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机场集群通信系统干扰分析及处置
发表日期:2014-06-09 10:18:54 来源: 作者: 【 】 浏览:2458次 评论:0

/是昱、吴李晓

摘要:对讲机是机场地面通信的重要工具,为解决部分建筑物对信号的阻挡问题,在信号覆盖较差地方架设直放站(直放站由天线、射频双工器、低噪声放大器、混频器、电调衰减器、滤波器、功率放大器等元器件或模块组成上、下行放大链路。其工作的基本原理是:用前向天线<施主天线>将基站的下行信号接收进直放机,通过低噪放大器将有用信号放大,抑制信号中的噪声信号,提高信噪比;再经下变频至中频信号,经滤波器滤波,中频放大,再移频上变频至射频,经功率放大器放大,由后向天线<重发天线>发射到移动台;同时利用后向天线接收移动台上行信号,沿相反的路径由上行放大链路处理:即经过低噪放大器、下变频器、滤波器、中放、上变频器、功率放大器再发射到基站。从而达到基站与移动台的双向通信),但是在实际运行过程出现了对讲机信号的干扰。本文通过一起案例,详细阐述了干扰的处置过程,希望在以后集群网布局和互调干扰排查时出现类似情况对大家有所参考和帮助。

无锡市苏南硕放国际机场为军民合用机场,飞行跑道长3 200m,宽50m,飞行区等级为4E,可直飞东京、大阪、首尔、济州、曼谷、新加坡、暹粒、台北、香港、澳门等国际(地区)城市。2013年旅客吞吐量达360万人次,年货邮吞吐量达8.4万吨。场内还驻有东方航空江苏有限公司无锡分公司及深圳航空无锡公司两家驻场单位,因此机场业务量非常繁忙,对讲机业务需求量很大,故架设4信道模拟集群通信系统一套(中继台选用建伍TKR-750,控制器使用SMARTTUNK 850),使用各类对讲机300部。如图1所示为机场大致平面图。

1 苏南硕放国际机场平面图

从图1中可以看出,机场内高度较高、且占地面积大建筑物的为航站楼、以及部队机库等,由于航站楼顶无法架设对讲机天线,如果天线架设到跑道对面的塔台,但塔台只有20高,比航站楼低了近10m,陆侧信号会被航站楼阻挡,因此,当时选取了相对较高的行政办公楼顶架设了对讲机天线,但由于航站楼以及部队机库的阻碍,使得机坪部分位置以及跑道南端信号不好,影响对讲机通信质量。为解决上述问题,我们在航站楼机坪侧及南下滑附近架设两个直放站,从基站发射天线处通过耦合器耦合出两路射频信号,通过光纤分别传到上述两处直放站,并通过天线辐射出去。如图2所示,这两个直放站建立后,上述区域信号大大改善,基本消除了信号盲区。

2 直放站分布图

运行一段时间后,用户反映对讲机使用过程中经常受到严重干扰,这个干扰有时是来自系统内部,如机场地服的通话会串到机场护卫波道等等,严重影响正常的机场调度指挥。为此,我们对几个干扰比较严重的区域进行实地测试,监测人员用PR-100接收机对机场使用的集群频点进行测试,发现确实存在严重的干扰现象,而且该干扰现象有3种不同的变化规律。

3 2个频率互调产生干扰

4 3个频率互调产生干扰

5 4个频率互调产生干扰

为判断干扰源,我们通过对信号进行测向,发现干扰信号主要来自于机场跑道南端,以及航站楼方向,经过判别,发现该方向也正是机场集群通信系统的两套直放站远端机天线方向,。在通过详细判断,发现只要靠近两个放置远端机设备的区域均出现有相同的干扰现象。该远端机装置主要是将光纤传输来的射频信号进行放大。当关闭远端机时干扰随之消失,但通话质量受到严重影响,因此不能用关闭远端机的方式解决此问题。我们试着调低远端机放大器的功率,但是干扰信号仍旧存在,并且干扰现象并无明显改善。那么干扰信号究竟从何而来?我们对机场的集群通信系统作进一步了解对干扰原因做了进一步分析。

机场集群通信系统共设置使用4组频点,经过对以上3幅图形的分析,该干扰应是互调干扰导致,如图3所示为2个频率互调产生的,如图4所示为3个频率互调产生的,如图5所示为4个频率互调产生的。

根据图2所示机场集群通信系统结构图,该系统由4组发射机组成,每个发射机设置一组频点,为了扩大覆盖范围,利用耦合器将耦合的信号送入近端机,再通过光纤由远端机将信号放大,实现信号覆盖。那么测试互调干扰是从哪个环节上产生?我们决定顺着信号的流程,逐步进行判别,首先选择在集群通信系统主站附近测试,在开路测试的情况下并没有明显的互调干扰现象。随后我们针对系统进行闭路测试。

6 开路测试的情况下并没有明显的互调干扰现象

当在系统发射单元偶合器的偶合口和合路器口针对输出接口测试时,发现均有互调信号。通过测试结果来分析判断干扰的原因,该互调信号由合路器产生,再通过偶合口通过近端机分配到两个远端机进行放大,干扰由此而来。

7 系统发射单元偶合器的偶合口针对输出接口测试

8系统发射单元偶合器的合路器口针对输出接口测试

找到了干扰源,那么如何解决呢?我们针对三个问题进行理论分析:1.该集群系统中的干扰从何而来?2.该集群通信系统互调的产生和性质是什么? 3.该集群通信系统的干扰如何处置?

首先,从互调的理论上分析,互调干扰分为有源互调和无源互调。有源互调干扰是指相同工作频率电台之间的干扰,能进入接收机通带的外台载波信号产生的同频干扰。在日常监测和干扰分析中有源互调是比较常见的干扰现象。通过对干扰机理的分析,认识到能在接收机中产生互调干扰的信号应满足下述关系:

m ƑT1±n ƑT2=ƑOR±BR(1)

式中, ƑT1 ƑT2为两个干扰发射频率;ƑOR为接收机调谐频率;BR为接收机中频半带宽;m n 为谐波数, 取整数。将(1) 式归一化为接收机基频, 得到:

 m fT1/fOR±nfT2/fOR=1±BR/ fOR(2)

两个干扰信号混频导致接收机受到严重干扰, 其频率必须满足( 3) :

(三阶) (3)

式中, ƑOR为接收机调谐频率;ƑN 为离接收机调谐频率较近的干扰,发射频率; ƑF 为离接收机调谐频率较远的干扰发射频率;BR60为接收机60dB 半带宽。无源互调干扰是指当多个频率的载波信号通过一些无源器件时,都会产生互调失真。(如天线、电缆、双工器等)由于不同频率的信号在连接处的非线性混频,从而产生不同幅度的互调产物。
  
当有多个频率信号通过非线性电路时,便会相互调制产生互调失真,以二阶和三阶失真幅度为最大,阶数越高失真越小。二阶互调fa+fbfa-fb等,因其频率远离主导信号频率fafb,可不考虑:三阶互调的两种模型2fa-fbfa+fb-fc,因其频率接近或等于主导信号频率,对通信的影响最大;三阶以上互调失真幅度较小,均可不考虑。因此,我们主要考虑三阶以下互调的影响。所有三阶互调关系是固有特性,只要信号强度足够,互调干扰是必然存在的。

根据上述理论推算,在理论上我们频率的选择已经避免了三阶互调关系,但如果手持电台终端在近场的工作条件下,因为受到底噪的影响仍然无法避免这种干扰。而上述机场集群通信系统受干扰强度大范围广的原因是远端;从现象上看是无源互调和有源放大的干扰,干扰是从无源的合路器口产生,在通过有源的远端机口放大,从而在两个远端机附近引起了严重的干扰。

那怎样来解决干扰呢?从上述分析结果来看,只要我们把无源合路器口合成的干扰消除掉,就可以解决了。根据自有空间内电磁波损耗公式:

P(L)=32.4+20lgD+20lgF,其中:D:距离 F:频率

考虑到无源的互调信号很弱,从公式上可以看出距离越远,损耗就越高,我们先把集群通信系统中耦合口通向远端机的接口切断,再在远端机的信号接口处换上一根拉杆天线,这样做目的是为了远端机放弃引用耦合口输出的互调信号,用天线接收的主站信号来代替,再引入到远端机进行信号放大。而原来无源合路器口合成的干扰通过空间自然衰减掉了。果然通过这样的方法连接后,在两个远端机附近测试信号一切正常。干扰问题解决了。

9 两个远端机附近测试信号

以上是对此次干扰的排查情况和处置,通过分析可以知道,在对射频信号放大系统中,把有用信号放大的同时,也会将一些干扰信号同步放大传输。其中一些杂散和互调的产生主要来自于设备内部的功放模块,发射机互调是由于直放站在多个发信机(载波)同时工作时,因合路器系统的隔离度不够而导致信号相互耦合。干扰信号侵入发射机末级功率放大器,从而与有用信号之间开成互调产物,并随有用信号发射,造成干扰。希望在以后集群网布局和互调干扰排查时出现类似情况对大家有所参考和帮助,分析有不当之处请指正。

 

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Tags:机场 集群 通信 系统 干扰 分析 处置 责任编辑:许博翔
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