移動(dòng)通信原理與技術(shù)：第4章 噪聲與干擾

第四章噪聲與干擾引言4.1

噪聲4.2

鄰道干擾與同頻道干擾4.3

互調(diào)干擾習(xí)題

移動(dòng)信道利用無線電波傳播信號(hào),信道是敞開的,很多因素都可能影響信號(hào)質(zhì)量,信道條件惡劣，主要包括兩個(gè)方面：

(1)傳播損耗與衰落(第3章)；

(2)噪聲與干擾(第4章)。引言

4.1

噪聲

4.1.1

噪聲分類與特性

4.1.3

環(huán)境噪聲及多徑衰落對(duì)話音質(zhì)量的影響

4.1.4

發(fā)射機(jī)噪聲及寄生輻射4.1.1

噪聲分類與特性

自然噪聲：大氣噪聲、宇宙噪聲人為噪聲：電火花噪聲接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲發(fā)射機(jī)噪聲及寄生輻射(<100MHz)╳外部噪聲內(nèi)部噪聲各種噪聲的功率譜見下圖：kToBN

.

.討論：

(1).f>100MHz的移動(dòng)通信工作頻段，自然噪聲（大氣噪聲、太陽(yáng)噪聲、銀河噪聲）低于接收機(jī)內(nèi)部噪聲，可忽略不計(jì)。移動(dòng)通信中主要考慮人為噪聲。

(2).人為噪聲

①來源：人類電設(shè)備電火花的電磁輻射干擾

②特點(diǎn)：市區(qū)高于郊區(qū)，因?yàn)槭袇^(qū)電火花設(shè)備多。

(3).用圖估算噪聲功率例：已知市區(qū)移動(dòng)臺(tái)工作頻率為450MHz,接收機(jī)噪聲帶寬

BN

=16kHz，試求進(jìn)入接收機(jī)的人為噪聲功率為多少dBW。解：基準(zhǔn)噪聲功率

查圖得市區(qū)人為噪聲功率N比N0高25dB.

得分析及測(cè)量接收機(jī)的噪聲性能的電路框圖如下。So/NoCin/Nin

測(cè)量接收機(jī)噪聲性能的方框圖Co/No=Sin/NinRX前級(jí)電路

解調(diào)器Re測(cè)量信號(hào)源(輸入阻抗R)圖中，e為測(cè)量射頻信號(hào)源電動(dòng)勢(shì)；R為信號(hào)源內(nèi)阻，與接收機(jī)輸入阻抗相等(匹配)，一般為50Ω，其熱噪聲電壓均方值為

式中，k為波爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23

W/K?Hz)；

TO為電阻工作溫度，通常為室溫290K(17OC)；

BN為接收機(jī)噪聲帶寬，近似等于接收機(jī)中頻帶寬。則信號(hào)源輸入接收機(jī)的熱噪聲功率Nin為

實(shí)測(cè)接收機(jī)內(nèi)部噪聲折算到輸入端的功率NA‘=(1～9)kToBN，與信號(hào)源輸入接收機(jī)的熱噪聲功率Nin

同數(shù)量級(jí)。通常，將kToBN作為(折算到輸入端的)接收機(jī)內(nèi)部噪聲的典型值。

kToBN又稱為基準(zhǔn)噪聲功率。而

Cin=e/2則

Cin/Nin=……

等效噪聲系數(shù)Fa基準(zhǔn)噪聲功率（W）噪聲功率（W）噪聲帶寬(Hz,近似等于RX中頻帶寬)

式中，k

波爾茲曼常數(shù)

Ta等效噪聲溫度(K)

To參考溫度

Fa為外部環(huán)境噪聲超過基準(zhǔn)噪聲的dB數(shù)電火花：汽車氣缸點(diǎn)火電機(jī)電刷電焊機(jī)等1.話音質(zhì)量的主觀評(píng)定等級(jí)(5級(jí))5分(優(yōu))：幾乎無噪聲，話音完全可懂

4分(良)：輕微噪聲，話音很易聽懂

3分(中)：中等噪聲，話音可懂，需稍加注意

2分(差)：噪聲煩人，話音聽起來相當(dāng)吃力

1分(劣)：話音不可懂

2.環(huán)境噪聲及多徑衰落對(duì)話音質(zhì)量的影響4.1.3環(huán)境噪聲及多徑衰落對(duì)話音質(zhì)量的影響RX輸出話音質(zhì)量與信噪比的關(guān)系12345SO/NO(dB)解調(diào)后304050主觀評(píng)定級(jí)別102030C/N(dB)解調(diào)前(示意)靜態(tài)（僅有接收機(jī)內(nèi)部噪聲）有衰落及電火花干擾

影響移動(dòng)通信接收機(jī)的環(huán)境噪聲主要是人為電火花干擾，從時(shí)域看是脈沖狀電磁干擾，與多徑衰落對(duì)接收話音質(zhì)量的影響相似：在平均SO/NO相同時(shí)，比靜態(tài)主觀評(píng)價(jià)分低1?2級(jí)；或要保持相同的主觀評(píng)價(jià)分，必須增夫SO/NO，即增大接收射頻信號(hào)電平。4.1.4

發(fā)射機(jī)噪聲及寄生輻射相位噪聲.寄生調(diào)制.寄生輻射.發(fā)射載波的頻譜載波1.成因：振蕩器—正反饋選頻放大器。載波相位噪聲邊帶2.減小相位噪聲的方法：提高選頻回路Q等。

起振條件：從噪聲中選出信號(hào)

相位噪聲穩(wěn)幅條件：非線性穩(wěn)幅S(幅度U0)nc電源紋波、鑒相紋波寄生調(diào)頻例：鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)f0PDLFVCO÷Nud：fr

鑒相紋波frVcc：50Hz/100Hz紋波fo=N·fr寄生輻射PLL倍頻功放濾波非線性fofr

概述

4.2.1鄰道干擾

4.2.2同頻道干擾與射頻防護(hù)比

4.2.3同頻道再用距離4.2鄰道干擾與同頻道干擾2.頻道的劃分(我國(guó)由信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定)概述1.電臺(tái)組網(wǎng)干擾：有以下三類

(1).同頻道干擾

(2).鄰道干擾

(3).互調(diào)干擾頻道帶寬…頻道間隔頻率點(diǎn)(載頻)

移動(dòng)通信常用頻道間隔：(1).25KHz,模擬FM(2).200KHz,GSM(歐,TDMA,8時(shí)隙,等效25KHz/信道)30KHz,ADC(美,TDMA,3時(shí)隙,等效10KHz/信道)25KHz,JDC(日,TDMA,3時(shí)隙,等效8.3KHz/信道)(3).12.5MHz,N-CDMA(美,IS-95)下面以(1)為例說明組網(wǎng)干擾。4.2.1鄰道干擾

B=16KHzB=25KHz例：最大調(diào)制頻偏。=3000Hz)；最高調(diào)制頻率(話音300~3000Hz,

式中,

①收發(fā)信機(jī)中心頻率（載頻）準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度有限，造成頻率偏差，則調(diào)制頻譜邊帶會(huì)落入鄰道.②模擬FM，實(shí)際上有無窮多對(duì)邊頻分量。它們的高次邊頻會(huì)落入鄰道。

Fmax=3KHz時(shí)，時(shí)，

以上兩種似乎都能滿足頻道帶寬B=25KHz的規(guī)定，但實(shí)際上后者會(huì)對(duì)鄰道產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，因?yàn)椋耗MFM信號(hào)占據(jù)帶寬：

所以，發(fā)射信號(hào)帶寬及接收機(jī)帶寬都按16KHz設(shè)計(jì)，兩邊留有一定的保護(hù)邊帶。

要保設(shè)發(fā)射信號(hào)帶寬不超過16KHz，就要防止調(diào)制頻偏超過最大允許頻偏（5KHz），為此載調(diào)制信號(hào)送入VCO(壓控振蕩器，即調(diào)頻振蕩器)前加入瞬時(shí)頻偏控制電路（IDC）：調(diào)頻發(fā)射機(jī)及IDC電路放大VCOPA

80dB動(dòng)態(tài)范圍MIC瞬時(shí)頻偏控制（IDC）限幅VCOMIC最大幅度恒定低通放大PA說明：

(1).FM通信系統(tǒng)即使采取以上措施，與相隔遠(yuǎn)的頻道相比，相鄰頻道干擾多少總是存在的，所以同一小區(qū)內(nèi)不使用鄰頻道。

(2).數(shù)字調(diào)制與模擬FM頻譜有相似之處，帶外衰減不是無窮陡，鄰道干擾多少有一些，所以對(duì)FDMA及TDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)同一小區(qū)內(nèi)亦不使用鄰頻道。TXRX準(zhǔn)確度差RX穩(wěn)定度差TXRX理想RX通帶衰減特性TXTXTXTXTXTXTX

單音FMTXRX高次邊頻分量（幅度與有關(guān)）FM收/發(fā)信機(jī)實(shí)際帶寬(頻道間隔25KHz)TX16kHz9kHzRX16kHz保護(hù)帶f

1.同頻道干擾

落入接收機(jī)通帶內(nèi)的任何無用信號(hào)都會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成干擾，稱為同頻干擾。最常見的情況是蜂窩網(wǎng)按區(qū)群頻率再用,不同區(qū)群使用相同頻率的小區(qū)之間所造成的同頻道干擾。4.2.2同頻道干擾與射頻防護(hù)比2.射頻防護(hù)比同頻干擾對(duì)接收的有用信號(hào)造成干擾，使接收機(jī)輸出S/N惡化，話音質(zhì)量等級(jí)下降。為保證一定的話音質(zhì)量等級(jí)，必須使接收機(jī)輸入射頻有用信號(hào)電平S與干擾信號(hào)電平I之比（信干比S/I）大于門限信干比(S/I)S,又稱為射防護(hù)比。同頻干擾的影響及(S/I)s與調(diào)制制度有關(guān)，調(diào)頻電話，3級(jí)話音質(zhì)量：(S/I)s=8dB4.2.3同頻道再用距離MS在此最不利位置，S/I最小,若此時(shí)剛好滿足S/I=(S/I)S,則D為同頻道再用(最小)距離.1.含義DBSABSB同頻道再用小區(qū)MSMSMSDIDS

=r0MS③傳播損耗估算經(jīng)驗(yàn)公式④=8dB，調(diào)頻話，靜態(tài)25dB，調(diào)頻話，有衰落，可通率90%2.求同頻道再用距離D

已知：①小區(qū)半徑為

ro②二個(gè)小區(qū)BS的發(fā)射功率PT及天線高度ht相同，MS天線高度為hr用dB表示解：解題思路：PTd→LS、LI→S、I→S/I→D1.6,4.2,=2.6r0,5.2r0,=

4.3互調(diào)干擾

4.3.1互調(diào)干擾原理及分類

4.3.2發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾

4.3.3接收機(jī)互調(diào)干擾

4.3.4無三階互調(diào)頻道組

二個(gè)或多個(gè)與有用信號(hào)頻率不同的信號(hào),經(jīng)過傳輸通道中非線性電路,會(huì)產(chǎn)生各種組合頻率分量,其中與有用信號(hào)處于同一頻道的組合頻率分量會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成于干擾,稱為互調(diào)干擾.1.互調(diào)干擾原理代入上式展開兩干擾信號(hào)同時(shí)作用于該非線性電路（2）非線性電路輸入、輸出特性如下不等，但與有用信號(hào)設(shè)（1）干擾信號(hào)在同一頻段內(nèi)。、4.3.1互調(diào)干擾原理及分類若,則形成三階互調(diào)干擾.若,則形成五階互調(diào)干擾.……因?yàn)楦唠A非線性系數(shù)a5,a7…<a3,所以高階互調(diào)干擾的幅度小于三階互調(diào)干擾,一般不考慮，只考慮三階互調(diào)干擾.,三階-Ⅱ型互調(diào)干擾(1).,三階-Ⅰ型互調(diào)干擾.2.三階互調(diào)干擾的類型(2).三個(gè)干擾信號(hào)作用于非線性電路,在其三階非線性項(xiàng)可能產(chǎn)生如下三階互調(diào)干擾3.產(chǎn)生三階互調(diào)干擾的二個(gè)條件

(1).有2個(gè)以上干擾信號(hào)經(jīng)過傳輸通道中的非線性電路，產(chǎn)生三階互調(diào)頻率分量；

(2).三階互調(diào)頻率等于有用信號(hào)頻率(或處于同一頻道)。4.3.2發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾

1.產(chǎn)生原因…BS（FDMA、TDMA系統(tǒng)）末級(jí)功放非線性2.減小發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾電平的措施②共用天線：加單向環(huán)形器和/或高Q諧振腔BPF,水平分離①多天線：(1).增大TX之間隔離度(防止幾個(gè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入非線性電路)垂直分離BPFBPF............(2)減小TX的非線性。2.減小RX互調(diào)干擾措施（1）提高BPF選擇性，濾除fA,

fB.(防止幾個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入非線性電路)4.3.3接收機(jī)互調(diào)干擾

（2）高放及混頻采用平方律器件--場(chǎng)效應(yīng)管(減小RX的非線性）1.產(chǎn)生原因…BPF高放混頻三階互調(diào)總結(jié)：防止或減小互調(diào)干擾的措施（1）防止干擾信號(hào)進(jìn)入非線性電路（2）減小非線性電路3階（及以上）非線性。

防止互調(diào)干擾發(fā)生的第(3)個(gè)措施：選用無三階互調(diào)頻道組。

在給一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)分配一組頻道