奇數階互調產物(如IM3=2*F1-F2)會落在基站的上行或接收頻段內，成為干擾接收機工作的信號。它會造成獨立于接收機隨機底噪的接收機減敏現象。在一些功率合成系統或者多載頻的共用系統中，當兩個大功率信號同時作用于一個兩端口器件的輸入和輸出端時，在輸出端口將會產生很大的互調產物。在多系統合路平臺(POI)系統中情況更為復雜。各種不同頻段的載頻同時進入系統，除了本頻段的互調干擾外，還會產生跨頻段的互調干擾。如下圖所示:

這里需要注意的是，盡管產生的PIM 的功率和母載波功率之間不一定存在直接的關系，PIM 還是會隨功率的改變而變化的，簡單地說，寬帶器件結束于一個寬帶負載。典型情況下，載波功率每增加1 dB，三階互調響應就增加大約3dB(假設載波功率相等)。盡管如此，還有很多因素會影響這個良好而簡單的關系，這些因素包括:n*F1 和/或m*F2 頻率上的高回波損耗值;與鐵氧體器件有關的磁滯現象的變化曲線極其傾斜;當接近衰減潛能時，電學結具有的非線性特性;由于功率變化引起的每個互調源的阻抗變化，從而導致的多個互調源之間的交互作用。

一般而言，當發射機功率增加時，基于整個系統性能的無源互調的阻抗就越為重要。典型地，當一個TDMA 系統充分提供可利用的頻率和信道時隙，或者當一個CDMA系統通過增加前向功率來增加系統容量時，無源互調值都會增加。

4 理論指導工程實踐

消除互調干擾的常見方法是破壞頻率關系或削弱信號強度。在工程實踐證明了這一點。

在通信車這個具體項目中，就出現了互調干擾問題。當系統處于工作狀態時，共有三個信號同時發射，假定基站第一話音信道發射頻率f1，第二話音信道發射頻率f2，手持臺在第一話音信道上說話，發射頻率為f1-10MHz，則

(f1-10MHz) + f2-f1= f2-10MHz

由上可見，下等式右邊正是基站第二話音信道的接收頻率。

這個算式表明，在一個多信道集群基站中，三階互調關系是固有特性，與每個站實際使用的頻率無關。換句話說，只要信號強度足夠，互調干擾必然存在。在以往建設的集群系統中，移動臺只在遠離基站的情況下工作，基站天線也架得很高，互調源的強度很小，不會產生互調干擾。而通信車的天線不可能架高，手臺卻必須在基站附近，在近場條件下工作，因此產生互調干擾，俗稱信道串音。

我們改進了基站接收機的高放電路以提高抗有源互調能力，在雙工器的輸出口加上了智能衰減器及降低手持臺發射功率以降低信號強度，減小無源互調的影響，對所使用的雙工器進行材料精選、對機械加工、裝配和焊接進行了精心改進，較好地解決了通信車的信道串音問題。

5 結語

隨著移動通信系統的發展和建設，在工程實踐中要對PIM給予足夠重視，并在設計和使用中采取有效措施盡量把干擾壓到最小，以保障通信的可靠性，這是至關重要的。