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無線通信系統(tǒng)頻率干擾及其解決方案研究 |
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[ 通信界 / 數(shù)據(jù)通信 / m.6611o.com / 2006/10/2 9:48:38 ] |
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隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，全球信息網(wǎng)絡(luò)正在快速向以IP為基礎(chǔ)的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）演進(jìn)。未來全球個人多媒體通信的寬帶化、移動化的技術(shù)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(biāo)正在日益變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。當(dāng)前，各種無線技術(shù)呈現(xiàn)出百花齊放、百技爭鳴的局面，這在加速無線應(yīng)用普及的同時，也因無線技術(shù)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(chǎn)生是多種多樣的，原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、不同運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、發(fā)信機(jī)自身設(shè)置問題、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容（EMC）等，都是無線通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。工作于不同頻率的系統(tǒng)間的共存干擾，本質(zhì)上都是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非完美性造成的。通常，有源設(shè)備在發(fā)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(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號，這些信號落到其他無線系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi)，就會對其形成干擾。
對于無線系統(tǒng)而言，發(fā)射機(jī)在發(fā)射有用信號時會產(chǎn)生帶外輻射，它包括由于調(diào)制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射。接收機(jī)在接收有用信號的同時，落入信道內(nèi)的干擾信號可能會引起接收機(jī)靈敏度的損失，落入接收帶寬內(nèi)的干擾信號可能會引起帶內(nèi)阻塞；同時接收機(jī)也存在非線性帶來的非完美性，帶外信號（發(fā)射機(jī)有用信號）會引起接收機(jī)的帶外阻塞。
有源設(shè)備產(chǎn)生的帶外雜散、諧波、互調(diào)等無用信號的強(qiáng)度除了與設(shè)備本身的質(zhì)量有關(guān)以外，還與兩個因素有關(guān)：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(yuǎn)，無用信號越小。系統(tǒng)對外來干擾的承受能力也與兩個因素有關(guān)：本身信號的強(qiáng)度，信號越強(qiáng)受干擾的機(jī)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(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的干擾還取決于兩個系統(tǒng)工作頻段的間隔和收發(fā)信機(jī)空間隔離等因素。
無線和移動通信系統(tǒng)的干擾主要有同頻干擾、鄰頻干擾、帶外干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。
2、無線通信系統(tǒng)頻率干擾情形
從我國的實(shí)際情況看，主要的無線通信技術(shù)將有：屬于第二代蜂窩移動通信技術(shù)的GSM和窄帶CDMA、定位為固定電話補(bǔ)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(tǒng)TD-SCDMA和FDD系統(tǒng)WCDMA／DMA2000、應(yīng)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(yīng)用于無線識別的FRID等。這些技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域雖然有所重合，但其特定的市場需求，將在較長時期內(nèi)共存，因而必須考慮其干擾情形。
2.1 現(xiàn)有無線通信頻譜方案
我國現(xiàn)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(tǒng)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(diǎn)也會造成干擾，如圖2所示。
圖1 我國無線通信技術(shù)現(xiàn)有頻譜分配
圖2 無線干擾示意圖
2.3 移動通信系統(tǒng)干擾
移動通信系統(tǒng)中的各種干擾一般可以分為小區(qū)內(nèi)的干擾、小區(qū)間的干擾、不同通信制式之間的干擾、不同運(yùn)營商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)備造成的干擾等。
小區(qū)內(nèi)的干擾主要有多徑干擾、遠(yuǎn)近效應(yīng)和多址干擾等。這些干擾的產(chǎn)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(diǎn)決定的，當(dāng)相鄰小區(qū)采用同一頻率時產(chǎn)生的干擾，對于TDD系統(tǒng)來說尤為嚴(yán)重。TDD系統(tǒng)與FDD系統(tǒng)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(yùn)營商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)中的干擾雖然普遍存在，但根據(jù)干擾的產(chǎn)生根源和干擾情況的分析，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和大范圍的現(xiàn)場試驗(yàn)，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(shù)類和工程建設(shè)類。
3.1 基本技術(shù)類方法
從具體技術(shù)角度分析，小區(qū)內(nèi)干擾可以采用設(shè)計(jì)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(fā)送、聯(lián)合檢測、智能天線、空時處理等信號處理技術(shù)加以改善或解決。而小區(qū)間的干擾以及TDD與FDD系統(tǒng)間的干擾，可以從物理層技術(shù)方面考慮，也可以從高層的無線資源管理技術(shù)著手。從物理層來看，同步技術(shù)和智能天線技術(shù)是很好的措施，從無線資源管理角度分析，動態(tài)信道分配是十分有效的方案。此外，還需要考慮不同運(yùn)營商統(tǒng)一協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。
3.2 工程建設(shè)類方法
工程建設(shè)方案是在移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的過程中，從工程的角度采用一些優(yōu)化辦法改善無線干擾。這些方法主要有：增加頻率保護(hù)帶、提高濾波精度、增加站址間距、優(yōu)化天線安裝、限制設(shè)備參數(shù)等。
增加頻率保護(hù)帶解決方案是通過頻率規(guī)劃，使得干擾系統(tǒng)的發(fā)射頻段和被干擾系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)射機(jī)信號落入被干擾接收機(jī)接受帶寬內(nèi)的分量減小，同時接收機(jī)接受濾波器對干擾系統(tǒng)發(fā)射信號的衰落加大，由此系統(tǒng)間干擾減小。
適當(dāng)?shù)仡l率保護(hù)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(shí)現(xiàn)，因此也需要留有一定的保護(hù)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(fā)射、接收濾波器頻率響應(yīng)特性的不同，使用保護(hù)帶時也應(yīng)綜合考慮其他干擾解決方案，盡量減少保護(hù)帶寬的大小。
提高濾波精度解決方案是在原有設(shè)備的無線收發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過使用高精度濾波器或附加濾波器來進(jìn)一步提高發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的濾波特性，達(dá)到系統(tǒng)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(yùn)營商共存情況等的限制，具體工程實(shí)施難度較大。
優(yōu)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(yōu)化措施，提高天線間的耦合損失，降低干擾。
限制設(shè)備參數(shù)是規(guī)定足夠的設(shè)備指標(biāo)來保證收發(fā)頻率相鄰的共存問題，主要有嚴(yán)格限制發(fā)射功率等。
4、結(jié)論
分析不同的無線干擾情形，有針對性的采取相關(guān)解決措施，進(jìn)而在技術(shù)演進(jìn)、設(shè)備研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)營和優(yōu)化中，減弱乃至消除干擾是一個重要的研究領(lǐng)域。在3G建設(shè)前夜，尤其需要我國的科研和工程技術(shù)人員為打造精品網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)造和諧通信作出更多的努力。 |
作者：數(shù)據(jù)通信 合作媒體：數(shù)據(jù)通信 編輯：顧北 |
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