無線通信係統頻率幹擾及其解決方案研究
發布時間:2011-12-07
中心議題:
- 無線通信係統的頻率幹擾原理分析
- 無線通信係統頻率幹擾情形
- 無線通信係統幹擾解決方案
解決方案:
- 基本技術類方法
- 工程建設類方法
隨著計算機和通信技術的迅猛發展,全球信息網絡正在快速向以IP為基礎的下一代網絡(NGN)演進。未來全球個人多媒體通信的寬帶化、移動化的技術趨勢,加之靈活性、便利性的市場要求,使得無縫覆蓋、無線連接的目標正在日益變為現實。當前,各種無線技術呈現出百花齊放、百技爭鳴的局麵,這在加速無線應用普及的同時,也因無線技術所固有的頻率幹擾而麵臨不可忽視的問題。
1、無線通信係統的頻率幹擾原理分析
無線幹擾的產生是多種多樣的,原有的專用無線電係統占用現有頻率資源、不同運營商網絡配置不當、發信機自身設置問題、小區重疊、環境、電磁兼容(EMC)等deng,都dou是shi無wu線xian通tong信xin網wang絡luo射she頻pin幹gan擾rao產chan生sheng的de原yuan因yin。工gong作zuo於yu不bu同tong頻pin率lv的de係xi統tong間jian的de共gong存cun幹gan擾rao,本ben質zhi上shang都dou是shi由you於yu發fa射she機ji和he接jie收shou機ji的de非fei完wan美mei性xing造zao成cheng的de。通tong常chang,有you源yuan設she備bei在zai發fa射she有you用yong信xin號hao的de同tong時shi,由you於yu器qi件jian本ben身shen的de原yuan因yin和he濾波器帶外抑製的限製,在它的工作頻帶外還會產生雜散、諧波、互調等無用信號,這些信號落到其他無線係統的工作頻帶內,就會對其形成幹擾。
對dui於yu無wu線xian係xi統tong而er言yan,發fa射she機ji在zai發fa射she有you用yong信xin號hao時shi會hui產chan生sheng帶dai外wai輻fu射she,它ta包bao括kuo由you於yu調tiao製zhi引yin起qi的de鄰lin頻pin輻fu射she和he帶dai外wai雜za散san輻fu射she。接jie收shou機ji在zai接jie收shou有you用yong信xin號hao的de同tong時shi,落luo入ru信xin道dao內nei的de幹gan擾rao信xin號hao可ke能neng會hui引yin起qi接jie收shou機ji靈ling敏min度du的de損sun失shi,落luo入ru接jie收shou帶dai寬kuan內nei的de幹gan擾rao信xin號hao可ke能neng會hui引yin起qi帶dai內nei阻zu塞sai;同時接收機也存在非線性帶來的非完美性,帶外信號(發射機有用信號)會引起接收機的帶外阻塞。
有源設備產生的帶外雜散、諧波、互調等無用信號的強度除了與設備本身的質量有關以外,還與兩個因素有關:自身的輸出功率越大,無用信號的輸出越大;偏離工作帶寬的程度,離工作帶寬越遠,無用信號越小。係統對外來幹擾的承受能力也與兩個因素有關:本身信號的強度,信號越強受幹擾的機會越少;ganraoxinhaodedaxiao,ganraoxinhaodianpingyuexiao,xinhaoshouganraochengduyuedi。ciwai,fashejihejieshoujijiandeganraohaiqujueyulianggexitonggongzuopinduandejiangeheshoufaxinjikongjiangelidengyinsu。
無線和移動通信係統的幹擾主要有同頻幹擾、鄰頻幹擾、帶外幹擾、互調幹擾和阻塞幹擾。
2、無線通信係統頻率幹擾情形
從我國的實際情況看,主要的無線通信技術將有:屬於第二代蜂窩移動通信技術的GSM和窄帶CDMA、定位為固定電話補充的PHS(小靈通)和SCDMA(大靈通)、同屬第三代蜂窩移動通信體係的TDD係統TD-SCDMA和FDD係統WCDMA/DMA2000、應用於寬帶無線接入的WLAN/WiMAX、立足於短距離通信的UWB以及將應用於無線識別的FRID等。這些技術的應用領域雖然有所重合,但其特定的市場需求,將在較長時期內共存,因而必須考慮其幹擾情形。
2.1 現有無線通信頻譜方案
我國現有的無線與移動通信頻譜具體分配情況如圖1所示,此外,WLAN使用無需許可的ISM頻段,UWB使用3.5/5.8G頻段,而WiMAX和RFID尚未最終確定頻段,其 中WiMAX有可能分配在2.5G、3.5G或5.8G頻段。

圖1 我國無線通信技術現有頻譜分配
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2.2 無線幹擾基本情形
由圖1可以看出,GSM1800、PHS、SCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等無線係統的頻段直接相鄰或重合,難以避免之間的相互幹擾,而UWB的超寬帶的特點也會造成幹擾,如圖2所示。

圖2 無線幹擾示意圖
2.3 移動通信係統幹擾
移動通信係統中的各種幹擾一般可以分為小區內的幹擾、小區間的幹擾、不同通信製式之間的幹擾、不同運營商之間的幹擾、係統設備造成的幹擾等。
小區內的幹擾主要有多徑幹擾、遠yuan近jin效xiao應ying和he多duo址zhi幹gan擾rao等deng。這zhe些xie幹gan擾rao的de產chan生sheng是shi由you無wu線xian信xin道dao的de時shi變bian性xing和he電dian磁ci波bo傳chuan播bo過guo程cheng中zhong的de時shi延yan與yu衰shuai落luo等deng特te點dian決jue定ding的de,當dang相xiang鄰lin小xiao區qu采cai用yong同tong一yi頻pin率lv時shi產chan生sheng的de幹gan擾rao,對dui於yuTDD係統來說尤為嚴重。TDD係統與FDD係統之間的幹擾,主要是TDD信道(包括上行信道和下行信道)與FDD上行信道之間的幹擾。除了上麵的幹擾之外,不同運營商之間的幹擾、係統設備造成的幹擾等也是需要加以考慮的問題。
3、幹擾解決方案
無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)幹(gan)擾(rao)雖(sui)然(ran)普(pu)遍(bian)存(cun)在(zai),但(dan)根(gen)據(ju)幹(gan)擾(rao)的(de)產(chan)生(sheng)根(gen)源(yuan)和(he)幹(gan)擾(rao)情(qing)況(kuang)的(de)分(fen)析(xi),結(jie)合(he)計(ji)算(suan)機(ji)仿(fang)真(zhen)和(he)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)現(xian)場(chang)試(shi)驗(yan),也(ye)找(zhao)到(dao)了(le)一(yi)些(xie)降(jiang)低(di)和(he)消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao)的(de)有(you)效(xiao)辦(ban)法(fa)。這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)主(zhu)要(yao)分(fen)為(wei)兩(liang)大(da)類(lei):基本技術類和工程建設類。
3.1 基本技術類方法
從具體技術角度分析,小區內幹擾可以采用設計正交性好的多址碼、上下行鏈路同步、糾錯編碼、功率控製、分集接收/發送、聯合檢測、智能天線、空時處理等信號處理技術加以改善或解決。而小區間的幹擾以及TDD與FDD係(xi)統(tong)間(jian)的(de)幹(gan)擾(rao),可(ke)以(yi)從(cong)物(wu)理(li)層(ceng)技(ji)術(shu)方(fang)麵(mian)考(kao)慮(lv),也(ye)可(ke)以(yi)從(cong)高(gao)層(ceng)的(de)無(wu)線(xian)資(zi)源(yuan)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)著(zhe)手(shou)。從(cong)物(wu)理(li)層(ceng)來(lai)看(kan),同(tong)步(bu)技(ji)術(shu)和(he)智(zhi)能(neng)天(tian)線(xian)技(ji)術(shu)是(shi)很(hen)好(hao)的(de)措(cuo)施(shi),從(cong)無(wu)線(xian)資(zi)源(yuan)管(guan)理(li)角(jiao)度(du)分(fen)析(xi),動(dong)態(tai)信(xin)道(dao)分(fen)配(pei)是(shi)十(shi)分(fen)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)案(an)。此(ci)外(wai),還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)不(bu)同(tong)運(yun)營(ying)商(shang)統(tong)一(yi)協(xie)調(tiao)網(wang)絡(luo)規(gui)劃(hua)等(deng)。
3.2 工程建設類方法
工程建設方案是在移動網絡規劃和建設的過程中,從工程的角度采用一些優化辦法改善無線幹擾。這些方法主要有:增加頻率保護帶、提高濾波精度、增加站址間距、優化天線安裝、限製設備參數等。
增zeng加jia頻pin率lv保bao護hu帶dai解jie決jue方fang案an是shi通tong過guo頻pin率lv規gui劃hua,使shi得de幹gan擾rao係xi統tong的de發fa射she頻pin段duan和he被bei幹gan擾rao係xi統tong的de接jie收shou頻pin段duan在zai頻pin域yu上shang得de到dao一yi定ding的de隔ge離li。隨sui著zhe隔ge離li的de增zeng大da,幹gan擾rao係xi統tong發fa射she機ji信xin號hao落luo入ru被bei幹gan擾rao接jie收shou機ji接jie受shou帶dai寬kuan內nei的de分fen量liang減jian小xiao,同tong時shi接jie收shou機ji接jie受shou濾lv波bo器qi對dui幹gan擾rao係xi統tong發fa射she信xin號hao的de衰shuai落luo加jia大da,由you此ci係xi統tong間jian幹gan擾rao減jian小xiao。
適shi當dang地di頻pin率lv保bao護hu帶dai可ke以yi有you效xiao緩huan解jie幹gan擾rao問wen題ti。同tong時shi,在zai考kao慮lv使shi用yong附fu加jia濾lv波bo器qi來lai限xian製zhi幹gan擾rao信xin號hao時shi,由you於yu理li想xiang線xian性xing的de濾lv波bo器qi難nan以yi實shi現xian,因yin此ci也ye需xu要yao留liu有you一yi定ding的de保bao護hu帶dai為wei濾lv波bo器qi提ti供gong過guo渡du帶dai。但dan另ling一yi方fang麵mian,由you於yu頻pin率lv資zi源yuan的de稀xi缺que,以yi及ji發fa射she、接收濾波器頻率響應特性的不同,使用保護帶時也應綜合考慮其他幹擾解決方案,盡量減少保護帶寬的大小。
提(ti)高(gao)濾(lv)波(bo)精(jing)度(du)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)在(zai)原(yuan)有(you)設(she)備(bei)的(de)無(wu)線(xian)收(shou)發(fa)係(xi)統(tong)基(ji)礎(chu)上(shang),通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)濾(lv)波(bo)器(qi)或(huo)附(fu)加(jia)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)發(fa)射(she)機(ji)或(huo)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)濾(lv)波(bo)特(te)性(xing),達(da)到(dao)係(xi)統(tong)間(jian)共(gong)存(cun)所(suo)需(xu)的(de)隔(ge)離(li)度(du)。提(ti)高(gao)濾(lv)波(bo)精(jing)度(du)是(shi)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)幹(gan)擾(rao)的(de)途(tu)徑(jing)之(zhi)一(yi),但(dan)也(ye)意(yi)味(wei)著(zhe)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。
增加站址間距方法可以有效降低幹擾,但此方法受到站址資源匱乏和多運營商共存情況等的限製,具體工程實施難度較大。
優化天線安裝包括天線傾角、方位角、垂直和水平隔離等,通過采取一些優化措施,提高天線間的耦合損失,降低幹擾。
限製設備參數是規定足夠的設備指標來保證收發頻率相鄰的共存問題,主要有嚴格限製發射功率等。
4、結論
分析不同的無線幹擾情形,有針對性的采取相關解決措施,進而在技術演進、設備研發、網絡規劃、係統建設、運營和優化中,減弱乃至消除幹擾是一個重要的研究領域。在3G建設前夜,尤其需要我國的科研和工程技術人員為打造精品網絡、構造和諧通信作出更多的努力。
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