防汛抢险应急无线通信干扰分析

黄宏基

（广东省防汛抢险技术保障中心，广东 广州 510635）

防汛抢险应急无线通信干扰分析

黄宏基

（广东省防汛抢险技术保障中心，广东 广州 510635）

无线通信是防汛工作的重要组成部分，针对防汛应急通信的高要求，简述无线干扰形成的原理，分析无线通信中干扰的隔离度要求，通过理论分析和实验得到不同的类型的隔离度和角度方向的要求。为防汛抢险工作中无线通信干扰提供降低干扰，提高通信质量的方法，使得无线通信在防汛抢险救灾工作中达到更高的通话质量，为防汛抢险工作争取时间、发挥更大的作用。

防汛抢险；无线通信；干扰

0 引言

随着信息技术的不断发展，无线通信技术广泛应用于防汛救灾各个领域，在防汛抢险应急中发挥着举足轻重的作用。然而各大运营商网络种类繁多，特别是在中国铁通的建设基础上实现“共建共享”后，将不可避免地带来一系列不同系统间电磁干扰问题，电磁干扰将会影响到通话质量，这使防汛抢险困难增加。通过理论分析和实验测试的方法提出防汛应急无线通信中不同频段和系统之间干扰隔离的有效措施。

1 无线通信干扰研究

无线通信基站间干扰类型主要有以下 3 种[1]：

1）杂散干扰。干扰源产生的大功率发射信号中在发射频带外产生较高的杂散信号落在被干扰接收机工作频段上而产生的加性干扰，造成使被干扰接收机的信噪比恶化，输入信噪比降低，通信质量恶化。

2）阻塞干扰。一个强干扰与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真，推到非线性区，导致放大器对有用信号放大倍数降低甚至抑制。阻塞会导致接收机无法正常工作，长时间的阻塞还可能造成接收机的性能永久性下降。

3）互调干扰。若干个不同的信号同时作用在通信设备上，由于非线性的作用产生与有用信号相同或者接近的频率，从而对通信系统中有用信号形成干扰。在移动通信系统中主要产生接收机、发射机及外部效应引起的互调干扰[2]。

在通信系统中杂散干扰为最主要的干扰，这也是重点关注的一种干扰。

在无线通信中，空间隔离度是干扰判断的重要方式，是工程上重要的隔离方法。空间隔离度即天线间的耦合损耗是指发射机发射信号功率，与该信号到达另一可能产生互调产物的发射机输出端（或者接收机输入级）的功率比值，以 dB 表示。根据工信部无〔2015〕22 号，在近距离或者共站址设置等易发生无线电干扰的场景下，2 个系统基站间空间耦合度损耗应不小于 65 dB[3]。

在防汛抢险工作中，各个运营商各种网络制式均可能用到。现阶段三大运营商频段从 800 MHz～2.4 GHz 都有覆盖，信源制式复杂多样。不同网络工作频段如表1 运营商网络制式及频率所示。

2 防汛无线通信中天线隔离度

防汛无线通信中天线隔离度模型如图1 隔离度示意图所示，一般情况下接收天线电平 Po设为 0 dBm，在发射天线发射出 1 个电平为 Pi的信号，然后用测试仪对天线接收下来的信号电平 Po进行测试。其中隔离度 I = Pi– Po，LW为阻碍物损耗，覆盖天线放大器正常工作的条件：I（隔离度）＞G（放大器增益）。

表1 运营商网络制式及频率

图1 隔离度示意图

由于位于同一基站或周围基站的发射机产生的带内强信号或者带外信号，将使接收机噪底抬升或者阻塞。为了保证较好的通信质量，收发天线有足够的空间距离使得隔离度 I 达到要求滤去带内干扰和带外噪声，才能有效保证接收机的灵敏度[4]。

隔离方式一般分为水平、垂直和倾斜隔离 3 种，如图2 隔离方式所示。

图2 隔离方式

下面针对这 3 种隔离方式，分别计算隔离距离。

1）水平隔离度 DH计算公式：

式中：22 是传播常数；X 为天线水平距离；λ 为中心频率波长；Gt为在收发天线直线连线上发射天线增益；Gr为在收发天线直线连线上接收天线增益。

2）垂直隔离因为垂直方向上天线不可能正对，且俯仰的角度比较小，所以垂直方向空间隔离度的计算公式没有将天线增益计算在内。

垂直隔离度 DV计算公式：

式中：28 为传播常数；y 为天线之间垂直距离。

3）倾斜隔离，一般在实际安装中并不存在纯垂直隔离或纯水平隔离，通常介于两者之间。倾斜隔离度 DS计算公式：

式中：θ 为天线之间的垂直夹角。

通过公式变化可以得到：当天线倾斜架设时，天线隔离度大于水平隔离度但小于完全垂直隔离度。另外通过实验测试验证，实际测试数据与倾斜隔离度经典计算公式的结果有一定差异，在实际应用中建议计算值预加 10 dB[5]。

3 实验测试方法

本次实验测试以新一代 4G 无线通信中 LTE FDD 1.8 GHz 频段系统与移动 TDD LTE 系统为例。使用信号发生器、功率放大器、频谱分析仪、收发天线等设备进行链接，测试链接方式如图3 所示。

图3 测试链接方式

通过实验测试对 1.8 GHz LTE FDD 频段基站与移动 TDD LTE 系统进行分析，测试不同距离的隔离度是否满足无线通信要求。其中信号发生器：中心频点为 1 870 MHz/1 880 MHz，信号功率为 0 dBm；功率放大器为 33 dBm；收、发天线增益为 10 dBi；频谱仪：扫频带宽为 20 MHz。

信号发生器在中心频点为 1 870 MHz/1 880 MHz频段产生的 200 kHz 信号脉冲，现场调整收发天线之间的水平距离、垂直距离、水平及垂直距离、方向角等参数，观察频谱仪在不同情况下的接收场强，计算出隔离度。图4 为信号发生器在 1 870 MHz 频段产生的 200 kHz 信号脉冲时，频谱分析仪的接收场强在 10 dB 处的位置。

图4 频谱分析仪显示结果

4 隔离度测试数据

通过以上的干扰隔离度分析和干扰距离的计算方法阐述，对防汛无线通信基站中不同运营商各中系统干扰隔离测试，其中以 1.8 GHz LTE FDD 频段基站与移动 TDD LTE 系统为例进行分析，通过对收发天线之间的水平距离、垂直距离、水平及垂直距离、方向角等参数进行修正并进行测试，其中垂直隔离度测试结果如表2 所示，水平隔离度测试结果如表3 所示，水平及垂直隔离度矩阵测试结果如表4所示，天线方向角测试结果如表5 所示。通过实际测试数据得到 1 880 MHz 频段垂直隔离距离为 1 m时，隔离度为 68 dB，已满足工信部要求的 65 dB。水平隔离为 2 m 时，隔离度为 73 dB，已满足工信部要求的 65 dB。

表2 垂直隔离度测试结果

表3 水平隔离度测试结果

表4 水平及垂直隔离度矩阵测试结果

表5 天线方向角隔离度矩阵测试结果

通过理论和实验分析，以 1.8 GHz LTE FDD 频段基站与移动 TDD LTE 系统为例，在防汛应急无线通信干扰中，基站的天线隔离度必须使得垂直隔离距离 ＞ 1 m，水平隔离为 ＞ 2 m 时方向角外向角度要 ＞ 60°，才能有效减少干扰。

5 结语

无线通信经过多年的发展，目前网络从 2～4 GB/s，频段从 800～2 400 MHz 都有各种不同的无线通信系统在使用，在防汛抢险救灾中无线通信发挥着重要的作用。防汛无线电通信过程中，由于存在不同形式的干扰现象，若处理不当，不但会影响通信质量，严重时甚至无法通信影响抢险救灾工作[6]。如何减少在防汛通讯中减少干扰，提高通讯的质量，本文通过理论分析和实验结果，对无线通信中不同无线通信系统的干扰进行了阐述，提出了不同系统、隔离度和方向角的实际操作方法，对实际防汛抢险通信有一定的理论价值，以及实际设计、施工建设指导意义。

通信联络是防汛抢险工作的生命线，是贯彻“以防为主，防重于抢”和“有备无患”的防汛指导思想的重要措施之一，是防汛工作的重要组成部分。今后在防汛抢险通信中仍需要不断紧跟通信技术的发展进行技术更新与优化调整。

[1] 曾小平. 电信基础设施共建共享中的电磁干扰隔离分析[J]. 广东通信技术，2009 （12）: 26-29.

[2] 冯爱国. 移动通信中的干扰分析及防护措施[J]. 中国无线电，2005 （6）: 43-44.

[3] 工业和信息化部. 工信部无〔2015〕22 号[A]. 北京：工业和信息化部，2015: 2-3.

[4] 余泽兵. 3G 移动通信系统间干扰分析[D]. 北京：北京邮电大学，2007: 53-57.

[5] 陈胜. TD-SCDMA 与 WCDMA 共站互干扰研究[J]. 城市建设理论研究，2015: 32-34.

[6] 李宇. 防汛无线通信干扰及防范[J]. 水利天地，1991 （4）: 14-15.

Analysis of emergency wireless communication interference in flood prevention

HUANG Hongji

（Guangdong Provincial Technical Support Center of Flood Control, Guangzhou 510635, China）

Wireless communication is an important part of flood prevention. According to the high requirements of emergency communication in flood prevention, the isolation requirement of interference in wireless communication is analyzed. Different types of isolation and angle directions are obtained through theoretical analysis and experiment In this paper the method above is provided for reducing the interference of wireless communication and improving the communication quality. Through using the method higher communication quality is obtained, which speeds the flood control and disaster rescue work. The method is playing a greater and greater role.

flood prevention; wireless communication; interference

TV87

A

1674-9405（2017）03-0056-04

2017-01-09

黄宏基（1985-），男，广东佛山人，硕士，主要从事防汛抢险技术保障、通信系统、水利网络安全与信息化相关技术研究工作。

10.19364/j.1674-9405.2017.03.013