無線通信系統頻率干擾及其解決方案研究
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關鍵詞 頻率干擾 無線通信
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、百技爭鳴的局面，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干擾而面臨不可忽視的問題。
1、頻率干擾原理分析
無線干擾的產生是多種多樣的，原有的專用無線電系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，都是無線通信網絡射頻干擾產生的原因。工作于不同頻率的系統間的共存干擾，本質上都是由于發射機和接收機的非完美性造成的。通常，有源設備在發射有用信號的同時，由于器件本身的原因和濾波器帶外抑制的限制，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系統的工作頻帶內，就會對其形成干擾。
對于無線系統而言，發射機在發射有用信號時會產生帶外輻射，它包括由于調制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機在接收有用信號的同時，落入信道內的干擾信號可能會引起接收機靈敏度的損失，落入接收帶寬內的干擾信號可能會引起帶內阻塞；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。系統對外來干擾的承受能力也與兩個因素有關：本身信號的強度，信號越強受干擾的機會越少；干擾信號的大小，干擾信號電平越小，信號受干擾程度越低。此外，發射機和接收機間的干擾還取決于兩個系統工作頻段的間隔和收發信機空間隔離等因素。
無線和移動通信系統的干擾主要有同頻干擾、鄰頻干擾、帶外干擾、互調干擾和阻塞干擾。
2、無線通信系統頻率干擾情形
從我國的實際情況看，主要的無線通信技術將有：屬于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系的TDD系統TD-SCDMA和FDD系統WCDMA／DMA2000、應用于寬帶無線接入的WLAN／WiMAX、立足于短距離通信的UWB以及將應用于無線識別的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，因而必須考慮其干擾情形。
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。
2.2 無線干擾基本情形
由圖1可以看出，GSM1800、PHS、SCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等無線系統的頻段直接相鄰或重合，難以避免之間的相互干擾，而UWB的超寬帶的特點也會造成干擾，如圖2所示。
圖1 我國無線通信技術現有頻譜分配
圖2 無線干擾示意圖
2.3 移動通信系統干擾
移動通信系統中的各種干擾一般可以分為小區內的干擾、小區間的干擾、不同通信制式之間的干擾、不同運營商之間的干擾、系統設備造成的干擾等。
小區內的干擾主要有多徑干擾、遠近效應和多址干擾等。這些干擾的產生是由無線信道的時變性和電磁波傳播過程中的時延與衰落等特點決定的，當相鄰小區采用同一頻率時產生的干擾，對于TDD系統來說尤為嚴重。TDD系統與FDD系統之間的干擾，主要是TDD信道（包括上行信道和下行信道）與FDD上行信道之間的干擾。除了上面的干擾之外，不同運營商之間的干擾、系統設備造成的干擾等也是需要加以考慮的問題。
3、干擾解決方案
無線通信系統中的干擾雖然普遍存在，但根據干擾的產生根源和干擾情況的分析，結合計算機仿真和大范圍的現場試驗，也找到了一些降低和消除干擾的有效辦法。這些方法主要分為兩大類：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，小區內干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、功率控制、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。而小區間的干擾以及TDD與FDD系統間的干擾，可以從物理層技術方面考慮，也可以從高層的無線資源管理技術著手。從物理層來看，同步技術和智能天線技術是很好的措施，從無線資源管理角度分析，動態信道分配是十分有效的方案。此外，還需要考慮不同運營商統一協調網絡規劃等。
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干擾。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、限制設備參數等。
增加頻率保護帶解決方案是通過頻率規劃，使得干擾系統的發射頻段和被干擾系統的接收頻段在頻域上得到一定的隔離。隨著隔離的增大，干擾系統發射機信號落入被干擾接收機接受帶寬內的分量減小，同時接收機接受濾波器對干擾系統發射信號的衰落加大，由此系統間干擾減小。
適當地頻率保護帶可以有效緩解干擾問題。同時，在考慮使用附加濾波器來限制干擾信號時，由于理想線性的濾波器難以實現，因此也需要留有一定的保護帶為濾波器提供過渡帶。但另一方面，由于頻率資源的稀缺，以及發射、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干擾解決方案，盡量減少保護帶寬的大小。
提高濾波精度解決方案是在原有設備的無線收發系統基礎上，通過使用高精度濾波器或附加濾波器來進一步提高發射機或接收機的濾波特性，達到系統間共存所需的隔離度。提高濾波精度是有效解決干擾的途徑之一，但也意味著成本的增加。
增加站址間距方法可以有效降低干擾，但此方法受到站址資源匱乏和多運營商共存情況等的限制，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，降低干擾。
限制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，主要有嚴格限制發射功率等。
4、結論
分析不同的無線干擾情形，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、系統建設、運營和優化中，減弱乃至消除干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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