淺析GSM移動通信中的互調干擾影響

沈保華，許愛萍

（中國移動湖州分公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

互調（Inter Modulation）是指當2個或多個頻率信號經過具有非線性特征的器件時，產生的與原信號有和差關系的頻率組合。如果這些頻率正好與有用頻率相同或接近，落入接收機接收頻段內，就會對通信系統構成干擾，這就是互調干擾[1]。

假設頻率F1的二次諧波與頻率F2混頻后產生互調 2F1-F2，由于一個是二次諧波（二階信號），另一個是基波信號（一階信號），它們合成為三階信號，因此2F1-F2被稱為三階互調信號。另外，如果有多個頻率，除了任意2個頻率相互作用產生三階互調外，3個頻率相互作用也會產生三階互調，例如 F1+F2-F3。如果2F1-F2，2F2-F1與頻率F1，F2相同或接近，便形成互調干擾，稱之為三階互調干擾。同理，3F1-2F2稱為五階互調信號，4F1-3F2稱為七階互調信號。互調階數越高，互調信號強度越弱，因此對于通信系統而言，三階互調形成的干擾影響最大，其次是五階互調。

互調可分有源互調和無源互調，鑒于所產生互調產物的嚴重程度，傳統上更關注有源互調，但隨著目前大功率發射機的應用和接收機靈敏度的不斷提高，無源互調產生的系統干擾日益嚴重，因此越來越被運營商、系統制造商和器件制造商所關注。

無源互調是指2個或更多不同頻率的信號混合輸入到無源器件中，在其它頻率產生幅度不同的互調產物。無源互調的主要特點是互調產物強度隨信號功率的增大而迅速增大。同時由于射頻電路中的無源器件性能、饋線接頭性能、天線性能、無源器件材質、鍍層磨損氧化程度或接頭工藝等的不同都有可能導致無源器件系統的非線性增強，從而引起互調干擾[2]。因此，無源互調的產生環節眾多，更難以定位和抑制。

GSM移動通信系統設計中，為了提高頻道利用率及系統容量，普遍采用多個頻道復用組網，加上目前載波發射功率較大，因此互調及互調干擾在GSM移動通信系統中已很常見，如果處理不當，將造成系統的信噪比下降，嚴重影響通信系統的容量和質量。

1 互調干擾的影響和分析

1.1 互調干擾對GSM移動通信的影響

對于GSM移動通信系統來說，由2個下行頻率產生的三階互調沒有落到上行頻段內，五階互調卻大量落到上行頻段內，而七階和九階互調由于強度較弱，在考慮對上行頻率的干擾時可忽略不計，因此對于GSM900系統來說，無源互調干擾主要來自于五階互調，這也是造成GSM系統上行干擾的一個重要原因。對于DCS1800系統來說，三階和五階分量都不會落到上行頻段，故DCS1800系統無需考慮無源器件互調干擾的影響。互調干擾頻段與運營商頻段對照如表1所示。

表1 互調干擾頻段與運營商頻段對照表

從實際經驗來看，GSM移動通信系統中需要重點關注互調指標的器件主要有：天線、饋線、直放站、干放、電橋、負載、耦合器等。當前尤以天饋系統無源互調產物對網絡性能的影響最為普遍。

GSM基站天饋系統主要由天線、跳線、饋線、塔放、基站濾波器和各類射頻連接器等無源器件組成，承擔了射頻信號的發射和接收功能，其性能好壞直接影響網絡指標和用戶感知[3]。實際工程應用中，GSM基站天饋系統一般存在 2類問題：①由于使用年限、外部的使用環境變化造成性能下降；②由于天饋無源器件材質、性能和接頭工藝粗糙使得互調性能存在穩定性隱患。

一般天饋線系統的互調指標的嚴格測試必須在專業的微波暗室進行，但實際工作中在定位干擾時也會借助便攜式無源互調分析儀。

互調測試指標有絕對值和相對值2種表達方式。絕對值表達方式是指以“dBm”為單位的互調的絕對值大小；相對值表達方式是指互調值與其中一個載頻的比值（這是因為無源器件的互調失真與載頻功率的大小有關），用“dBc”來表示。實際工程應用中，天線的三階互調產物一般要求不超過-107 dBm；定向耦合器、功率分配器、雙工器、連接器和電纜組件等無源器件的互調產物通常在-120～-100 dBm[4]。

GSM移動通信系統規范中，要求基站對所有空閑上行頻率信道的干擾電平進行測量，并將測量得到的結果匯總成5個干擾級別band進行上報，以便進行無線資源的管理和分配。一般干擾帶級別 1-5的取值范圍為-110～-47 dBm。由于GSM移動臺的發射功率較小，因此，上行信號接收功率往往較弱，為保證足夠的信噪比和通信服務質量，干擾信號應該越小越好。如果GSM基站天饋系統的互調產物落入上行頻率且超過-100 dBm，將對GSM移動通信系統產生影響。

1.2 互調干擾的分析定位

實際工程應用中，由于天饋系統無源互調對GSM移動通信的影響較大，因此以天饋系統無源互調干擾為例，簡要介紹GSM系統中互調干擾的分析和定位方法。

由于無源互調與發射功率及信號頻率密切相關，互調產物強度隨發射功率的增大而迅速增大；頻率越多，互調產物越復雜，互調產物落入信號頻段后形成干擾的可能性也越高。基于這些特性，可以從GSM小區話務統計指標上對干擾類型進行初步判斷。一般存在無源互調干擾時，干擾強度會隨話務量的變化而變化。這是因為小區話務量高時，頻率使用數量和小區總發射功率增加，因此互調干擾也加大。

另外，當GSM小區存在無源互調干擾時，同站其他小區一般并無干擾，這也是互調干擾和外部干擾的主要區別。

根據實際分析和定位經驗，通過對GSM小區的上行干擾電平情況及其時間走勢進行關聯分析，并結合話務量情況，基本確立了區分互調干擾和外部干擾的分析方法：①通過對GSM小區各band上行干擾電平占比的加權計算得出近似上行干擾強度權值；②將上行干擾強度權值與話務量時間走勢進行相關性擬合，擬合值越接近 1，表征干擾與話務量匹配程度越高，更傾向于疑似互調干擾，反之傾向于疑似外部干擾；③同時觀察六忙時上行干擾強度權值，權值較大的傾向于疑似強外部干擾，權值較小的傾向于疑似互調干擾。

對存在干擾的GSM小區完成以上分析初篩后，對懷疑為互調干擾影響的小區，可以進行現場測試排查和故障點定位。基本流程如圖1所示。

圖1 互調干擾排查流程

現場進行天饋系統無源互調干擾測試和排查定位的方法有： ①在基站側斷開天饋系統與基站的連接；②將天饋線改接至頻譜儀，觀察870～915 MHz頻段內是否存在較強信號，排查是否存在CDMA阻塞或雜散干擾以及其他外部干擾；③確認無外部干擾后，將天饋線改接至無源互調分析儀，并用力矩扳手扳緊所有連接接頭；④啟動無源互調測試分析儀，進行無源互調測試，觀察整個天饋系統反射三階和五階互調；⑤如果存在明顯的三階和五階互調干擾，通過逐段測試法定位天饋系統中問題點；⑥更換不合格元器件，重新開啟GSM小區確認處理效果。

2 結語

隨著 GSM移動用戶數的大量增加，GSM移動通信系統規模越來越大，基站載波和頻率配置也越來越高，加上目前大發射功率載波的大量應用，因此GSM移動通信系統中的互調及互調干擾已很常見。特別是天饋系統等無源器件及其連接件的性能和施工工藝所帶來的無源互調干擾，由于產生環節較多，很難定位和和抑制，影響了GSM移動通信系統的信噪比及其服務質量。本文結合實際，簡單分析了互調干擾對GSM移動通信的影響，并總結了簡易可行的分析定位方法，從實際排查案例來看，是行之有效的。

[1] 張需溥,黃遜清. 室內分布系統無源互調干擾問題排查與整治[J]. 移動通信，2011(12):15-17.

[2] 李淙淙,林巍,王宏俊.路測 MOS值提升策略研究[J].通信技術,2011,44(02):35-38.

[3] 聶航超,蘇開榮,王堅.移動通信系統中的越區切換技術研究[J].通信技術,2008,41(08):30-33.

[4] 張子輝.移動通信互調干擾抑制[J].四川通信技術,1994(02):45-47.