主頁(yè)（http://www.130131.com）：機(jī)場(chǎng)集群通信系統(tǒng)干擾分析及處置

摘要：對(duì)講機(jī)是機(jī)場(chǎng)地面通信的重要工具，為解決部分建筑物對(duì)信號(hào)的阻擋問(wèn)題，在信號(hào)覆蓋較差地方架設(shè)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(hào)接收進(jìn)直放機(jī)，通過(guò)低噪放大器將有用信號(hào)放大，抑制信號(hào)中的噪聲信號(hào)，提高信噪比；再經(jīng)下變頻至中頻信號(hào)，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(dòng)臺(tái)；同時(shí)利用后向天線接收移動(dòng)臺(tái)上行信號(hào)，沿相反的路徑由上行放大鏈路處理：即經(jīng)過(guò)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(dá)到基站與移動(dòng)臺(tái)的雙向通信)，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)了對(duì)講機(jī)信號(hào)的干擾。本文通過(guò)一起案例，詳細(xì)闡述了干擾的處置過(guò)程，希望在以后集群網(wǎng)布局和互調(diào)干擾排查時(shí)出現(xiàn)類似情況對(duì)大家有所參考和幫助。

無(wú)錫市蘇南碩放國(guó)際機(jī)場(chǎng)為軍民合用機(jī)場(chǎng)，飛行跑道長(zhǎng)3 200m，寬50m，飛行區(qū)等級(jí)為4E,可直飛東京、大阪、首爾、濟(jì)州、曼谷、新加坡、暹粒、臺(tái)北、香港、澳門等國(guó)際（地區(qū)）城市。2013年旅客吞吐量達(dá)360萬(wàn)人次，年貨郵吞吐量達(dá)8.4萬(wàn)噸。場(chǎng)內(nèi)還駐有東方航空江蘇有限公司無(wú)錫分公司及深圳航空無(wú)錫公司兩家駐場(chǎng)單位，因此機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)量非常繁忙，對(duì)講機(jī)業(yè)務(wù)需求量很大，故架設(shè)4信道模擬集群通信系統(tǒng)一套（中繼臺(tái)選用建伍TKR-750,控制器使用SMARTTUNK 850），使用各類對(duì)講機(jī)300部。如圖1所示為機(jī)場(chǎng)大致平面圖。

圖1 蘇南碩放國(guó)際機(jī)場(chǎng)平面圖

從圖1中可以看出，機(jī)場(chǎng)內(nèi)高度較高、且占地面積大建筑物的為航站樓、以及部隊(duì)機(jī)庫(kù)等，由于航站樓頂無(wú)法架設(shè)對(duì)講機(jī)天線，如果天線架設(shè)到跑道對(duì)面的塔臺(tái)，但塔臺(tái)只有20米高，比航站樓低了近10m，陸側(cè)信號(hào)會(huì)被航站樓阻擋，因此，當(dāng)時(shí)選取了相對(duì)較高的行政辦公樓頂架設(shè)了對(duì)講機(jī)天線，但由于航站樓以及部隊(duì)機(jī)庫(kù)的阻礙，使得機(jī)坪部分位置以及跑道南端信號(hào)不好，影響對(duì)講機(jī)通信質(zhì)量。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)诤秸緲菣C(jī)坪側(cè)及南下滑附近架設(shè)兩個(gè)直放站，從基站發(fā)射天線處通過(guò)耦合器耦合出兩路射頻信號(hào)，通過(guò)光纖分別傳到上述兩處直放站，并通過(guò)天線輻射出去。如圖2所示，這兩個(gè)直放站建立后，上述區(qū)域信號(hào)大大改善，基本消除了信號(hào)盲區(qū)。

圖2 直放站分布圖

運(yùn)行一段時(shí)間后，用戶反映對(duì)講機(jī)使用過(guò)程中經(jīng)常受到嚴(yán)重干擾，這個(gè)干擾有時(shí)是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部，如機(jī)場(chǎng)地服的通話會(huì)串到機(jī)場(chǎng)護(hù)衛(wèi)波道等等，嚴(yán)重影響正常的機(jī)場(chǎng)調(diào)度指揮。為此，我們對(duì)幾個(gè)干擾比較嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，監(jiān)測(cè)人員用PR-100接收機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)使用的集群頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在嚴(yán)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(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

圖4 3個(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

圖5 4個(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生干擾

為判斷干擾源，我們通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)向，發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)主要來(lái)自于機(jī)場(chǎng)跑道南端，以及航站樓方向，經(jīng)過(guò)判別，發(fā)現(xiàn)該方向也正是機(jī)場(chǎng)集群通信系統(tǒng)的兩套直放站遠(yuǎn)端機(jī)天線方向，。在通過(guò)詳細(xì)判斷，發(fā)現(xiàn)只要靠近兩個(gè)放置遠(yuǎn)端機(jī)設(shè)備的區(qū)域均出現(xiàn)有相同的干擾現(xiàn)象。該遠(yuǎn)端機(jī)裝置主要是將光纖傳輸來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。當(dāng)關(guān)閉遠(yuǎn)端機(jī)時(shí)干擾隨之消失，但通話質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，因此不能用關(guān)閉遠(yuǎn)端機(jī)的方式解決此問(wèn)題。我們?cè)囍�調(diào)低遠(yuǎn)端機(jī)放大器的功率，但是干擾信號(hào)仍舊存在，并且干擾現(xiàn)象并無(wú)明顯改善。那么干擾信號(hào)究竟從何而來(lái)？我們對(duì)機(jī)場(chǎng)的集群通信系統(tǒng)作進(jìn)一步了解對(duì)干擾原因做了進(jìn)一步分析。

機(jī)場(chǎng)集群通信系統(tǒng)共設(shè)置使用4組頻點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)以上3幅圖形的分析，該干擾應(yīng)是互調(diào)干擾導(dǎo)致，如圖3所示為2個(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生的，如圖4所示為3個(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生的，如圖5所示為4個(gè)頻率互調(diào)產(chǎn)生的。

根據(jù)圖2所示機(jī)場(chǎng)集群通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)由4組發(fā)射機(jī)組成，每個(gè)發(fā)射機(jī)設(shè)置一組頻點(diǎn)，為了擴(kuò)大覆蓋范圍，利用耦合器將耦合的信號(hào)送入近端機(jī)，再通過(guò)光纖由遠(yuǎn)端機(jī)將信號(hào)放大，實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋。那么測(cè)試互調(diào)干擾是從哪個(gè)環(huán)節(jié)上產(chǎn)生？我們決定順著信號(hào)的流程，逐步進(jìn)行判別，首先選擇在集群通信系統(tǒng)主站附近測(cè)試，在開路測(cè)試的情況下并沒(méi)有明顯的互調(diào)干擾現(xiàn)象。隨后我們針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉路測(cè)試。

圖6 開路測(cè)試的情況下并沒(méi)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(duì)輸出接口測(cè)試

當(dāng)在系統(tǒng)發(fā)射單元偶合器的偶合口和合路器口針對(duì)輸出接口測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)均有互調(diào)信號(hào)。通過(guò)測(cè)試結(jié)果來(lái)分析判斷干擾的原因，該互調(diào)信號(hào)由合路器產(chǎn)生，再通過(guò)偶合口通過(guò)近端機(jī)分配到兩個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)進(jìn)行放大，干擾由此而來(lái)。

圖8系統(tǒng)發(fā)射單元偶合器的合路器口針對(duì)輸出接口測(cè)試

找到了干擾源，那么如何解決呢？我們針對(duì)三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行理論分析：1.該集群系統(tǒng)中的干擾從何而來(lái)？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(wú)源互調(diào)。有源互調(diào)干擾是指相同工作頻率電臺(tái)之間的干擾，能進(jìn)入接收機(jī)通帶的外臺(tái)載波信號(hào)產(chǎn)生的同頻干擾。在日常監(jiān)測(cè)和干擾分析中有源互調(diào)是比較常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)干擾機(jī)理的分析,認(rèn)識(shí)到能在接收機(jī)中產(chǎn)生互調(diào)干擾的信號(hào)應(yīng)滿足下述關(guān)系:

︳m Ƒ_T1±n Ƒ_T2︳=︳Ƒ_OR±B_R︳(1)

式中, Ƒ_T1和Ƒ_T2為兩個(gè)干擾發(fā)射頻率；Ƒ_OR為接收機(jī)調(diào)諧頻率；B_R為接收機(jī)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(jī)基頻, 得到：

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

兩個(gè)干擾信號(hào)混頻導(dǎo)致接收機(jī)受到嚴(yán)重干擾, 其頻率必須滿足( 3) 式:

式中, ƑOR為接收機(jī)調(diào)諧頻率；ƑN 為離接收機(jī)調(diào)諧頻率較近的干擾，發(fā)射頻率； ƑF 為離接收機(jī)調(diào)諧頻率較遠(yuǎn)的干擾發(fā)射頻率；BR60為接收機(jī)60dB 半帶寬。無(wú)源互調(diào)干擾是指當(dāng)多個(gè)頻率的載波信號(hào)通過(guò)一些無(wú)源器件時(shí)，都會(huì)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(hào)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(dāng)有多個(gè)頻率信號(hào)通過(guò)非線性電路時(shí)，便會(huì)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(yuǎn)離主導(dǎo)信號(hào)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(dǎo)信號(hào)頻率，對(duì)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(guān)系是固有特性，只要信號(hào)強(qiáng)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(guān)系，但如果手持電臺(tái)終端在近場(chǎng)的工作條件下，因?yàn)槭艿降自氲挠绊懭匀粺o(wú)法避免這種干擾。而上述機(jī)場(chǎng)集群通信系統(tǒng)受干擾強(qiáng)度大范圍廣的原因是遠(yuǎn)端；從現(xiàn)象上看是無(wú)源互調(diào)和有源放大的干擾，干擾是從無(wú)源的合路器口產(chǎn)生，在通過(guò)有源的遠(yuǎn)端機(jī)口放大，從而在兩個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)附近引起了嚴(yán)重的干擾。

那怎樣來(lái)解決干擾呢？從上述分析結(jié)果來(lái)看，只要我們把無(wú)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(wú)源的互調(diào)信號(hào)很弱，從公式上可以看出距離越遠(yuǎn),損耗就越高，我們先把集群通信系統(tǒng)中耦合口通向遠(yuǎn)端機(jī)的接口切斷，再在遠(yuǎn)端機(jī)的信號(hào)接口處換上一根拉桿天線，這樣做目的是為了遠(yuǎn)端機(jī)放棄引用耦合口輸出的互調(diào)信號(hào)，用天線接收的主站信號(hào)來(lái)代替，再引入到遠(yuǎn)端機(jī)進(jìn)行信號(hào)放大。而原來(lái)無(wú)源合路器口合成的干擾通過(guò)空間自然衰減掉了。果然通過(guò)這樣的方法連接后，在兩個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)附近測(cè)試信號(hào)一切正常。干擾問(wèn)題解決了。

圖9 兩個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)附近測(cè)試信號(hào)

以上是對(duì)此次干擾的排查情況和處置，通過(guò)分析可以知道，在對(duì)射頻信號(hào)放大系統(tǒng)中，把有用信號(hào)放大的同時(shí)，也會(huì)將一些干擾信號(hào)同步放大傳輸。其中一些雜散和互調(diào)的產(chǎn)生主要來(lái)自于設(shè)備內(nèi)部的功放模塊，發(fā)射機(jī)互調(diào)是由于直放站在多個(gè)發(fā)信機(jī)（載波）同時(shí)工作時(shí)，因合路器系統(tǒng)的隔離度不夠而導(dǎo)致信號(hào)相互耦合。干擾信號(hào)侵入發(fā)射機(jī)末級(jí)功率放大器，從而與有用信號(hào)之間開成互調(diào)產(chǎn)物，并隨有用信號(hào)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(shí)出現(xiàn)類似情況對(duì)大家有所參考和幫助，分析有不當(dāng)之處請(qǐng)指正。