1導(dǎo)言

經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，無(wú)線通信已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的通信手段。近年來(lái)，隨著城市建設(shè)、用戶的快速增加和業(yè)務(wù)的多樣化，傳統(tǒng)的廣域覆蓋模式已經(jīng)不能滿足用戶的需求。城市中大量樓房、會(huì)堂的修建，鋼筋混凝土建筑的興起，嚴(yán)重阻礙了無(wú)線信號(hào)的傳輸。地鐵、地下通道、地下停車場(chǎng)空等地下建筑也是無(wú)線覆蓋的盲區(qū)，用戶在建筑內(nèi)使用移動(dòng)通信服務(wù)受到嚴(yán)重限制。為了提高用戶體驗(yàn)、服務(wù)質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)下大力氣加大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化。通過(guò)建設(shè)大量基站和室內(nèi)分布信號(hào)，解決室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，為用戶提供無(wú)縫覆蓋和高效持續(xù)無(wú)盲區(qū)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2射頻無(wú)源器件應(yīng)用

射頻無(wú)源器件主要用于無(wú)線通信系統(tǒng)的基站建設(shè)和室內(nèi)分布系統(tǒng)。尤其是在建筑物內(nèi)無(wú)線信號(hào)的室內(nèi)分布覆蓋，應(yīng)用種類繁多，數(shù)量龐大。射頻無(wú)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。在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，基站發(fā)射的信號(hào)通過(guò)射頻無(wú)源器件連接或分流，通過(guò)饋線分布到各個(gè)覆蓋點(diǎn)的天線上，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)線信號(hào)連續(xù)良好的覆蓋。

室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括兩部分:信源和天饋分布系統(tǒng)。無(wú)源器件是天饋系統(tǒng)的主要組成部分。

典型的天饋系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1典型天饋系統(tǒng)拓?fù)鋱D

各種標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)由各基站發(fā)出，再由多頻合路器或橋接器等具有合路功能的無(wú)源設(shè)備合路，再通過(guò)電纜傳輸?shù)椒植荚诮ㄖ镏車牡蹴斕炀€或壁掛天線，由天線發(fā)射出去進(jìn)行覆蓋。組合信號(hào)也可以被耦合器耦合輸出的信號(hào)的一部分直接覆蓋。另外，由于多級(jí)級(jí)聯(lián)中每個(gè)器件中插入的許多無(wú)源器件的插入損耗的積累，信號(hào)會(huì)有很大的衰減，或者長(zhǎng)距離傳輸?shù)纳漕l信號(hào)在電纜傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有很大的衰減，所以可以將合路信號(hào)連接到多頻合路器的輸出端口(即腔體多頻合路器反向使用)作為功分器，經(jīng)過(guò)多頻合路器濾波后，信號(hào)從多頻合路器的輸入端口輸出。由于每個(gè)端口的帶通濾波特性，每個(gè)端口只輸出該端口工作頻帶內(nèi)的信號(hào)。這些信號(hào)可以傳輸?shù)礁鱾€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的專用直放站進(jìn)行放大，然后輸出，再合并進(jìn)行覆蓋，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)的參數(shù)，保證各個(gè)點(diǎn)的覆蓋效果。

源發(fā)出的射頻信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)礁鱾€(gè)天線端口，這是一個(gè)信號(hào)合并、傳輸、分配的過(guò)程。射頻無(wú)源器件在無(wú)線通信工程中主要起到連接路由或分布調(diào)節(jié)的作用，所以射頻無(wú)源器件根據(jù)在工程中的應(yīng)用主要分為連接路由型和分布調(diào)節(jié)型。路由是指為射頻信號(hào)提供一條連續(xù)的傳輸路徑，即將射頻信號(hào)的路徑連接起來(lái)，或者將多個(gè)射頻信號(hào)組合起來(lái)進(jìn)行重傳。目前，無(wú)線通信工程中常用的射頻無(wú)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。路由射頻無(wú)源器件主要包括合路器、橋接器等。調(diào)控是指將所有信號(hào)均分為多個(gè)通道或不同頻段、不同大小的射頻信號(hào)，以滿足設(shè)計(jì)和施工要求。分布式器件主要包括功分器、耦合器、濾波器等。當(dāng)然，分布控制裝置也可以和信號(hào)一起發(fā)揮作用，但之所以區(qū)分兩者，是因?yàn)樵诠こ讨?，主要是通過(guò)后者改變射頻信號(hào)大小或頻段的特性來(lái)滿足設(shè)計(jì)和施工要求。例如，可以使用具有不同耦合度的耦合器來(lái)改變耦合端口的輸出信號(hào)大小，以滿足覆蓋要求，或者可以使用雙工器和濾波器來(lái)分離上行和下行信號(hào)或者具有不同頻帶的信號(hào)。

3射頻無(wú)源器件的應(yīng)用對(duì)無(wú)線通信的影響

射頻無(wú)源器件的質(zhì)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)有很大影響。目前國(guó)內(nèi)有三大運(yùn)營(yíng)商:中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通。他們運(yùn)營(yíng)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)包括GSM、CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA、LTE和PHS以及WLAN等。近年來(lái)，出于節(jié)約成本、減少重復(fù)建設(shè)的目的，越來(lái)越多的室內(nèi)分布系統(tǒng)采用多系統(tǒng)共用房間子系統(tǒng)、多系統(tǒng)多頻段信號(hào)的模式，與公共共享平臺(tái)共享室內(nèi)分布系統(tǒng)。這樣做的好處是減少多余的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，節(jié)省空房間。然而，多系統(tǒng)共址和室內(nèi)分布系統(tǒng)帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越突出。多系統(tǒng)共存不可避免地會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)間干擾，尤其是在工作頻段接近、間隔保護(hù)帶較小時(shí)，不同系統(tǒng)間雜散和互調(diào)產(chǎn)物的影響。在這種情況下，質(zhì)量好的無(wú)源器件會(huì)降低這種干擾的影響，質(zhì)量差的器件會(huì)造成或加深這種影響。射頻無(wú)源器件質(zhì)量差也會(huì)導(dǎo)致一些網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的下降，而質(zhì)量好的器件會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量產(chǎn)生積極的作用，對(duì)抑制雜散、干擾和擁塞的發(fā)生會(huì)起到積極的作用。在復(fù)雜環(huán)境下，多標(biāo)準(zhǔn)共存機(jī)房子系統(tǒng)對(duì)無(wú)源器件的技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)的要求提高到了一個(gè)新的水平。

目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的主要干擾類型分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)間干擾。具體來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)在發(fā)射機(jī)雜散、接收機(jī)阻塞和互調(diào)干擾。

系統(tǒng)中的雜散干擾是指發(fā)射頻段雜散進(jìn)入接收頻段對(duì)系統(tǒng)本身造成的干擾。

系統(tǒng)間雜散干擾是一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散落入另一個(gè)系統(tǒng)的接收頻段引起的干擾。雜散干擾對(duì)系統(tǒng)最直接的影響就是降低系統(tǒng)的接收靈敏度。

阻塞干擾是每個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)及其工作頻率的組合分量。它落在自己系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的接收機(jī)所接收的信道帶寬之外，但是它仍然可以進(jìn)入基站接收機(jī)。當(dāng)這種干擾導(dǎo)致接收機(jī)飽和時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法正常接收正常工作頻段的信號(hào)，從而惡化接收機(jī)的靈敏度性能。

由于射頻無(wú)源器件、功放電路等非線性元件的存在，兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)作用在非線性器件上會(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(wú)線通信系統(tǒng)中存在有源互調(diào)和無(wú)源互調(diào)兩種類型。當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)射兩個(gè)或多個(gè)載波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有源互調(diào)。無(wú)源互調(diào)是由無(wú)源器件、射頻連接鏈路中的機(jī)械接頭不良、射頻器件材料的滯后、射頻通道中表面或接觸面的污染、不同材料連接的非線性特性等因素引起的互調(diào)產(chǎn)物。如果無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物落入上行接收頻帶，則由于終端的信號(hào)強(qiáng)度低，落入上行的互調(diào)產(chǎn)物將對(duì)基站的接收靈敏度產(chǎn)生不利影響。

上述干擾是工程實(shí)踐中我們不希望遇到的問(wèn)題，但也是難以避免的。無(wú)源器件在室內(nèi)分布系統(tǒng)中起連接、多系統(tǒng)組合或分布的作用。在這個(gè)過(guò)程中，選擇合適規(guī)格和參數(shù)的無(wú)源器件可以減少或避免干擾帶來(lái)的影響，而無(wú)源器件或規(guī)格或性能不達(dá)標(biāo)的器件使用不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生或加重干擾。目前中國(guó)主要移動(dòng)通信的頻率劃分如表1所示。

如果基站產(chǎn)生兩個(gè)頻率分別為f1和f2的載波信號(hào)，三階互調(diào)產(chǎn)物頻率為F3，五階互調(diào)產(chǎn)物頻率為F5，即:

F3=2f1- f2和F3=2f2- f1

F5=3f1- 2f2和F5=3f1- 2f2

將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射頻帶的最低和最高邊緣頻率代入上述公式，可以得到每個(gè)發(fā)射頻帶產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物的頻率。根據(jù)計(jì)算可以看出，這些互調(diào)產(chǎn)物的頻率可能落入系統(tǒng)本身的上行頻段造成自干擾，也可能落入其他系統(tǒng)的上行頻段造成系統(tǒng)間干擾，信號(hào)的倍頻和諧波也可能造成干擾。系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間干擾是常見的，尤其是在多標(biāo)準(zhǔn)共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中。因此，在無(wú)源器件的選擇上要特別注意，尤其是起組合作用的器件。

射頻無(wú)源器件的性能參數(shù)主要包括工作頻帶、插入損耗、輸入輸出駐波、端口隔離、帶內(nèi)波動(dòng)、帶外抑制、互調(diào)產(chǎn)物和功率容量等。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況和測(cè)試情況，無(wú)源設(shè)備是影響現(xiàn)網(wǎng)的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵因素主要包括:

●端口隔離

隔離不好會(huì)造成不同系統(tǒng)間的干擾，傳輸雜散和多載波互調(diào)產(chǎn)物會(huì)干擾終端上行信號(hào)。

●輸入/輸出駐波

當(dāng)無(wú)源器件的駐波比較大時(shí)，反射信號(hào)變大。極端情況下，基站的駐波會(huì)報(bào)警，損壞射頻元件和功放。

低帶外抑制

差的帶外抑制會(huì)增加系統(tǒng)間干擾，好的帶外抑制能力和好的端口隔離一樣有助于降低系統(tǒng)間串?dāng)_。

●互調(diào)產(chǎn)物

大的互調(diào)產(chǎn)物會(huì)落入上行頻帶，導(dǎo)致接收機(jī)性能惡化。

●功率容量

在多載波、大功率輸出、高峰均比信號(hào)的條件下，功率容量不足容易導(dǎo)致噪底上升，無(wú)法通話、掉話等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量嚴(yán)重惡化，導(dǎo)致飛弧、著火，極端情況下?lián)舸龤?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，造成不可逆的損失。

●器件加工技術(shù)和材料

而較差的材料和加工工藝直接導(dǎo)致器件各項(xiàng)參數(shù)性能的下降，同時(shí)器件的耐久性和環(huán)境適應(yīng)性也大大降低。

一般因素主要包括:

●插入損耗

如果插入損耗太大，信號(hào)會(huì)在鏈路上損失更多的能量，影響覆蓋。同時(shí)，增加直放站會(huì)引入新的干擾。而盲目提高基站發(fā)射功率并不環(huán)保，超過(guò)功放線最佳線性工作范圍，發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量會(huì)變差，影響室內(nèi)分布設(shè)計(jì)預(yù)期的實(shí)現(xiàn)。

●帶內(nèi)波動(dòng)

帶內(nèi)波動(dòng)大會(huì)導(dǎo)致帶內(nèi)信號(hào)平坦度差，當(dāng)帶內(nèi)有多個(gè)載波時(shí)會(huì)影響覆蓋，從而影響室內(nèi)分布設(shè)計(jì)的預(yù)期實(shí)現(xiàn)。

●工作頻帶。

(1)具有組合功能的射頻無(wú)源器件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

室內(nèi)分布主要采用3dB電橋和多頻合路器進(jìn)行合路。

3dB橋在房間子系統(tǒng)中一般有兩種連接方式，即雙極化兩個(gè)不同載波的扇區(qū)與基站的組合方式或兩個(gè)基站同頻段多載波的組合方式。目前3dB橋的隔離指標(biāo)要求設(shè)置在25dB，一般不超過(guò)30dB，導(dǎo)致兩個(gè)合口的載波信號(hào)相互干擾。這種連接會(huì)使基站產(chǎn)生互調(diào)。如果增加它們之間的隔離，影響將被最小化。

無(wú)源器件的非線性會(huì)導(dǎo)致互調(diào)產(chǎn)物，同時(shí)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)饋電的載波數(shù)增加時(shí)，這種干擾會(huì)加劇，干擾頻段的低噪聲會(huì)抬高這種干擾。在這種情況下，多頻合路器比3dB橋要好，因?yàn)?dB橋的兩個(gè)端口之間的隔離度一般只有25~30dB，而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中使用的多頻合路器端口之間的隔離度至少要達(dá)到80dB。所以多制式多載波基站合并時(shí)應(yīng)該首選多頻合路器，因?yàn)楦蟮亩丝诟綦x度會(huì)抑制端口間的互調(diào)和雜散串?dāng)_。

使用具有組合功能的無(wú)源器件時(shí)，首先要考慮端口隔離和帶外抑制的問(wèn)題。在理論上組合源之間相互干擾的情況下，應(yīng)遵循所選器件保證有效隔離和良好的帶外抑制能力。同時(shí)，如果合路信號(hào)中有較高的功率，需要保證選擇功率容量足夠的腔體器件，否則會(huì)造成擊穿或短路。同時(shí)要保證器件的材料制造工藝，如焊接、連接、電鍍等各方面都能滿足要求，避免閃絡(luò)。

目前運(yùn)營(yíng)商在大型建筑的室內(nèi)分布工程中廣泛使用POI，Point of Interface)。其主要功能是將各基站不同頻段的載頻信號(hào)合成后送至公共天饋分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由寬帶橋式合路器、多頻段合路器、負(fù)載等無(wú)源器件組成。POI采用上下游天饋系統(tǒng)分離的方式，可以在一定程度上避免下游對(duì)上游的干擾。

(2)分布式射頻無(wú)源器件對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響。

分配器件主要起到功率分配和頻率分配的作用，主要包括功分器和耦合器，電橋和多頻合路器也可作為分配器件。

一般分布設(shè)備與基站直連，與基站直連的設(shè)備要考慮設(shè)備類型和材料、工藝的要求，功率電阻、互調(diào)指標(biāo)、隔離度是重點(diǎn)選擇的重要指標(biāo)。避免使用低功率耦合器和功率分配器。設(shè)備功率容量不足會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火，從而導(dǎo)致?lián)舸┗驘龎摹Ｈ绻v波較大，反射信號(hào)會(huì)增加。如果反射信號(hào)太大，信號(hào)源的功率放大器就會(huì)損壞。

(3)射頻無(wú)源器件的設(shè)計(jì)和制造對(duì)應(yīng)用的影響。

目前網(wǎng)絡(luò)中使用的無(wú)源器件根據(jù)設(shè)計(jì)制造原理和生產(chǎn)工藝可以分為腔體和微帶。腔器件主要包括腔功分器、腔耦合器、腔濾波器、腔合路器和腔橋。微帶器件主要包括微帶功分器、微帶耦合器和微帶充電橋。腔體器件的體積通常大于微帶器件的體積。同時(shí)腔體器件的加工工藝和制造難度大于微帶器件，成本也高于微帶器件。而腔體器件插入損耗小，使用壽命長(zhǎng)，功率容量大，尤其是比微帶器件更好的抗功率。目前，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商傾向于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中使用腔體無(wú)源器件。

無(wú)源器件根據(jù)接口類型主要分為N、BNC、SMA、TNC、DIN7-16等。同時(shí)，大部分接口也有極性，即公母公母公。由于有N型和DIN7-16型接口，螺絲鎖緊連接非常牢固可靠，防護(hù)等級(jí)高，耐候性好，互調(diào)性能好。DIN7-16型特別適用于大功率和戶外應(yīng)用。這兩種系列連接器在無(wú)線通信工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛。

與有源器件相比，無(wú)線通信中的無(wú)源器件種類相對(duì)較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造技術(shù)和工藝門檻較低。然而，無(wú)源器件的質(zhì)量直接影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和運(yùn)行的穩(wěn)定性。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的興起，無(wú)源器件的原理設(shè)計(jì)和參數(shù)定制趨于標(biāo)準(zhǔn)化和程序化。所以設(shè)備廠商在設(shè)計(jì)上并不存在瓶頸，而是因?yàn)榻档统杀净蛘呱a(chǎn)力的因素。材料選擇和加工工藝不當(dāng)是無(wú)源器件性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的重要原因。

影響無(wú)源器件質(zhì)量的主要因素包括設(shè)計(jì)、材料選擇和加工工藝。設(shè)計(jì)要準(zhǔn)確，材料選擇要滿足工程裝置的要求，加工工藝要能保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。

首先要保證加工精度。清潔的腔體表面對(duì)器件的整體性能影響很大，尖銳的毛刺邊角會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)噪聲和互調(diào)不良。應(yīng)采取積極有效的措施排水、防腐、防塵等。在設(shè)備處理時(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境。如腔體裝置采用數(shù)控銑床加工或一次壓鑄成型，連接緊固螺釘采用防銹金屬，裝置表面防腐并用導(dǎo)電密封膠密封。優(yōu)質(zhì)通用內(nèi)導(dǎo)體與內(nèi)芯一體成型，采用DIN或N型連接器，腔體空氣體結(jié)構(gòu)。腔體采用鋁合金一次壓鑄成型，鍍銅鍍銀，無(wú)縫密封，表面光滑。外導(dǎo)體由鍍鎳的黃銅或三元合金制成，內(nèi)芯由延展性好的鈹青銅鍍銀制成。

4結(jié)束語(yǔ)

無(wú)源器件的應(yīng)用范圍應(yīng)與其類型和規(guī)格相適應(yīng)。每個(gè)設(shè)備都有自己的功能和規(guī)格參數(shù)。在使用中，應(yīng)注意工作頻段和室內(nèi)分布鏈路設(shè)計(jì)中各部分參數(shù)的局限性。每一類設(shè)備都有自己的應(yīng)用場(chǎng)景，每一類設(shè)備的功能特點(diǎn)和規(guī)格都不一樣，所以在使用時(shí)也要充分考慮，盡量避免無(wú)源設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)面影響。

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