第8章移動通信中的噪聲和干擾

1、1第8章 移動通信中的噪聲和干擾2l內(nèi)容移動通信中的主要噪聲移動通信中的主要干擾l重點接收機的低噪聲放大器、塔頂放大器互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾的概念、產(chǎn)生和改善措施l難點塔頂放大器互調(diào)干擾、鄰道干擾的產(chǎn)生和改善措施l目的和要求掌握對接收側(cè)放大器的要求和塔頂放大器的作用理解三種主要干擾的概念、產(chǎn)生及減小的方法了解信道組中三階互調(diào)存在與否的判斷方法3l噪聲的類型l噪聲系數(shù)l降低噪聲的方法4l內(nèi)部噪聲接收機固有的主要來源：電阻的熱噪聲、電子器件的散彈噪聲l熱噪聲：粒子熱運動產(chǎn)生l散彈噪聲：單位時間內(nèi)通過PN結(jié)的載流子數(shù)不同l外部噪聲自然噪聲l指天電噪聲、宇宙噪聲、太陽噪聲等l自然噪聲遠低于接收機

2、固有噪聲 -可忽略人為噪聲（主要噪聲）最主要的人為噪聲類型為汽車點火噪聲5人為噪聲l各種電氣設(shè)備中電流或電壓劇變形成的電磁波輻射l可能直接輻射，也可能通過電力線傳播l沖擊性噪聲l數(shù)量和集中程度隨地點、時間變化l噪聲強度與接收天線的高度及天線離道路的距離有關(guān)BS和MS所受影響不同6l基準噪聲功率No= KT0Bi玻爾茲曼常數(shù)K=1.3810-23 J/K；參考絕對溫度T0 =290K Bi為接收機帶寬KT0=-204dBW/Hzl平均噪聲功率噪聲功率與頻率的關(guān)系7l噪聲功率N(dB)=No+ N N為N高出KT0Bi的分貝數(shù)，由圖9-1讀得l移動通信中一般要求人為噪聲功率限制在-110dBm以下

3、l抑制人為噪聲的方法屏蔽、濾波接收機采用噪聲限制器、噪聲熄滅器等8l低噪聲級-高增益放大器的輸入級多級級聯(lián)放大器中，第一級噪聲源影響最大衡量噪聲的指標：噪聲系數(shù)NFl信噪比：衡量噪聲對信號的影響程度SNR：S/N=PS/PN PS為平均信號功率，PN為平均噪聲功率信噪比越大，信號傳輸質(zhì)量越高信號在傳輸中，噪聲會累積所以信噪比不斷惡化（下降）只有理想放大器的輸出信噪比等于輸入信噪比9l噪聲系數(shù)NF衡量信噪比通過線性網(wǎng)絡(luò)的變化噪聲系數(shù)是指網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值(電平差)若：Si為輸入信號功率，Ni為噪聲功率，So為輸出信號功率，No為輸出噪聲功率，則Si/Ni為輸入信噪比；So/

4、No為輸出信噪比 l噪聲系數(shù)為： 用dB表示為：ooiiFNSNSNdBNSdBNSNSNSLgNooiiooiiF)()(1010NF=1時，輸出信噪比等于輸入信噪比只有理想放大器（無噪聲）才有可能一般放大器NF1噪聲系數(shù)越接近于1，說明放大器內(nèi)部噪聲越小，輸出信噪比下降的倍數(shù)也越少 11l多級放大器級聯(lián)時的噪聲系數(shù)Friis公式第一級功率增高時，級聯(lián)放大器的噪聲系數(shù)主要受第一級噪聲的影響前面各級產(chǎn)生的噪聲都要經(jīng)由后面各級逐級放大 如何減少第一級噪聲是設(shè)計低噪聲電路的關(guān)鍵 3214213121111PPPFPPFPFFFAAANAANANNN12l整機前端電路噪聲系數(shù)分配2.51倍6.31倍

5、3.98倍13l降低噪聲的方法多級的級聯(lián)放大器中，雖然每一級放大器都會產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，但噪聲源在第一級時影響最大l對高增益放大器的設(shè)計，首先必須著重于如何使第一級放大器設(shè)計最佳選擇低噪聲器件是降低噪聲的基本方法l場效應(yīng)管具有比晶體管小得多的最佳噪聲系數(shù)l一般薄膜電阻比實心電阻噪聲小薄膜電阻中，金屬膜電阻噪聲最小l如果體積允許，盡量不要采用超小型電阻對于基站來說，改善上行信號接收時的噪聲影響可在塔頂天線與饋線連接處加裝塔頂放大器 14l目的：改善上行信號質(zhì)量l接收機第一級的噪聲影響最大采用低噪聲放大器基站采用塔頂放大器塔頂放大器就是在基站接收系統(tǒng)的前端即緊靠接收天線的位置增加一個低噪聲放大器，以改

6、善基站的接收性能 15l主要干擾互調(diào)干擾鄰道干擾同頻干擾16l互調(diào)干擾的概念互調(diào)干擾是由于多個信號加至非線性器件上，產(chǎn)生與有用信號頻率相近的組合頻率(互調(diào)產(chǎn)物) ，對系統(tǒng)造成干擾l非線性器件輸入信號多于兩個時，會增生新的組合頻率，即互調(diào)產(chǎn)物l互調(diào)產(chǎn)物落入某接收機帶內(nèi)，且具有一定強度，就會造成對該接收機的干擾 17l互調(diào)產(chǎn)生的原因多個信號相互調(diào)制，產(chǎn)生組合頻率l組合頻率minj：用冪級數(shù)表示為多次項，系數(shù)隨階次增高而減小l幅度最大、影響最嚴重的是有用信號附近的低階互調(diào)產(chǎn)物 三次項：三階互調(diào) 五次項：五階互調(diào)18l原因發(fā)射機互調(diào)發(fā)射機末端，由于功放的非線性，把天線侵入的其它干擾信號與發(fā)射的有用信號

7、產(chǎn)生互調(diào)而形成干擾接收機互調(diào)處于互調(diào)關(guān)系的多個信號同時進入一個接收機，由于接收機高放或混頻的非線性而產(chǎn)生互調(diào)干擾外部互調(diào)(生銹螺栓效應(yīng))在發(fā)射機附近金屬接頭件生銹或腐蝕及不同金屬接觸處，在強射頻場中產(chǎn)生檢波作用而產(chǎn)生互調(diào)信號輻射（天線、天線螺栓接觸不良或生銹）19l產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件：多個信號同時加到非線性器件上產(chǎn)生大量互調(diào)產(chǎn)物；無線系統(tǒng)間，系統(tǒng)內(nèi)頻率和功率關(guān)系不協(xié)調(diào)；對接收機互調(diào)而言，所有干擾發(fā)射機和被干擾接收機同時工作 三個條件同時滿足才會產(chǎn)生干擾影響 逐一改善可解決互調(diào)干擾問題20l三階互調(diào)的概念l多信道共用系統(tǒng)中的三階互調(diào)21l三階互調(diào)的概念設(shè)：輸入回路的選擇性較差，同時有三個載頻分別

8、為A、B、C的干擾信號進入接收機高放或混頻級而未被濾除，有用信號為O 轉(zhuǎn)移特性非線性用冪級數(shù)表示： i=a0+a1u+a2u2+a3u3+式中，a0,a1,a2,a3是由晶體管特性決定的系數(shù)設(shè)：作用于晶體管的信號為：u=AcosAt+BcosBt+CcosCt則：輸出回路電流i=直流項+基頻項+2次項+3次項+ 22輸出回路電流i的3次項有： (3/4)a3A2Bcos(2A+B)t+cos(2A-B)t+(3/4)a3AB2cos(2B+A)t+cos(2B-A)t+(3/4)a3A2Ccos(2A+C)t+cos(2A-C)t+(3/4)a3AC2cos(2C+A)t+cos(2C-A)t

9、+(3/4)a3B2Ccos(2B+C)t+cos(2B-C)t+(3/4)a3BC2cos(2C+B)t+cos(2C-B)t+(3/2)a3ABCcos(A+B-C)t+cos(A+C-B)t +cos(B+C-A)t+cos(A+B+C)t+ 23頻率為2A-B,2B-A,2A-C, 2C-A, 2B-C, 2C-B,A+B-C,A+C-B, B+C-A的三階互調(diào)產(chǎn)物將在A,B,C附近難以用選擇性電路濾除，易構(gòu)成互調(diào)干擾三階互調(diào)干擾的類型l二信號三階互調(diào)：2A-B（三階型）表示為：2A-Bl三信號三階互調(diào)：A+B-C（三階型）表示為：A+B-C24l三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度與三次項系數(shù)a3成正

10、比與干擾信號幅度的三次方成比例(三個信號幅度相等時)三信號三階互調(diào)比二信號三階互調(diào)幅度高一倍(3dB) 但由于三階型互調(diào)有兩次耦合損耗，其影響遠小于三階型，可忽略25ln個等間隔信道間的三階互調(diào)干擾(頻率關(guān)系)fx、fi、fj、fk分別為x、i、j、k信道的載頻若有兩個信道頻率滿足第一式或三個信道頻率滿足第二式的關(guān)系，就會產(chǎn)生三階互調(diào)干擾26ln個等間隔信道間的三階互調(diào)干擾(信道序號關(guān)系)信道序號由1n，按等間隔劃分，C1信道使用頻率f1，C2使用f2，Cn使用fn任一信道的頻率為fn=f1+F(Cn-1) f1為所有信道頻率中最低頻率；F為信道間隔的頻率數(shù)；Cn為n信道序號27l差值列陣法判

11、斷三階互調(diào)工程上常用差值列陣法判斷信道間是否存在三階互調(diào)干擾，選擇無三階互調(diào)信道組根據(jù)信道序號表示三階互調(diào)公式，多信道系統(tǒng)中，任意兩個信道序號之差等于任意另兩個信道序號之差，即dxi=djk ，就構(gòu)成三階互調(diào)D為信道序號之差適用于信道數(shù)不多的情況28判定有無三階互調(diào)的步驟l依次排列信道序號l按規(guī)律依次計算相鄰信道序號差值djkl計算每隔一個信道的序號差值l計算每隔二個信道的序號差值；l察看是否存在相同數(shù)值 若有表示滿足條件dxi=djk，存在三階互調(diào) 若沒有，則不存在三階互調(diào)。 29l差值列陣法l分區(qū)分組信道分配法l等頻距信道分配法30l差值列陣法選用無三階互調(diào)信道組時，三階互調(diào)依然存在，只是

12、不落入本系統(tǒng)的工作頻道之內(nèi)。本系統(tǒng)內(nèi)各工作信道沒有三階互調(diào)干擾，但可能對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾 選用無三階互調(diào)信道組時，頻率利用率低，選用頻道數(shù)量越大，信道利用率越低，在需要信道數(shù)較多時不現(xiàn)實 小區(qū)制中，每個小區(qū)使用的信道數(shù)較少時，可采用分區(qū)分組分配法來提高頻率利用率 例：31l分區(qū)分組信道分配法只要選取的信道序號之間的差值滿足上述差值序列，則是無三階互調(diào)信道組 可用試探法選取可用的信道組 例：6個無線小區(qū)組成，每個無線區(qū)均要求4個工作信道，總共需24個工作信道。 取信道號為1，2，5，11，13，18的無三階互調(diào)信道組作參考，則該信道組的差值序列為1，3，6，2，5。32l等頻距信道分配法（按等頻

13、距配置信道）適用于大容量移動通信系統(tǒng)不滿足無三階互調(diào)干擾的條件，但由于同一小區(qū)選用的頻道間距較大，隔離度也大，可采用選頻電路降低互調(diào)產(chǎn)物的幅度例：某系統(tǒng)可用頻道為100個，共分成10組，每組10個頻道，第一組選擇的序號為：1、11、21、31、41、51、61、71、81、91。第二組的序號為：2、12、22、32、42、52、62、72、82、92。33l概念：由發(fā)射機末級的非線性產(chǎn)生的互調(diào)發(fā)射機輸出級非線性其他發(fā)射機的信號耦合進入形成多信號l類型：二信號三階互調(diào) 三信號三階互調(diào)34l二信號三階互調(diào) Li：互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗Lc：耦合損耗Lp：傳輸損耗若發(fā)射機輸出均為P(dBW)則接收機收到的噪聲

14、功率為：Nin=P-(Li+Lc+Lp)35互調(diào)產(chǎn)物受到的全部損耗為L=Lc+Li+Lpl耦合損耗Lc 發(fā)射機1的輸出功率與進入發(fā)射機2的輸出端的功率之比(電平差)l互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗Li 在發(fā)射機2輸出端上，來自發(fā)射機1的功率與來自發(fā)射機2的信號產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物的功率之比 典型值：Li =15dBl傳輸損耗LP 發(fā)射機2輸出端到被干擾接收機輸入端間互調(diào)干擾信號的傳輸損耗36耦合損耗Lc由以下因素決定l發(fā)射機共用天線時，Lc取決于共用器隔離度l發(fā)射機分用天線時，Lc取決于天饋線之間耦合損耗(隔離度)，及發(fā)射機與天線間是否插入隔離器、濾波器l天線間耦合損耗與電波傳播損耗、天線增益、天線的方向性，及天線的

15、架設(shè)是水平分離還是垂直分離有關(guān)l垂直分離天線間的隔離度比水平分離的隔離度大37l發(fā)射機三信號互調(diào)干擾干擾電平與二信號互調(diào)干擾比較： （2A-B）型電平-（A+B-C）型電平=20lgLc2-6dB一般要求發(fā)射機間耦合損耗在30dB以上，二信號三階互調(diào)電平超過三信號三階互調(diào)電平24dB以上，故三信號三階互調(diào)電平可以忽略不計38l基站發(fā)射機互調(diào)干擾當基站各信道的發(fā)射機全部開啟時，基站附近的移動臺接收機既能收到有用信號，也能收到互調(diào)產(chǎn)物，即干擾信號由于傳播條件相同，故有用信號遠遠大于干擾信號，考慮到調(diào)頻的捕獲效應(yīng)，干擾將被抑制當基站某信道的發(fā)射機關(guān)閉時，處在該信道上的移動臺接收機將只收到互調(diào)干擾信號

16、由于移動臺采用信道自動選擇方式，移動臺接收機可能因干擾而錯停信道當已知接收機開啟電平與發(fā)射機互調(diào)產(chǎn)物電平時，就能求出互調(diào)干擾范圍或干擾半徑。39l移動臺發(fā)射機互調(diào)干擾當基站附近兩個移動臺相距很近且同時發(fā)射，移動臺發(fā)射機的互調(diào)產(chǎn)物將會造成對基站接收機的干擾當用戶密度較小時，由于移動臺在基站附近暫時集中又同時發(fā)射的概率很小，可以不予考慮當用戶密度很大時，將成為系統(tǒng)中的一個嚴重干擾因素 若已知被干擾接收機允許的最小輸入電平和射頻防衛(wèi)比、移動臺發(fā)射機輸出的最大互調(diào)產(chǎn)物電平，就能計算出移動臺發(fā)射機互調(diào)的干擾范圍 40l減小發(fā)射機互調(diào)干擾的措施系統(tǒng)多發(fā)射機共用天線-天線共用器天線共用器l3dB定向耦合器l

17、單向環(huán)行器l空腔諧振器+星形網(wǎng)絡(luò)413dB定向耦合器l四端口器件l耦合損耗 3dB：輸入端到輸出端的耦合損耗 25dB：輸入端到另一輸入端的耦合損耗l不適合作多發(fā)射機的天線共用器單向環(huán)行器l一般與3dB定向耦合器組合，以增大發(fā)射機間耦合損耗l傳輸損耗： 0.8dB：正向傳輸損耗 20dB：反向傳輸損耗42空腔諧振器l與星形網(wǎng)絡(luò)一起使用l串聯(lián)單向環(huán)形器可進一步提高Lcl諧振腔到星形網(wǎng)絡(luò)的電纜長度不能隨意確定，必須是/4的奇數(shù)倍l適用于發(fā)射機較多時的天線共用l諧振腔衰減特性43減小發(fā)射機互調(diào)干擾的措施l盡量增大發(fā)射機間的耦合損耗 加大天線間距-分用天線時 采用單向隔離器件 3dB定向耦合器 單向環(huán)

18、行器 空腔諧振器+星形網(wǎng)絡(luò)l減少MS發(fā)射機互調(diào)，可采用APC降低干擾電平l系統(tǒng)設(shè)計時盡量選用無三階互調(diào)信道組44l概念：接收機前端通帶較寬，多個信號進入高放、混頻級非線性l移動臺接收機互調(diào)基站忙時，多個發(fā)射機同時工作l基站接收機互調(diào)基站附近多個移動臺同時工作l減小接收機互調(diào)的措施提高接收機的互調(diào)抗拒比，一般要求優(yōu)于70dB移動臺采用APC，減小基站接收機互調(diào)干擾盡量選用無三階互調(diào)信道組。45l三階互調(diào)響應(yīng)基頻響應(yīng)的輸入輸出曲線斜率為1，三階互調(diào)響應(yīng)的輸入輸出曲線斜率為3l三階響應(yīng)輸入增加1dB，輸出增加3dBl基頻響應(yīng)輸入增加1dB，輸出增加1dB三階交叉點(三階截點)IP3：兩個響應(yīng)的交點l

19、瑕想點lIP3愈高，對互調(diào)的抑制愈好lIP3點上，三階互調(diào)抑制為0dB互調(diào)產(chǎn)物與信號電平相等46l線性放大器的輸入輸出特性1dB壓縮點：l當輸入增加到一定電平時，呈現(xiàn)基頻響應(yīng)彎曲，飽和點與線性基頻響應(yīng)相差1dB的壓縮，該電平對應(yīng)的輸出下降1dB的點 交叉點IP3比1dB壓縮點高1015dB利用1dB壓縮點確定交調(diào)電平 47l交調(diào)電平的確定：功率回退法例：設(shè)輸入-10dBm，對應(yīng)IP3，輸入為16dBm，BC=26dBm則：AB=3BC=78dBm AE=ED=26dBm即三階互調(diào)抑制比DC=EB=78-26=52dB當輸入信號減小至-20dBm時， 三階互調(diào)下降30dB互調(diào)抑制比改善20dB，

20、為52+20=72dB功率回退可抑制三階互調(diào)48l概念鄰近或相鄰頻道間的干擾l由于發(fā)射機的調(diào)制邊帶擴展和邊帶噪聲輻射，離基站近的K1信道的MS強信號干擾離基站遠的K信道的MS弱信號l共信道干擾，即干擾分量落在被干擾接收機帶內(nèi)l基站發(fā)射機對MS接收機的鄰道干擾不嚴重49l調(diào)制邊帶擴展調(diào)制邊帶擴展干擾是指話音信號經(jīng)調(diào)頻后，某些邊帶頻率落入相鄰信道形成的干擾 調(diào)頻波有無窮多個邊頻分量，某些邊頻分量落入鄰道接收機的通帶內(nèi)，就造成調(diào)制邊帶擴展，干擾鄰道l頻帶寬度無限，但當n4后，幅度越來越小，可忽略50減少發(fā)射機調(diào)制邊帶擴展干擾的措施l嚴格限制調(diào)制信號的帶寬 發(fā)射機的語音加工電路中，須有瞬時頻偏控制（I

21、DC）電路和鄰道干擾濾波器l移動臺采用APCl器件選用，電路設(shè)計51l發(fā)射機邊帶噪聲 在發(fā)射機工作頻率的兩側(cè)存在的頻譜很寬的噪聲稱為發(fā)射機邊帶噪聲影響發(fā)射機邊帶噪聲大小的因素減小發(fā)射機噪聲干擾措施設(shè)法減小發(fā)射機本身的邊帶噪聲系統(tǒng)設(shè)計上采取減小發(fā)射機邊帶噪聲干擾的措施52l同頻復(fù)用距離的計算l定向天線減小同頻干擾53l影響同頻復(fù)用距離的因素假定地形地物狀況相同，各基站設(shè)備參數(shù)相同，各移動臺的設(shè)備參數(shù)也相同時的影響因素l調(diào)制方式 l電波傳播特性l要求的可靠通信概率l無線區(qū)半徑rl選用的工作方式54l工程計算D值h1h2分別為收發(fā)天線高度l當收發(fā)天線均為高天線時，查曲線(1)l當收發(fā)天線一為高天線，一為低天線時，查曲線(2)l由r0確定信號