中波調(diào)幅廣播信號干擾問題分析及策略探究

高 敏

（作者單位：浙江省中波發(fā)射管理中心仙居廣播轉(zhuǎn)播臺）

中波調(diào)幅廣播是省級電臺、邊遠(yuǎn)地區(qū)、應(yīng)急救援、航空導(dǎo)航等常用的廣播形式之一。然而，中波調(diào)幅廣播也存在一些短板，其中最突出的就是信號抗干擾能力差。由于中波調(diào)幅廣播頻率較低，很容易受到各種內(nèi)外部信號干擾源的影響，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)噪聲、失真、串音等現(xiàn)象，影響廣播的正常接收和傳播。因此，分析中波調(diào)幅廣播信號受干擾的原因和原理，探究有效的處理和預(yù)防策略，對于提高廣播事業(yè)的服務(wù)質(zhì)量具有重要的意義。

1 中波調(diào)幅廣播受干擾的技術(shù)原理

1.1 中波調(diào)幅廣播的特征

調(diào)制是一種將低頻信號（如聲音、數(shù)據(jù)等）加載到高頻無線電波上的技術(shù)，可以實現(xiàn)對信息的傳輸和接收。無線電波具有三個獨立的物理特征變量：頻率、振幅和相位，分別對應(yīng)了調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相三種調(diào)制方式。其中，調(diào)幅（Amplitude Modulation, AM）廣播是最常見的廣播方式。調(diào)幅是一種讓載波的振幅隨著低頻信號而改變的調(diào)制方式，其優(yōu)點是技術(shù)簡單、成本低廉、傳輸距離遠(yuǎn)；其缺點是抗干擾能力弱、音質(zhì)差、帶寬窄。在廣播系統(tǒng)中，根據(jù)載波頻率的不同，又分為長波（LW）、中波（MW）和短波（SW）幾個頻段。其中，中波廣播發(fā)射機(jī)的頻率范圍為300 Hz ～3 MHz 之間，具有被大氣電離層反射的特性，因此傳播距離非常遠(yuǎn)。

1.2 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的類型

由于中波調(diào)幅廣播只需要一個頻率的載波來傳輸信號，并且依賴載波振幅來攜帶信息，所以很容易受到各種類型的信號干擾，主要可以分為以下四種：一是鄰頻干擾，指與目標(biāo)信號頻率相近但不相同的其他無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這與二者之間頻率差值和接收器選擇性有關(guān)，當(dāng)二者之間頻率差值較小時，接收器會同時接收到兩個信號，并將其放大輸出，當(dāng)差值較大時，則需要接收器具有較高的選擇性來濾除不需要的信號[1]。二是鏡頻干擾，指與目標(biāo)信號在接收器中心頻率兩側(cè)對稱位置上存在的相同或相近頻率無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這與接收器鏡像抑制比有關(guān)，當(dāng)鏡像抑制比較低時，則會導(dǎo)致鏡像頻率信號也被接收器放大輸出。三是同頻干擾，即與目標(biāo)信號完全相同或非常接近的無線電信號對目標(biāo)信號造成影響。這與二者之間功率大小和空間位置有關(guān)，當(dāng)二者之間功率相差較大時，則會導(dǎo)致強(qiáng)勢方壓制弱勢方；當(dāng)功率相差較小時，則會導(dǎo)致二者混合產(chǎn)生拍動現(xiàn)象。四是中頻干擾，指與接收器設(shè)置或自動選擇的中心頻率相同或相近的無線電信號對目標(biāo)信號造成的干擾。這取決于接收器的屏蔽效果和濾波單元品質(zhì)，屏蔽效果較差或濾波單元品質(zhì)較低時，中心頻率附近的無線電信號會直接進(jìn)入接收器被放大輸出，形成干擾。

1.3 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的原理

根據(jù)不同因素造成的不同程度和形式的影響，將中波調(diào)幅廣播信號受干擾原理分為以下幾種：一是電磁場感應(yīng)。由于中波調(diào)幅廣播使用的發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備都會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場，若無有效的屏蔽措施，就會導(dǎo)致電磁場相互感應(yīng)，產(chǎn)生射頻電流，通過半導(dǎo)體元件或金屬物體對信號造成干擾。這種干擾通常表現(xiàn)為雜音或嗡嗡聲。二是大氣電離層反射。由于中波調(diào)幅廣播使用的載波頻率較低，具有可以被大氣電離層反射的特性，這使得中波調(diào)幅廣播可以傳播得非常遠(yuǎn)，但也帶來了一些問題：首先，大氣電離層的狀態(tài)會隨著時間和地點而變化，導(dǎo)致信號的反射效果不穩(wěn)定，從而影響信號的強(qiáng)度和質(zhì)量；其次，大氣電離層的反射會使得同一信號從不同路徑到達(dá)接收器，導(dǎo)致信號的相位差異，從而影響信號還原；最后，大氣電離層的反射會使得不同地區(qū)的同頻信號相互干擾，導(dǎo)致信號的混亂失真。三是載波信號幅度變化。中波調(diào)幅廣播依賴載波振幅攜帶信息，所以任何可能會對載波振幅造成變化的因素都會對信號造成干擾，如發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的工作狀態(tài)、傳輸線路的損耗、環(huán)境噪聲、其他無線電信號等，這些不穩(wěn)定因素可能會導(dǎo)致載波振幅增大或減小。

2 中波調(diào)幅廣播信號受干擾的主要因素

2.1 內(nèi)部因素

2.1.1 設(shè)備質(zhì)量

設(shè)備質(zhì)量是影響中波調(diào)幅廣播信號質(zhì)量的重要因素，發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的質(zhì)量對傳輸效果有很大影響，低質(zhì)量設(shè)備對信號的具體影響表現(xiàn)為以下幾點：第一、發(fā)射功率不足導(dǎo)致信號覆蓋范圍縮小，傳輸距離達(dá)不到預(yù)期；第二、信號頻率漂移，與其他無線電信號發(fā)生沖突或混淆；第三、雜散輻射過大，導(dǎo)致信號幅度變化，影響信息還原；第四、接收設(shè)備靈敏度低，信號接收強(qiáng)度不足，無法還原信息；第五、設(shè)備選擇性差，信號接收范圍過寬，無法濾除其他無線電信號；第六、鏡像抑制比低，信號接收范圍過窄，無法有效區(qū)分目標(biāo)信號和鏡像信號等[2]。

2.1.2 屏蔽效果

屏蔽效果是指設(shè)備對外界電磁場的隔絕能力。如果屏蔽效果好，則可以有效防止外界電磁場對設(shè)備造成影響，防止周圍其他無線電設(shè)備對發(fā)射設(shè)備造成干擾；如果屏蔽效果差，則會導(dǎo)致外界電磁場進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，產(chǎn)生射頻電流或其他形式的干擾，或?qū)е掳l(fā)射設(shè)備產(chǎn)生輻射泄漏，影響周圍其他無線電設(shè)備的正常工作。屏蔽效果與設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料、接地等因素有關(guān)。

2.1.3 頻率選擇

頻率選擇是指發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備選擇合適的載波頻率和中心頻率，以保證信號傳輸和接收的順暢。如果頻率選擇不當(dāng)，則會導(dǎo)致目標(biāo)信號與其他無線電信號發(fā)生沖突或混淆，產(chǎn)生鄰頻、鏡頻、同頻或中頻等類型的干擾。頻率分配遵循無線電頻譜資源的高效利用原則，不同的頻段有不同的傳播特性，在選擇頻率時要綜合考慮天線大小、功率大小、覆蓋范圍等因素。頻率選擇取決于國家規(guī)定、地區(qū)情況和發(fā)射信號的時間段等。

2.2 外部因素

2.2.1 其他無線電設(shè)備干擾

這里所說的其他無線電設(shè)備是指除中波調(diào)幅廣播外使用無線電波進(jìn)行通信或廣播的設(shè)備，如手機(jī)、無線電話、無線網(wǎng)卡、衛(wèi)星電視或其他廣播電臺等。這些設(shè)備會產(chǎn)生各種頻率和功率的無線電信號，并且可能與中波調(diào)幅廣播信號存在重疊或相近的情況，從而產(chǎn)生干擾。其中，手機(jī)、無線電話、無線網(wǎng)卡等個人通信或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通常使用高頻段，如特高頻（Ultra High Frequency, UHF）或超高頻（Super High Frequency, SHF）進(jìn)行通信或網(wǎng)絡(luò)連接，這些設(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生大量雜散輻射，當(dāng)與中波調(diào)幅廣播載波或中心頻率存在倍數(shù)關(guān)系時，就會造成嚴(yán)重的中頻干擾[3]。其他通常使用長波、中波或短波進(jìn)行通信的廣播電臺等公共通信設(shè)備在運行時也同樣會產(chǎn)生大量雜散輻射，可能與中波調(diào)幅廣播的載波存在相同或相近的情況，從而造成同頻或鄰頻干擾。

2.2.2 自然因素

自然因素即天氣、氣候、地形、地貌等自然條件對無線電波傳輸產(chǎn)生影響的因素。這些因素會改變無線電波在空間中傳播的速度、方向等，從而影響信號的強(qiáng)度和質(zhì)量。例如，大氣電離層的狀態(tài)會隨著白天和黑夜、太陽活動、地磁場等因素而變化，影響中波無線電波的反射效果；雨、雪、霧、云等會影響無線電波的折射效果，從而影響信號的強(qiáng)度和質(zhì)量；雷電會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁脈沖，影響信號的載波振幅；地形和地貌會影響無線電波的繞射和反射效果，建筑物、橋梁、隧道等因素會影響無線電波的遮擋和散射效果，從而造成信號的衰減、失真或變形。

2.2.3 環(huán)境噪聲

環(huán)境噪聲是指在工業(yè)設(shè)備、汽車、飛機(jī)等設(shè)備的無線電波傳輸過程中產(chǎn)生的各種隨機(jī)或非隨機(jī)的干擾信號，主要有熱噪聲、短波噪聲、工頻噪聲、脈沖噪聲等。這些干擾信號會對中波調(diào)幅廣播信號的載波振幅產(chǎn)生影響，如工業(yè)設(shè)備等人造噪聲源會產(chǎn)生非周期性的電磁輻射，在高功率下對中波調(diào)幅廣播信號產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，通常表現(xiàn)為嗡嗡聲或嘯叫聲；汽車、飛機(jī)等移動噪聲源，會產(chǎn)生不斷變化的電磁輻射，且變化速度較快，因而其干擾聲通常表現(xiàn)為沙沙聲。熱噪聲隨著介質(zhì)的熱運動產(chǎn)生，功率密度隨頻率呈負(fù)斜性關(guān)系。短波噪聲的功率在無線電波段較高。工頻噪聲的頻率集中在工頻（50 ～60 Hz）附近。脈沖噪聲由啟動或斷流產(chǎn)生的瞬時高功率脈沖信號構(gòu)成。這些噪聲類型會對中波調(diào)幅廣播信號的載波產(chǎn)生不同程度的干擾，需要采取屏蔽、調(diào)整天線方向、減少天線增益等措施進(jìn)行抑制。環(huán)境噪聲的強(qiáng)度與時間和地點有關(guān)，白天時分環(huán)境噪聲強(qiáng)度較大，深夜時分相對較??；城市地區(qū)環(huán)境噪聲強(qiáng)度較大，鄉(xiāng)村地區(qū)較小。在中波調(diào)幅廣播信號發(fā)射覆蓋設(shè)計中要綜合考慮各種因素，選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率和天線參數(shù)。

3 中波調(diào)幅廣播針對各類信號干擾的處理策略

3.1 鄰頻干擾的處理方法

為了減少或消除鄰頻干擾，通常采取提高接收器選擇性和改變發(fā)射或接收頻率等方式。接收器選擇性是指接收器對不同頻率信號的響應(yīng)能力。如果接收器選擇性高，則可以只接收目標(biāo)信號，而濾除其他信號；如果接收器選擇性低，則會同時接收多個信號形成干擾。提高接收器選擇性的方法包括使用更高品質(zhì)的濾波器、增加濾波器階數(shù)、縮小濾波器帶寬等。例如，如果目標(biāo)信號的頻率為1 000 kHz，鄰頻干擾源的頻率為1 005 kHz，就可以使用一個帶寬為4 kHz 的濾波器來定向接收目標(biāo)信號，進(jìn)而濾除鄰頻干擾源。但因為濾波器的頻率響應(yīng)不是理想的矩形，有一定的過渡帶和衰減率，如果鄰頻干擾源的功率很大，它仍然可能會在濾波器的過渡帶內(nèi)通過一部分功率，進(jìn)入解調(diào)器，造成干擾。此時為了更好地定向接收目標(biāo)信號，濾除鄰頻干擾源，可以增加目標(biāo)信號和鄰頻干擾源之間的頻率間隔，使其超過濾波器的過渡帶寬，使用更陡峭的濾波器提高衰減率，在過渡帶內(nèi)更快地降低鄰頻干擾源的功率，也可以配合使用非線性濾波器，如非線性微分限幅器（Nonlinear Differential Limiter, NDL）來抑制鄰頻干擾源的脈沖噪聲。另一種方法是改變發(fā)射或接收頻率，調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的載波頻率，使其與干擾源的頻率差值增大，從而減少干擾，發(fā)射或接收的頻率可以通過使用可調(diào)節(jié)或可切換的晶體振蕩器、合成頻率器來改變。例如，如果目標(biāo)信號的頻率為1 000 kHz，而鄰頻干擾源的頻率為1 005 kHz，那么可以將發(fā)射或接收頻率改為995 kHz 或1 010 kHz，以避開鄰頻干擾源[4]。

3.2 鏡像干擾的處理方法

針對鏡像干擾，可以采用提高接收器鏡像抑制比的方式，也可以采取調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的載波頻率的方式，使其與鏡像頻率差值增大，從而減少干擾。接收器鏡像抑制比是指接收器對目標(biāo)信號和鏡像信號的響應(yīng)能力之比。如果鏡像抑制比高，則可以只放大目標(biāo)信號，而抑制鏡像信號；如果鏡像抑制比低，則會同時放大兩個信號，造成干擾。接收器鏡像抑制比可以通過使用更高品質(zhì)的混頻器、增加混頻前級濾波器階數(shù)、縮小混頻前級濾波器帶寬、提高中頻頻率或采用上變頻等方式來提高。例如，目標(biāo)信號頻率為1 000 kHz，接收器中心頻率為1 500 kHz，則鏡像信號的頻率為2 000 kHz，若將接收器鏡像抑制比調(diào)整為40 dB，則表示接收器對目標(biāo)信號和鏡像信號的響應(yīng)能力之比為10 000 ∶1，即可有效抑制鏡像信號。此外，鏡像頻率干擾的產(chǎn)生也與接收天線的方向有關(guān)，定向天線具有良好的方向性，在特定方向的增益較大，而在其他方向的增益較小，采用定向天線可以減弱鏡像信號的接收能力，從而有效減少鏡像頻率干擾。

3.3 同頻干擾的處理方法

針對輕微同頻干擾問題，采用提高發(fā)射、接收功率或改變發(fā)射接收位置來解決。改變功率即增加發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的輸出電壓或電流，使其產(chǎn)生更強(qiáng)的無線電信號，從而壓制弱勢方。例如，當(dāng)目標(biāo)信號的功率為10 W，而同頻干擾源的功率為5 W，就可以將目標(biāo)信號的功率提高到20 W，以壓制同頻干擾源。同時，為了提高發(fā)射和接收功率，需要使用更高品質(zhì)的放大器，以提高放大器增益，提高天線效率。調(diào)整發(fā)射設(shè)備或接收設(shè)備的空間位置可以使其與干擾源之間的距離增大，從而減少干擾，具體可以采取移動設(shè)備位置、調(diào)整天線方向或增加天線高度的方法。除了以上兩種常見方法，還可以考慮以下幾種方式：使用不同極化方式，相鄰發(fā)射臺可以采用垂直極化和水平極化的天線，以減少二者之間的干擾；使用跳頻技術(shù)，使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在一定范圍內(nèi)隨機(jī)地改變工作頻率，以避開干擾源所在頻率；使用分集技術(shù)，在發(fā)射端或接收端使用多個天線或多個信道，以提高通信質(zhì)量和可靠性。

3.4 中頻干擾的處理方法

針對中頻干擾，可以通過提高接收器屏蔽效果來阻止中心頻率附近的無線電信號進(jìn)入接收器內(nèi)部，因而需要更換使用更好的屏蔽材料和結(jié)構(gòu)、增加屏蔽層厚度、改善接地方式等增強(qiáng)接收器對外界電磁場的隔絕能力，或者通過改變接收器中心頻率來避開干擾源。同時，也可以使用雙變頻技術(shù)，將接收到的信號經(jīng)過兩次混頻和濾波，得到兩個不同的中頻信號，以提高對鏡像信號的抑制能力[5]；或安裝自適應(yīng)濾波器，該元件可以根據(jù)輸入信號的特征和輸出信號的要求，自動調(diào)整濾波器的參數(shù)，以達(dá)到最佳的濾波效果。此外，一種逐漸普及的新型抗干擾方式是使用數(shù)字信號處理技術(shù)[5]，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后利用計算機(jī)進(jìn)行各種算法的編碼、壓縮、加密處理，以檢測、識別和消除干擾信號，數(shù)字化改造可以有效降低噪聲、失真、串音等現(xiàn)象，實現(xiàn)多模式傳輸和智能化管理。

4 結(jié)語

受限于當(dāng)前的技術(shù)水平，中波調(diào)幅廣播信號受干擾的問題將是一個長期存在但又亟待解決的問題，涉及無線電技術(shù)、通信原理、電磁場理論等多個領(lǐng)域，不僅影響了中波調(diào)幅廣播的傳播效果和接收質(zhì)量，而且限制了中波調(diào)幅廣播的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。因而需要積極引入先進(jìn)的技術(shù)理念，對中波調(diào)幅廣播進(jìn)行數(shù)字化改造、多模式傳輸、智能化管理等創(chuàng)新性改進(jìn)，采取有效的策略提高中波調(diào)幅廣播信號的傳輸效率和傳播質(zhì)量，保障廣播節(jié)目正常播出，更好地服務(wù)于聽眾。