阻塞干扰的分析.doc

论文阻塞干扰的分析2004-3-10入选第一届无线电业务电磁兼容技术研讨会论文集 Analysis of the Blocking Interference 广东省汕头无线电监测站 林少龙 摘要：本文介绍了无线电通信中阻塞干扰的原理，对实际应用中的阻塞干扰情况进行分析，讨论了接收机阻塞指标的测试方法以及防止阻塞干扰的措施。 在分析无线电通信系统的干扰问题时，经常讨论的干扰类型为同频道干扰、邻道干扰、互调干扰、杂散辐射干扰，而很少有涉及阻塞干扰的情况。实际上，阻塞干扰也是无线电通信系统中需要考虑的一个重要方面，特别是系统的规划、设计及工程安装中，必须注意避免阻塞干扰情况的出现，以免影响通信系统的质量。因此，对阻塞干扰进行分析探讨，具有较大的实际意义。 一、 阻塞干扰的原理 当外界存在一个很强的干扰信号，虽然频率上不造成互调或同频、邻频干扰，但作用于收信机前端电路后，由于收信机的非线性仍能造成对有用信号增益的降低（受到抑制）或噪声提高，使接收机灵敏度下降，这种现象就是接收机的阻塞。相应的，这种干扰称为阻塞干扰。 下面，以两个电压旋转矢量相加来看强干扰阻塞的情况。设有用信号 Us=Uscosst 干扰信号 Un=Uncosnt 当它们叠加在一起时，合成信号为 Ub=Us+Un= Uscosst+Uncosnt 经三角变换并考虑了干扰信号很强（即UnUs）后，得合成信号为： Ub=Un1+mo cos(s-n)tcosnt+mosin(s-n)t = Un(1+mo cost)cos(nt+mosint) 式中：mo=Us/Un =s-n 这是一个调幅调相波，式中Un(1+mo cost)相当于一个调幅波，mo为调幅度，为调制频率，而Uncos(nt+mosint)相当于一个调相波。 由此可见，一个有用信号（弱的）与一个干扰信号（强的）叠加后其合成信号将变为一个频率以干扰信号的载频为中心的调幅调相波，其幅度变化反映有用信号的包络调制规律。 当强干扰和弱信号被接收机接收后，工作在高频放大或混频级的晶体管传递特性进入饱和区或截止区而呈现非线性，经过鉴频器前的双向限幅，合成信号的包络大部分被削掉而只保留了调相部分，由于保留了调相部分，故合成信号的相位变化中还会有有用信号。但由于UnUs，故mo很小，而干扰信号Un却很大，因而使输出信噪比显著下降，形成灵敏度降低和阻塞。干扰信号幅度Un越大，阻塞越严重。如果收信机接收到的有用信号的功率太强，也回出现类似的情况，称为强信号阻塞。 作为衡量阻塞干扰指标主要有二个，即阻塞频带和阻塞电平。设固定电平的干扰电压Un，并由远端向工作频率靠近，使收信机的信纳比（SINAD）下降3dB时，信号与干扰的频率差：f=|fs-fn|称为阻塞频带。设fc=|fs-fn|为某一常数，调整干扰电平使有用信号的信纳比下降3dB时，其对应的输入电平叫阻塞电平。收信机的阻塞频带越宽越易受到外来强信号的阻塞干扰，而阻塞电平越高则表示收信机抗拒强干扰信号能力越强。 二、 阻塞对通信系统的影响在对接收机的抗干扰性能进行测试时，有五项双信号测试的重要指标，即接收机的同频道抑制（SC）、邻道选择性（SA）、阻塞（SB）、互调抑制（SI）和杂散响应抑制（SS）。其中，阻塞指标所描述的主要是接收机在标称工作频率（110）MHz范围内的抗干扰性能。 一般的，接收机进行双信号测试指标要求与频率的关系可以用图1表示。 接收机的阻塞指标不符合要求或者系统之间产生阻塞干扰，将严重影响通信系统的通信距离和通信质量。 目前，很多通信系统为双工系统,由于收发同时工作，除了收信频率与发信频率间必须有一保护带，还必须使收发之间互不影响，因此系统需要使用双工器。在双工系统中，发信机的射频功率对收信机的影响有二个方面：一是发信频谱在收信通道内的噪声会直接进入接收机，因而影响信噪比；二就是发信频率上的强信号会使接收机产生阻塞。为了消除阻塞干扰影响，就必须使进入接收机前级的本机发射的信号抑制到阻塞电平以下。双工滤波器的使用就是为了解决这两个方面的影响，其中，第一方面的影响要靠收信滤波器来解决。 收信滤波器对发信频率所需的衰减A收与收信机的阻塞指标有关，其关系如下式： A收（dB）PT(dBm) SB(dB)-PS(dBm)+衰减余量（dB）式中，PT为发信载波功率，SB为收信机阻塞干扰电平，PS为达到收信机灵敏度所需的输入信号功率。衰减余量取决于收信灵敏度受发信影响的程度。当衰减余量为0时，收信灵敏度将恶化3dB。 例如，接收机灵敏度为-115dBm，阻塞指标为90dB，发信功率为20W（43dBm），则由上式可计算出收信滤波器对发信频率的衰减应为： A收（dB）43dBm90dB+115dBm+3dB=71dB 通常的，对于双工工作状态，由于耦合效应使发信机功率转换到收信机而使其灵敏度恶化的现象称为“减敏”。 在很多系统的研制及有关标准的制定中，都充分考虑到了阻塞干扰的问题。例如，在CT-2公共空中接口（CAI）标准中，对于手机呼叫基台的同步问题，规定了同步必须以基台为主。即必须由基台来同步手机，而不能是手机来同步基台。为什么呢？在CT-2系统中，基台设置有多个信道，这些信道采用时分双工工作，如果一个基台的信道处于发状态，另一个信道处于收状态，尽管信道频率不同，但由于处在同一台址，因而有可能发的信号会阻塞干扰处于收的状态的收信机，使系统不能工作。正是考虑了阻塞干扰的影响，才规定了各信道的收发必须保持同步一致，即同时收，同时发。对于一些频率相近的无线电通信系统，当台站之间的距离比较近时，就需要考虑阻塞干扰的问题。如，对于目前中国联通的CDMA（基站发射频段为870880MHz）基站和中国移动的GSM基站(基站接收频段为885909MHz)，由于两系统之间只有5MHz频带，因此如果两系统基站天线靠得太近，将会产生阻塞干扰问题，即CDMA系统的发射信号阻塞GSM系统的接收机，从而影响GSM系统的正常运行。 三、阻塞干扰实例分析在无线电设备安装调试过程以及无线电干扰的处理方面，都有可能碰到阻塞干扰的情况。其主要特征是系统设备各项指标正常，但系统通信距离明显缩短，通信质量明显下降。 在组建汕头市某单位的汽车调度无线电通信系统时，就碰到阻塞干扰的情况。该系统指配的频率为422.925 MHz，在监测站监测和用HP8591E频谱仪在现场进行测试，没有发现存在干扰信号情况，因而初步确定该频率可用。该通信系统使用MOTOROLA公司生产的M120对讲机作为固定台，采用6dB全向天线，天线高度为35米。在进行设备安装调试时发现，固定台与车载台（同样采用M120对讲机）的下行通信距离约25公里，但上行的通信距离只有2公里左右。对固定台和车载台的功率、灵敏度度指标进行测试，均符合要求，是什么原因造成这种结果呢？经过仔细分析，发现是该固定台周围有几台工作于410MHz频段的BP台链路发射机造成的，这些发射机的功率都在50-100W之间，正是这些强信号使得固定台工作时出现了阻塞干扰现象。后来该通信系统工作频率改为403.550MHz，马上恢复正常，系统的上下行通信距离均达到了25公里左右。 强信号的阻塞，可以使得飞机与地面的通信距离缩短到几公里，对飞行安全构成威胁。在寻呼业快速发展的高峰期，汕头（空军）机场曾多次要求汕头监测站协助处理无线电干扰，其中，有好几次都确认为是强信号引起的阻塞干扰情况，其强干扰信号来自于机场周围的BP台发射机。 在组建150MHz 通信网时，有时会发现固定台天线设置得越高，通信效果越差，这也是阻塞干扰造成的结果。在组建汕头市交通经济出租汽车公司和金园运输服务公司的无线电调度系统时，均碰到这种现象，而其共同点都是台站周围存在着大功率的BP台发射机。后来通过加装接收滤波器、调整固定台天线高度解决了问题。 在工程中，如果发现固定台接收不到信号（采用高增益全向天线），而手持台却可以收到信号，就要考虑是否存在阻塞干扰。 在双工无线电通信系统的安装调试中，需要对双工器进行精心调整，以使系统能达到最好的通信效果。例如，对于450MHz中转台，如果双工器没有调整好，那么其通信覆盖范围（上行）将大大缩短。实践中发现，本来通信范围可以达到半径20公里的系统，如果双工器调整不好，有可能使覆盖范围半径缩短到几公里甚至一公里以内。 四、 接收机阻塞指标的测试一九九三年，国家无线电监测中心在VHF-UHF收发信机的指标和测试方法中，对接收机阻塞指标的定义、指标要求和测试方法作出了规定。 定义：阻塞是由于另外频率的不希望信号引起希望信号的音频输出功率变化（一般为减少）或信纳比降低。 指标要求：在标称频率两旁+1MHz+10MHz、-1MHz-10MHz频率范围内，任何频率的阻塞电平应不低于90dB（基台、车载台）、70dB（手持台）。 测量方法方面，根据实际操作情况，可以按照下面步骤进行： 按图2连接测试设备，注意阻抗匹配； 射频信号发生器（2）关闭，发生器（1）输出由标准测试音调制的射频信号（调制音为1KHz、失真1%、频偏为最大允许频偏的60%）。调节接收机音量控制旋钮，使音频输出达到额定功率值的50%； 降低信号发生器（1）的电平，使接收机的信纳比为12dB。记录此时信号发生器（1）的输出射频电平V1； 将信号发生器（1）的输出电平增大到比V1高3dB； 打开信号发生器（2），不加调制，频率在接收标称频率（110）MHz之间变化； 缓慢改变信号发生器（2）的频率，并调整其输出电平，直至接收机的输出信纳比降至12dB或音频输出功率下降3dB为止。记录此时信号发生器（2）的输出电平V2； 在不同的频率上重复上一步骤，逐一记录信号发生器（2）的输出电平V2。取V2中的最小值V2min； 接收机的阻塞指标为 SB=20lg(V2min/V1) (dB) 五、 怎样避免阻塞干扰的出现 为避免出现阻塞干扰，要注意下列几个方面问题： 1 在无线电系统设备的选择方面，要考虑接收机的阻塞指标是否符合要求。 2 在双工系统中，要注意对天线共用装置的调整，特别是对收信滤波器的调试，要使滤波器对发信频率的衰减满足要求。 3 系统之间的天线距离尽可能不要靠得太近，如果设置在同一地点或相距太近，则必须采取加装发射滤波器和接收滤波器等措施。如，对于CDMA与GSM系统基站天线水平之间距离小于10米时，要求对CDMA基站及GSM基站都加装适当的滤波器。 4 在频率指配时，就要注意台站地址与频率的关系，对于一些设置在同一台址的无线电系统，要避免发信频率与其