1 概述
互調(diào)（IM，InterModulation）是指當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)具有非線性特征的器件時(shí)產(chǎn)生的與原信號(hào)有和差關(guān)系的射頻信號(hào),，又稱互調(diào)產(chǎn)物,、交調(diào)或交調(diào)產(chǎn)物。為了提升系統(tǒng)容量,，通信系統(tǒng)中同時(shí)采用多個(gè)載波（頻點(diǎn)）的現(xiàn)象非常普遍,，而且載波功率也有逐漸加大的趨勢(shì)；考慮到實(shí)際電路通常都具備非線性特點(diǎn),，互調(diào)及互調(diào)干擾成為常見(jiàn)現(xiàn)象,，在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng),、集群移動(dòng)通信系統(tǒng),、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、艦船通信系統(tǒng)等系統(tǒng),、民航通信系統(tǒng),、有線電視系統(tǒng)等系統(tǒng)中都有發(fā)現(xiàn)并引起廣泛注意。

互調(diào)一般分成有源互調(diào)和無(wú)源互調(diào)兩種,。鑒于所產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的嚴(yán)重程度，傳統(tǒng)上人們主要關(guān)注有源互調(diào),，但隨著更大功率發(fā)射機(jī)的應(yīng)用和接收機(jī)靈敏度的不斷提高,，無(wú)源互調(diào)產(chǎn)生的系統(tǒng)干擾日益嚴(yán)重，因此越來(lái)越被運(yùn)營(yíng)商,、系統(tǒng)制造商和器件制造商所關(guān)注,。文獻(xiàn)[1]對(duì)比了有源互調(diào)和無(wú)源互調(diào)的特征：
有源互調(diào)的特點(diǎn)：（1）有源電路的非線性相對(duì)固定，不隨時(shí)間而變化,；（2）分析理論相對(duì)成熟,；指標(biāo)明確，規(guī)范均能給出明確指標(biāo)要求,；（3）傳輸方向相對(duì)穩(wěn)定,；（3）可通過(guò)增加帶通／帶阻濾波器或改善濾波器性能加以抑制,，高階互調(diào)干擾幾近忽略。

無(wú)源互調(diào)的特點(diǎn)：（1）隨功率而變,，美國(guó)安費(fèi)諾公司的實(shí)驗(yàn)證實(shí),，輸入功率每增大1dBm，PIM產(chǎn)生電平變化約3 dBm,；（2）隨時(shí)間而變,。材料表面氧化、連接處接觸壓力,、電纜彎曲程度等均會(huì)隨時(shí)間發(fā)生改變,，進(jìn)而影響非線性程度。（3）研究理論滯后,，仿真研究手段未有實(shí)質(zhì)突破,，離工程化尚有相當(dāng)距離。（4）產(chǎn)生環(huán)節(jié)多,，傳輸方向非單一,，難以抑制。（5）存在高階互調(diào),。
資助信息：本文受國(guó)家“新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)“TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工具開(kāi)發(fā)”（2010ZX03002-008）項(xiàng)目資助

2 2 互調(diào)的產(chǎn)生機(jī)制[1][2]
2.1諧波的產(chǎn)生機(jī)制
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)單頻信號(hào)輸入,，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的關(guān)系如下：
（1）
上式中， 為直流項(xiàng),， 為線性放大項(xiàng),， 、等高次冪項(xiàng)系數(shù)非零時(shí),，輸出信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)非線性增大失真,，即通常所說(shuō)的諧波和互調(diào)干擾。單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)等處理后,，輸出信號(hào)常常會(huì)伴有N倍頻率的信號(hào),，這就是所謂的N次諧波。
假設(shè)輸入一個(gè)單頻正弦波,，
代入泰勒展開(kāi)式中,，展開(kāi)式右邊的2次冪項(xiàng)為：
（2）
上式出現(xiàn)了2倍頻信號(hào)（ ），即通常稱作的2次諧波干擾信號(hào),；同樣地,，展開(kāi)式右邊的3次冪項(xiàng)可以得到3次諧波干擾信號(hào)-----。
2.2互調(diào)的產(chǎn)生機(jī)制
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)單頻信號(hào)輸入,，那么此時(shí)產(chǎn)生的干擾除了諧波外,，還有互調(diào)。
（3）
A．2階互調(diào)的推導(dǎo)
泰勒展開(kāi)式展開(kāi)后的2次冪項(xiàng)為：
（4）
上式中， 和 數(shù)學(xué)變換后得到的是上面已經(jīng)介紹過(guò)的2次諧波干擾信號(hào),，而 經(jīng)過(guò)三角變換后得到：
（5）
此式中的后兩項(xiàng)即是所謂的2階互調(diào)項(xiàng),，信號(hào)頻率分別是： 和 。
B．3階互調(diào)的推導(dǎo)
兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)代入泰勒展開(kāi)式后的3次冪項(xiàng)為：
（6）
上式中,， 和 數(shù)學(xué)變換后引起的是3次諧波項(xiàng),，而 經(jīng)過(guò)三角變換后得到：
（7）

此式中的后兩項(xiàng)即是所謂的3階互調(diào)項(xiàng)，信號(hào)頻率分別是：2f0-f1和2f0+f1,。
同樣,， 也可以經(jīng)過(guò)三角變換得到兩個(gè)3階互調(diào)項(xiàng)，信號(hào)頻率分別是：2f1-f0和2f1+f0,。
同樣地,，可以得到4階互調(diào)項(xiàng)、5階互調(diào)項(xiàng),、6階互調(diào)項(xiàng)-----,。
B．N階互調(diào)的一般性定義
將以上雙頻信號(hào)互調(diào)的分析推廣到多頻，即可得到互調(diào)產(chǎn)物在頻率上的一般表達(dá)式為 ,， ,、 、---,、 為任意整數(shù)值,， 即互調(diào)產(chǎn)物的階數(shù)。
一般地,，每一對(duì)互調(diào)產(chǎn)物中的加號(hào)項(xiàng)（如f0+f1,、2f0+f1）通常超出工作帶寬，只有減號(hào)項(xiàng)（如2f0-f1,、3f0-2f1）才可能落在工作帶寬附近,；并且對(duì)于偶數(shù)階的互調(diào)產(chǎn)物，其減號(hào)項(xiàng)（如f0-f1,、2f0-2f1）接近直流項(xiàng),，通常也位于工作帶寬之外。因此,，業(yè)界主要關(guān)注奇數(shù)階減號(hào)項(xiàng)互調(diào),。

2.3互調(diào)的強(qiáng)度規(guī)律
文獻(xiàn)[4]論證了互調(diào)產(chǎn)物漸近下降的特點(diǎn)，即一般認(rèn)為高階互調(diào)產(chǎn)物的強(qiáng)度低于低階互調(diào),；但互調(diào)產(chǎn)物的強(qiáng)度預(yù)測(cè)至今仍是一個(gè)學(xué)術(shù)難題，尤其對(duì)于無(wú)源互調(diào),。文獻(xiàn)[4]提出了利用較為容易測(cè)量的低階互調(diào)產(chǎn)物來(lái)預(yù)測(cè)高階互調(diào)的方法,，并給出了一組驗(yàn)證數(shù)據(jù)（表 1）。業(yè)界也有常見(jiàn)結(jié)論認(rèn)為，五階互調(diào)一般比三階互調(diào)低20dB左右,，七階互調(diào)比五階互調(diào)低約15dB,，因此習(xí)慣使用低階互調(diào)（如三階互調(diào)、五階互調(diào)和七階互調(diào)）來(lái)衡量器件的互調(diào)性能,。

表1. 預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較（dBm）

2.4互調(diào)的影響因素
文獻(xiàn)[1]指出：PIM是由器件的非線性引起的,。非線性有3種可能的主要模式，一類為接觸非線性,，另一類為材料非線性,，還有一類就是工藝非線性。接觸非線性表示任何具有非線性電流與電壓行為的接觸,，如彎折不勻的同軸電纜,、不盡平整的波導(dǎo)法蘭盤、松動(dòng)的調(diào)諧螺絲,、松動(dòng)的鉚接,、氧化和腐蝕的接觸等；材料非線性指具有固有非線性電特性的材料,，如鐵磁材料和碳纖維等,；后者指因加工工藝引起的電傳輸非線性。

通過(guò)對(duì)天線的互調(diào)干擾的測(cè)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果的分析,，文獻(xiàn)[5]認(rèn)為減小天線在大功率下呈現(xiàn)的非線性以降低互調(diào)干擾,，在天線及饋電的電纜上應(yīng)該不使用非線性材料，如鐵,、鎳等,；天線的金屬與金屬的連接應(yīng)防止松滑，盡量少使用螺紋連接,，如果條件允許,，最好焊接；由于所測(cè)試的天線為同軸電纜饋電,，同軸電纜的彎曲程度應(yīng)該盡量低,，以免在電纜的連接處造成較大的應(yīng)力，形成互調(diào)干擾產(chǎn)生的隱患,。

3 互調(diào)的測(cè)試方法
目前,，國(guó)際上制造三階互調(diào)整套測(cè)試設(shè)備的廠家主要有英國(guó)Summitek和德國(guó)羅森博格（Rosenberger）等，國(guó)內(nèi)廠家有杭州紫光,、鎮(zhèn)江澳華和南京納特等,。

3.1互調(diào)的兩種測(cè)試方法
互調(diào)指標(biāo)的嚴(yán)格測(cè)試一般在專業(yè)的微波暗室進(jìn)行，這是因?yàn)橹苓叚h(huán)境尤其是鐵磁材料會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響,。具體又分為正向互調(diào)（Forward IM）和反向互調(diào)（Reverse IM）兩種方式,。其中正向互調(diào)又稱為傳輸互調(diào)（Transfer IM）,，反向互調(diào)又稱為反射互調(diào)（Reflection IM）。這兩者的差異主要體現(xiàn)在其射頻前端模塊的不同,，它們的系統(tǒng)框圖如圖 1所示[6],。

圖1. 反向互調(diào)（上）和正向互調(diào)（下）測(cè)量原理
雙工器、濾波器,、定向耦合器等器件一般采用正向互調(diào)測(cè)量方式,，天線和負(fù)載等器件一般采用反向互調(diào)測(cè)量方式。對(duì)于同一器件的兩種不同測(cè)試方式,，反射方式的互調(diào)產(chǎn)物通常比傳輸方式樂(lè)觀,。
IEC推薦利用兩個(gè)連續(xù)波（CW）信號(hào)源對(duì)每一個(gè)樣本的三階互調(diào)產(chǎn)物的功率電平進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)試端每一個(gè)信號(hào)源為43dBm(20w),。顯然,，這是針對(duì)早期的基站而言，直到現(xiàn)在,，這個(gè)功率等級(jí)依然適用于大多數(shù)器件的測(cè)量,。隨著新的數(shù)字蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)的不斷誕生，出現(xiàn)了更大幅度和更大范圍的功率等級(jí),。因此,，除了43 dBm以外，還出現(xiàn)了小至26 dBm和大到5l dBm條件下的測(cè)量要求[7],。

3.2常見(jiàn)器件的指標(biāo)要求
互調(diào)指標(biāo)有絕對(duì)值和相對(duì)值兩種表達(dá)方式,。絕對(duì)值表達(dá)方式是指以dBm為單位的互調(diào)的絕對(duì)值大小,；相對(duì)值表達(dá)方式是指互調(diào)值與其中一個(gè)載頻的比值（這是因?yàn)闊o(wú)源器件的互調(diào)失真與載頻功率的大小有關(guān)）,，用dBc來(lái)表示。典型的無(wú)源互調(diào)指標(biāo)是在兩個(gè)43dBm的載頻功率同時(shí)作用到被測(cè)器件DUT時(shí),，DUT產(chǎn)生-110dBm（絕對(duì)值）的無(wú)源互調(diào)失真,，其相對(duì)值為-153dBc。
按照背景噪聲為-107dBm的標(biāo)準(zhǔn)估算,，參照文獻(xiàn)[8]提供的材料,，PIM3:<-120dBc@2*43dBm的無(wú)源器件適用于2W/每載波以下（含2W/每載波）的小功率場(chǎng)景，PIM3:<-150dBc@2*43dBm的無(wú)源器件適用于于2W/每載波至20W/每載波（含20W/每載波）場(chǎng)景,，PIM3:<-160dBc@2*43dBm的無(wú)源器件適合于20W/每載波以上的超大功率環(huán)境,。

實(shí)踐中，天線的三階互調(diào)產(chǎn)物一般要求不超過(guò)-107dBm,，也即-150dBc,。定向耦合器、功率分配器,、雙工器,、連接器和電纜組件等無(wú)源器件的其互調(diào)產(chǎn)物通常在-120～-100dBm,，也即-163～-143dBc,；而某些器件的互調(diào)產(chǎn)物更大,，如鐵氧體器件的互調(diào)產(chǎn)物可達(dá)-60 dBc甚至更大。對(duì)于前一類器件,，不要求測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍太大,。目前同類產(chǎn)品的互調(diào)測(cè)量上限是-65 dBm，也即-108 dBc,。對(duì)于后一類器件,，可以采用通用的頻譜分析儀測(cè)量，其測(cè)量范圍至少可以達(dá)到-150～30 dBm,。
干放和直放站等有源設(shè)備或器件的互調(diào)指標(biāo)要求分別如表 2和表 3所示,。

4互調(diào)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用
4.1應(yīng)當(dāng)注意的系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)間互調(diào)干擾
表 4和表5列出了常見(jiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的互調(diào)干擾情況?？梢钥闯?，中國(guó)移GSM900M系統(tǒng)的五階互調(diào)和七階互調(diào)產(chǎn)物會(huì)對(duì)本系統(tǒng)形成干擾，同時(shí)也會(huì)影響到中國(guó)聯(lián)通GSM900M系統(tǒng),；中國(guó)移動(dòng)DCS1800系統(tǒng)的七階互調(diào)產(chǎn)物會(huì)對(duì)本系統(tǒng)形成干擾,；中國(guó)電信CDMA800M系統(tǒng)的五階互調(diào)和七階互調(diào)產(chǎn)物會(huì)對(duì)中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的GSM900M系統(tǒng)形成干擾。

個(gè)別情況下,，二階互調(diào)產(chǎn)物(F1+F2)也會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成影響,，比如CDMA800系統(tǒng)的二階互調(diào)產(chǎn)物也會(huì)對(duì)聯(lián)通的GSM1800系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在多系統(tǒng)合路的通信系統(tǒng)中,，三個(gè)（含三個(gè)）以上頻點(diǎn)經(jīng)過(guò)合路器時(shí)也可能產(chǎn)生F1+F2-F3形式的三階互調(diào)干擾,。這使得POI等多系統(tǒng)合路室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得困難[8]。

4.1實(shí)際工作中天饋線互調(diào)干擾的排查方法
從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,，移動(dòng)通信系統(tǒng)中需要重點(diǎn)關(guān)注互調(diào)指標(biāo)的器件主要有：天線,、饋線、直放站,、干放,、電橋、負(fù)載,、耦合器等,。當(dāng)前尤以天饋系統(tǒng)互調(diào)產(chǎn)物對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響最大。
互調(diào)指標(biāo)的嚴(yán)格測(cè)試一般在專業(yè)的微波暗室進(jìn)行,，但實(shí)際工作中在定位網(wǎng)內(nèi)干擾時(shí)也會(huì)借助便攜式互調(diào)分析儀（多采用反射模式）,，圖 2給出了使用便攜式互調(diào)儀現(xiàn)場(chǎng)排查互調(diào)干擾的檢測(cè)點(diǎn)示意。

圖2. 使用便攜式互調(diào)儀現(xiàn)場(chǎng)排查互調(diào)干擾的檢測(cè)點(diǎn)示意
根據(jù)實(shí)際操作的難易程度,，通常按照“1-2-3-4-5”的順序開(kāi)展斷站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,。也有經(jīng)驗(yàn)表明饋線的問(wèn)題（如接頭制作粗糙或松動(dòng),、饋線過(guò)度彎折等）往往是造成整個(gè)天饋系統(tǒng)的常見(jiàn)原因，因此“1-2-3-4-5”的順序也便于首先排除饋線問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)排查時(shí),，一般按執(zhí)行比微波按時(shí)測(cè)試原為寬松的標(biāo)準(zhǔn)，比如要求測(cè)試點(diǎn)1的三階互調(diào)產(chǎn)物小于-80dBm?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)為保證測(cè)試精度,，需要注意下列事項(xiàng)：
 保證可靠的連接（包括足夠的接觸壓力，接頭處清潔等）,。
 測(cè)量互調(diào)盡量排除外部干擾的影響 (先掃描外部干擾）,。
互調(diào)儀輸出信號(hào)功率不能超過(guò)器件的額定功率。
 斷開(kāi)有源器件,。
 注意天線的方向以及其覆蓋前方不能有大型金屬物體,。
個(gè)別系統(tǒng)設(shè)備廠家還開(kāi)發(fā)出互調(diào)干擾自動(dòng)檢測(cè)功能，可以粗略判斷干擾惡化是否為網(wǎng)內(nèi)互調(diào)干擾所致,。

5結(jié)束語(yǔ)
隨著移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的到來(lái),，話務(wù)量的激增使得控制網(wǎng)內(nèi)干擾成為移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商密切關(guān)注的重要議題，而互調(diào)干擾就是同頻干擾之外的一種重要網(wǎng)內(nèi)干擾,。這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化人員熟悉互調(diào)的產(chǎn)生機(jī)制及可能影響,，在頻率規(guī)劃時(shí)不僅考慮常規(guī)的同頻復(fù)用因子外，而且會(huì)分析多載波或多系統(tǒng)共存情況下可能產(chǎn)生的互調(diào)干擾,。此外,，便攜式互調(diào)測(cè)試儀也可以在日常維護(hù)工作中定位互調(diào)干擾時(shí)發(fā)揮一定作用。