王靖博，宋建宏，景 花

（山西省無線電監(jiān)測中心，山西 太原 030001）

引言

目前，在公眾移動通信技術(shù)的迭代，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)的商用、推廣和大力發(fā)展的大背景下，電信運(yùn)營商為了做好網(wǎng)絡(luò)覆蓋，利用頻率越低其傳播屬性越有優(yōu)勢的特點(diǎn)，為充分發(fā)揮已獲得核準(zhǔn)的頻譜資源的利用效率，在獲得允許情況下，適當(dāng)?shù)貙︻l率進(jìn)行了重耕，以提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和質(zhì)量，尤以GSM頻段較為典型。然而，個別用戶擅自安裝使用的GSM手機(jī)信號放大設(shè)備對重耕后的FDD 頻段存在干擾，隨著頻率重耕趨勢發(fā)展，干擾現(xiàn)象愈發(fā)凸顯，從無線電管理機(jī)構(gòu)受理和排查的移動通信干擾來看，已占據(jù)了目前公眾移動通信外部干擾的很大比例。本文主要從技術(shù)角度分析手機(jī)信號放大器干擾的成因以及提出合理的應(yīng)對方案和解決措施。

1 手機(jī)信號放大器概述和基本工作原理

在城市建筑物高密度的環(huán)境下，諸如一些地下樓層、樓宇底商、窄巷和高層樓宇等區(qū)域，這些區(qū)域的室內(nèi)移動通信網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋普遍較差，手機(jī)用戶接打電話體驗(yàn)差、掉話現(xiàn)象頻繁。為了改善這一情況，用戶可向電信運(yùn)營商投訴、申請技術(shù)服務(wù)。但是，個別用戶也會通過不法經(jīng)銷商或網(wǎng)絡(luò)渠道購買手機(jī)信號放大裝置來解決問題。這類非正規(guī)渠道、不合規(guī)的手機(jī)信號放大器產(chǎn)品，往往濾波性能較差、雜散嚴(yán)重，有的甚至還對3 家電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)都能造成干擾，影響到公眾移動通信安全。

手機(jī)信號放大器的基本原理是：下行電路是通過接收天線將通信基站下行信號接收，通過噪聲放大器將有用信號進(jìn)行放大、同時抑制掉噪聲信號，將信噪比提高，再通過選頻，轉(zhuǎn)換為中頻信號，經(jīng)濾波器濾波和中頻放大后，頻移上變頻轉(zhuǎn)換為射頻，而經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送，直至移動手機(jī)接收；上行電路為通過天線接收移動手機(jī)的上行信號，由上行低噪放大鏈路沿相反的路徑，經(jīng)過選頻、濾波、功放、變頻后，再通過射頻天線發(fā)送至通信基站。通過上下行雙路徑，實(shí)現(xiàn)通信基站與移動手機(jī)之間的雙向通信。見圖1。

2 手機(jī)信號放大器對基站干擾的原因和定量分析

手機(jī)信號放大器內(nèi)部器件，諸如選頻、濾波、變頻、功放等一系列器件的性能優(yōu)劣，直接影響著其射頻信號質(zhì)量的好壞，下面對產(chǎn)生干擾的情況進(jìn)行具體分析。

2.1 手機(jī)信號放大器產(chǎn)生干擾的原因

由于手機(jī)信號放大器在設(shè)備功能定位上是放大上行頻段內(nèi)手機(jī)信號的，有的放大器還是全網(wǎng)通用的，故其接收頻段較寬，射頻放大器在放大信號的同時也會放大接收到的各類噪聲。無線環(huán)境熱噪聲功率，可以表示為：

式中：K 為波爾茲曼常數(shù)；T 為絕對溫度；B 為用于測量噪聲功率的測量帶寬。

歸一化為1 Hz 帶寬內(nèi)，室溫下的噪聲功率為-174 dBm，可以作為一個常數(shù)使用。

除了熱噪聲，有源電路還會引入其他噪聲，導(dǎo)致電路噪聲電平提高。為了定量描述電路實(shí)際噪聲電平高出熱噪聲的程度，引入噪聲系數(shù)（Noise Figure，簡稱NF）概念。

噪聲系數(shù)還可以這樣理解：線性四端網(wǎng)絡(luò)輸入信噪比與輸出信噪比之比值。即NF=輸入信噪比/輸出信噪比；NFdB＝10 lg（輸入信噪比/輸出信噪比）

整個放大鏈路的總噪聲系數(shù)：

NF=NF1+（NF2-1）/G1+（NF3-1）/G1G2+…+（NFn-1）/G1G2…Gn-1

設(shè)有用信號輸入功率為Pin，則整個放大鏈路輸出的有用信號能量為Pout：

則整個放大鏈路輸出的有用信號能量為Pnoise，環(huán)境底噪為Pnfloor：

即，直放站放大有用信號的同時也會放大噪聲能量。噪聲雖然不是有用信號，但對于直放站來說依舊是電信號，同樣會被放大。

當(dāng)LTE 基站某小區(qū)空載狀態(tài)下，小區(qū)上行底噪抬升超過門限值時，按照每個RB 統(tǒng)計，如果單個RB的NI 值超過-116.2 dBm，則認(rèn)為該RB 上受到上行干擾。

LTE FDD 系統(tǒng)的運(yùn)營商網(wǎng)管統(tǒng)計為干擾指標(biāo)為帶寬下所有RB 的平均干擾值，不區(qū)分空閑態(tài)還是連接態(tài)。然而，以往GSM系統(tǒng)的網(wǎng)管統(tǒng)計為載波空閑狀態(tài)下的干擾，由于GSM系統(tǒng)為多頻點(diǎn)多信道且有跳頻技術(shù)，能夠有效減少頻間干擾。目前原2G 頻段的頻率復(fù)用和LTE FDD 同頻，這個除了在規(guī)避干擾的同時，在干擾輸入源尤為不同，例如原2G 使用的頻點(diǎn)可能和周邊小區(qū)不同頻，所以在宏基站網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上不存在干擾，但對LTE FDD 不同，除了本小區(qū)的頻點(diǎn)，鄰區(qū)的上行信號都可能會被手機(jī)信號放大器進(jìn)行放大，其互調(diào)產(chǎn)物會直接對LTE FDD 造成影響，故LTE FDD 在頻率重耕后的干擾容忍程度要小于GSM系統(tǒng)。

LTE FDD 相對GSM 來說承載了更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對誤碼要求比較嚴(yán)格，在無線電電磁環(huán)境相同的情況下，傳送語音所需的手機(jī)發(fā)射功率通常要小于傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)射功率，因此，系統(tǒng)內(nèi)LTE FDD 干擾要高于GSM。

手機(jī)信號放大器以及全頻段放大器，閑時狀態(tài)對LTE FDD 和GSM底噪影響基本差距不大，但容易受到互調(diào)干擾影響,尤其是全頻段信號放大器的互調(diào)產(chǎn)物，會嚴(yán)重影響LTE FDD 系統(tǒng)。

2.2 定量分析干擾對基站的影響

計算信號放大器射頻天線端輻射信號強(qiáng)度（功放按500 mW 計），輻射功率P=10×lg（500 mW）=27 dBmW。

考慮最遠(yuǎn)和復(fù)雜多徑情況，該放大器距離基站5 km（一般情況要小于這個值），頻率按照900 MHz計算，則傳播損耗近似為：?=32.45+20lgd+20lgf=105.45dB。

則該放大器輻射信號至基站單個RB 處的功率值為：P'=27-105.45=-78.45 dBm。

很明顯，-78.45 dBm﹥-116.2 dBm（NI 接收信號保護(hù)值）。

由以上推導(dǎo)，不難看出：手機(jī)信號放大器放大的熱噪聲和互調(diào)信號，對基站造成的干擾是明顯的。

綜上分析，重耕頻率后的LTE FDD 網(wǎng)絡(luò)，在面臨不合規(guī)的手機(jī)信號放大器尤其是全頻段信號放大器施發(fā)的干擾時，存在因器件性能差導(dǎo)致的熱噪聲放大干擾和鄰區(qū)上行信號互調(diào)干擾這2 類主要干擾。因此，在實(shí)際干擾排查工作中，要利用便攜式頻譜分析儀或監(jiān)測接收機(jī)來識別、測向信號放大器的干擾信號，追蹤干擾源設(shè)備。

3 干擾排查的實(shí)際案例

4 月19 日，陽泉市無線電管理局接到移動公司無線電干擾申訴，反映位于城區(qū)南深溝4G 公眾移動通信基站890～915 MHz 頻段的背景噪聲一段時間以來受到外部干擾較為嚴(yán)重，對基站通信造成的干擾等級較高，影響到此區(qū)域公眾移動通訊業(yè)務(wù)，請求協(xié)助排查。陽泉市無線電管理局組織山西省無線電監(jiān)測中心陽泉監(jiān)測站技術(shù)人員對其干擾開展實(shí)地排查。

技術(shù)人員在該社區(qū)進(jìn)行監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)在898.1 MHz 上出現(xiàn)一個明顯的單載波信號，帶寬達(dá)到500 kHz，并且持續(xù)占用頻率，其頻譜特征為典型的手機(jī)信號放大器信號，見圖2、下頁圖3。鑒于該處地點(diǎn)位于老城區(qū)、居民樓密集、且由于地勢原因，樓宇高低錯落，無線電信號反射現(xiàn)象較強(qiáng)。我技術(shù)人員在該區(qū)域?qū)ふ腋唿c(diǎn)、仔細(xì)排查，最終在眾城小區(qū)某單元樓處鎖定了發(fā)射源位置，明確了該干擾源為居民私自安裝的1 部手機(jī)信號放大器，技術(shù)人員聯(lián)系到住戶將設(shè)備關(guān)機(jī)后，移動公司基站后臺低噪統(tǒng)計反映干擾消失，驗(yàn)證了該信號放大器即為干擾源。

4 應(yīng)對手機(jī)信號放大器干擾的措施和建議

對于無線電管理部門，一是要做好信號放大器生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)的管理，通過進(jìn)一步加強(qiáng)型號核準(zhǔn)認(rèn)定，杜絕不合規(guī)的產(chǎn)品流入市場，同時加大市場檢查，未經(jīng)型號核準(zhǔn)的設(shè)備嚴(yán)禁銷售，并做好經(jīng)銷主體的備案工作，強(qiáng)化市場管理；二是加強(qiáng)無線電監(jiān)測排查力度，與電信運(yùn)營企業(yè)建立日常干擾排查聯(lián)系機(jī)制，對確定的外部干擾案件要及時實(shí)施監(jiān)測排查，不留隱患、銷號清零，同時及時要總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升監(jiān)測技能水平；三是做好事中事后行政執(zhí)法，面對出現(xiàn)的干擾案情，要及時介入，充分運(yùn)用好行政執(zhí)法手段，必要時利用好公安、工信部門間的協(xié)作，及時懲治擅自設(shè)置手機(jī)信號放大器行為，對于損害公眾移動通信安全、造成嚴(yán)重后果的，要加大查處力度，給不法行為予以嚴(yán)厲打擊，維護(hù)好公眾移動通信安全有序的電磁環(huán)境。