淺析GSM移動通信中的互調(diào)干擾影響

沈保華，許愛萍

（中國移動湖州分公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

互調(diào)（Inter Modulation）是指當(dāng)2個或多個頻率信號經(jīng)過具有非線性特征的器件時，產(chǎn)生的與原信號有和差關(guān)系的頻率組合。如果這些頻率正好與有用頻率相同或接近，落入接收機接收頻段內(nèi)，就會對通信系統(tǒng)構(gòu)成干擾，這就是互調(diào)干擾[1]。

假設(shè)頻率F1的二次諧波與頻率F2混頻后產(chǎn)生互調(diào) 2F1-F2，由于一個是二次諧波（二階信號），另一個是基波信號（一階信號），它們合成為三階信號，因此2F1-F2被稱為三階互調(diào)信號。另外，如果有多個頻率，除了任意2個頻率相互作用產(chǎn)生三階互調(diào)外，3個頻率相互作用也會產(chǎn)生三階互調(diào)，例如 F1+F2-F3。如果2F1-F2，2F2-F1與頻率F1，F(xiàn)2相同或接近，便形成互調(diào)干擾，稱之為三階互調(diào)干擾。同理，3F1-2F2稱為五階互調(diào)信號，4F1-3F2稱為七階互調(diào)信號。互調(diào)階數(shù)越高，互調(diào)信號強度越弱，因此對于通信系統(tǒng)而言，三階互調(diào)形成的干擾影響最大，其次是五階互調(diào)。

互調(diào)可分有源互調(diào)和無源互調(diào)，鑒于所產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的嚴(yán)重程度，傳統(tǒng)上更關(guān)注有源互調(diào)，但隨著目前大功率發(fā)射機的應(yīng)用和接收機靈敏度的不斷提高，無源互調(diào)產(chǎn)生的系統(tǒng)干擾日益嚴(yán)重，因此越來越被運營商、系統(tǒng)制造商和器件制造商所關(guān)注。

無源互調(diào)是指2個或更多不同頻率的信號混合輸入到無源器件中，在其它頻率產(chǎn)生幅度不同的互調(diào)產(chǎn)物。無源互調(diào)的主要特點是互調(diào)產(chǎn)物強度隨信號功率的增大而迅速增大。同時由于射頻電路中的無源器件性能、饋線接頭性能、天線性能、無源器件材質(zhì)、鍍層磨損氧化程度或接頭工藝等的不同都有可能導(dǎo)致無源器件系統(tǒng)的非線性增強，從而引起互調(diào)干擾[2]。因此，無源互調(diào)的產(chǎn)生環(huán)節(jié)眾多，更難以定位和抑制。

GSM移動通信系統(tǒng)設(shè)計中，為了提高頻道利用率及系統(tǒng)容量，普遍采用多個頻道復(fù)用組網(wǎng)，加上目前載波發(fā)射功率較大，因此互調(diào)及互調(diào)干擾在GSM移動通信系統(tǒng)中已很常見，如果處理不當(dāng)，將造成系統(tǒng)的信噪比下降，嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。

1 互調(diào)干擾的影響和分析

1.1 互調(diào)干擾對GSM移動通信的影響

對于GSM移動通信系統(tǒng)來說，由2個下行頻率產(chǎn)生的三階互調(diào)沒有落到上行頻段內(nèi)，五階互調(diào)卻大量落到上行頻段內(nèi)，而七階和九階互調(diào)由于強度較弱，在考慮對上行頻率的干擾時可忽略不計，因此對于GSM900系統(tǒng)來說，無源互調(diào)干擾主要來自于五階互調(diào)，這也是造成GSM系統(tǒng)上行干擾的一個重要原因。對于DCS1800系統(tǒng)來說，三階和五階分量都不會落到上行頻段，故DCS1800系統(tǒng)無需考慮無源器件互調(diào)干擾的影響。互調(diào)干擾頻段與運營商頻段對照如表1所示。

表1 互調(diào)干擾頻段與運營商頻段對照表

從實際經(jīng)驗來看，GSM移動通信系統(tǒng)中需要重點關(guān)注互調(diào)指標(biāo)的器件主要有：天線、饋線、直放站、干放、電橋、負(fù)載、耦合器等。當(dāng)前尤以天饋系統(tǒng)無源互調(diào)產(chǎn)物對網(wǎng)絡(luò)性能的影響最為普遍。

GSM基站天饋系統(tǒng)主要由天線、跳線、饋線、塔放、基站濾波器和各類射頻連接器等無源器件組成，承擔(dān)了射頻信號的發(fā)射和接收功能，其性能好壞直接影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知[3]。實際工程應(yīng)用中，GSM基站天饋系統(tǒng)一般存在 2類問題：①由于使用年限、外部的使用環(huán)境變化造成性能下降；②由于天饋無源器件材質(zhì)、性能和接頭工藝粗糙使得互調(diào)性能存在穩(wěn)定性隱患。

一般天饋線系統(tǒng)的互調(diào)指標(biāo)的嚴(yán)格測試必須在專業(yè)的微波暗室進行，但實際工作中在定位干擾時也會借助便攜式無源互調(diào)分析儀。

互調(diào)測試指標(biāo)有絕對值和相對值2種表達(dá)方式。絕對值表達(dá)方式是指以“dBm”為單位的互調(diào)的絕對值大小；相對值表達(dá)方式是指互調(diào)值與其中一個載頻的比值（這是因為無源器件的互調(diào)失真與載頻功率的大小有關(guān)），用“dBc”來表示。實際工程應(yīng)用中，天線的三階互調(diào)產(chǎn)物一般要求不超過-107 dBm；定向耦合器、功率分配器、雙工器、連接器和電纜組件等無源器件的互調(diào)產(chǎn)物通常在-120～-100 dBm[4]。

GSM移動通信系統(tǒng)規(guī)范中，要求基站對所有空閑上行頻率信道的干擾電平進行測量，并將測量得到的結(jié)果匯總成5個干擾級別band進行上報，以便進行無線資源的管理和分配。一般干擾帶級別 1-5的取值范圍為-110～-47 dBm。由于GSM移動臺的發(fā)射功率較小，因此，上行信號接收功率往往較弱，為保證足夠的信噪比和通信服務(wù)質(zhì)量，干擾信號應(yīng)該越小越好。如果GSM基站天饋系統(tǒng)的互調(diào)產(chǎn)物落入上行頻率且超過-100 dBm，將對GSM移動通信系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1.2 互調(diào)干擾的分析定位

實際工程應(yīng)用中，由于天饋系統(tǒng)無源互調(diào)對GSM移動通信的影響較大，因此以天饋系統(tǒng)無源互調(diào)干擾為例，簡要介紹GSM系統(tǒng)中互調(diào)干擾的分析和定位方法。

由于無源互調(diào)與發(fā)射功率及信號頻率密切相關(guān)，互調(diào)產(chǎn)物強度隨發(fā)射功率的增大而迅速增大；頻率越多，互調(diào)產(chǎn)物越復(fù)雜，互調(diào)產(chǎn)物落入信號頻段后形成干擾的可能性也越高。基于這些特性，可以從GSM小區(qū)話務(wù)統(tǒng)計指標(biāo)上對干擾類型進行初步判斷。一般存在無源互調(diào)干擾時，干擾強度會隨話務(wù)量的變化而變化。這是因為小區(qū)話務(wù)量高時，頻率使用數(shù)量和小區(qū)總發(fā)射功率增加，因此互調(diào)干擾也加大。

另外，當(dāng)GSM小區(qū)存在無源互調(diào)干擾時，同站其他小區(qū)一般并無干擾，這也是互調(diào)干擾和外部干擾的主要區(qū)別。

根據(jù)實際分析和定位經(jīng)驗，通過對GSM小區(qū)的上行干擾電平情況及其時間走勢進行關(guān)聯(lián)分析，并結(jié)合話務(wù)量情況，基本確立了區(qū)分互調(diào)干擾和外部干擾的分析方法：①通過對GSM小區(qū)各band上行干擾電平占比的加權(quán)計算得出近似上行干擾強度權(quán)值；②將上行干擾強度權(quán)值與話務(wù)量時間走勢進行相關(guān)性擬合，擬合值越接近 1，表征干擾與話務(wù)量匹配程度越高，更傾向于疑似互調(diào)干擾，反之傾向于疑似外部干擾；③同時觀察六忙時上行干擾強度權(quán)值，權(quán)值較大的傾向于疑似強外部干擾，權(quán)值較小的傾向于疑似互調(diào)干擾。

對存在干擾的GSM小區(qū)完成以上分析初篩后，對懷疑為互調(diào)干擾影響的小區(qū)，可以進行現(xiàn)場測試排查和故障點定位。基本流程如圖1所示。

圖1 互調(diào)干擾排查流程

現(xiàn)場進行天饋系統(tǒng)無源互調(diào)干擾測試和排查定位的方法有： ①在基站側(cè)斷開天饋系統(tǒng)與基站的連接；②將天饋線改接至頻譜儀，觀察870～915 MHz頻段內(nèi)是否存在較強信號，排查是否存在CDMA阻塞或雜散干擾以及其他外部干擾；③確認(rèn)無外部干擾后，將天饋線改接至無源互調(diào)分析儀，并用力矩扳手扳緊所有連接接頭；④啟動無源互調(diào)測試分析儀，進行無源互調(diào)測試，觀察整個天饋系統(tǒng)反射三階和五階互調(diào)；⑤如果存在明顯的三階和五階互調(diào)干擾，通過逐段測試法定位天饋系統(tǒng)中問題點；⑥更換不合格元器件，重新開啟GSM小區(qū)確認(rèn)處理效果。

2 結(jié)語

隨著 GSM移動用戶數(shù)的大量增加，GSM移動通信系統(tǒng)規(guī)模越來越大，基站載波和頻率配置也越來越高，加上目前大發(fā)射功率載波的大量應(yīng)用，因此GSM移動通信系統(tǒng)中的互調(diào)及互調(diào)干擾已很常見。特別是天饋系統(tǒng)等無源器件及其連接件的性能和施工工藝所帶來的無源互調(diào)干擾，由于產(chǎn)生環(huán)節(jié)較多，很難定位和和抑制，影響了GSM移動通信系統(tǒng)的信噪比及其服務(wù)質(zhì)量。本文結(jié)合實際，簡單分析了互調(diào)干擾對GSM移動通信的影響，并總結(jié)了簡易可行的分析定位方法，從實際排查案例來看，是行之有效的。

[1] 張需溥,黃遜清. 室內(nèi)分布系統(tǒng)無源互調(diào)干擾問題排查與整治[J]. 移動通信，2011(12):15-17.

[2] 李淙淙,林巍,王宏俊.路測 MOS值提升策略研究[J].通信技術(shù),2011,44(02):35-38.

[3] 聶航超,蘇開榮,王堅.移動通信系統(tǒng)中的越區(qū)切換技術(shù)研究[J].通信技術(shù),2008,41(08):30-33.

[4] 張子輝.移動通信互調(diào)干擾抑制[J].四川通信技術(shù),1994(02):45-47.