干擾無線傳聲器系統(tǒng)的主要因素及解決方案

【摘? ?要】 簡要介紹干擾無線傳聲器系統(tǒng)的相關(guān)因素，結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗，給出解決方案。

【關(guān)鍵詞】 無線傳聲器系統(tǒng);干擾;開路電視;對講系統(tǒng);LED屏幕;無線圖像傳輸系統(tǒng);無線內(nèi)通系統(tǒng)

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.09.010

Main Factors and Solutions of Interference with Wireless Audio System

YANG Ming-cong

（Advanced Communication Equipment （International） Co. Ltd.， Hongkong， China）

【Abstract】Taking the wireless microphone system as an example， the anthor briefly introduces the relevant factors and solutions to interfere with the wireless audio system based on the author's experience in many large-scale activities in recent years.

【Key Words】wireless audio system; interference; open-circuit television; interview system; LED screen; wireless image ? ? transmission system; wireless interconnection system

1? 綜述

隨著無線音頻系統(tǒng)的不斷普及，使用無線傳輸音頻信號的場合不斷增多。對于無線音頻系統(tǒng)的使用者來說，似乎是打開發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，然后調(diào)成一致的頻率便可使用。然而近年來，由于同一場合中使用的無線音頻數(shù)量增多，加之通信業(yè)的高速發(fā)展，使得無線音頻系統(tǒng)受干擾的幾率大大增加，如何規(guī)避干擾成為眾多音頻從業(yè)者在使用無線音頻系統(tǒng)時最為頭痛的問題。一般來說，應(yīng)用較多的無線音頻系統(tǒng)主要是無線傳聲器和無線返聽系統(tǒng)，作為直接接觸聲源的系統(tǒng)，其能否正常工作直接決定了音頻系統(tǒng)后級設(shè)備能否得到正常的信號進(jìn)行處理。筆者以無線傳聲器系統(tǒng)為例，結(jié)合近年來的眾多大型活動經(jīng)驗，簡要介紹干擾無線音頻系統(tǒng)的相關(guān)因素及解決方案。

2? 無線音頻系統(tǒng)受干擾時的現(xiàn)象

想要規(guī)避干擾，首先要了解無線音頻系統(tǒng)受干擾時的現(xiàn)象。從無線音頻系統(tǒng)的傳輸原理來看分為兩大類，一類是模擬調(diào)制方式，一類是數(shù)字調(diào)制方式。調(diào)制是指將音頻信號加載到載波頻率上的過程，對于無線音頻系統(tǒng)來說，載波是由振蕩器產(chǎn)生的正弦波，被調(diào)制后用來傳送音頻信號。對于一個在空間中傳播的正弦波（電磁波），其傳輸過程中主要有三個固有的物理參數(shù)，振幅（Amplitude）、頻率（Frequency）和相位（Phase）。因此，將音頻信號加載到載波頻率上，主要可以調(diào)整這三個物理參數(shù)。常見的模擬調(diào)制方式調(diào)幅（AM）或調(diào)頻（FM）便是通過改變載波的振幅或頻率進(jìn)行音頻信號的無線傳輸。圖1展示了調(diào)幅與調(diào)頻兩種方式中將一個正弦波音頻信號調(diào)制到載波上的過程。

由于實際工作中，模擬音頻信號在電信號域中的本質(zhì)是一系列振幅、頻率、相位不同的正弦波的疊加，將這種模擬音頻信號加載到載波頻率上的調(diào)制方式被稱為模擬調(diào)制方式。在模擬調(diào)制方式中，如果攜帶音頻信號的載波在空間傳輸過程中受到干擾，載波上的信息也會受影響。調(diào)制后的載波在接收機(jī)端將加載的音頻信號取下的過程稱為解調(diào)，受干擾的模擬調(diào)制載波在解調(diào)時會直接將干擾信號體現(xiàn)在解調(diào)后的音頻信號中。常見情況包括音頻中出現(xiàn)嘶聲、爆音聲，或出現(xiàn)其他發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的音頻信號，有時也會表現(xiàn)為音頻信號中某些頻率成分缺失，或是音頻動態(tài)的缺失。圖2中的（a）為正常傳輸?shù)哪M調(diào)制載波信號，（b）、（c）、（d）為幾種典型的受干擾情況。

對于數(shù)字音頻信號的調(diào)制，通常是先將模擬音頻的電信號進(jìn)行采樣量化等處理。使模擬音頻信號先變?yōu)閿?shù)字音頻信號，也就是一系列的1和0，再將數(shù)字音頻信號加載到載波頻率上，這樣的調(diào)制方式被稱為數(shù)字調(diào)制方式。在數(shù)字調(diào)制方式中，同樣是通過改變振幅、頻率或相位三個物理參數(shù)進(jìn)行載波。常見的數(shù)字調(diào)制方式有幅移鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），圖3展示了三種不同的數(shù)字調(diào)制方式。

在實際工作中，數(shù)字調(diào)制的無線信號也存在被干擾的可能性。受干擾的數(shù)字調(diào)制載波，由于搭載的信號是1和0的離散信號，其抗干擾性能要優(yōu)于模擬調(diào)制載波。當(dāng)遭受的干擾較為嚴(yán)重時，載波中的1和0無法正常被識別，可能會導(dǎo)致數(shù)字音頻信號產(chǎn)生誤碼，進(jìn)而可能導(dǎo)致聲音中斷。數(shù)字調(diào)制的無線信號在被干擾時一般不會產(chǎn)生嘶聲或其他雜音。

3? 使用無線音頻系統(tǒng)的相關(guān)法律及規(guī)章制度

由于無線電頻譜資源屬國家所有，所有使用無線電頻譜資源的行為均需要遵序國家相關(guān)法律法規(guī)。2015年8月29日，十二屆全國人大常委會第十六次會議表決通過《中華人民共和國刑法》第九個修正案，并于2015年11月1日起施行。其中，第二百八十八條第一款修改為：“違反國家規(guī)定，擅自設(shè)置、使用無線電臺（站），或擅自使用無線電頻率，干擾無線電通訊秩序，情節(jié)嚴(yán)重的，處三年以下有期徒刑、拘役或者管制，并處或者單處罰金;情節(jié)特別嚴(yán)重的，處三年以上七年以下有期徒刑，并處罰金?！?/p>

隨后在2016年11月11日，由國務(wù)院和中央軍委公布修訂后的《中華人民共和國無線電管理條例》，于2016年12月1日起施行。條例中在第十四條、第二十七條規(guī)定，使用無線電頻率應(yīng)當(dāng)向國家相關(guān)部門取得許可，設(shè)置、使用無線電設(shè)備應(yīng)向國家相關(guān)部門申請取得執(zhí)照。而符合“國家無線電管理機(jī)構(gòu)規(guī)定的微功率短距離無線電臺（站）”除外，所以，一般將符合微功率短距離條件的頻段稱作免執(zhí)照可用頻段。

對于“微功率短距離”的定義，1998年原信息產(chǎn)業(yè)部制定了《微功率（短距離）無線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》（信部〔1998〕178號），對微功率無線電設(shè)備的使用、管理及有關(guān)技術(shù)要求作出了具體規(guī)定。2005年，原信息產(chǎn)業(yè)部僅對以上規(guī)定中的附件進(jìn)行了修訂，發(fā)布了信部無〔2005〕423號文件，即《微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求》。生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和設(shè)置使用微功率無線電設(shè)備，應(yīng)當(dāng)遵守上述兩個規(guī)范性文件。

對于常用的無線音頻傳輸系統(tǒng)，一般來說有VHF段、UHF段和2.4G三種頻段區(qū)分方式，在VHF頻段需遵循頻率范圍在189.9 MHz～223.0 MHz內(nèi)，發(fā)射功率不大于10 mW（e.r.p），在UHF頻段需遵循頻率范圍在470 MHz～510 MHz、630 MHz～787 MHz內(nèi)，發(fā)射功率不大于50 mW（e.r.p）。在上述頻段內(nèi)不超過規(guī)定發(fā)射功率的使用被視為免執(zhí)照的合法使用。此外，如果在上述頻段內(nèi)使用無線設(shè)備時，遇到當(dāng)前頻段上存在有執(zhí)照電臺在進(jìn)行發(fā)射時，應(yīng)當(dāng)主動避讓，以免干擾無線電通信秩序。

4? 無線音頻系統(tǒng)外源性干擾類型及解決方案

針對目前常見的UHF頻段的無線音頻系統(tǒng)，在使用中首先要面對的問題是外源性干擾。外源性干擾是指在使用無線系統(tǒng)時可能同時存在于空間中的電磁波。為了解使用環(huán)境中是否存在外源性干擾，可使用頻譜掃描設(shè)備進(jìn)行無線環(huán)境掃描，也可使用具備掃描功能的無線音頻接收機(jī)進(jìn)行掃描。

4.1? 開路電視對無線音頻系統(tǒng)的干擾

根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，對于UHF段的無線音頻傳輸系統(tǒng)所使用的頻率，已經(jīng)規(guī)劃的主要業(yè)務(wù)是廣播，所以在常見的頻譜掃描結(jié)果中可以看到一些開路發(fā)射的模擬電視頻道和數(shù)字電視頻道。國內(nèi)使用的開路電視頻道的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是8 MHz，對于模擬開路電視頻道，有明確區(qū)分的視頻傳輸部分和音頻伴音部分，而數(shù)字開路電視頻道無上述區(qū)分，圖4展示了模擬開路電視頻道和數(shù)字開路電視頻道在頻譜上的不同圖樣。

對于廣播業(yè)務(wù)使用的頻段，在使用無線音頻傳輸系統(tǒng)時應(yīng)當(dāng)主動避讓，如果現(xiàn)場沒有進(jìn)行頻譜掃描的條件，可以向當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門咨詢當(dāng)?shù)氐膹V播業(yè)務(wù)使用頻段，或查詢相關(guān)行業(yè)協(xié)會網(wǎng)站。

4.2? 對講系統(tǒng)對無線音頻系統(tǒng)的干擾

在400 MHz～470 MHz工作的對講系統(tǒng)也有可能對無線音頻傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。與音頻系統(tǒng)一樣，由于對講系統(tǒng)內(nèi)部電路的物理特性，所以發(fā)射功率為5 W的對講系統(tǒng)可能在其工作頻段以外產(chǎn)生一系列的諧波與噪聲，這些諧波與噪聲雖然與對講系統(tǒng)工作時的中心頻點(diǎn)的信號強(qiáng)度相比要小很多，但由于無線音頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)射功率是對講系統(tǒng)的1%（即不超過50 mW），所以也可能對無線音頻傳輸系統(tǒng)造成干擾。

此類干擾經(jīng)常表現(xiàn)為在無線音頻傳輸系統(tǒng)接收機(jī)附近使用對講機(jī)發(fā)射時，可能在無線接收機(jī)面板上顯示RF信號受到干擾，或是顯示RF信號過載，嚴(yán)重時會出現(xiàn)音頻信號中出現(xiàn)開關(guān)噪聲，或直接中斷的現(xiàn)象。應(yīng)對此類干擾，主要需要與對講系統(tǒng)的使用部門溝通，建議其選擇射頻諧波與噪聲相對較小的對講機(jī)，雖然可能帶來相關(guān)成本的增加，但能夠確保無線音頻系統(tǒng)安全穩(wěn)定，不出現(xiàn)此類人為因素導(dǎo)致的事故。同時需要注意，在接收天線附近一定范圍內(nèi)不要使用對講機(jī)，以免造成因射頻信號過載導(dǎo)致的無線接收系統(tǒng)硬件損毀。

4.3? LED屏幕對無線音頻系統(tǒng)的干擾

此外，LED屏幕對于無線音頻傳輸系統(tǒng)也可能造成一定的干擾，由于LED工作時是由LED驅(qū)動器驅(qū)動發(fā)光二極管內(nèi)P-N結(jié)中的電子與空穴復(fù)合，電子能級躍遷并將多余的能量以發(fā)射光子的形式釋放。LED驅(qū)動器通過一個高頻率或占空比可變的脈沖信號控制開關(guān)管的通斷來實現(xiàn)輸出功率或電流的調(diào)整，進(jìn)而改變LED屏幕每一個像素點(diǎn)中R/G/B的亮度，實現(xiàn)大屏幕顯示畫面的變化。對比數(shù)年前的LED模塊，近年來的LED模塊減少了背部厚重的金屬屏蔽殼體，越來越輕薄，加之實際工作中LED大屏幕尺寸越來越大，數(shù)量日益增多，直接導(dǎo)致LED大屏幕在射頻上干擾無線音頻傳輸系統(tǒng)的問題日益凸顯。

應(yīng)對此類干擾，筆者曾在大型綜藝演出中的無線音頻系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)（《演藝科技》2018年第一期）一文中展示過LED大屏幕帶來的干擾在頻譜上的影響，一般在工作中應(yīng)考慮在天線覆蓋設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，使接收天線遠(yuǎn)離LED大屏幕，以降低此類干擾對無線音頻系統(tǒng)的干擾。如果通過調(diào)整天線設(shè)計方案的方式還是無法完全杜絕LED大屏幕帶來的干擾，則應(yīng)通過計算避開此類干擾。筆者也曾在某大型直播類歌唱節(jié)目中使用金屬屏蔽網(wǎng)覆蓋LED驅(qū)動器的方式減少其對無線耳返系統(tǒng)的干擾，有條件的情況下可以使用這種方式進(jìn)行規(guī)避。

4.4? 無線圖像傳輸系統(tǒng)對無線音頻系統(tǒng)的干擾

在大型活動中，轉(zhuǎn)播團(tuán)隊往往會在現(xiàn)場架設(shè)無線圖像傳輸系統(tǒng)，常用于斯坦尼康拍攝、航拍等環(huán)節(jié)。廣電級的無線圖像傳輸系統(tǒng)通常由專業(yè)的通信團(tuán)隊架設(shè)，使用微波專用設(shè)備傳輸信號。微波圖傳設(shè)備在頻率上一般不會對無線音頻系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，但需要注意，如果微波發(fā)射端距離無線音頻系統(tǒng)的接收天線過近，可能導(dǎo)致無線音頻系統(tǒng)的整體射頻底噪提升，在設(shè)備前面板上顯示為所有設(shè)備同時受到干擾，或是提示射頻信號過載。對于這種情況，建議與轉(zhuǎn)播團(tuán)隊協(xié)商，不要太過靠近無線音頻系統(tǒng)的接收天線。

在日常工作中，對無線音頻系統(tǒng)干擾較大的是一類非廣電級的無線圖傳設(shè)備，俗稱“小微波”。此類設(shè)備在UHF頻段中使用8 MHz帶寬進(jìn)行數(shù)字圖像傳輸，但其射頻本底噪聲有時能覆蓋接近24 MHz的范圍，圖5（a）為未開啟“小微波”圖傳的頻譜掃描結(jié)果，圖5（b）為開啟后的掃描結(jié)果。由于使用的頻段與無線音頻系統(tǒng)重合，此類干擾極易導(dǎo)致無線音頻系統(tǒng)出現(xiàn)多個通道同時出現(xiàn)斷音。

應(yīng)對此類干擾，使用無線音頻系統(tǒng)的團(tuán)隊?wèi)?yīng)在設(shè)備進(jìn)場前與主辦方提出要求，建議轉(zhuǎn)播團(tuán)隊不要使用此類設(shè)備。同時，“小微波”設(shè)備也不屬于前文第三章提到的微功率短距離無線設(shè)備的免執(zhí)照范疇。

4.5? 無線內(nèi)通系統(tǒng)（InterCom）對無線音頻系統(tǒng)的干擾

無線內(nèi)通系統(tǒng)在一些電子競技活動中常應(yīng)用于隊員與教練之間的實時交流，在大型活動中也用于執(zhí)行團(tuán)隊以及轉(zhuǎn)播團(tuán)隊間的交流。無線內(nèi)通系統(tǒng)有時也會和無線音頻系統(tǒng)工作在同一頻段。由于內(nèi)通系統(tǒng)的性質(zhì)和傳輸帶寬與無線音頻系統(tǒng)相似，在遭受此類干擾時，應(yīng)當(dāng)將無線內(nèi)通系統(tǒng)作為內(nèi)源性干擾，同時進(jìn)行頻率上的規(guī)劃。

5? 無線音頻系統(tǒng)內(nèi)源性干擾類型及解決方案

由于無線音頻系統(tǒng)發(fā)射端的電路構(gòu)造，在發(fā)射端發(fā)出信號的同時，發(fā)射天線也會接收到空間中的電磁波，并將感應(yīng)電信號傳入發(fā)射電路，產(chǎn)生互調(diào)（Inter-Modulation），并通過發(fā)射天線將產(chǎn)生了互調(diào)干擾的頻率發(fā)射到空間中。此外，由于發(fā)射端電路中存在功率放大器，在進(jìn)行功率放大的同時也會產(chǎn)生諧波和噪聲，這些諧波和噪聲也可能被發(fā)射到空間中。此外，由于每個發(fā)射機(jī)在工作時都會占用一定的頻帶寬度，當(dāng)兩個發(fā)射機(jī)的工作帶寬互相有交疊時，見圖2（c），也可能對音頻信號產(chǎn)生影響。由上述三種因素產(chǎn)生的干擾被稱為無線音頻系統(tǒng)的內(nèi)源性干擾。

互調(diào)的計算原理較為簡單，一般發(fā)生在使用兩個及以上的無線頻率進(jìn)行傳輸?shù)那闆r下，當(dāng)兩個發(fā)射機(jī)的頻率為f1=651 MHz、f2=652 MHz時，二者會發(fā)生雙發(fā)射機(jī)間的二階互調(diào)（2 Transmitters 2 Object IM，簡記為2T2O），其產(chǎn)生的新頻率為f1+f2=1 303 MHz，f2-f1=1 MHz。由于接收機(jī)內(nèi)存在濾波器，這兩個頻率一般不會干擾到無線音頻系統(tǒng)。但三階互調(diào)的情況就不同了，2T3O為f1+f1+f2=1 954 MHz，f1+f2+f2=1 955 MHz，f1+f1-f2=650 MHz，f2+f2-f1=653 MHz。

此時，雖然有兩個較高的頻率不會對無線音頻系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，但另外兩個較低的頻率是在無線系統(tǒng)可以正常接收的范圍內(nèi)。如果此時打開第三臺發(fā)射機(jī)，頻率恰好在650 MHz或653 MHz，就會被干擾，產(chǎn)生斷音或雜音等現(xiàn)象。以此類推可以計算出2T4O、2T5O等等階次的互調(diào)干擾情況，不難發(fā)現(xiàn)，奇數(shù)階的互調(diào)干擾會落在相近的頻率上。當(dāng)出現(xiàn)更多的發(fā)射機(jī)時，手工計算便成為了非常復(fù)雜的工作。

應(yīng)對內(nèi)源性干擾時，使用專業(yè)的頻率規(guī)劃軟件可以設(shè)置同一場合內(nèi)使用的不同類型發(fā)射機(jī)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括互調(diào)特性參數(shù)、諧波參數(shù)、工作帶寬等，由此方式進(jìn)行計算，可以最大程度地規(guī)避無線音頻系統(tǒng)的內(nèi)源性干擾。

6? 總結(jié)

通過分析上述可能對無線音頻系統(tǒng)造成干擾的因素可知，使用恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行頻率規(guī)劃，是安全使用無線音頻系統(tǒng)的重要保證。同時，對于無線音頻系統(tǒng)而言，正確的天線位置設(shè)計、穩(wěn)定的系統(tǒng)搭建、合理的RF射頻增益構(gòu)架也是重要的基礎(chǔ)。唯有同時兼顧無線系統(tǒng)設(shè)計和無線頻率規(guī)劃，才可確保真正的安全穩(wěn)定。

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