移动通信中的噪声和干扰

信息技术学院李筱林内容◦移动通信中的主要噪声◦移动通信中的主要干扰噪声的类型噪声系数降低噪声的方法内部噪声◦接收机固有的主要来源：电阻的热噪声、电子器件的散弹噪声热噪声：粒子热运动产生散弹噪声：单位时间内通过PN结的载流子数不同外部噪声◦自然噪声指天电噪声、宇宙噪声、太阳噪声等，自然噪声远低于接收机固有噪声-----可忽略◦人为噪声（主要噪声）最主要的人为噪声类型为汽车点火噪声◦人为噪声各种电气设备中电流或电压剧变形成的电磁波辐射可能直接辐射，也可能通过电力线传播冲击性噪声数量和集中程度随地点、时间变化噪声强度与接收天线的高度及天线离道路的距离有关BS和MS所受影响不同基准噪声功率No=KT0Bi◦玻尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K；◦参考绝对温度T0=290K°Bi为接收机带宽KT0=-204dBW/Hz平均噪声功率◦噪声功率与频率的关系移动通信中一般要求人为噪声功率限制在-110dBm以下抑制人为噪声的方法◦屏蔽、滤波◦接收机采用噪声限制器、噪声熄灭器等噪声：内部固有的，由系统材料和器件物理学产生的自然扰动。◦衡量噪声的指标：噪声系数NF信噪比：衡量噪声对信号的影响程度◦SNR：S/N=PS/PNPS为平均信号功率，PN为平均噪声功率◦信噪比越大，信号传输质量越高◦信号在传输中，噪声会累积，所以信噪比不断恶化（下降）只有理想放大器的输出信噪比等于输入信噪比多级级联放大器中，第一级噪声源影响最大多级的级联放大器中，虽然每一级放大器都会产生内部噪声，但噪声源在第一级时影响最大。对高增益放大器的设计，首先必须着重于如何使第一级放大器设计最佳选择低噪声器件是降低噪声的基本方法场效应管具有比晶体管小得多的最佳噪声系数一般薄膜电阻比实心电阻噪声小薄膜电阻中，金属膜电阻噪声最小如果体积允许，尽量不要采用超小型电阻对于基站来说，改善上行信号接收时的噪声影响可在塔顶天线与馈线连接处加装塔顶放大器目的：改善上行信号质量接收机第一级的噪声影响最大◦采用低噪声放大器◦基站采用塔顶放大器◦塔顶放大器就是在基站接收系统的前端即紧靠接收天线的位置增加一个低噪声放大器，以改善基站的接收性能◦塔顶放大器对改善上行链路性能的作用可分为改善噪声系数和提高基站系统的接收灵敏度两个方面◦塔顶放大器降低了基站接收系统的噪声系数、有效改善上行信号，提高基站系统的接收灵敏度扩大基站有效覆盖范围在移动通信系统中，由于基站和移动台发射功率和接收灵敏度的差异，会造成上、下行功率不平衡塔放降低了基站接收系统的噪声系数，即提高了基站灵敏度，增加了基站上行传播损耗容量提高上行接收电平，改善弱信号覆盖降低手机输出功率，减少上行信号的干扰节省费用，增加收益◦塔放按使用环境的不同分上行塔顶放大器基站放大器塔顶双向放大器◦对于不同的应用方式在实际中可以按基站的具体条件和覆盖要求来选定◦当然，在工程实际中，对塔放的避雷、馈电、防水及故障的自动告警和自动旁路等功能都应精心设计塔顶放大器的典型应用上行双工塔放的应用上行双工塔放配合基站功放的应用上行单收型塔放的应用◦互调干扰◦邻道干扰◦同频干扰互调干扰的概念◦互调干扰是由于多个信号加至非线性器件上，产生与有用信号频率相近的组合频率(互调产物)，对系统造成干扰非线性器件输入信号多于两个时，会增生新的组合频率，即互调产物互调产物落入某接收机带内，且具有一定强度，就会造成对该接收机的干扰互调产生的原因◦多个信号相互调制，产生组合频率组合频率mωi±nωj：用幂级数表示为多次项，系数随阶次增高而减小三次项：三阶互调五次项：五阶互调原因◦发射机互调发射机末端，由于功放的非线性，把天线侵入的其它干扰信号与发射的有用信号产生互调而形成干扰◦接收机互调处于互调关系的多个信号同时进入一个接收机，由于接收机高放或混频的非线性而产生互调干扰◦外部互调(生锈螺栓效应)在发射机附近金属接头件生锈或腐蚀及不同金属接触处，在强射频场中产生检波作用而产生互调信号辐射（天线、天线螺栓接触不良或生锈）产生互调干扰的条件：①多个信号同时加到非线性器件上产生大量互调产物；②无线系统间，系统内频率和功率关系不协调；③对接收机互调而言，所有干扰发射机和被干扰接收机同时工作三个条件同时满足才会产生干扰影响逐一改善可解决互调干扰问题幅度最大、影响最严重的是有用信号附近的三阶互调产物三阶互调的概念三阶互调的类型三阶互调产物的幅度五阶互调三阶互调产生的数量多信道共用系统中的三阶互调三阶互调的概念设：输入回路的选择性较差，同时有三个载频分别为ωA、ωB、ωC的干扰信号进入接收机高放或混频级而未被滤除，有用信号为ωO转移特性非线性用幂级数表示：i=a0+a1u+a2u2+a3u3+…式中，a0,a1,a2,a3…是由晶体管特性决定的系数设：作用于晶体管的信号为：u=AcosωAt+BcosωBt+CcosωCt则：输出回路电流i=直流项+基频项+2次项+3次项+…◦输出回路电流i的3次项有：(3/4)a3A2B[cos(2ωA+ωB)t+cos(2ωA-ωB)t]+(3/4)a3AB2[cos(2ωB+ωA)t+cos(2ωB-ωA)t]+(3/4)a3A2C[cos(2ωA+ωC)t+cos(2ωA-ωC)t]+(3/4)a3AC2[cos(2ωC+ωA)t+cos(2ωC-ωA)t]+(3/4)a3B2C[cos(2ωB+ωC)t+cos(2ωB-ωC)t]+(3/4)a3BC2[cos(2ωC+ωB)t+cos(2ωC-ωB)t]+(3/2)a3ABC[cos(ωA+ωB-ωC)t+cos(ωA+ωC-ωB)t+cos(ωB+ωC-ωA)t+cos(ωA+ωB+ωC)t+…]◦频率为2ωA-ωB,2ωB-ωA,2ωA-ωC,2ωC-ωA,2ωB-ωC,2ωC-ωB,ωA+ωB-ωC,ωA+ωC-ωB,ωB+ωC-ωA的三阶互调产物将在ωA,ωB,ωC附近难以用选择性电路滤除，易构成互调干扰◦三阶互调干扰的类型二信号三阶互调：2A-B（三阶Ⅰ型）表示为：2ωA-ωB三信号三阶互调：A+B-C（三阶Ⅱ型）表示为：ωA+ωB-ωC多信道共用系统中的三阶互调◦n个等间隔信道间的三阶互调干扰(频率关系)fx、fi、fj、fk分别为x、i、j、k信道的载频若有两个信道频率满足第一式或三个信道频率满足第二式的关系，就会产生三阶互调干扰◦n个等间隔信道间的三阶互调干扰(信道序号关系)信道序号由1～n，按等间隔划分，C1信道使用频率f1，C2使用f2，Cn使用fn任一信道的频率为fn=f1+△F(Cn-1)•f1为所有信道频率中最低频率；△F为信道间隔的频率数；Cn为n信道序号差值列阵法判断三阶互调◦工程上常用差值列阵法判断信道间是否存在三阶互调干扰，选择无三阶互调信道组◦根据信道序号表示三阶互调公式，多信道系统中，任意两个信道序号之差等于任意另两个信道序号之差，即dxi=djk，就构成三阶互调◦D为信道序号之差◦适用于信道数不多的情况◦判定有无三阶互调的步骤依次排列信道序号按规律依次计算相邻信道序号差值djk计算每隔一个信道的序号差值计算每隔二个信道的序号差值；…察看是否存在相同数值若有表示满足条件dxi=djk，存在三阶互调若没有，则不存在三阶互调。无三阶互调信道组的选择◦差值列阵法◦分区分组信道分配法◦等频距信道分配法◦差值列阵法选用无三阶互调信道组时，三阶互调依然存在，只是不落入本系统的工作频道之内。本系统内各工作信道没有三阶互调干扰，但可能对其他系统产生干扰选用无三阶互调信道组时，频率利用率低，选用频道数量越大，信道利用率越低，在需要信道数较多时不现实小区制中，每个小区使用的信道数较少时，可采用分区分组分配法来提高频率利用率例：◦分区分组信道分配法只要选取的信道序号之间的差值满足上述差值序列，则是无三阶互调信道组可用试探法选取可用的信道组例：6个无线小区组成，每个无线区均要求4个工作信道，总共需24个工作信道。取信道号为1，2，5，11，13，18的无三阶互调信道组作参考，则该信道组的差值序列为1，3，6，2，5。◦等频距信道分配法（按等频距配置信道）适用于大容量移动通信系统不满足无三阶互调干扰的条件，但由于同一小区选用的频道间距较大，隔离度也大，可采用选频电路降低互调产物的幅度例：某系统可用频道为100个，共分成10组，每组10个频道，第一组选择的序号为：1、11、21、31、41、51、61、71、81、91。第二组的序号为：2、12、22、32、42、52、62、72、82、92。…概念：由发射机末级的非线性产生的互调◦发射机输出级非线性◦其他发射机的信号耦合进入形成多信号类型：二信号三阶互调三信号三阶互调二信号三阶互调Li：互调转换损耗Lc：耦合损耗Lp：传输损耗若发射机输出均为P(dBW)则接收机收到的噪声功率为：Nin=P-(Li+Lc+Lp)◦互调产物受到的全部损耗为L=Lc+Li+Lp耦合损耗Lc发射机1的输出功率与进入发射机2的输出端的功率之比(电平差)互调转换损耗Li在发射机2输出端上，来自发射机1的功率与来自发射机2的信号产生的互调产物的功率之比典型值：Li=15dB传输损耗LP发射机2输出端到被干扰接收机输入端间互调干扰信号的传输损耗减小发射机互调干扰的措施◦系统多发射机共用天线----天线共用器◦天线共用器3dB定向耦合器单向环行器空腔谐振器+星形网络◦3dB定向耦合器四端口器件耦合损耗3dB：输入端到输出端的耦合损耗25dB：输入端到另一输入端的耦合损耗不适合作多发射机的天线共用器◦单向环行器一般与3dB定向耦合器组合，以增大发射机间耦合损耗传输损耗：0.8dB：正向传输损耗20dB：反向传输损耗◦减小发射机互调干扰的措施尽量增大发射机间的耦合损耗加大天线间距----分用天线时采用单向隔离器件3dB定向耦合器单向环行器空腔谐振器+星形网络减少MS发射机互调，可采用APC降低干扰电平系统设计时尽量选用无三阶互调信道组概念：◦接收机前端通带较宽，多个信号进入高放、混频级非线性移动台接收机互调◦基站忙时，多个发射机同时工作基站接收机互调◦基站附近多个移动台同时工作减小接收机互调的措施◦提高接收机的互调抗拒比，一般要求优于70dB◦移动台采用APC，减小基站接收机互调干扰◦尽量选用无三阶互调信道组。线性放大器的输入输出特性◦1dB压缩点：当输入增加到一定电平时，呈现基频响应弯曲，饱和点与线性基频响应相差1dB的压缩，该电平对应的输出下降1dB的点◦交叉点IP3比1dB压缩点高10～15dB◦利用1dB压缩点确定交调电平概念◦邻近或相邻频道间的干扰由于发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射，离基站近的K±1信道的MS强信号干扰离基站远的K信道的MS弱信号共信道干扰，即干扰分量落在被干扰接收机带内基站发射机对MS接收机的邻道干扰不严重调制边带扩展◦调制边带扩展干扰是指话音信号经调频后，某些边带频率落入相邻信道形成的干扰◦调频波有无穷多个边频分量，某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就造成调制边带扩展，干扰邻道频带宽度无限，但当n4后，幅度越来越小，可忽略减少发射机调制边带扩展干扰的措施◦严格限制调制信号的带宽发射机的语音加工电路中，须有瞬时频偏控制（IDC）电路和邻道干扰滤波器◦移动台采用APC◦器件选用，电路设计同频复用距离的计算◦影响同频复用距离的因素假定地形地物状况相同，各基站设备参数相同，各移动台的设备参数也相同时的影响因素调制方式电波传播特性要求的可靠通信概率无线区半径r选用的工作方式◦同频单工同频复用比：D/r=D/Ds=DI/r◦同频双工同频复用比D/r=(r+DI)/r=1+DI/r工程计算D值◦h1h2分别为收发天线高度当收发天线均为高天线时，查曲线(1)当收发天线一为高天线，一为