浅析GSM移动通信中的互调干扰影响

沈保华，许爱萍

（中国移动湖州分公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

互调（Inter Modulation）是指当2个或多个频率信号经过具有非线性特征的器件时，产生的与原信号有和差关系的频率组合。如果这些频率正好与有用频率相同或接近，落入接收机接收频段内，就会对通信系统构成干扰，这就是互调干扰[1]。

假设频率F1的二次谐波与频率F2混频后产生互调 2F1-F2，由于一个是二次谐波（二阶信号），另一个是基波信号（一阶信号），它们合成为三阶信号，因此2F1-F2被称为三阶互调信号。另外，如果有多个频率，除了任意2个频率相互作用产生三阶互调外，3个频率相互作用也会产生三阶互调，例如 F1+F2-F3。如果2F1-F2，2F2-F1与频率F1，F2相同或接近，便形成互调干扰，称之为三阶互调干扰。同理，3F1-2F2称为五阶互调信号，4F1-3F2称为七阶互调信号。互调阶数越高，互调信号强度越弱，因此对于通信系统而言，三阶互调形成的干扰影响最大，其次是五阶互调。

互调可分有源互调和无源互调，鉴于所产生互调产物的严重程度，传统上更关注有源互调，但随着目前大功率发射机的应用和接收机灵敏度的不断提高，无源互调产生的系统干扰日益严重，因此越来越被运营商、系统制造商和器件制造商所关注。

无源互调是指2个或更多不同频率的信号混合输入到无源器件中，在其它频率产生幅度不同的互调产物。无源互调的主要特点是互调产物强度随信号功率的增大而迅速增大。同时由于射频电路中的无源器件性能、馈线接头性能、天线性能、无源器件材质、镀层磨损氧化程度或接头工艺等的不同都有可能导致无源器件系统的非线性增强，从而引起互调干扰[2]。因此，无源互调的产生环节众多，更难以定位和抑制。

GSM移动通信系统设计中，为了提高频道利用率及系统容量，普遍采用多个频道复用组网，加上目前载波发射功率较大，因此互调及互调干扰在GSM移动通信系统中已很常见，如果处理不当，将造成系统的信噪比下降，严重影响通信系统的容量和质量。

1 互调干扰的影响和分析

1.1 互调干扰对GSM移动通信的影响

对于GSM移动通信系统来说，由2个下行频率产生的三阶互调没有落到上行频段内，五阶互调却大量落到上行频段内，而七阶和九阶互调由于强度较弱，在考虑对上行频率的干扰时可忽略不计，因此对于GSM900系统来说，无源互调干扰主要来自于五阶互调，这也是造成GSM系统上行干扰的一个重要原因。对于DCS1800系统来说，三阶和五阶分量都不会落到上行频段，故DCS1800系统无需考虑无源器件互调干扰的影响。互调干扰频段与运营商频段对照如表1所示。

表1 互调干扰频段与运营商频段对照表

从实际经验来看，GSM移动通信系统中需要重点关注互调指标的器件主要有：天线、馈线、直放站、干放、电桥、负载、耦合器等。当前尤以天馈系统无源互调产物对网络性能的影响最为普遍。

GSM基站天馈系统主要由天线、跳线、馈线、塔放、基站滤波器和各类射频连接器等无源器件组成，承担了射频信号的发射和接收功能，其性能好坏直接影响网络指标和用户感知[3]。实际工程应用中，GSM基站天馈系统一般存在 2类问题：①由于使用年限、外部的使用环境变化造成性能下降；②由于天馈无源器件材质、性能和接头工艺粗糙使得互调性能存在稳定性隐患。

一般天馈线系统的互调指标的严格测试必须在专业的微波暗室进行，但实际工作中在定位干扰时也会借助便携式无源互调分析仪。

互调测试指标有绝对值和相对值2种表达方式。绝对值表达方式是指以“dBm”为单位的互调的绝对值大小；相对值表达方式是指互调值与其中一个载频的比值（这是因为无源器件的互调失真与载频功率的大小有关），用“dBc”来表示。实际工程应用中，天线的三阶互调产物一般要求不超过-107 dBm；定向耦合器、功率分配器、双工器、连接器和电缆组件等无源器件的互调产物通常在-120～-100 dBm[4]。

GSM移动通信系统规范中，要求基站对所有空闲上行频率信道的干扰电平进行测量，并将测量得到的结果汇总成5个干扰级别band进行上报，以便进行无线资源的管理和分配。一般干扰带级别 1-5的取值范围为-110～-47 dBm。由于GSM移动台的发射功率较小，因此，上行信号接收功率往往较弱，为保证足够的信噪比和通信服务质量，干扰信号应该越小越好。如果GSM基站天馈系统的互调产物落入上行频率且超过-100 dBm，将对GSM移动通信系统产生影响。

1.2 互调干扰的分析定位

实际工程应用中，由于天馈系统无源互调对GSM移动通信的影响较大，因此以天馈系统无源互调干扰为例，简要介绍GSM系统中互调干扰的分析和定位方法。

由于无源互调与发射功率及信号频率密切相关，互调产物强度随发射功率的增大而迅速增大；频率越多，互调产物越复杂，互调产物落入信号频段后形成干扰的可能性也越高。基于这些特性，可以从GSM小区话务统计指标上对干扰类型进行初步判断。一般存在无源互调干扰时，干扰强度会随话务量的变化而变化。这是因为小区话务量高时，频率使用数量和小区总发射功率增加，因此互调干扰也加大。

另外，当GSM小区存在无源互调干扰时，同站其他小区一般并无干扰，这也是互调干扰和外部干扰的主要区别。

根据实际分析和定位经验，通过对GSM小区的上行干扰电平情况及其时间走势进行关联分析，并结合话务量情况，基本确立了区分互调干扰和外部干扰的分析方法：①通过对GSM小区各band上行干扰电平占比的加权计算得出近似上行干扰强度权值；②将上行干扰强度权值与话务量时间走势进行相关性拟合，拟合值越接近 1，表征干扰与话务量匹配程度越高，更倾向于疑似互调干扰，反之倾向于疑似外部干扰；③同时观察六忙时上行干扰强度权值，权值较大的倾向于疑似强外部干扰，权值较小的倾向于疑似互调干扰。

对存在干扰的GSM小区完成以上分析初筛后，对怀疑为互调干扰影响的小区，可以进行现场测试排查和故障点定位。基本流程如图1所示。

图1 互调干扰排查流程

现场进行天馈系统无源互调干扰测试和排查定位的方法有： ①在基站侧断开天馈系统与基站的连接；②将天馈线改接至频谱仪，观察870～915 MHz频段内是否存在较强信号，排查是否存在CDMA阻塞或杂散干扰以及其他外部干扰；③确认无外部干扰后，将天馈线改接至无源互调分析仪，并用力矩扳手扳紧所有连接接头；④启动无源互调测试分析仪，进行无源互调测试，观察整个天馈系统反射三阶和五阶互调；⑤如果存在明显的三阶和五阶互调干扰，通过逐段测试法定位天馈系统中问题点；⑥更换不合格元器件，重新开启GSM小区确认处理效果。

2 结语

随着 GSM移动用户数的大量增加，GSM移动通信系统规模越来越大，基站载波和频率配置也越来越高，加上目前大发射功率载波的大量应用，因此GSM移动通信系统中的互调及互调干扰已很常见。特别是天馈系统等无源器件及其连接件的性能和施工工艺所带来的无源互调干扰，由于产生环节较多，很难定位和和抑制，影响了GSM移动通信系统的信噪比及其服务质量。本文结合实际，简单分析了互调干扰对GSM移动通信的影响，并总结了简易可行的分析定位方法，从实际排查案例来看，是行之有效的。

[1] 张需溥,黄逊清. 室内分布系统无源互调干扰问题排查与整治[J]. 移动通信，2011(12):15-17.

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

[3] 聂航超,苏开荣,王坚.移动通信系统中的越区切换技术研究[J].通信技术,2008,41(08):30-33.

[4] 张子辉.移动通信互调干扰抑制[J].四川通信技术,1994(02):45-47.