高压架空送电线路对移动通信基站的无线电干扰影响

高压架空送电线路对移动通信基站的无线电干扰影响

随着能源和通信网络的快速发展，高压输送线和移动通信基站越建越多，高压输送线对移动通信基站的无线干扰影响越来越明显。为科学、可靠、有据地处理好高压架空送电线路对移动通信基站的无线电干扰影响问题,本文在分析移动通信基站工作特性、高压架空送电线路无线电干扰特点、高压架空送电线路对移动通信信号可能存在的无线电干扰影响等基础上,通过对多径信号影响仿真计算、现场测试和对邻近送电线路的移动通信基站的运行情况的调查分析,得出了高压架空送电线路对移动通信基站无线电干扰影响问题的初步结论。1理论分析1.1垂直极化波和垂直极化波目前,我国使用的移动通信系统主要有GSM和CDMA数字蜂窝移动通信系统,基站与移动用户间分别采用TDMA+FDMA和CDMA多址接入方式,工作频率为900MHz和1800MHz(第3代移动通信系统将采用2000MHz或更高的频率),对应的工作波长为0.333m和0.167m,采用垂直极化波传送,基站天线的水平方向图一般为全向,垂直方向图主瓣具有一定下倾角,在基站天线周围不同方向、不同高度、不同距离的信号场强有所不同。由于采用高效纠错/检测编码、信道编码和交织处理、GMSK(高斯最小频移键控)窄带调制技术,因此,移动通信信号具有很强的抗干扰能力。1.2早期无线电干扰高压架空送电线路的无线电干扰可分为有源干扰和无源干扰两大类。有源干扰主要集中在中、短波段,由导线的电晕产生。甚高频及以上频段的无线电干扰主要来自绝缘子表面放电和绝缘子金具串接触不良产生的火花放电。电晕干扰的脉冲重复率高,火花干扰的脉冲重复率低,有源干扰场强随频率增加而迅速减小(20MHz以后就相当弱了),随距离增大而迅速降低。无源干扰主要由送电线路铁塔的二次辐射产生,与被影响信号的频率、极化方式及相对位置等因素有关。1.3对移动通信信号的影响送电线路导线和铁塔距移动通信基站至少几十米,移动用户距基站为几十米至数千米,送电线路对基站发射信号和移动用户接受信号的无线电干扰影响主要表现在以下几方面:(1)送电线路带电时,电晕和火花放电产生的无线电干扰,其频谱主要集中在中、短波段,到甚高频尤其特高频已是极其微弱,对几十米外的基站天线的发射和移动用户的接收不可能造成任何干扰影响。即送电线路有源干扰对移动通信信号的影响可不予考虑。这可通过实测送电线路带电和不带电2种条件下,线路附近某点的移动通信信号变化情况来说明。(2)送电线路不带电时,水平导线原则上不会对基站发射的垂直极化信号产生影响,由于导线截面不大,导线的遮挡也很小,而垂直的铁塔将受到基站发射的垂直极化信号的激励而感应电流,产生二次辐射。基站天线接收到送电线路铁塔产生的二次辐射信号后,可能影响其输入阻抗和辐射特性。但由于基站发射信号的波长很短,频率为900MHz时的波长为0.333m,频率为1800MHz时的波长为0.167m,即使送电线路铁塔距基站天线50m远,也有150(900MHz)和300(1800MHz)个波长,送电线路铁塔对基站天线的输入阻抗和辐射方向图的影响完全可不予考虑。即送电线路二次辐射对基站发射信号的影响可不予考虑。(3)当移动用户位于送电线路铁塔附近时,用户在接受基站发送的直达信号的同时,还可能会收到经铁塔反射过来的多径信号。由于移动通信信号的波长较短,铁塔不能视为一个实体,因此,经铁塔反射的多径信号可能是多个方向,多径信号对用户接收效果的影响将减弱,特别是在用户离开铁塔较远时,这种影响会更小。这可通过仿真分析和基站及用户的实际使用情况来证明。2次反射信号的影响由前面的理论分析可知,送电线路对移动通信信号的影响主要表现在铁塔产生的多径信号对移动用户的干扰影响。多径信号主要由移动通信基站发出的信号经送电线路铁塔边缘多次反射和绕射到达信号接收点。根据几何绕射理论可知,在直射、反射场存在的情况下,绕射场是相对微弱的,另外,信号经过多次反射后,衰减急剧增大。因此,送电线路铁塔引起的多径信号干扰主要取决于一次反射信号的强弱。一次反射信号的强弱在送电线路铁塔材料和信号频率一定时取决于送电线路铁塔、基站和用户三者间的相对位置。经仿真计算,移动通信基站发出的信号经铁塔一次反射后,对用户接受信号的影响在基站与铁塔间距小于40m时较明显;当二者间距大于50m时,反射信号的损耗已大于20dB。可见,当基站与铁塔间距大于50m时,一次反射信号的影响很小,可忽略不计。另外,在仿真计算中,假设铁塔为6m宽的铁板,实际影响必定更小。3测试结果分析为获得送电线路对移动通信信号的有源干扰影响和无源干扰影响的测试数据,分别于2002年5月和12月实测了某新建500kV架空送电线路在该送电线路未建、建成未带电和带电3种情况下,距该送电线路189m处的某移动通信基站在不同地点的信号场强。送电线路与移动通信基站及测试地点的相对位置关系见图1。测试结果见表1。从表1可知:(1)虽然2号测点在新建500kV送电线路建成未带电时,有用信号最大值较未建时低3dB,而1号测点却低了5dB。可见,有用信号场强测试值的降低,与新建500kV送电线路的建成与否关系不大。即新建500kV送电线路对移动通信基站没有产生无源干扰影响。(2)2号测点在新建500kV送电线路带电时,有用信号最大值比建成未带电时低7dB,1号测点也低2dB,其他频率时的信号电平也低3dB。可见,有用信号场强测试值的降低,与新建500kV送电线路的带电与否关系不大。即新建500kV送电线路通电并未对移动通信基站的有用信号产生有源干扰影响。(3)2号测点与l号测点比较,有用信号最大值比新建500kV送电线路未建时高8dB,比新建500kV送电线路建成未带电时高10dB,比新建500kV送电线路带电时高5dB,而其他频率上的背景信号电平几乎完全相同,这主要是由于2个测点与移动通信基站天线的仰角不同而引起的。4移动通信党组织运行情况为核实送电线路对移动通信基站的实际影响,先后对2个具有一定代表性的移动通信基站进行了运行情况调查。2003年1月27日,对距某110kV架空送电线路约15m的1个移动通信基站的运行情况进行了调查,结论为“几年来,基站工作情况正常,未收到移动用户对通信效果不良的反映”。2003年1月30日,对距新建500kV送电线路约189m、距已建500kV送电线路约280m的某移动通信基站的运行情况进行了调查,结论为“在送电线路建成前、后,基站均能正常运行,也未收到移动用户对通信效果不良的反映”。对移动通信基站实际运行情况调查结果表明,即使在高压架空送电线路附近,基站也能正常运行,对移动用户的通信效果未产生不良影响。5送电线路与移动通信党组织间距通过理论研究、仿真分析、实际测试和运行调查,得出结论如下:5.1在900MHz及以上的通信频率上,高压架空送电线路与移动通信基