中波調(diào)幅廣播信號干擾問題分析及策略探究

高 敏

（作者單位：浙江省中波發(fā)射管理中心仙居廣播轉(zhuǎn)播臺）

中波調(diào)幅廣播是省級電臺、邊遠地區(qū)、應(yīng)急救援、航空導(dǎo)航等常用的廣播形式之一。然而，中波調(diào)幅廣播也存在一些短板，其中最突出的就是信號抗干擾能力差。由于中波調(diào)幅廣播頻率較低，很容易受到各種內(nèi)外部信號干擾源的影響，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)噪聲、失真、串音等現(xiàn)象，影響廣播的正常接收和傳播。因此，分析中波調(diào)幅廣播信號受干擾的原因和原理，探究有效的處理和預(yù)防策略，對于提高廣播事業(yè)的服務(wù)質(zhì)量具有重要的意義。

1 中波調(diào)幅廣播受干擾的技術(shù)原理

1.1 中波調(diào)幅廣播的特征

調(diào)制是一種將低頻信號（如聲音、數(shù)據(jù)等）加載到高頻無線電波上的技術(shù)，可以實現(xiàn)對信息的傳輸和接收。無線電波具有三個獨立的物理特征變量：頻率、振幅和相位，分別對應(yīng)了調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相三種調(diào)制方式。其中，調(diào)幅（Amplitude Modulation, AM）廣播是最常見的廣播方式。調(diào)幅是一種讓載波的振幅隨著低頻信號而改變的調(diào)制方式，其優(yōu)點是技術(shù)簡單、成本低廉、傳輸距離遠；其缺點是抗干擾能力弱、音質(zhì)差、帶寬窄。在廣播系統(tǒng)中，根據(jù)載波頻率的不同，又分為長波（LW）、中波（MW）和短波（SW）幾個頻段。其中，中波廣播發(fā)射機的頻率范圍為300 Hz ～3 MHz 之間，具有被大氣電離層反射的特性，因此傳播距離非常遠。

1.2 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的類型

由于中波調(diào)幅廣播只需要一個頻率的載波來傳輸信號，并且依賴載波振幅來攜帶信息，所以很容易受到各種類型的信號干擾，主要可以分為以下四種：一是鄰頻干擾，指與目標(biāo)信號頻率相近但不相同的其他無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這與二者之間頻率差值和接收器選擇性有關(guān)，當(dāng)二者之間頻率差值較小時，接收器會同時接收到兩個信號，并將其放大輸出，當(dāng)差值較大時，則需要接收器具有較高的選擇性來濾除不需要的信號[1]。二是鏡頻干擾，指與目標(biāo)信號在接收器中心頻率兩側(cè)對稱位置上存在的相同或相近頻率無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這與接收器鏡像抑制比有關(guān)，當(dāng)鏡像抑制比較低時，則會導(dǎo)致鏡像頻率信號也被接收器放大輸出。三是同頻干擾，即與目標(biāo)信號完全相同或非常接近的無線電信號對目標(biāo)信號造成影響。這與二者之間功率大小和空間位置有關(guān)，當(dāng)二者之間功率相差較大時，則會導(dǎo)致強勢方壓制弱勢方；當(dāng)功率相差較小時，則會導(dǎo)致二者混合產(chǎn)生拍動現(xiàn)象。四是中頻干擾，指與接收器設(shè)置或自動選擇的中心頻率相同或相近的無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這取決于接收器的屏蔽效果和濾波單元品質(zhì)，屏蔽效果較差或濾波單元品質(zhì)較低時，中心頻率附近的無線電信號會直接進入接收器被放大輸出，形成干擾。

1.3 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的原理

根據(jù)不同因素造成的不同程度和形式的影響，將中波調(diào)幅廣播信號受干擾原理分為以下幾種：一是電磁場感應(yīng)。由于中波調(diào)幅廣播使用的發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備都會產(chǎn)生較強的電磁場，若無有效的屏蔽措施，就會導(dǎo)致電磁場相互感應(yīng)，產(chǎn)生射頻電流，通過半導(dǎo)體元件或金屬物體對信號造成干擾。這種干擾通常表現(xiàn)為雜音或嗡嗡聲。二是大氣電離層反射。由于中波調(diào)幅廣播使用的載波頻率較低，具有可以被大氣電離層反射的特性，這使得中波調(diào)幅廣播可以傳播得非常遠，但也帶來了一些問題：首先，大氣電離層的狀態(tài)會隨著時間和地點而變化，導(dǎo)致信號的反射效果不穩(wěn)定，從而影響信號的強度和質(zhì)量；其次，大氣電離層的反射會使得同一信號從不同路徑到達接收器，導(dǎo)致信號的相位差異，從而影響信號還原；最后，大氣電離層的反射會使得不同地區(qū)的同頻信號相互干擾，導(dǎo)致信號的混亂失真。三是載波信號幅度變化。中波調(diào)幅廣播依賴載波振幅攜帶信息，所以任何可能會對載波振幅造成變化的因素都會對信號造成干擾，如發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的工作狀態(tài)、傳輸線路的損耗、環(huán)境噪聲、其他無線電信號等，這些不穩(wěn)定因素可能會導(dǎo)致載波振幅增大或減小。

2 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的主要因素

2.1 內(nèi)部因素

2.1.1 設(shè)備質(zhì)量

設(shè)備質(zhì)量是影響中波調(diào)幅廣播信號質(zhì)量的重要因素，發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的質(zhì)量對傳輸效果有很大影響，低質(zhì)量設(shè)備對信號的具體影響表現(xiàn)為以下幾點：第一、發(fā)射功率不足導(dǎo)致信號覆蓋范圍縮小，傳輸距離達不到預(yù)期；第二、信號頻率漂移，與其他無線電信號發(fā)生沖突或混淆；第三、雜散輻射過大，導(dǎo)致信號幅度變化，影響信息還原；第四、接收設(shè)備靈敏度低，信號接收強度不足，無法還原信息；第五、設(shè)備選擇性差，信號接收范圍過寬，無法濾除其他無線電信號；第六、鏡像抑制比低，信號接收范圍過窄，無法有效區(qū)分目標(biāo)信號和鏡像信號等[2]。

2.1.2 屏蔽效果

屏蔽效果是指設(shè)備對外界電磁場的隔絕能力。如果屏蔽效果好，則可以有效防止外界電磁場對設(shè)備造成影響，防止周圍其他無線電設(shè)備對發(fā)射設(shè)備造成干擾；如果屏蔽效果差，則會導(dǎo)致外界電磁場進入設(shè)備內(nèi)部，產(chǎn)生射頻電流或其他形式的干擾，或?qū)е掳l(fā)射設(shè)備產(chǎn)生輻射泄漏，影響周圍其他無線電設(shè)備的正常工作。屏蔽效果與設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料、接地等因素有關(guān)。

2.1.3 頻率選擇

頻率選擇是指發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備選擇合適的載波頻率和中心頻率，以保證信號傳輸和接收的順暢。如果頻率選擇不當(dāng)，則會導(dǎo)致目標(biāo)信號與其他無線電信號發(fā)生沖突或混淆，產(chǎn)生鄰頻、鏡頻、同頻或中頻等類型的干擾。頻率分配遵循無線電頻譜資源的高效利用原則，不同的頻段有不同的傳播特性，在選擇頻率時要綜合考慮天線大小、功率大小、覆蓋范圍等因素。頻率選擇取決于國家規(guī)定、地區(qū)情況和發(fā)射信號的時間段等。

2.2 外部因素

2.2.1 其他無線電設(shè)備干擾

這里所說的其他無線電設(shè)備是指除中波調(diào)幅廣播外使用無線電波進行通信或廣播的設(shè)備，如手機、無線電話、無線網(wǎng)卡、衛(wèi)星電視或其他廣播電臺等。這些設(shè)備會產(chǎn)生各種頻率和功率的無線電信號，并且可能與中波調(diào)幅廣播信號存在重疊或相近的情況，從而產(chǎn)生干擾。其中，手機、無線電話、無線網(wǎng)卡等個人通信或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通常使用高頻段，如特高頻（Ultra High Frequency, UHF）或超高頻（Super High Frequency, SHF）進行通信或網(wǎng)絡(luò)連接，這些設(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生大量雜散輻射，當(dāng)與中波調(diào)幅廣播載波或中心頻率存在倍數(shù)關(guān)系時，就會造成嚴重的中頻干擾[3]。其他通常使用長波、中波或短波進行通信的廣播電臺等公共通信設(shè)備在運行時也同樣會產(chǎn)生大量雜散輻射，可能與中波調(diào)幅廣播的載波存在相同或相近的情況，從而造成同頻或鄰頻干擾。

2.2.2 自然因素

自然因素即天氣、氣候、地形、地貌等自然條件對無線電波傳輸產(chǎn)生影響的因素。這些因素會改變無線電波在空間中傳播的速度、方向等，從而影響信號的強度和質(zhì)量。例如，大氣電離層的狀態(tài)會隨著白天和黑夜、太陽活動、地磁場等因素而變化，影響中波無線電波的反射效果；雨、雪、霧、云等會影響無線電波的折射效果，從而影響信號的強度和質(zhì)量；雷電會產(chǎn)生強烈的電磁脈沖，影響信號的載波振幅；地形和地貌會影響無線電波的繞射和反射效果，建筑物、橋梁、隧道等因素會影響無線電波的遮擋和散射效果，從而造成信號的衰減、失真或變形。

2.2.3 環(huán)境噪聲

環(huán)境噪聲是指在工業(yè)設(shè)備、汽車、飛機等設(shè)備的無線電波傳輸過程中產(chǎn)生的各種隨機或非隨機的干擾信號，主要有熱噪聲、短波噪聲、工頻噪聲、脈沖噪聲等。這些干擾信號會對中波調(diào)幅廣播信號的載波振幅產(chǎn)生影響，如工業(yè)設(shè)備等人造噪聲源會產(chǎn)生非周期性的電磁輻射，在高功率下對中波調(diào)幅廣播信號產(chǎn)生嚴重的干擾，通常表現(xiàn)為嗡嗡聲或嘯叫聲；汽車、飛機等移動噪聲源，會產(chǎn)生不斷變化的電磁輻射，且變化速度較快，因而其干擾聲通常表現(xiàn)為沙沙聲。熱噪聲隨著介質(zhì)的熱運動產(chǎn)生，功率密度隨頻率呈負斜性關(guān)系。短波噪聲的功率在無線電波段較高。工頻噪聲的頻率集中在工頻（50 ～60 Hz）附近。脈沖噪聲由啟動或斷流產(chǎn)生的瞬時高功率脈沖信號構(gòu)成。這些噪聲類型會對中波調(diào)幅廣播信號的載波產(chǎn)生不同程度的干擾，需要采取屏蔽、調(diào)整天線方向、減少天線增益等措施進行抑制。環(huán)境噪聲的強度與時間和地點有關(guān)，白天時分環(huán)境噪聲強度較大，深夜時分相對較小；城市地區(qū)環(huán)境噪聲強度較大，鄉(xiāng)村地區(qū)較小。在中波調(diào)幅廣播信號發(fā)射覆蓋設(shè)計中要綜合考慮各種因素，選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率和天線參數(shù)。

3 中波調(diào)幅廣播針對各類信號干擾的處理策略

3.1 鄰頻干擾的處理方法

為了減少或消除鄰頻干擾，通常采取提高接收器選擇性和改變發(fā)射或接收頻率等方式。接收器選擇性是指接收器對不同頻率信號的響應(yīng)能力。如果接收器選擇性高，則可以只接收目標(biāo)信號，而濾除其他信號；如果接收器選擇性低，則會同時接收多個信號形成干擾。提高接收器選擇性的方法包括使用更高品質(zhì)的濾波器、增加濾波器階數(shù)、縮小濾波器帶寬等。例如，如果目標(biāo)信號的頻率為1 000 kHz，鄰頻干擾源的頻率為1 005 kHz，就可以使用一個帶寬為4 kHz 的濾波器來定向接收目標(biāo)信號，進而濾除鄰頻干擾源。但因為濾波器的頻率響應(yīng)不是理想的矩形，有一定的過渡帶和衰減率，如果鄰頻干擾源的功率很大，它仍然可能會在濾波器的過渡帶內(nèi)通過一部分功率，進入解調(diào)器，造成干擾。此時為了更好地定向接收目標(biāo)信號，濾除鄰頻干擾源，可以增加目標(biāo)信號和鄰頻干擾源之間的頻率間隔，使其超過濾波器的過渡帶寬，使用更陡峭的濾波器提高衰減率，在過渡帶內(nèi)更快地降低鄰頻干擾源的功率，也可以配合使用非線性濾波器，如非線性微分限幅器（Nonlinear Differential Limiter, NDL）來抑制鄰頻干擾源的脈沖噪聲。另一種方法是改變發(fā)射或接收頻率，調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的載波頻率，使其與干擾源的頻率差值增大，從而減少干擾，發(fā)射或接收的頻率可以通過使用可調(diào)節(jié)或可切換的晶體振蕩器、合成頻率器來改變。例如，如果目標(biāo)信號的頻率為1 000 kHz，而鄰頻干擾源的頻率為1 005 kHz，那么可以將發(fā)射或接收頻率改為995 kHz 或1 010 kHz，以避開鄰頻干擾源[4]。

3.2 鏡像干擾的處理方法

針對鏡像干擾，可以采用提高接收器鏡像抑制比的方式，也可以采取調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的載波頻率的方式，使其與鏡像頻率差值增大，從而減少干擾。接收器鏡像抑制比是指接收器對目標(biāo)信號和鏡像信號的響應(yīng)能力之比。如果鏡像抑制比高，則可以只放大目標(biāo)信號，而抑制鏡像信號；如果鏡像抑制比低，則會同時放大兩個信號，造成干擾。接收器鏡像抑制比可以通過使用更高品質(zhì)的混頻器、增加混頻前級濾波器階數(shù)、縮小混頻前級濾波器帶寬、提高中頻頻率或采用上變頻等方式來提高。例如，目標(biāo)信號頻率為1 000 kHz，接收器中心頻率為1 500 kHz，則鏡像信號的頻率為2 000 kHz，若將接收器鏡像抑制比調(diào)整為40 dB，則表示接收器對目標(biāo)信號和鏡像信號的響應(yīng)能力之比為10 000 ∶1，即可有效抑制鏡像信號。此外，鏡像頻率干擾的產(chǎn)生也與接收天線的方向有關(guān)，定向天線具有良好的方向性，在特定方向的增益較大，而在其他方向的增益較小，采用定向天線可以減弱鏡像信號的接收能力，從而有效減少鏡像頻率干擾。

3.3 同頻干擾的處理方法

針對輕微同頻干擾問題，采用提高發(fā)射、接收功率或改變發(fā)射接收位置來解決。改變功率即增加發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的輸出電壓或電流，使其產(chǎn)生更強的無線電信號，從而壓制弱勢方。例如，當(dāng)目標(biāo)信號的功率為10 W，而同頻干擾源的功率為5 W，就可以將目標(biāo)信號的功率提高到20 W，以壓制同頻干擾源。同時，為了提高發(fā)射和接收功率，需要使用更高品質(zhì)的放大器，以提高放大器增益，提高天線效率。調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的空間位置可以使其與干擾源之間的距離增大，從而減少干擾，具體可以采取移動設(shè)備位置、調(diào)整天線方向或增加天線高度的方法。除了以上兩種常見方法，還可以考慮以下幾種方式：使用不同極化方式，相鄰發(fā)射臺可以采用垂直極化和水平極化的天線，以減少二者之間的干擾；使用跳頻技術(shù)，使發(fā)射機和接收機在一定范圍內(nèi)隨機地改變工作頻率，以避開干擾源所在頻率；使用分集技術(shù)，在發(fā)射端或接收端使用多個天線或多個信道，以提高通信質(zhì)量和可靠性。

3.4 中頻干擾的處理方法

針對中頻干擾，可以通過提高接收器屏蔽效果來阻止中心頻率附近的無線電信號進入接收器內(nèi)部，因而需要更換使用更好的屏蔽材料和結(jié)構(gòu)、增加屏蔽層厚度、改善接地方式等增強接收器對外界電磁場的隔絕能力，或者通過改變接收器中心頻率來避開干擾源。同時，也可以使用雙變頻技術(shù)，將接收到的信號經(jīng)過兩次混頻和濾波，得到兩個不同的中頻信號，以提高對鏡像信號的抑制能力[5]；或安裝自適應(yīng)濾波器，該元件可以根據(jù)輸入信號的特征和輸出信號的要求，自動調(diào)整濾波器的參數(shù)，以達到最佳的濾波效果。此外，一種逐漸普及的新型抗干擾方式是使用數(shù)字信號處理技術(shù)[5]，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后利用計算機進行各種算法的編碼、壓縮、加密處理，以檢測、識別和消除干擾信號，數(shù)字化改造可以有效降低噪聲、失真、串音等現(xiàn)象，實現(xiàn)多模式傳輸和智能化管理。

4 結(jié)語

受限于當(dāng)前的技術(shù)水平，中波調(diào)幅廣播信號受干擾的問題將是一個長期存在但又亟待解決的問題，涉及無線電技術(shù)、通信原理、電磁場理論等多個領(lǐng)域，不僅影響了中波調(diào)幅廣播的傳播效果和接收質(zhì)量，而且限制了中波調(diào)幅廣播的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。因而需要積極引入先進的技術(shù)理念，對中波調(diào)幅廣播進行數(shù)字化改造、多模式傳輸、智能化管理等創(chuàng)新性改進，采取有效的策略提高中波調(diào)幅廣播信號的傳輸效率和傳播質(zhì)量，保障廣播節(jié)目正常播出，更好地服務(wù)于聽眾。