關于手機信號放大器對基站干擾的定量分析以及應對措施

王靖博，宋建宏，景 花

（山西省無線電監測中心，山西 太原 030001）

引言

目前，在公眾移動通信技術的迭代，尤其是5G網絡的商用、推廣和大力發展的大背景下，電信運營商為了做好網絡覆蓋，利用頻率越低其傳播屬性越有優勢的特點，為充分發揮已獲得核準的頻譜資源的利用效率，在獲得允許情況下，適當地對頻率進行了重耕，以提高網絡的覆蓋范圍和質量，尤以GSM頻段較為典型。然而，個別用戶擅自安裝使用的GSM手機信號放大設備對重耕后的FDD 頻段存在干擾，隨著頻率重耕趨勢發展，干擾現象愈發凸顯，從無線電管理機構受理和排查的移動通信干擾來看，已占據了目前公眾移動通信外部干擾的很大比例。本文主要從技術角度分析手機信號放大器干擾的成因以及提出合理的應對方案和解決措施。

1 手機信號放大器概述和基本工作原理

在城市建筑物高密度的環境下，諸如一些地下樓層、樓宇底商、窄巷和高層樓宇等區域，這些區域的室內移動通信網絡信號覆蓋普遍較差，手機用戶接打電話體驗差、掉話現象頻繁。為了改善這一情況，用戶可向電信運營商投訴、申請技術服務。但是，個別用戶也會通過不法經銷商或網絡渠道購買手機信號放大裝置來解決問題。這類非正規渠道、不合規的手機信號放大器產品，往往濾波性能較差、雜散嚴重，有的甚至還對3 家電信運營商網絡都能造成干擾，影響到公眾移動通信安全。

手機信號放大器的基本原理是：下行電路是通過接收天線將通信基站下行信號接收，通過噪聲放大器將有用信號進行放大、同時抑制掉噪聲信號，將信噪比提高，再通過選頻，轉換為中頻信號，經濾波器濾波和中頻放大后，頻移上變頻轉換為射頻，而經發射天線發送，直至移動手機接收；上行電路為通過天線接收移動手機的上行信號，由上行低噪放大鏈路沿相反的路徑，經過選頻、濾波、功放、變頻后，再通過射頻天線發送至通信基站。通過上下行雙路徑，實現通信基站與移動手機之間的雙向通信。見圖1。

2 手機信號放大器對基站干擾的原因和定量分析

手機信號放大器內部器件，諸如選頻、濾波、變頻、功放等一系列器件的性能優劣，直接影響著其射頻信號質量的好壞，下面對產生干擾的情況進行具體分析。

2.1 手機信號放大器產生干擾的原因

由于手機信號放大器在設備功能定位上是放大上行頻段內手機信號的，有的放大器還是全網通用的，故其接收頻段較寬，射頻放大器在放大信號的同時也會放大接收到的各類噪聲。無線環境熱噪聲功率，可以表示為：

式中：K 為波爾茲曼常數；T 為絕對溫度；B 為用于測量噪聲功率的測量帶寬。

歸一化為1 Hz 帶寬內，室溫下的噪聲功率為-174 dBm，可以作為一個常數使用。

除了熱噪聲，有源電路還會引入其他噪聲，導致電路噪聲電平提高。為了定量描述電路實際噪聲電平高出熱噪聲的程度，引入噪聲系數（Noise Figure，簡稱NF）概念。

噪聲系數還可以這樣理解：線性四端網絡輸入信噪比與輸出信噪比之比值。即NF=輸入信噪比/輸出信噪比；NFdB＝10 lg（輸入信噪比/輸出信噪比）

整個放大鏈路的總噪聲系數：

NF=NF1+（NF2-1）/G1+（NF3-1）/G1G2+…+（NFn-1）/G1G2…Gn-1

設有用信號輸入功率為Pin，則整個放大鏈路輸出的有用信號能量為Pout：

則整個放大鏈路輸出的有用信號能量為Pnoise，環境底噪為Pnfloor：

即，直放站放大有用信號的同時也會放大噪聲能量。噪聲雖然不是有用信號，但對于直放站來說依舊是電信號，同樣會被放大。

當LTE 基站某小區空載狀態下，小區上行底噪抬升超過門限值時，按照每個RB 統計，如果單個RB的NI 值超過-116.2 dBm，則認為該RB 上受到上行干擾。

LTE FDD 系統的運營商網管統計為干擾指標為帶寬下所有RB 的平均干擾值，不區分空閑態還是連接態。然而，以往GSM系統的網管統計為載波空閑狀態下的干擾，由于GSM系統為多頻點多信道且有跳頻技術，能夠有效減少頻間干擾。目前原2G 頻段的頻率復用和LTE FDD 同頻，這個除了在規避干擾的同時，在干擾輸入源尤為不同，例如原2G 使用的頻點可能和周邊小區不同頻，所以在宏基站網絡規模上不存在干擾，但對LTE FDD 不同，除了本小區的頻點，鄰區的上行信號都可能會被手機信號放大器進行放大，其互調產物會直接對LTE FDD 造成影響，故LTE FDD 在頻率重耕后的干擾容忍程度要小于GSM系統。

LTE FDD 相對GSM 來說承載了更多的數據業務，由于數據業務對誤碼要求比較嚴格，在無線電電磁環境相同的情況下，傳送語音所需的手機發射功率通常要小于傳送數據業務的發射功率，因此，系統內LTE FDD 干擾要高于GSM。

手機信號放大器以及全頻段放大器，閑時狀態對LTE FDD 和GSM底噪影響基本差距不大，但容易受到互調干擾影響,尤其是全頻段信號放大器的互調產物，會嚴重影響LTE FDD 系統。

2.2 定量分析干擾對基站的影響

計算信號放大器射頻天線端輻射信號強度（功放按500 mW 計），輻射功率P=10×lg（500 mW）=27 dBmW。

考慮最遠和復雜多徑情況，該放大器距離基站5 km（一般情況要小于這個值），頻率按照900 MHz計算，則傳播損耗近似為：?=32.45+20lgd+20lgf=105.45dB。

則該放大器輻射信號至基站單個RB 處的功率值為：P'=27-105.45=-78.45 dBm。

很明顯，-78.45 dBm﹥-116.2 dBm（NI 接收信號保護值）。

由以上推導，不難看出：手機信號放大器放大的熱噪聲和互調信號，對基站造成的干擾是明顯的。

綜上分析，重耕頻率后的LTE FDD 網絡，在面臨不合規的手機信號放大器尤其是全頻段信號放大器施發的干擾時，存在因器件性能差導致的熱噪聲放大干擾和鄰區上行信號互調干擾這2 類主要干擾。因此，在實際干擾排查工作中，要利用便攜式頻譜分析儀或監測接收機來識別、測向信號放大器的干擾信號，追蹤干擾源設備。

3 干擾排查的實際案例

4 月19 日，陽泉市無線電管理局接到移動公司無線電干擾申訴，反映位于城區南深溝4G 公眾移動通信基站890～915 MHz 頻段的背景噪聲一段時間以來受到外部干擾較為嚴重，對基站通信造成的干擾等級較高，影響到此區域公眾移動通訊業務，請求協助排查。陽泉市無線電管理局組織山西省無線電監測中心陽泉監測站技術人員對其干擾開展實地排查。

技術人員在該社區進行監測過程中，發現在898.1 MHz 上出現一個明顯的單載波信號，帶寬達到500 kHz，并且持續占用頻率，其頻譜特征為典型的手機信號放大器信號，見圖2、下頁圖3。鑒于該處地點位于老城區、居民樓密集、且由于地勢原因，樓宇高低錯落，無線電信號反射現象較強。我技術人員在該區域尋找高點、仔細排查，最終在眾城小區某單元樓處鎖定了發射源位置，明確了該干擾源為居民私自安裝的1 部手機信號放大器，技術人員聯系到住戶將設備關機后，移動公司基站后臺低噪統計反映干擾消失，驗證了該信號放大器即為干擾源。

4 應對手機信號放大器干擾的措施和建議

對于無線電管理部門，一是要做好信號放大器生產、銷售環節的管理，通過進一步加強型號核準認定，杜絕不合規的產品流入市場，同時加大市場檢查，未經型號核準的設備嚴禁銷售，并做好經銷主體的備案工作，強化市場管理；二是加強無線電監測排查力度，與電信運營企業建立日常干擾排查聯系機制，對確定的外部干擾案件要及時實施監測排查，不留隱患、銷號清零，同時及時要總結技術經驗，不斷提升監測技能水平；三是做好事中事后行政執法，面對出現的干擾案情，要及時介入，充分運用好行政執法手段，必要時利用好公安、工信部門間的協作，及時懲治擅自設置手機信號放大器行為，對于損害公眾移動通信安全、造成嚴重后果的，要加大查處力度，給不法行為予以嚴厲打擊，維護好公眾移動通信安全有序的電磁環境。