淺析射頻無源器件應(yīng)用對(duì)無線通信的影響

　　1 引言

　　無線通信經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的重要通信手段。近年來伴隨城市建設(shè)，用戶的激增和業(yè)務(wù)的多元化，傳統(tǒng)的廣域覆蓋模式已經(jīng)不能滿足用戶的需求。城市建設(shè)中大量樓堂館所的興建，鋼筋混凝土建筑的大量興起使得無線信號(hào)傳播受到嚴(yán)重阻礙，地鐵、地下通道和地下停車場(chǎng)等地下建筑空間也是無線覆蓋盲區(qū)，用戶在建筑物內(nèi)使用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)受到嚴(yán)重制約，運(yùn)營商為改善用戶體驗(yàn)提高服務(wù)質(zhì)量和自身競(jìng)爭(zhēng)力，著力加大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化力度。通過興建大量基站和進(jìn)行信號(hào)室內(nèi)分布來解決室內(nèi)覆蓋問題，以達(dá)到提供無縫覆蓋，為用戶提供高效可持續(xù)無盲點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　2 射頻無源器件應(yīng)用

　　射頻無源器件主要應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)基站建設(shè)和室內(nèi)分布系統(tǒng)中。特別是在建筑物內(nèi)的無 線信號(hào)室內(nèi)分布覆蓋中應(yīng)用種類繁多，數(shù)量龐大。射頻無源器件在基站建設(shè)和室內(nèi)分布工程中起到連接或分配射頻信號(hào)的作用。室內(nèi)分布系統(tǒng)是將基站發(fā)射的信號(hào)通過射頻無源器件進(jìn)行連接或分路，經(jīng)由饋線分散到各覆蓋點(diǎn)天線處，從而達(dá)到室內(nèi)無線信號(hào)連續(xù)良好的覆蓋。

　　室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括信源和天饋分布系統(tǒng)兩部分。無源器件是天饋系統(tǒng)的主要組成部分。

　　典型天饋系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1 所示。

　　圖1 典型天饋系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　多種制式的射頻信號(hào)由各基站發(fā)出后經(jīng)由多頻合路器或電橋等具有合路功能的無源器件合路后通過線纜傳送到建筑物各處分布的吸頂天線或壁掛天線，由天線發(fā)射出去進(jìn)行覆蓋。合路后的信號(hào)也可經(jīng)由耦合器，通過耦合器耦合出一部分信號(hào)直接覆蓋。另外，由于多級(jí)級(jí)聯(lián)因使用較多的無源器件插入各器件的插入損耗累加會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生較大衰減，或進(jìn)行較遠(yuǎn)距離傳輸射頻信號(hào)會(huì)在電纜傳送的過程中產(chǎn)生較大的衰減，可將合路后的信號(hào)接入多頻合路器的輸出端口(即反向使用腔體多頻合路器)作為功分器使用，信號(hào)經(jīng)過多頻合路器濾波后，由多頻合路器的輸入端口輸出，由于各端口的帶通濾波特性，各端口僅輸出該端口工作頻段帶內(nèi)的信號(hào)，這些信號(hào)可傳送到各制式專門的直放站進(jìn)行放大后再輸出后合路再覆蓋，以 補(bǔ)償信號(hào)在鏈路上的損耗和衰減，最終滿足鏈路預(yù)算設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)，以保證各點(diǎn)的覆蓋效果。

　　無線射頻信號(hào)從信源發(fā)射出來通過電纜傳輸?shù)礁鱾€(gè)天線口，是一個(gè)信號(hào)合路、傳送、分配的過程。射頻無源器件在無線通信工程中主要起到連接路由或分配調(diào)控的作用，因此射頻無源器件按照在工程中的應(yīng)用主要分為連接路由型和分配調(diào)控型。連接路由型是指為射頻信號(hào)提供連續(xù)的傳輸路徑，是將射頻信號(hào)的通路連接起來或者將多路射頻信號(hào)進(jìn)行合路再傳輸。目前，無線通信工程中常用的射頻無源器件有功分器、耦合器、衰減器、濾波器、合路器、負(fù)載、電橋和雙工器等。連接路由型射頻無源器件主要包括合路器、電橋等。分配調(diào)控是指將一路信號(hào)等分成多路或分成不同頻段不同大小的射頻信號(hào)，以滿足設(shè)計(jì)施工要求。分配調(diào)控型器件主要包括功分器、耦合器、濾波器等。當(dāng)然，分配調(diào)控型器件也是可以起到連同信號(hào)的作用，但是之所以將兩者區(qū)分開來，是因?yàn)樵诠こ躺现饕峭ㄟ^后者對(duì)無線射頻信號(hào)的大小或頻段的改變的特點(diǎn)來滿足設(shè)計(jì)和施工的要求。如利用不同耦合度的耦合器改變耦合端口輸出信號(hào)大小來滿足覆蓋要求，或利用雙工器、濾波器將上下行或不同頻段的信號(hào)分離出來。

　　3 射頻無源器件應(yīng)用對(duì)無線通信的影響

　　射頻無源器件質(zhì)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)產(chǎn)生極大的影響。目前，我國有中國電信、中國移動(dòng)和中國聯(lián)通三大運(yùn)營商，運(yùn)營的無線通信制式包括GSM、CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA、LTE 和PHS,以及無線局域網(wǎng)WLAN等，近年來出于節(jié)約成本減少重復(fù)建設(shè)的目的，越來越多的室內(nèi)分布系統(tǒng)采用多系統(tǒng)合路共用室分系統(tǒng)的模式，多系統(tǒng)、多頻段的信號(hào)，以公共合路平臺(tái)共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的方式進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)多頻段、多系統(tǒng)合路單向或者雙向傳輸。這樣的好處是減少重復(fù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，節(jié)約空間，但是多系統(tǒng)共站址共室內(nèi)分布系統(tǒng)帶來的問題越來越突出，多系統(tǒng)共存不可避免地引入系統(tǒng)間干擾，特別是工作頻段相近中間隔保護(hù)頻帶較小的情況下，不同制式之間雜散和互調(diào)產(chǎn)物的影響。在這種情況下，良好品質(zhì)的無源器件則會(huì)減輕這種干擾帶來的影響，不良的器件則會(huì)引起或加深這種影響。射頻無源器件自身質(zhì)量欠佳也會(huì)導(dǎo)致一些網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的下降，而質(zhì)量?jī)?yōu)良的器件會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量產(chǎn)生積極的作用，對(duì)抑制雜散、干擾和阻塞的發(fā)生有積極的作用。復(fù)雜環(huán)境下多制式共存室分系統(tǒng)對(duì)無源器件的技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)的要求提升到了一個(gè)新的高度。

　　目前，無線網(wǎng)絡(luò)中主要干擾類型分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)間干擾。具體體現(xiàn)主要是發(fā)射機(jī)雜散、接收機(jī)阻塞和互調(diào)干擾。

　　系統(tǒng)內(nèi)的雜散干擾是指發(fā)射頻段的雜散落入接收頻段導(dǎo)致的系統(tǒng)自身的干擾。

　　系統(tǒng)間的雜散干擾就是一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散落入到了另一個(gè)系統(tǒng)的接收頻段內(nèi)而造成的干擾，雜散干擾對(duì)系統(tǒng)最直接的一個(gè)影響就是降低了系統(tǒng)的接收靈敏度。

　　阻塞干擾是各系統(tǒng)信號(hào)和其工作頻率的組合成分，落在各自系統(tǒng)自身或其它系統(tǒng)中接收機(jī)所接收的信道帶寬之外，卻仍然能進(jìn)入該基站接收機(jī)，當(dāng)此干擾導(dǎo)致接收機(jī)飽和時(shí)候，就會(huì)引起接收機(jī)無法正常接收正常工作頻帶內(nèi)的信號(hào)，使接收機(jī)靈敏度性能惡化。

　　由于射頻無源器件和功放電路等非線性的元器件的存在，兩路或兩路以上信號(hào)作用于非線性器件上會(huì)產(chǎn)生新的頻率信號(hào)即互調(diào)產(chǎn)物，這種信號(hào)對(duì)正常通信的干擾就是互調(diào)干擾。無線通信系統(tǒng)中 有源互調(diào)和無源互調(diào)兩類，有源互調(diào)是由發(fā)射機(jī)發(fā)射兩個(gè)及以上載波時(shí)產(chǎn)生的，無源互調(diào)是由于無源器件，射頻連接鏈路中不良的機(jī)械結(jié)點(diǎn)、射頻器件的材料具有磁滯現(xiàn)象、射頻通道中的表面或接觸面受到污染和不同材料的連接處的具有非線性的特點(diǎn)等導(dǎo)致產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物，無源互調(diào)產(chǎn)物如落入上行接收頻段，由于終端發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度較小，落入上行的互調(diào)產(chǎn)物會(huì)對(duì)基站接收靈敏度產(chǎn)生不利影響。

　　上述這些干擾是我們?cè)诠こ虒?shí)踐中不愿遇到但是又很難避免的問題，無源器件在室內(nèi)分布系統(tǒng)中起到連接、多系統(tǒng)合路或分配的作用，在這個(gè)過程中選取適當(dāng)規(guī)格與參數(shù)的無源器件或減輕、或避免干擾造成的影響，而不當(dāng)?shù)厥褂脽o源器件或器件規(guī)格不符或性能不達(dá)標(biāo)則會(huì)產(chǎn)生或加劇干擾。我國目前主要移動(dòng)通信所占用頻率劃分參見表1。

　　若基站產(chǎn)生兩載波信號(hào)，頻率分別 為f1和f2,則三階互調(diào)產(chǎn)物頻率為F3,五階互調(diào)產(chǎn)物為F5,即：

　　F3=2f1- f2和F3=2f2- f1

　　F5=3f1- 2f2和F5=3f1- 2f2

　　將各制式發(fā)射頻段頻率最低和最高邊緣頻率代入上述公式，則可得出各發(fā)射頻段產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物頻率。通過計(jì)算可知這些互調(diào)產(chǎn)物的頻率有可能落在系統(tǒng)本身的上行頻段造成自身干擾，也有落入其它系統(tǒng)上行頻段造成系統(tǒng)間干擾，另外信號(hào)的倍頻和諧波也有可能造成干擾。系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)之間干擾是普遍存在的，特別是在多制式共用室內(nèi)分布系統(tǒng)中這種干擾更為普遍，因此在無源器件的選擇上特別是起到合路作用的器件應(yīng)特別注意。