超短波通信系統(tǒng)的干擾及其應(yīng)對措施

劉永生

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用范圍日益廣泛。隨著電子產(chǎn)品使用量的增多，相應(yīng)的信號(hào)源隨之增加，導(dǎo)致電磁環(huán)境復(fù)雜，影響無線電的傳輸。無線電干擾會(huì)嚴(yán)重影響短波通信，不僅影響工業(yè)的順利生產(chǎn)，而且影響民眾的正常生活。因此，研究短波通信干擾因素與響應(yīng)優(yōu)化策略具有重要意義。

1 超短波電臺(tái)特點(diǎn)

一方面，頻段特性。軍用超短波電臺(tái)的頻帶范圍通常為30 Hz～88 MHz，民用超短波電臺(tái)的頻帶范圍通常為30 Hz～300 MHz。基于視距通信條件，電波缺乏良好的繞射能力。基于固定通信條件，電波信道參數(shù)非常穩(wěn)定。基于移動(dòng)通信條件，電波存在嚴(yán)重的多徑衰落問題。

另一方面，通信距離。按照天線加工、發(fā)射功率以及裝備形式等，通信距離存在一定差異。例如，機(jī)載通信的通信距離可以達(dá)到上百千米甚至更遠(yuǎn)，而車載通信和艦載電臺(tái)的通信距離僅為幾十千米。

2 超短波通信干擾因素

2.1 通信裝置性能干擾因素

2.1.1 接收機(jī)阻塞

在外界出現(xiàn)強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，由于頻率無法同頻而引起互調(diào)干擾等。干擾作用于前端電路時(shí)，因?yàn)榻邮諜C(jī)的非線性會(huì)影響有用信號(hào)的增益，或產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲，使得接收機(jī)更加遲鈍，此種現(xiàn)象即阻塞干擾。

2.1.2 發(fā)射機(jī)的雜散輻射

若是雜散輻射具有較強(qiáng)能量密度，則會(huì)增加相鄰接收機(jī)的噪聲，造成波形失真或是降低接收機(jī)的靈敏度，影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。雜散輻射主要涵蓋互調(diào)產(chǎn)物、寄生輻射以及諧波輻射。它由特高頻（Ultra High Frequency，UHF）和甚高頻（Very High Frequency，VHF）頻段引發(fā)。發(fā)射機(jī)一般選擇分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）和鎖相環(huán)（Phase Locked Loop，PLL）電路進(jìn)行調(diào)頻。電壓控制振蕩器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）相噪、DCS截止頻率、PLL時(shí)鐘信號(hào)倍頻等均會(huì)引發(fā)雜散輻射。雖然低通濾波器能夠?yàn)V除高次諧波，但是低次諧波頻率具有較強(qiáng)分量信號(hào)，極易引發(fā)干擾。另外，濾波器本身的特性也會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)度。

2.1.3 發(fā)射機(jī)噪聲

因?yàn)樵肼暰哂休^寬的噪聲頻譜，所以數(shù)兆赫條件下將會(huì)干擾鄰近接收機(jī)。受振蕩機(jī)倍頻次數(shù)、純度以及電源波動(dòng)等方面影響，隨著輻射功率增加，邊帶噪聲也會(huì)增加。超短波通信中，遠(yuǎn)端寬帶噪聲會(huì)嚴(yán)重影響通信性能。例如，VCO噪聲等基于載頻發(fā)射機(jī)的噪聲，因?yàn)榫哂休^寬的頻段，極易進(jìn)入周邊接收機(jī)頻段，影響接收機(jī)信號(hào)純度。特別是在不同頻率噪聲譜出現(xiàn)疊加情況時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。

2.1.4 接收機(jī)的寄生響應(yīng)

寄生響應(yīng)是超外差接收機(jī)接收組合頻率形成的無用信號(hào)。此種組合頻率干擾通式為

式中：q與p均為正整數(shù)，分別為有用信號(hào)的頻率Fs和本振頻率Fo的諧波次數(shù)。

當(dāng)滿足Fk≈Fi時(shí)，組合頻率Fi的干擾信號(hào)進(jìn)入中頻放大器中形成干擾。如果接收器的前端電路缺乏良好的選擇性，則Fo的諧波信號(hào)將與干擾信號(hào)出現(xiàn)混頻現(xiàn)象，從而產(chǎn)生組合干擾問題。

2.1.5 接收機(jī)缺乏良好的選擇性

接收機(jī)的選擇性指接收機(jī)在不同干擾與信號(hào)中選擇信號(hào)的能力，單位一般用dB表示。如果前端電路缺乏良好選擇性，那么將無法有效抑制鄰道干擾。鄰道干擾不同于工作頻率，是運(yùn)行于鄰近信道超短波信號(hào)干擾接收機(jī)的有用信號(hào)。中頻濾波器的阻帶衰減特性會(huì)嚴(yán)重影響鄰道干擾信號(hào)。一般借助鄰道抑制比表征接收機(jī)抑制鄰近信道的能力，抑制比為。其中：Es為接收機(jī)在有用信號(hào)方面的靈敏度；Ei為接收機(jī)在鄰近干擾信道方面的靈敏度。

2.2 超短波通信中的共址干擾

2.2.1 同頻干擾

超短波通信干擾因素中，同頻干擾較為常見，指頻率一致的波段發(fā)生干擾。多臺(tái)通信系統(tǒng)選擇相同波段頻率運(yùn)行，極易在1個(gè)接收器中產(chǎn)生多個(gè)頻率相同的信號(hào)[2]。因?yàn)樵O(shè)備抗干擾能力不足，在調(diào)頻過程中會(huì)發(fā)生相位不相符與偏差等問題，造成同頻干擾現(xiàn)象。無用信號(hào)源能夠監(jiān)聽自身，影響通信質(zhì)量。開展通信監(jiān)聽工作時(shí)，可選擇同頻干擾。

2.2.2 互調(diào)干擾

第一，無源器件的互調(diào)干擾。對于傳輸鏈路來講，因?yàn)闊o源器件具有非線性特點(diǎn)，所以會(huì)引起互調(diào)干擾，如機(jī)械開關(guān)和天饋系統(tǒng)天線等。因?yàn)闄C(jī)械基礎(chǔ)虛焊和不可靠等因素，極易形成互調(diào)干擾。第二，接收機(jī)的互調(diào)干擾。在多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入前端電路時(shí)，因?yàn)榛祛l器與放大器具有非線性特點(diǎn)，所以導(dǎo)致干擾信號(hào)出現(xiàn)相互調(diào)制的現(xiàn)象，形成落入通帶互調(diào)產(chǎn)物。它的大小主要受到干擾信號(hào)數(shù)量、干擾信號(hào)強(qiáng)度、寄生響應(yīng)以及射頻選擇性等因素的影響。第三，發(fā)射機(jī)的互調(diào)干擾。因?yàn)槎鄠€(gè)發(fā)射機(jī)天線距離較近且不同天線具有相互耦合部位，所以周邊發(fā)射機(jī)輻射干擾功率會(huì)向發(fā)射機(jī)天線耦合，導(dǎo)致干擾信號(hào)流入放大器末級。一些干擾信號(hào)Fb和有用載波信號(hào)Fa混合，形成Fm=±m(xù)Fb±nFa，其中m和n均為正整數(shù)，發(fā)射有用信號(hào)和組合信號(hào)，干擾周邊接收機(jī)。

3 超短波通信干擾優(yōu)化策略

3.1 通信裝置自身干擾優(yōu)化策略

3.1.1 阻塞干擾優(yōu)化策略

為了防止發(fā)生阻塞干擾，應(yīng)該重視以下問題。第一，對天線架設(shè)的高度和大功率發(fā)射裝置功率進(jìn)行限制。第二，頻率指配工程中，注意臺(tái)站頻率和地址關(guān)系，針對設(shè)置于相同地址的電臺(tái)，防止發(fā)射機(jī)頻率和其他電臺(tái)接收機(jī)的頻率接近。第三，不同系統(tǒng)天線盡量保持較遠(yuǎn)間距，若是間距較短或是設(shè)置于相同地點(diǎn)，選擇接收濾波器與發(fā)射濾波器進(jìn)行預(yù)防。第四，有效設(shè)計(jì)接收機(jī)阻塞指標(biāo)，如采用動(dòng)態(tài)范圍大和線性好的元件用于前端電路器件[3]。

3.1.2 雜散輻射優(yōu)化策略

為控制雜散輻射的幅度，減小雜散輻射區(qū)域，可選擇以下措施。第一，滿足發(fā)射機(jī)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率為10 W或15 W的情況下，離散頻率實(shí)際輻射功率需要低于載波頻率70 dB。第二，將濾波器設(shè)置在發(fā)射機(jī)輸出端，有效抑制無用分量。第三，保證倍頻器輸出良好濾波，削弱無用諧波。第四，嚴(yán)格隔離或屏蔽不同的倍頻器，結(jié)合合理設(shè)計(jì)，充分降低寄生輻射。第五，前級放大器選擇線性放大器，充分減少互調(diào)與諧波產(chǎn)物。第六，降低倍頻次數(shù)，強(qiáng)化輸出回路選擇性。第七，強(qiáng)化頻率穩(wěn)定度與振蕩信號(hào)純度。

3.1.3 發(fā)射機(jī)噪聲優(yōu)化策略

為了降低噪聲干擾，需要有效控制發(fā)射機(jī)邊帶噪聲。通過提升主振純度和頻率，控制倍頻次數(shù)來減小振蕩器噪聲，通過開展電源去耦作業(yè)降低調(diào)制電路與低電平運(yùn)行電路的靈敏度。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，選擇降低噪聲干擾的優(yōu)化策略，如提高發(fā)射機(jī)濾波和提高天線隔離力度確保減少噪聲。

3.1.4 寄生響應(yīng)優(yōu)化策略

為使寄生響應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，工作頻段中偏離標(biāo)稱運(yùn)行頻率±12 Hz的寄生響應(yīng)，需要低于標(biāo)稱運(yùn)行頻率信號(hào)60 dB，低于運(yùn)行頻段外寄生響應(yīng)70 dB。優(yōu)化寄生響應(yīng)方法如下：一是選擇增益分配和電路；二是科學(xué)確定和使用放大器、混頻器以及其他器件;三是強(qiáng)化前端電路濾波特性;四是科學(xué)確定中頻頻率。

3.1.5 優(yōu)化接收機(jī)的選擇性

為保證接收機(jī)具有良好選擇性，解決鄰道干擾問題，需要在設(shè)計(jì)接收機(jī)方案時(shí)，借助電路設(shè)計(jì)與器件選型，保證選擇性指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，使得抑制比指標(biāo)大于60 dB。

3.2 共址干擾優(yōu)化策略

3.2.1 同頻干擾優(yōu)化策略

通信組網(wǎng)與通信時(shí)鐘是造成干擾問題的主要因素。相鄰電子設(shè)備互調(diào)產(chǎn)物或是寄生輻射也會(huì)形成干擾[4]。第一，通信組網(wǎng)過程中，借助頻譜分析儀或是場強(qiáng)儀檢測通信裝置附近電磁環(huán)境，在分配頻率過程中避開存在同頻干擾隱患的頻率，同時(shí)積極監(jiān)管無線電的電磁頻譜，關(guān)閉非法干擾源或是降低干擾源信號(hào)幅度。第二，強(qiáng)化裝置中高速運(yùn)行時(shí)鐘電磁兼容性，減小時(shí)鐘輻射強(qiáng)度。第三，設(shè)備自測運(yùn)行頻率，限制使用同頻干擾運(yùn)行信道，并通過說明書予以說明。

3.2.2 互調(diào)干擾優(yōu)化策略

對于無源器件互調(diào)干擾，主要通過無源器件有效接地進(jìn)行優(yōu)化策略控制。對于發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾，可借助空間傳輸進(jìn)入相應(yīng)的接收機(jī)。

互調(diào)產(chǎn)物損耗L為

式中：Lp為傳輸損耗；Li為發(fā)射機(jī)反向的互調(diào)抑制；Lc為耦合損耗。

因?yàn)殚_展工作實(shí)踐時(shí)，互調(diào)信號(hào)與有用信號(hào)相同，也存在Lp。對計(jì)算互調(diào)產(chǎn)物全部損耗的過程中，與有用信號(hào)的電平相比，Lp并不會(huì)影響L值。不同天線的Li與Lc對于不同發(fā)射機(jī)互調(diào)產(chǎn)物具有較大影響。因此，要想對發(fā)射機(jī)互調(diào)進(jìn)行有效控制，可以選擇提高發(fā)射機(jī)Lc。通過擴(kuò)大不同發(fā)射機(jī)天線之間的距離，降低Lc。選擇高Q值的濾波器，將濾波器設(shè)置于輸出端進(jìn)行濾波處理，通過合理的頻率選擇性，為不同發(fā)射機(jī)提供良好的隔離度，同時(shí)降低有用信號(hào)Lp。在Q值一定的情況下，隨著不同發(fā)射機(jī)頻距的增加，濾波器頻率隔離度隨之增加，其一般根據(jù)6 dB頻程速率提升。另外，可通過提高頻率管理力度防治互調(diào)干擾。分配頻率過程中，增加不同發(fā)射機(jī)運(yùn)行頻率間隔。計(jì)算發(fā)射機(jī)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的互調(diào)頻率范圍，分配頻率表編制時(shí)避開干擾頻率。此外，優(yōu)化互調(diào)指標(biāo)，科學(xué)確定功放電路功率放大工作點(diǎn)。例如，選擇推挽末級放大器等以獲得正常互調(diào)指標(biāo)，得到較大Li值，有效優(yōu)化信號(hào)失真的問題，降低互調(diào)干擾。

3.3 其他優(yōu)化措施

3.3.1 智能天線技術(shù)

在通信環(huán)境較差的情況下，將智能天線安裝到接收設(shè)備，接收相應(yīng)頻段信息，降低電磁波造成的污染，實(shí)現(xiàn)抗干擾目的，同時(shí)能夠有效抑制各方向信號(hào)干擾[5]。現(xiàn)階段，基于不同因素的影響，該技術(shù)在應(yīng)用過程中存在某些問題。例如，在某片區(qū)域中，多數(shù)用戶選擇智能天線，導(dǎo)致不同天線相互影響形成耦合干擾。例如，要強(qiáng)化天線抗干擾性能，應(yīng)收窄天線波段，實(shí)現(xiàn)短波定向傳播。該技術(shù)干擾模型與計(jì)算模型應(yīng)深入優(yōu)化和完善。相關(guān)人員結(jié)合該技術(shù)應(yīng)用局限問題研究了多輸入多輸出（Multi Input Multi Output，MIMO）技術(shù)，能夠同時(shí)開展多發(fā)多收作業(yè)、MIMO構(gòu)建多用戶共享與復(fù)合空間等技術(shù)，如圖1所示。

圖1 智能天線示意

3.3.2 擴(kuò)頻技術(shù)

該技術(shù)有效拓展了無線通信頻譜，在頻譜中隱藏穩(wěn)定性強(qiáng)且有效的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)保密要求與提高抗干擾水平。碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）模式是擴(kuò)頻技術(shù)的典型應(yīng)用。當(dāng)前較為常用的是擴(kuò)頻技術(shù)直接序列，指借助對通信頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，促使傳輸信號(hào)減小功率譜密度，進(jìn)而提高信號(hào)抗干擾能力和信號(hào)保密性，在衛(wèi)星通信與蜂窩通信中應(yīng)用廣泛。

4 結(jié) 論

當(dāng)前無線通信的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，相關(guān)人員應(yīng)積極強(qiáng)化超短波通信的抗干擾能力。針對通信裝置性能干擾和共址干擾等因素，通過阻塞干擾優(yōu)化策略、寄生響應(yīng)優(yōu)化策略、發(fā)射機(jī)互調(diào)優(yōu)化策略、智能天線技術(shù)以及擴(kuò)頻技術(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，以提高超短波通信抗干擾水平。