主頁（http://www.130131.com）：機場集群通信系統(tǒng)干擾分析及處置

摘要：對講機是機場地面通信的重要工具，為解決部分建筑物對信號的阻擋問題，在信號覆蓋較差地方架設直放站(直放站由天線、射頻雙工器、低噪聲放大器、混頻器、電調(diào)衰減器、濾波器、功率放大器等元器件或模塊組成上、下行放大鏈路。其工作的基本原理是：用前向天線<施主天線>將基站的下行信號接收進直放機，通過低噪放大器將有用信號放大，抑制信號中的噪聲信號，提高信噪比；再經(jīng)下變頻至中頻信號，經(jīng)濾波器濾波，中頻放大，再移頻上變頻至射頻，經(jīng)功率放大器放大，由后向天線<重發(fā)天線>發(fā)射到移動臺；同時利用后向天線接收移動臺上行信號，沿相反的路徑由上行放大鏈路處理：即經(jīng)過低噪放大器、下變頻器、濾波器、中放、上變頻器、功率放大器再發(fā)射到基站。從而達到基站與移動臺的雙向通信)，但是在實際運行過程出現(xiàn)了對講機信號的干擾。本文通過一起案例，詳細闡述了干擾的處置過程，希望在以后集群網(wǎng)布局和互調(diào)干擾排查時出現(xiàn)類似情況對大家有所參考和幫助。

無錫市蘇南碩放國際機場為軍民合用機場，飛行跑道長3 200m，寬50m，飛行區(qū)等級為4E,可直飛東京、大阪、首爾、濟州、曼谷、新加坡、暹粒、臺北、香港、澳門等國際（地區(qū)）城市。2013年旅客吞吐量達360萬人次，年貨郵吞吐量達8.4萬噸。場內(nèi)還駐有東方航空江蘇有限公司無錫分公司及深圳航空無錫公司兩家駐場單位，因此機場業(yè)務量非常繁忙，對講機業(yè)務需求量很大，故架設4信道模擬集群通信系統(tǒng)一套（中繼臺選用建伍TKR-750,控制器使用SMARTTUNK 850），使用各類對講機300部。如圖1所示為機場大致平面圖。

圖1 蘇南碩放國際機場平面圖

從圖1中可以看出，機場內(nèi)高度較高、且占地面積大建筑物的為航站樓、以及部隊機庫等，由于航站樓頂無法架設對講機天線，如果天線架設到跑道對面的塔臺，但塔臺只有20米高，比航站樓低了近10m，陸側(cè)信號會被航站樓阻擋，因此，當時選取了相對較高的行政辦公樓頂架設了對講機天線，但由于航站樓以及部隊機庫的阻礙，使得機坪部分位置以及跑道南端信號不好，影響對講機通信質(zhì)量。為解決上述問題，我們在航站樓機坪側(cè)及南下滑附近架設兩個直放站，從基站發(fā)射天線處通過耦合器耦合出兩路射頻信號，通過光纖分別傳到上述兩處直放站，并通過天線輻射出去。如圖2所示，這兩個直放站建立后，上述區(qū)域信號大大改善，基本消除了信號盲區(qū)。

圖2 直放站分布圖

運行一段時間后，用戶反映對講機使用過程中經(jīng)常受到嚴重干擾，這個干擾有時是來自系統(tǒng)內(nèi)部，如機場地服的通話會串到機場護衛(wèi)波道等等，嚴重影響正常的機場調(diào)度指揮。為此，我們對幾個干擾比較嚴重的區(qū)域進行實地測試，監(jiān)測人員用PR-100接收機對機場使用的集群頻點進行測試，發(fā)現(xiàn)確實存在嚴重的干擾現(xiàn)象，而且該干擾現(xiàn)象有3種不同的變化規(guī)律。

圖3 2個頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

圖4 3個頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

圖5 4個頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

為判斷干擾源，我們通過對信號進行測向，發(fā)現(xiàn)干擾信號主要來自于機場跑道南端，以及航站樓方向，經(jīng)過判別，發(fā)現(xiàn)該方向也正是機場集群通信系統(tǒng)的兩套直放站遠端機天線方向，。在通過詳細判斷，發(fā)現(xiàn)只要靠近兩個放置遠端機設備的區(qū)域均出現(xiàn)有相同的干擾現(xiàn)象。該遠端機裝置主要是將光纖傳輸來的射頻信號進行放大。當關閉遠端機時干擾隨之消失，但通話質(zhì)量受到嚴重影響，因此不能用關閉遠端機的方式解決此問題。我們試著調(diào)低遠端機放大器的功率，但是干擾信號仍舊存在，并且干擾現(xiàn)象并無明顯改善。那么干擾信號究竟從何而來？我們對機場的集群通信系統(tǒng)作進一步了解對干擾原因做了進一步分析。

機場集群通信系統(tǒng)共設置使用4組頻點，經(jīng)過對以上3幅圖形的分析，該干擾應是互調(diào)干擾導致，如圖3所示為2個頻率互調(diào)產(chǎn)生的，如圖4所示為3個頻率互調(diào)產(chǎn)生的，如圖5所示為4個頻率互調(diào)產(chǎn)生的。

根據(jù)圖2所示機場集群通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)由4組發(fā)射機組成，每個發(fā)射機設置一組頻點，為了擴大覆蓋范圍，利用耦合器將耦合的信號送入近端機，再通過光纖由遠端機將信號放大，實現(xiàn)信號覆蓋。那么測試互調(diào)干擾是從哪個環(huán)節(jié)上產(chǎn)生？我們決定順著信號的流程，逐步進行判別，首先選擇在集群通信系統(tǒng)主站附近測試，在開路測試的情況下并沒有明顯的互調(diào)干擾現(xiàn)象。隨后我們針對系統(tǒng)進行閉路測試。

圖6 開路測試的情況下并沒有明顯的互調(diào)干擾現(xiàn)象

圖7 系統(tǒng)發(fā)射單元偶合器的偶合口針對輸出接口測試

當在系統(tǒng)發(fā)射單元偶合器的偶合口和合路器口針對輸出接口測試時，發(fā)現(xiàn)均有互調(diào)信號。通過測試結(jié)果來分析判斷干擾的原因，該互調(diào)信號由合路器產(chǎn)生，再通過偶合口通過近端機分配到兩個遠端機進行放大，干擾由此而來。

圖8系統(tǒng)發(fā)射單元偶合器的合路器口針對輸出接口測試

找到了干擾源，那么如何解決呢？我們針對三個問題進行理論分析：1.該集群系統(tǒng)中的干擾從何而來？2.該集群通信系統(tǒng)互調(diào)的產(chǎn)生和性質(zhì)是什么？ 3.該集群通信系統(tǒng)的干擾如何處置？

首先，從互調(diào)的理論上分析，互調(diào)干擾分為有源互調(diào)和無源互調(diào)。有源互調(diào)干擾是指相同工作頻率電臺之間的干擾，能進入接收機通帶的外臺載波信號產(chǎn)生的同頻干擾。在日常監(jiān)測和干擾分析中有源互調(diào)是比較常見的干擾現(xiàn)象。通過對干擾機理的分析,認識到能在接收機中產(chǎn)生互調(diào)干擾的信號應滿足下述關系:

︳m Ƒ_T1±n Ƒ_T2︳=︳Ƒ_OR±B_R︳(1)

式中, Ƒ_T1和Ƒ_T2為兩個干擾發(fā)射頻率；Ƒ_OR為接收機調(diào)諧頻率；B_R為接收機中頻半帶寬；m 和n 為諧波數(shù), 取整數(shù)。將(1) 式歸一化為接收機基頻, 得到：

︳m f_T1/f_OR±nf_T2/f_OR︳=︳1±B_R/ f_OR︳(2)

兩個干擾信號混頻導致接收機受到嚴重干擾, 其頻率必須滿足( 3) 式:

式中, ƑOR為接收機調(diào)諧頻率；ƑN 為離接收機調(diào)諧頻率較近的干擾，發(fā)射頻率； ƑF 為離接收機調(diào)諧頻率較遠的干擾發(fā)射頻率；BR60為接收機60dB 半帶寬。無源互調(diào)干擾是指當多個頻率的載波信號通過一些無源器件時，都會產(chǎn)生互調(diào)失真。（如天線、電纜、雙工器等）由于不同頻率的信號在連接處的非線性混頻，從而產(chǎn)生不同幅度的互調(diào)產(chǎn)物。
當有多個頻率信號通過非線性電路時，便會相互調(diào)制產(chǎn)生互調(diào)失真，以二階和三階失真幅度為最大，階數(shù)越高失真越小。二階互調(diào)fa+fb、fa-fb等，因其頻率遠離主導信號頻率fa、fb，可不考慮：三階互調(diào)的兩種模型2fa-fb、fa+fb-fc，因其頻率接近或等于主導信號頻率，對通信的影響最大；三階以上互調(diào)失真幅度較小，均可不考慮。因此，我們主要考慮三階以下互調(diào)的影響。所有三階互調(diào)關系是固有特性，只要信號強度足夠，互調(diào)干擾是必然存在的。

根據(jù)上述理論推算，在理論上我們頻率的選擇已經(jīng)避免了三階互調(diào)關系，但如果手持電臺終端在近場的工作條件下，因為受到底噪的影響仍然無法避免這種干擾。而上述機場集群通信系統(tǒng)受干擾強度大范圍廣的原因是遠端；從現(xiàn)象上看是無源互調(diào)和有源放大的干擾，干擾是從無源的合路器口產(chǎn)生，在通過有源的遠端機口放大，從而在兩個遠端機附近引起了嚴重的干擾。

那怎樣來解決干擾呢？從上述分析結(jié)果來看，只要我們把無源合路器口合成的干擾消除掉，就可以解決了。根據(jù)自有空間內(nèi)電磁波損耗公式：

P(L)=32.4+20lgD+20lgF，其中：D:距離 F:頻率

考慮到無源的互調(diào)信號很弱，從公式上可以看出距離越遠,損耗就越高，我們先把集群通信系統(tǒng)中耦合口通向遠端機的接口切斷，再在遠端機的信號接口處換上一根拉桿天線，這樣做目的是為了遠端機放棄引用耦合口輸出的互調(diào)信號，用天線接收的主站信號來代替，再引入到遠端機進行信號放大。而原來無源合路器口合成的干擾通過空間自然衰減掉了。果然通過這樣的方法連接后，在兩個遠端機附近測試信號一切正常。干擾問題解決了。

圖9 兩個遠端機附近測試信號

以上是對此次干擾的排查情況和處置，通過分析可以知道，在對射頻信號放大系統(tǒng)中，把有用信號放大的同時，也會將一些干擾信號同步放大傳輸。其中一些雜散和互調(diào)的產(chǎn)生主要來自于設備內(nèi)部的功放模塊，發(fā)射機互調(diào)是由于直放站在多個發(fā)信機（載波）同時工作時，因合路器系統(tǒng)的隔離度不夠而導致信號相互耦合。干擾信號侵入發(fā)射機末級功率放大器，從而與有用信號之間開成互調(diào)產(chǎn)物，并隨有用信號發(fā)射，造成干擾。希望在以后集群網(wǎng)布局和互調(diào)干擾排查時出現(xiàn)類似情況對大家有所參考和幫助，分析有不當之處請指正。