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浅析射频无源器件应用对无线通信的影响

作者:时间:2018-09-03来源:网络收藏

  1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/388231.htm

  无线通信经过几十年的快速发展已经成为人们生活中不可或缺的重要通信手段。近年来伴随城市建设,用户的激增和业务的多元化,传统的广域覆盖模式已经不能满足用户的需求。城市建设中大量楼堂馆所的兴建,钢筋混凝土建筑的大量兴起使得无线信号传播受到严重阻碍,地铁、地下通道和地下停车场等地下建筑空间也是无线覆盖盲区,用户在建筑物内使用移动通信业务受到严重制约,运营商为改善用户体验提高服务质量和自身竞争力,着力加大网络建设和优化力度。通过兴建大量基站和进行信号室内分布来解决室内覆盖问题,以达到提供无缝覆盖,为用户提供高效可持续无盲点的无线网络服务。

  2 射频无源器件应用

  射频无源器件主要应用于无线通信系统基站建设和室内分布系统中。特别是在建筑物内的无 线信号室内分布覆盖中应用种类繁多,数量庞大。射频无源器件在基站建设和室内分布工程中起到连接或分配射频信号的作用。室内分布系统是将基站发射的信号通过射频无源器件进行连接或分路,经由馈线分散到各覆盖点天线处,从而达到室内无线信号连续良好的覆盖。

  室内分布系统主要包括信源和天馈分布系统两部分。无源器件是天馈系统的主要组成部分。

  典型天馈系统拓扑如图1 所示。

  

  图1 典型天馈系统拓扑图

  多种制式的射频信号由各基站发出后经由多频合路器或电桥等具有合路功能的无源器件合路后通过线缆传送到建筑物各处分布的吸顶天线或壁挂天线,由天线发射出去进行覆盖。合路后的信号也可经由耦合器,通过耦合器耦合出一部分信号直接覆盖。另外,由于多级级联因使用较多的无源器件插入各器件的插入损耗累加会对信号产生较大衰减,或进行较远距离传输射频信号会在电缆传送的过程中产生较大的衰减,可将合路后的信号接入多频合路器的输出端口(即反向使用腔体多频合路器)作为功分器使用,信号经过多频合路器滤波后,由多频合路器的输入端口输出,由于各端口的带通滤波特性,各端口仅输出该端口工作频段带内的信号,这些信号可传送到各制式专门的直放站进行放大后再输出后合路再覆盖,以 补偿信号在链路上的损耗和衰减,最终满足链路预算设计各项参数,以保证各点的覆盖效果。

  无线射频信号从信源发射出来通过电缆传输到各个天线口,是一个信号合路、传送、分配的过程。射频无源器件在无线通信工程中主要起到连接路由或分配调控的作用,因此射频无源器件按照在工程中的应用主要分为连接路由型和分配调控型。连接路由型是指为射频信号提供连续的传输路径,是将射频信号的通路连接起来或者将多路射频信号进行合路再传输。目前,无线通信工程中常用的射频无源器件有功分器、耦合器、衰减器、滤波器、合路器、负载、电桥和双工器等。连接路由型射频无源器件主要包括合路器、电桥等。分配调控是指将一路信号等分成多路或分成不同频段不同大小的射频信号,以满足设计施工要求。分配调控型器件主要包括功分器、耦合器、滤波器等。当然,分配调控型器件也是可以起到连同信号的作用,但是之所以将两者区分开来,是因为在工程上主要是通过后者对无线射频信号的大小或频段的改变的特点来满足设计和施工的要求。如利用不同耦合度的耦合器改变耦合端口输出信号大小来满足覆盖要求,或利用双工器、滤波器将上下行或不同频段的信号分离出来。

  3 射频无源器件应用对无线通信的影响

  射频无源器件质量对网络质量和用户体验产生极大的影响。目前,我国有中国电信、中国移动和中国联通三大运营商,运营的无线通信制式包括GSM、CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA、LTE 和PHS,以及无线局域网WLAN等,近年来出于节约成本减少重复建设的目的,越来越多的室内分布系统采用多系统合路共用室分系统的模式,多系统、多频段的信号,以公共合路平台共用室内分布系统的方式进行融合,实现多频段、多系统合路单向或者双向传输。这样的好处是减少重复基础设施建设,节约空间,但是多系统共站址共室内分布系统带来的问题越来越突出,多系统共存不可避免地引入系统间干扰,特别是工作频段相近中间隔保护频带较小的情况下,不同制式之间杂散和互调产物的影响。在这种情况下,良好品质的无源器件则会减轻这种干扰带来的影响,不良的器件则会引起或加深这种影响。射频无源器件自身质量欠佳也会导致一些网络指标的下降,而质量优良的器件会对网络质量产生积极的作用,对抑制杂散、干扰和阻塞的发生有积极的作用。复杂环境下多制式共存室分系统对无源器件的技术指标和性能参数的要求提升到了一个新的高度。

  目前,无线网络中主要干扰类型分为系统内干扰和系统间干扰。具体体现主要是发射机杂散、接收机阻塞和互调干扰。

  系统内的杂散干扰是指发射频段的杂散落入接收频段导致的系统自身的干扰。

  系统间的杂散干扰就是一个系统的发射频段外的杂散落入到了另一个系统的接收频段内而造成的干扰,杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。

  阻塞干扰是各系统信号和其工作频率的组合成分,落在各自系统自身或其它系统中接收机所接收的信道带宽之外,却仍然能进入该基站接收机,当此干扰导致接收机饱和时候,就会引起接收机无法正常接收正常工作频带内的信号,使接收机灵敏度性能恶化。

  由于射频无源器件和功放电路等非线性的元器件的存在,两路或两路以上信号作用于非线性器件上会产生新的频率信号即互调产物,这种信号对正常通信的干扰就是互调干扰。无线通信系统中 有源互调和无源互调两类,有源互调是由发射机发射两个及以上载波时产生的,无源互调是由于无源器件,射频连接链路中不良的机械结点、射频器件的材料具有磁滞现象、射频通道中的表面或接触面受到污染和不同材料的连接处的具有非线性的特点等导致产生的互调产物,无源互调产物如落入上行接收频段,由于终端发射信号强度较小,落入上行的互调产物会对基站接收灵敏度产生不利影响。

  上述这些干扰是我们在工程实践中不愿遇到但是又很难避免的问题,无源器件在室内分布系统中起到连接、多系统合路或分配的作用,在这个过程中选取适当规格与参数的无源器件或减轻、或避免干扰造成的影响,而不当地使用无源器件或器件规格不符或性能不达标则会产生或加剧干扰。我国目前主要移动通信所占用频率划分参见表1。

  

  若基站产生两载波信号,频率分别 为f1和f2,则三阶互调产物频率为F3,五阶互调产物为F5,即:

  F3=2f1- f2和F3=2f2- f1

  F5=3f1- 2f2和F5=3f1- 2f2

  将各制式发射频段频率最低和最高边缘频率代入上述公式,则可得出各发射频段产生互调产物频率。通过计算可知这些互调产物的频率有可能落在系统本身的上行频段造成自身干扰,也有落入其它系统上行频段造成系统间干扰,另外信号的倍频和谐波也有可能造成干扰。系统内和系统之间干扰是普遍存在的,特别是在多制式共用室内分布系统中这种干扰更为普遍,因此在无源器件的选择上特别是起到合路作用的器件应特别注意。


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