PCB-Neuigkeiten - Gründe für HF-Störungen in Mobilfunksystemen

Heutzutage nehmen die möglichen Ursachen für Hochfrequenzstörungen zu, einige sind offensichtlich und leicht zu verfolgen, andere sind sehr subtil und schwer zu identifizieren. Obwohl ein sorgfältiges Design der Basisstation einen gewissen Schutz bieten kann, kann das Störsignal in den meisten Fällen nur an der Quelle gesteuert werden. Dieser Beitrag diskutiert die verschiedenen möglichen Ursachen von Hochfrequenzstörungen, die Ingenieuren helfen, die Quellen zu messen, zu verfolgen und zu beseitigen.

HF-Signale (Radio Frequency Interference)-Signale können viele Probleme für die mobile Kommunikation innerhalb des Abdeckungsbereichs einer drahtlosen Kommunikationsbasisstation verursachen, wie Telefonausfälle, Störgeräusche in der Verbindung, Kanalverlust und schlechter Empfang der Sprachqualität. Die verschiedenen möglichen Störursachen nehmen alarmierend zu.

Die heutige komplexe Telekommunikationstechnologie muss in einer komplexen Umgebung mit alten Mobilfunksystemen wie privater drahtloser Kommunikation oder Paging koexistieren, und die meisten dieser alten Systeme werden noch einige Jahre verwendet werden. Gleichzeitig werden andere drahtlose HF-Geräte, wie digitale Videoübertragung und drahtlose lokale Netzwerke, neue Signale erzeugen, die Kommunikationsdienste unterbrechen können. Aufgrund der wachsenden Umweltauflagen konkurrieren viele neue Unternehmen, begrenzte Mobilfunkstandorte zu besetzen, was Mobilfunkübertragungstürme voller Antennen macht. Da wir uns zunehmend über Mobiltelefone verbinden, Multimedia-Shows ansehen und im Internet handeln, und sogar bald unsere Autos, Kühlschränke und Backöfen HF-Signale verwenden, um miteinander zu kommunizieren, wird der Kommunikationshimmel überfüllt.

Ursachen von HF-Störungen

Die meisten Störungen sind unbeabsichtigt und ein Nebenprodukt anderer normaler Operationen. Die Störsignale wirken sich nur auf den Empfänger aus, und selbst wenn sie sich physisch in der Nähe des Senders befinden, wird die Übertragung nicht beeinträchtigt. Hier sind einige häufige Störquellen, um Sie wissen zu lassen, wo Sie in der Praxis anfangen müssen. Beachten Sie, dass die meisten Störquellen von außerhalb der Basisstation kommen, d.h. außerhalb Ihrer direkten Kontrolle.

_Emitter ist nicht richtig konfiguriert

Ein anderer Dienstleister sendet auch ein Signal auf Ihre Frequenz. In den meisten Fällen ist dies auf eine Fehlfunktion oder eine falsche Einrichtung zurückzuführen, und der konfliktreiche Senderdienstleister wird mehr darauf bedacht sein, das Problem zu beheben, um seinen Dienst wiederherzustellen.

_Nicht lizenzierter Sender

In diesem Fall starten andere Dienstleister absichtlich auf demselben Band wie Sie, meist weil er überhaupt keine Lizenz erhalten hat. Er findet möglicherweise kein Signal auf einem Band, also nehmen Sie an, dass niemand das Band verwendet und verwenden Sie es ohne Genehmigung. Lizenzbehörden helfen oft dabei, solche nicht lizenzierten Betreiber zu vertreiben.

_Deckungsüberschneidung

Ihr Netzwerk oder ein anderes Netzwerk deckt mehr als einen Kanal oder Kanäle ab. Falsche Neigung der Antenne, hohe Übertragungsleistung oder Umweltveränderungen können zu Überlappungsbereichen führen, z. B. wenn jemand einen Wald abholzt oder ein Gebäude herunterdrückt, das sonst Signale von einem anderen Ort blockiert.

_Selbstsignalintermodulation

Wenn zwei oder mehr Signale miteinander gemischt werden, wird ein neues moduliertes Signal gebildet, aber es ist kein gewünschtes Signal. Gemeinsame Intermodulation ist ein kubisches Signal, zum Beispiel werden zwei Signale mit einem Intervall von 1 MHz ein neues Signal bei 1 MHz über dem ursprünglichen Hochfrequenzsignal und ein neues Signal bei 1 MHz unterhalb des Niederfrequenzsignals erzeugen. Befinden sich die beiden ursprünglichen Signale im 800- und 801-MHz-Band, treten drei Signale bei 799 bzw. 802 MHz auf.

_Intermodulation mit einem anderen Sendersignal

Intermodulationsstörungen können auch dadurch verursacht werden, dass ein oder mehrere externe drahtlose Signale Koaxialkabel durch eine Antenne führen und dann in den nichtlinearen Endverstärker des konfliktreichen Senders gelangen. Dabei werden die externen Signale untereinander und mit den eigenen Signalen des Senders gemischt, um ein "neues" Frequenzintermodulationssignal zu bilden, das wie ein Kommunikationsband aussieht (oft unerwünscht).

Es ist auch möglich, dass das Störsignal durch zwei externe Signale erzeugt wird, und das Signal des widersprüchlichen Senders selbst nicht beteiligt ist, und die externen Signale werden nur durch bloße Verwendung des nichtlinearen Pegels des Senders vermischt. In diesem Fall hat keines der beiden Signale ein Problem, und der Täter ist der Sender.

Die Lösung dieses Problems ist ein wenig schwierig, da es Änderungen am Sender erfordert, der richtig zu funktionieren scheint. Ein Schmalband-Filter wird benötigt, um das externe Signal so weit wie möglich zu dämpfen, sowie ein Ferrit-Isolator, damit der HF vom Sender zur Antenne übertragen und das Signal, das von der Zuleitung zurückgegeben wird, dämpfen kann. Besitzer verlangen oft, dass alle Sender solche Filter und Isolatoren auf Sendetürmen installieren, die mehrere verschiedene Frequenzen gleichzeitig verwenden.

_Wechselwirkungen durch rostige Wände/Dächer usw.

Transmitter sind keine Brutstätten für Intermodulationssignale, und nichtlineare Verbindungen können auch in der Nähe rostiger weißer Eisendächer oder Wände sein. Wenn die drahtlose Übertragungsleistung hoch ist, fungieren die rostigen Teile des Daches als nichtlineare Diode. Wechselwirkungen wie diese von der physikalischen Struktur sind schwer zu verhindern, da der Wind die rostigen Teile zusammendrückt oder trennt, je nach Wetterbedingungen und der Regen die Rosteigenschaften ändert. Schwer beeinträchtigte Kommunikation muss repariert oder ersetzt werden, um eine zuverlässige Kommunikationsverbindung wiederherzustellen.

_Intermodulation in Antenne oder Stecker

Manchmal kann sogar eine leichte Korrosion des Koaxialkabels oder der Antenne selbst Probleme verursachen, obwohl es nicht ausreicht, um Signalverlust oder VSWR-Probleme zu verursachen, aber die Korrosion kann Feinabstimmung wie eine Diode von schlechter Qualität verursachen. Wenn sich mehrere Hochleistungssender in der Nähe befinden, ist die erzeugte Intermodulation stark genug, um das schwache Kommunikationssignal zwischen Mobiltelefon und Basisstation zu stören. Der schwierige Teil, herauszufinden, ist, dass das Lösen eines Steckers im Antennensystem die Oxidation stören und das Problem vorübergehend aufheben kann, so dass Sie mehr Zeit damit verbringen müssen, sorgfältig aufzuzeichnen, welcher Stecker gelöst oder angezogen wird und ihn nach jedem Schritt testen, um festzustellen, ob er der Schuldige ist.

_Regelmäßige Überlastung des Senders

Jedes starke Frequenzsignal, das vom Sender gesendet wird, wird das benachbarte System überlasten. Die Lösung besteht darin, einen Filter auf dem Empfängerantennenkabel zu installieren, damit das gewünschte Signal hindurchgehen kann und das überlastete Signal gedämpft wird.

_Nebenkanalleistung am benachbarten Sender

Da zugewiesene Frequenzen immer überfüllter werden, weisen konkurrierende drahtlose Dienste engere Frequenzen zu, was das Risiko erhöht, dass ein System Kanalrauschen-Seitenband sendet oder einen anderen benachbarten Empfangskanal verhindert. Wenn der Sender die technischen Spezifikationen erfüllt, müssen Sie den Kanal wechseln oder die physikalische Trennung zwischen Sender und Empfänger erhöhen.

_Oberschwingungen des Funksenders

Hochleistungsquellen, wie kommerzielle Radiostationen, können Hochleistungssignaloberwellen erzeugen, wie ein 5MW-Sender, der leicht 5W-Oberschwingungen erzeugen kann, die genug sind, um die nahe gelegene Mobilkommunikation zu stören. Wenn der Sender alle Spezifikationen und Regierungsvorschriften erfüllt, kann die Lösung darin bestehen, die Kommunikationsantenne zu migrieren, um die Entwicklung des Senders zu vermeiden, oder das Frequenzschema so umzuweisen, dass die Kommunikationsbasisstation in der Nähe des konfliktreichen Senders einen Kanal verwendet, der nicht von seiner harmonischen Energie beeinflusst wird.

Master-STL-Benutzer

Vor dem Aufkommen zellularer Systeme wurden die 900MHz- und 1.400-2.200MHz-Bänder üblicherweise Studio-to-Sender-Verbindungen (STLs) für Radiosender zugewiesen. Die Regierung hat diese Frequenzen an Mobilfunkbetreiber verteilt, aber sie operieren oft weiterhin auf konfliktfreien Frequenzen, ohne ältere Nutzer einzuschränken. Wenn neue Mobilfunkdienste in diesen Bändern eingeführt werden, sollten diese Sender auf neue Frequenzen wechseln, aber einige müssen "alarmiert" werden.

_Audiogleichrichter

In seltenen Fällen überträgt der Basisstationsregler immer noch analogen Audioeingang zum drahtlosen Ausgang, der durch starke Signale von nahegelegenen AM-Sendungen oder Kurzwellenstationen beeinträchtigt werden kann. AM-Signale können in die Audioschaltung gelangen und gleichgerichtet werden, um Broadcast-Audiosignale in Telefongespräche zu mischen. Eine gute Abschirmung um den an die Basisstation angeschlossenen Audioteil sollte dieses Problem lösen.

Verständnis der Art der Störquelle

Störungen können nach ihren eigenen Merkmalen oder nach ihren Auswirkungen auf die Basisstation und Mobiltelefonkommunikation kategorisiert werden. Konflikthäufigkeit ist ein häufig verwendeter Indikator, um Quellen und Ergebnisse von Störungen anzuzeigen.

_Quelle für zusätzliche Frequenzstörungen

Dies ist eine große Störung, einschließlich einiger starker Signale, die nahe und von der Empfängerfrequenz abweichen und stark genug sind, um den Eingang zu beeinflussen. Diese Signale liegen meist sehr nahe an der vorgesehenen Frequenz, da der Empfänger-Eingangsfilter andere Signale herausfiltert, die zu weit voneinander entfernt sind.

Schauen wir uns zwei Effekte auf den Empfänger an. Eine ist Frontend-Blockierung, die durch ein starkes Signal verursacht wird, das in den Empfänger eintritt und die Überlastung der Bühne (Vorverstärker oder Mixer) vollständig sättigt, was das stärkere Signal inakzeptabel macht. Ein weiterer Effekt ist der Entlastungseffekt, bei dem das nahe gelegene Signal in den Empfänger eintritt und von der AGC (Automatic Gain Control) entdeckt wird oder der Limiter-Schaltkreis aktiviert wird, was zu einem Verstärkungsverlust führt. Der Empfänger verhält sich weniger empfindlich, so dass schwache Signale verloren gehen und das Signal-Rausch-Verhältnis für starke Signale reduziert wird.

_Intra-Frequency Interference Source

Die zweite Störart besteht aus Signalen der gleichen Frequenz (stark oder schwach) wie das beabsichtigte Kommunikationssignal und wird normalerweise durch Folgendes verursacht:

Normales Mobiltelefonsignal ist außerhalb der vorgesehenen Reichweite

Der Sender ist fehlerhaft oder falsch konfiguriert

Signaloberwellen von normalen Sendern

Unbeabsichtigte Störsignale von anderen elektrischen Geräten

_Intra-Frequency Effekte aus extrafrequenten Interferenzquellen

Solche Quellen sind schwer zu verfolgen und scheinen Signale in Frequenz zu sein, aber es gibt keine offensichtliche Störquelle, wie ein Intermodulationssignal, das durch das Mischen von zwei oder mehr Signalen entsteht, die auf ihren eigenen Frequenzen innerhalb eines nichtlinearen Elements vollkommen normal sind.

_Absichtliche Einmischung

Unangenehme vorsätzliche Störungen treten normalerweise innerhalb der Signalfrequenz auf und verhalten sich eher wie ein falsch konfigurierter Sender. Wir klassifizieren es separat, weil es oft besonders schwer fassbar und schädlich ist.

Ein Beispiel für absichtliche Interferenzen ist ein Langstreckenangriff auf ein drahtloses Zwei-Wege-Transpondersystem irgendwo auf einem Dschungelhügel. Das System empfängt zunächst ein sehr schwaches Signal an seiner Eingangsfrequenz (wo die korrekte Audiodecodierung den Transponder aktiviert), das nur nachts erscheint und in der Luft verbleibt, wodurch das Transponder-Timeout-Relais ungültig wird und das System gelähmt wird, bis das Morgensignal verschwindet. Die Störquelle ist besonders schwer zu finden, da das Signal zu schwach ist und nur nachts emittiert. Wenn es gefunden wird, ist die Quelle der Störung ein Mikrosender mit einem kleinen Solarpanel auf der Spitze eines Baumes in der Nähe des Antennenpols des Transponders. Der Sender schaltet sich tagsüber ab und seine Sonnenkollektoren nutzen ihn zum Aufladen der Batterie.

_Harmonisch

Einige der oben genannten beziehen sich auf relativ saubere Rohsignale. In der Praxis gibt es auch starke Grundfrequenzschwingungen in den Signalen, die Störungen verursachen können. Zum Beispiel erfordert ein US-UKW-TV-Sender, dass ein Filter installiert werden muss, um seine Oberschwingungen auf mindestens 60dB des primären Trägers zu reduzieren. Die störende Oberschwingung ist die dritte Oberschwingung, da sie leicht durch kleine nichtlineare Elemente im Sender erzeugt wird. Ein 5MW TV-Signalsender, der bei 621.25MHz arbeitet, hat eine dritte Oberschwingung von 1863.75MHz, obwohl die dritte Oberschwingung 5W unter 60dB (nach Filterung) beträgt! Das Senden dieses Frequenz- und Leistungssignals von oben aus kann leicht große Schäden am städtischen Mobilfunksignal verursachen.

Harmonische Signale haben eine weitere Eigenschaft, die sie schwieriger zu erkennen macht. Der Multiplikationsprozess, der Oberschwingungen erzeugt, verändert das Spektrum und multipliziert die Breite und Abweichung mit einem Faktor gleich der Trägerfrequenz. Zum Beispiel ist die zehnte Oberschwingung eines bidirektionalen drahtlosen FM-Signals bei 13kHz Breite bei 157,54MHz 130kHz breit, und nur 5kHz Offset der Basiswelle wird 50kHz bei 157,4MHz werden. Wenn sich der Sender einen Turm mit einer Basisstation teilt, deckt seine zehnte Oberschwingung den GPS-Empfänger vollständig ab und lähmt die Basisstation. Für einen 100W FM-Sender ist eine Gesamtdämpfung von etwa 195dB erforderlich, um diese Störung zu vermeiden, und Antenneneinzelung und Filterunterdrückung sind erforderlich, um dies zu erreichen.