Notizie PCB - Motivi dell'interferenza RF nei sistemi di comunicazione mobile

Al giorno d'oggi, le possibili cause delle interferenze in radiofrequenza stanno aumentando, alcune sono ovvie e facili da rintracciare, altre sono molto sottili e difficili da identificare. Sebbene un'attenta progettazione della stazione base possa fornire una certa protezione, nella maggior parte dei casi il segnale di interferenza può essere controllato solo alla sorgente. Questo articolo discute le varie possibili cause di interferenza a radiofrequenza, che aiuteranno gli ingegneri a misurare, tracciare ed eliminare le sorgenti.

I segnali di interferenza a radiofrequenza (RF) possono causare molti problemi per la comunicazione mobile all'interno dell'area di copertura di una stazione base di comunicazione wireless, come abbandoni telefonici, rumore in connessione, perdita di canale e scarsa ricezione della qualità vocale. Le varie possibili cause di interferenza stanno aumentando ad un ritmo allarmante.

La complessa tecnologia di telecomunicazione di oggi deve coesistere in un ambiente complesso con vecchi sistemi di comunicazione mobile, come la comunicazione wireless privata o il paging, e la maggior parte di questi vecchi sistemi continuerà ad essere utilizzata per diversi anni a venire. Allo stesso tempo, altri dispositivi RF wireless, come la trasmissione video digitale e le reti locali wireless, genereranno nuovi segnali che potrebbero interrompere i servizi di comunicazione. A causa dei crescenti vincoli ambientali, molte nuove imprese stanno competendo per occupare siti cellulari limitati, il che rende le torri di trasmissione del segnale cellulare piene di antenne. Man mano che ci connettiamo sempre più tramite telefoni cellulari, guardiamo spettacoli multimediali e commerci su Internet, e anche presto le nostre auto, frigoriferi e forni utilizzeranno segnali RF per comunicare tra loro, il cielo delle comunicazioni diventerà sempre più affollato.

Cause di interferenza RF

La maggior parte dell'interferenza è accidentale ed è un sottoprodotto di altre normali operazioni. I segnali di interferenza influenzano solo il ricevitore e anche se sono fisicamente vicini al trasmettitore, la trasmissione non sarà influenzata. Ecco alcune fonti comuni di interferenza per farti sapere da dove iniziare nella pratica. Nota che la maggior parte delle fonti di interferenza provengono dall'esterno della stazione base, cioè al di fuori del tuo controllo diretto.

_Emitter non è configurato correttamente

Un altro fornitore di servizi invia anche un segnale sulla tua frequenza. Nella maggior parte dei casi ciò è dovuto a malfunzionamento o configurazione errata, e il fornitore di servizi di trasmettitore in conflitto sarà più ansioso di correggere il problema al fine di ripristinare il suo servizio.

_Trasmettitore non autorizzato

In questo caso, altri fornitori di servizi lanciano intenzionalmente sulla stessa band come voi, di solito perché non ha ricevuto alcuna licenza. Potrebbe non trovare un segnale su una banda, quindi supponi che nessuno stia usando la banda e usala senza autorizzazione. Le agenzie governative che concedono licenze spesso aiutano a scacciare tali operatori senza licenza.

_Sovrapposizione della copertura

La rete o l'altra rete copre più di uno o più canali. Un'inclinazione errata dell'antenna, un'elevata potenza di trasmissione o cambiamenti ambientali possono causare sovrapposizioni di aree di copertura, come ad esempio qualcuno che taglia una foresta o spinge giù un edificio che altrimenti bloccherebbe i segnali da un'altra posizione.

_Interodulazione del segnale automatico

Quando due o più segnali sono mescolati insieme, si forma un nuovo segnale modulato, ma non è alcun segnale desiderato. L'intermodulazione comune è un segnale cubo, ad esempio, due segnali con un intervallo di 1 MHz produrranno un nuovo segnale a 1 MHz sopra il segnale ad alta frequenza originale e un nuovo segnale a 1 MHz sotto il segnale a bassa frequenza. Se i due segnali originali sono nelle bande 800 e 801 MHz, si verificheranno tre segnali rispettivamente a 799 e 802 MHz.

_Intermodulazione con un altro segnale trasmettitore

L'interferenza di intermodulazione può anche essere causata da uno o più segnali wireless esterni che alimentano cavi coassiali attraverso un'antenna e quindi entrano nell'amplificatore terminale non lineare del trasmettitore in conflitto, dove i segnali esterni sono mescolati tra loro e i segnali propri del trasmettitore per formare un "nuovo" segnale di intermodulazione di frequenza che sembra una banda di comunicazione (spesso indesiderata).

È anche possibile che il segnale di interferenza sia generato da due segnali esterni e che il segnale del trasmettitore in conflitto stesso non partecipi e che i segnali esterni siano mescolati solo utilizzando il livello non lineare del trasmettitore. In questo caso, nessuno dei due segnali mescolati insieme ha un problema, e il colpevole è il trasmettitore.

Risolvere questo problema è un po 'difficile perché richiede modifiche al trasmettitore che sembra funzionare correttamente. È necessario un filtro a banda stretta per attenuare il più possibile il segnale esterno, più un isolante in ferrite per consentire alla RF di trasmettere dal trasmettitore all'antenna e attenuare il segnale restituito dalla linea di alimentazione. I proprietari spesso richiedono a tutti i trasmettitori di installare tali filtri e isolatori su torri di trasmissione che utilizzano più frequenze diverse allo stesso tempo.

_Interazioni causate da pareti/tetti arrugginiti, ecc.

I trasmettitori non sono terreno fertile per segnali di intermodulazione, e le connessioni non lineari possono anche essere vicine a tetti o pareti in ferro bianco arrugginito. Quando la potenza di trasmissione wireless è elevata, le parti arrugginite del tetto agiranno come un diodo non lineare. Interazioni come queste dalla struttura fisica sono difficili da prevenire perché il vento preme insieme le parti arrugginite o le separa a seconda delle condizioni meteorologiche, e la pioggia cambierà le caratteristiche della ruggine. Le comunicazioni gravemente colpite devono essere riparate o sostituite per ripristinare una connessione di comunicazione affidabile.

_Intermodulazione in antenna o connettore

A volte anche una leggera corrosione del cavo coassiale o dell'antenna stessa può causare problemi, anche se non è sufficiente causare perdita di segnale o problemi VSWR, ma la corrosione può causare intertuning fine come un diodo di scarsa qualità. Se ci sono diversi trasmettitori ad alta potenza nelle vicinanze, l'intermodulazione generata sarà abbastanza forte da interferire con il debole segnale di comunicazione tra il telefono cellulare e la stazione base. La parte difficile da scoprire è che allentare un connettore nel sistema dell'antenna può interrompere l'ossidazione e sospendere temporaneamente il problema, quindi è necessario dedicare più tempo a registrare con attenzione quale connettore è allentato o stretto e testarlo dopo ogni passaggio per determinare se è il colpevole.

_Sovraccarico regolare del trasmettitore

Qualsiasi segnale di forte frequenza emesso dal trasmettitore sovraccaricherà il sistema adiacente. La soluzione consiste nell'installare un filtro sul cavo dell'antenna ricevente in modo che il segnale desiderato possa passare attraverso e il segnale sovraccarico venga attenuato.

_Potenza del canale adiacente sul trasmettitore adiacente

Man mano che le frequenze assegnate diventano più affollate, i servizi wireless concorrenti assegnano frequenze più strette, aumentando il rischio che un sistema trasmetta la banda laterale del rumore del canale appaia o impedisca un altro canale ricevente adiacente. Se il trasmettitore soddisfa le specifiche tecniche, è necessario cambiare canale o aumentare la separazione fisica tra trasmettitore e ricevitore.

_Armoniche del trasmettitore radio

Le sorgenti ad alta potenza, come le stazioni radio commerciali, possono produrre armoniche di segnale ad alta potenza, come un trasmettitore da 5MW, che può facilmente produrre armoniche da 5W, abbastanza da interferire con le comunicazioni mobili vicine. Se il trasmettitore è conforme a tutte le specifiche e ai regolamenti governativi, la soluzione può essere quella di migrare l'antenna di comunicazione per evitare di sviluppare il trasmettitore, o di riassegnare lo schema di frequenza in modo che la stazione base di comunicazione vicino al trasmettitore in conflitto utilizzi un canale che non è influenzato dalla sua energia armonica.

Utenti STL master

Prima dell'avvento dei sistemi cellulari, le bande 900 MHz e 1.400-2.200 MHz erano solitamente assegnate alle connessioni studio-trasmettitore (STL) per le stazioni radio. Il governo ha ridistribuito queste frequenze agli operatori cellulari, ma spesso continuano a operare su frequenze senza conflitti senza limitare gli utenti più anziani. Quando vengono lanciati nuovi servizi cellulari in queste bande, questi trasmettitori dovrebbero passare a nuove frequenze, ma alcuni devono essere "avvisati".

_Raddrizzatore audio

In rari casi, il controller della stazione base sta ancora trasmettendo l'ingresso audio analogico all'uscita wireless, che può essere influenzato da forti segnali provenienti da trasmissioni AM vicine o stazioni a onde corte. I segnali AM possono entrare nel circuito audio e essere rettificati per mescolare i segnali audio trasmessi nelle conversazioni telefoniche. Una buona schermatura intorno alla parte audio collegata alla stazione base dovrebbe risolvere questo problema.

Comprendere il tipo di fonte di interferenza

L'interferenza può essere classificata in base alle sue caratteristiche o al suo impatto sulla stazione base e sulla comunicazione del telefono cellulare. La frequenza di conflitto è un indicatore comunemente usato per mostrare le fonti e i risultati delle interferenze.

_Fonte di interferenza di frequenza extra

Si tratta di una grande interferenza, inclusi alcuni segnali forti che sono vicini e diversi dalla frequenza del ricevitore e sono abbastanza forti da influenzare l'ingresso. Questi segnali sono solitamente molto vicini alla frequenza prevista perché il filtro di ingresso del ricevitore filtra altri segnali troppo distanti.

Vediamo due effetti sul ricevitore. Uno è il blocco front-end, che è causato da un segnale forte che entra nel ricevitore e satura completamente il sovraccarico dello stadio (preamplificatore o mixer), che rende inaccettabile il segnale più forte. Un altro effetto è l'effetto di attenuazione, in cui il segnale vicino entra nel ricevitore e viene scoperto dall'AGC (Automatic Gain Control) o il circuito limitatore viene attivato, con conseguente perdita di guadagno. Il ricevitore si comporta come se fosse meno sensibile, quindi i segnali deboli vengono persi e il rapporto segnale-rumore per i segnali forti è ridotto.

_Fonte di interferenza intra-frequenza

Il secondo tipo di interferenza consiste in segnali della stessa frequenza (forte o debole) del segnale di comunicazione previsto ed è solitamente causato da quanto segue:

Il segnale normale del telefono cellulare è fuori dalla sua portata prevista

Il trasmettitore è malfunzionante o configurato male

- Armoniche di segnale da trasmettitori normali

Segnali di interferenza involontaria emessi da altri dispositivi elettrici

_Effetti intra-frequenza da fonti di interferenza extra-frequenza

Tali sorgenti sono difficili da rintracciare e sembrano essere segnali in frequenza, ma non vi è alcuna fonte evidente di interferenza, come un segnale di intermodulazione formato dalla miscelazione di due o più segnali perfettamente normali alle proprie frequenze all'interno di un elemento non lineare.

_Interferenza intenzionale

L'interferenza intenzionale sgradevole di solito si verifica all'interno della frequenza del segnale e si comporta più come un trasmettitore configurato in modo improprio. Lo classifichiamo separatamente perché è spesso particolarmente sfuggente e dannoso.

Un esempio di interferenza intenzionale è un attacco a lungo raggio contro un sistema di transponder wireless bidirezionale da qualche parte su una collina della giungla. Il sistema riceve inizialmente un segnale molto debole alla sua frequenza di ingresso (dove la corretta decodifica audio attiva il transponder), che appare solo di notte e rimane in aria, invalidando il relè timeout del transponder e paralizzando il sistema fino alla scomparsa del segnale mattutino. La fonte di interferenza è particolarmente difficile da trovare perché il segnale è troppo debole da rilevare e emette solo di notte. Quando viene trovato, la fonte di interferenza è un micro trasmettitore con un piccolo pannello solare situato sulla cima di un albero vicino al palo dell'antenna del transponder. Il trasmettitore si spegne durante il giorno e i suoi pannelli solari lo usano per caricare la batteria.

_Armonico

Alcuni di questi si riferiscono a segnali grezzi relativamente puliti. In pratica, ci sono anche forti armoniche di frequenza di base nei segnali che possono causare interferenze. Ad esempio, un trasmettitore VHF TV statunitense richiede l'installazione di un filtro per ridurre le sue armoniche ad almeno 60dB del vettore primario. L'armonica fastidiosa è la terza armonica perché è facilmente generata da piccoli elementi non lineari nel trasmettitore. Un trasmettitore di segnale TV 5MW funzionante a 621.25MHz ha una terza armonica di 1863.75MHz, anche se la terza armonica è 5W sotto i 60dB (dopo il filtraggio)! L'invio di questa frequenza e segnale di potenza dall'alto della città può facilmente causare grandi danni al segnale di comunicazione cellulare in tutta la città.

I segnali armonici hanno un'altra caratteristica che li rende più difficili da riconoscere. Il processo di moltiplicazione che produce armoniche cambia lo spettro, moltiplicando la larghezza e la deviazione per un fattore pari alla frequenza portante. Ad esempio, la decima armonica di un segnale FM bidirezionale senza fili a 13kHz di larghezza a 157,54 MHz è 130kHz di larghezza, e solo 5kHz offset dell'onda base diventerà 50kHz a 1575,4 MHz. Se il trasmettitore condivide una torre con una stazione base, la sua decima armonica coprirà completamente il ricevitore GPS, paralizzando la stazione base. Per un trasmettitore FM 100W, è necessaria un'attenuazione totale di circa 195dB per evitare questa interferenza, e per raggiungere questo obiettivo sono necessari isolamento dell'antenna e soppressione del filtro.