干擾無線傳聲器系統的主要因素及解決方案

【摘? ?要】 簡要介紹干擾無線傳聲器系統的相關因素，結合應用經驗，給出解決方案。

【關鍵詞】 無線傳聲器系統;干擾;開路電視;對講系統;LED屏幕;無線圖像傳輸系統;無線內通系統

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.09.010

Main Factors and Solutions of Interference with Wireless Audio System

YANG Ming-cong

（Advanced Communication Equipment （International） Co. Ltd.， Hongkong， China）

【Abstract】Taking the wireless microphone system as an example， the anthor briefly introduces the relevant factors and solutions to interfere with the wireless audio system based on the author's experience in many large-scale activities in recent years.

【Key Words】wireless audio system; interference; open-circuit television; interview system; LED screen; wireless image ? ? transmission system; wireless interconnection system

1? 綜述

隨著無線音頻系統的不斷普及，使用無線傳輸音頻信號的場合不斷增多。對于無線音頻系統的使用者來說，似乎是打開發射機和接收機，然后調成一致的頻率便可使用。然而近年來，由于同一場合中使用的無線音頻數量增多，加之通信業的高速發展，使得無線音頻系統受干擾的幾率大大增加，如何規避干擾成為眾多音頻從業者在使用無線音頻系統時最為頭痛的問題。一般來說，應用較多的無線音頻系統主要是無線傳聲器和無線返聽系統，作為直接接觸聲源的系統，其能否正常工作直接決定了音頻系統后級設備能否得到正常的信號進行處理。筆者以無線傳聲器系統為例，結合近年來的眾多大型活動經驗，簡要介紹干擾無線音頻系統的相關因素及解決方案。

2? 無線音頻系統受干擾時的現象

想要規避干擾，首先要了解無線音頻系統受干擾時的現象。從無線音頻系統的傳輸原理來看分為兩大類，一類是模擬調制方式，一類是數字調制方式。調制是指將音頻信號加載到載波頻率上的過程，對于無線音頻系統來說，載波是由振蕩器產生的正弦波，被調制后用來傳送音頻信號。對于一個在空間中傳播的正弦波（電磁波），其傳輸過程中主要有三個固有的物理參數，振幅（Amplitude）、頻率（Frequency）和相位（Phase）。因此，將音頻信號加載到載波頻率上，主要可以調整這三個物理參數。常見的模擬調制方式調幅（AM）或調頻（FM）便是通過改變載波的振幅或頻率進行音頻信號的無線傳輸。圖1展示了調幅與調頻兩種方式中將一個正弦波音頻信號調制到載波上的過程。

由于實際工作中，模擬音頻信號在電信號域中的本質是一系列振幅、頻率、相位不同的正弦波的疊加，將這種模擬音頻信號加載到載波頻率上的調制方式被稱為模擬調制方式。在模擬調制方式中，如果攜帶音頻信號的載波在空間傳輸過程中受到干擾，載波上的信息也會受影響。調制后的載波在接收機端將加載的音頻信號取下的過程稱為解調，受干擾的模擬調制載波在解調時會直接將干擾信號體現在解調后的音頻信號中。常見情況包括音頻中出現嘶聲、爆音聲，或出現其他發射機產生的音頻信號，有時也會表現為音頻信號中某些頻率成分缺失，或是音頻動態的缺失。圖2中的（a）為正常傳輸的模擬調制載波信號，（b）、（c）、（d）為幾種典型的受干擾情況。

對于數字音頻信號的調制，通常是先將模擬音頻的電信號進行采樣量化等處理。使模擬音頻信號先變為數字音頻信號，也就是一系列的1和0，再將數字音頻信號加載到載波頻率上，這樣的調制方式被稱為數字調制方式。在數字調制方式中，同樣是通過改變振幅、頻率或相位三個物理參數進行載波。常見的數字調制方式有幅移鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），圖3展示了三種不同的數字調制方式。

在實際工作中，數字調制的無線信號也存在被干擾的可能性。受干擾的數字調制載波，由于搭載的信號是1和0的離散信號，其抗干擾性能要優于模擬調制載波。當遭受的干擾較為嚴重時，載波中的1和0無法正常被識別，可能會導致數字音頻信號產生誤碼，進而可能導致聲音中斷。數字調制的無線信號在被干擾時一般不會產生嘶聲或其他雜音。

3? 使用無線音頻系統的相關法律及規章制度

由于無線電頻譜資源屬國家所有，所有使用無線電頻譜資源的行為均需要遵序國家相關法律法規。2015年8月29日，十二屆全國人大常委會第十六次會議表決通過《中華人民共和國刑法》第九個修正案，并于2015年11月1日起施行。其中，第二百八十八條第一款修改為：“違反國家規定，擅自設置、使用無線電臺（站），或擅自使用無線電頻率，干擾無線電通訊秩序，情節嚴重的，處三年以下有期徒刑、拘役或者管制，并處或者單處罰金;情節特別嚴重的，處三年以上七年以下有期徒刑，并處罰金。”

隨后在2016年11月11日，由國務院和中央軍委公布修訂后的《中華人民共和國無線電管理條例》，于2016年12月1日起施行。條例中在第十四條、第二十七條規定，使用無線電頻率應當向國家相關部門取得許可，設置、使用無線電設備應向國家相關部門申請取得執照。而符合“國家無線電管理機構規定的微功率短距離無線電臺（站）”除外，所以，一般將符合微功率短距離條件的頻段稱作免執照可用頻段。

對于“微功率短距離”的定義，1998年原信息產業部制定了《微功率（短距離）無線電設備管理暫行規定》（信部〔1998〕178號），對微功率無線電設備的使用、管理及有關技術要求作出了具體規定。2005年，原信息產業部僅對以上規定中的附件進行了修訂，發布了信部無〔2005〕423號文件，即《微功率（短距離）無線電設備的技術要求》。生產、進口、銷售和設置使用微功率無線電設備，應當遵守上述兩個規范性文件。

對于常用的無線音頻傳輸系統，一般來說有VHF段、UHF段和2.4G三種頻段區分方式，在VHF頻段需遵循頻率范圍在189.9 MHz～223.0 MHz內，發射功率不大于10 mW（e.r.p），在UHF頻段需遵循頻率范圍在470 MHz～510 MHz、630 MHz～787 MHz內，發射功率不大于50 mW（e.r.p）。在上述頻段內不超過規定發射功率的使用被視為免執照的合法使用。此外，如果在上述頻段內使用無線設備時，遇到當前頻段上存在有執照電臺在進行發射時，應當主動避讓，以免干擾無線電通信秩序。

4? 無線音頻系統外源性干擾類型及解決方案

針對目前常見的UHF頻段的無線音頻系統，在使用中首先要面對的問題是外源性干擾。外源性干擾是指在使用無線系統時可能同時存在于空間中的電磁波。為了解使用環境中是否存在外源性干擾，可使用頻譜掃描設備進行無線環境掃描，也可使用具備掃描功能的無線音頻接收機進行掃描。

4.1? 開路電視對無線音頻系統的干擾

根據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，對于UHF段的無線音頻傳輸系統所使用的頻率，已經規劃的主要業務是廣播，所以在常見的頻譜掃描結果中可以看到一些開路發射的模擬電視頻道和數字電視頻道。國內使用的開路電視頻道的標準帶寬是8 MHz，對于模擬開路電視頻道，有明確區分的視頻傳輸部分和音頻伴音部分，而數字開路電視頻道無上述區分，圖4展示了模擬開路電視頻道和數字開路電視頻道在頻譜上的不同圖樣。

對于廣播業務使用的頻段，在使用無線音頻傳輸系統時應當主動避讓，如果現場沒有進行頻譜掃描的條件，可以向當地相關部門咨詢當地的廣播業務使用頻段，或查詢相關行業協會網站。

4.2? 對講系統對無線音頻系統的干擾

在400 MHz～470 MHz工作的對講系統也有可能對無線音頻傳輸系統產生干擾。與音頻系統一樣，由于對講系統內部電路的物理特性，所以發射功率為5 W的對講系統可能在其工作頻段以外產生一系列的諧波與噪聲，這些諧波與噪聲雖然與對講系統工作時的中心頻點的信號強度相比要小很多，但由于無線音頻傳輸系統的發射功率是對講系統的1%（即不超過50 mW），所以也可能對無線音頻傳輸系統造成干擾。

此類干擾經常表現為在無線音頻傳輸系統接收機附近使用對講機發射時，可能在無線接收機面板上顯示RF信號受到干擾，或是顯示RF信號過載，嚴重時會出現音頻信號中出現開關噪聲，或直接中斷的現象。應對此類干擾，主要需要與對講系統的使用部門溝通，建議其選擇射頻諧波與噪聲相對較小的對講機，雖然可能帶來相關成本的增加，但能夠確保無線音頻系統安全穩定，不出現此類人為因素導致的事故。同時需要注意，在接收天線附近一定范圍內不要使用對講機，以免造成因射頻信號過載導致的無線接收系統硬件損毀。

4.3? LED屏幕對無線音頻系統的干擾

此外，LED屏幕對于無線音頻傳輸系統也可能造成一定的干擾，由于LED工作時是由LED驅動器驅動發光二極管內P-N結中的電子與空穴復合，電子能級躍遷并將多余的能量以發射光子的形式釋放。LED驅動器通過一個高頻率或占空比可變的脈沖信號控制開關管的通斷來實現輸出功率或電流的調整，進而改變LED屏幕每一個像素點中R/G/B的亮度，實現大屏幕顯示畫面的變化。對比數年前的LED模塊，近年來的LED模塊減少了背部厚重的金屬屏蔽殼體，越來越輕薄，加之實際工作中LED大屏幕尺寸越來越大，數量日益增多，直接導致LED大屏幕在射頻上干擾無線音頻傳輸系統的問題日益凸顯。

應對此類干擾，筆者曾在大型綜藝演出中的無線音頻系統應用要點（《演藝科技》2018年第一期）一文中展示過LED大屏幕帶來的干擾在頻譜上的影響，一般在工作中應考慮在天線覆蓋設計環節進行調整，使接收天線遠離LED大屏幕，以降低此類干擾對無線音頻系統的干擾。如果通過調整天線設計方案的方式還是無法完全杜絕LED大屏幕帶來的干擾，則應通過計算避開此類干擾。筆者也曾在某大型直播類歌唱節目中使用金屬屏蔽網覆蓋LED驅動器的方式減少其對無線耳返系統的干擾，有條件的情況下可以使用這種方式進行規避。

4.4? 無線圖像傳輸系統對無線音頻系統的干擾

在大型活動中，轉播團隊往往會在現場架設無線圖像傳輸系統，常用于斯坦尼康拍攝、航拍等環節。廣電級的無線圖像傳輸系統通常由專業的通信團隊架設，使用微波專用設備傳輸信號。微波圖傳設備在頻率上一般不會對無線音頻系統產生干擾，但需要注意，如果微波發射端距離無線音頻系統的接收天線過近，可能導致無線音頻系統的整體射頻底噪提升，在設備前面板上顯示為所有設備同時受到干擾，或是提示射頻信號過載。對于這種情況，建議與轉播團隊協商，不要太過靠近無線音頻系統的接收天線。

在日常工作中，對無線音頻系統干擾較大的是一類非廣電級的無線圖傳設備，俗稱“小微波”。此類設備在UHF頻段中使用8 MHz帶寬進行數字圖像傳輸，但其射頻本底噪聲有時能覆蓋接近24 MHz的范圍，圖5（a）為未開啟“小微波”圖傳的頻譜掃描結果，圖5（b）為開啟后的掃描結果。由于使用的頻段與無線音頻系統重合，此類干擾極易導致無線音頻系統出現多個通道同時出現斷音。

應對此類干擾，使用無線音頻系統的團隊應在設備進場前與主辦方提出要求，建議轉播團隊不要使用此類設備。同時，“小微波”設備也不屬于前文第三章提到的微功率短距離無線設備的免執照范疇。

4.5? 無線內通系統（InterCom）對無線音頻系統的干擾

無線內通系統在一些電子競技活動中常應用于隊員與教練之間的實時交流，在大型活動中也用于執行團隊以及轉播團隊間的交流。無線內通系統有時也會和無線音頻系統工作在同一頻段。由于內通系統的性質和傳輸帶寬與無線音頻系統相似，在遭受此類干擾時，應當將無線內通系統作為內源性干擾，同時進行頻率上的規劃。

5? 無線音頻系統內源性干擾類型及解決方案

由于無線音頻系統發射端的電路構造，在發射端發出信號的同時，發射天線也會接收到空間中的電磁波，并將感應電信號傳入發射電路，產生互調（Inter-Modulation），并通過發射天線將產生了互調干擾的頻率發射到空間中。此外，由于發射端電路中存在功率放大器，在進行功率放大的同時也會產生諧波和噪聲，這些諧波和噪聲也可能被發射到空間中。此外，由于每個發射機在工作時都會占用一定的頻帶寬度，當兩個發射機的工作帶寬互相有交疊時，見圖2（c），也可能對音頻信號產生影響。由上述三種因素產生的干擾被稱為無線音頻系統的內源性干擾。

互調的計算原理較為簡單，一般發生在使用兩個及以上的無線頻率進行傳輸的情況下，當兩個發射機的頻率為f1=651 MHz、f2=652 MHz時，二者會發生雙發射機間的二階互調（2 Transmitters 2 Object IM，簡記為2T2O），其產生的新頻率為f1+f2=1 303 MHz，f2-f1=1 MHz。由于接收機內存在濾波器，這兩個頻率一般不會干擾到無線音頻系統。但三階互調的情況就不同了，2T3O為f1+f1+f2=1 954 MHz，f1+f2+f2=1 955 MHz，f1+f1-f2=650 MHz，f2+f2-f1=653 MHz。

此時，雖然有兩個較高的頻率不會對無線音頻系統產生干擾，但另外兩個較低的頻率是在無線系統可以正常接收的范圍內。如果此時打開第三臺發射機，頻率恰好在650 MHz或653 MHz，就會被干擾，產生斷音或雜音等現象。以此類推可以計算出2T4O、2T5O等等階次的互調干擾情況，不難發現，奇數階的互調干擾會落在相近的頻率上。當出現更多的發射機時，手工計算便成為了非常復雜的工作。

應對內源性干擾時，使用專業的頻率規劃軟件可以設置同一場合內使用的不同類型發射機的詳細數據，包括互調特性參數、諧波參數、工作帶寬等，由此方式進行計算，可以最大程度地規避無線音頻系統的內源性干擾。

6? 總結

通過分析上述可能對無線音頻系統造成干擾的因素可知，使用恰當的方式進行頻率規劃，是安全使用無線音頻系統的重要保證。同時，對于無線音頻系統而言，正確的天線位置設計、穩定的系統搭建、合理的RF射頻增益構架也是重要的基礎。唯有同時兼顧無線系統設計和無線頻率規劃，才可確保真正的安全穩定。

參考文獻：

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