通信信号专业 百题

发信功率及其单位换算通常发信机功率单位为“瓦特”（W），它也可以表示为dBw，即以1W为基准的功率分贝值，即Pt（dBW）=10lg1WW）（Pt为了便于计算，发信功率单位也可用“毫瓦”（mW）表示，同样，它也可以表示为dBmW（简写为dBm），即以1mW为基准的功率分贝值，而1W=1000mW1dBW=30dBm或Pt（dBm）=10lg1mWW）（mPt接收机的热噪声功率电平（底噪）任何一个无线通信接收机能否正常工作，不仅取决于所能获得的输入信号的大小，而且也与其内部噪声以及外部噪声和干扰的大小有关。接收机内部噪声也称为热噪声，它是由电子运动所产生的，其定义是指当温度为290°K（17°C）时，由接收机通带（通常由接收机中频带宽所决定）所截获的热噪声功率电平。这个热噪声功率电平也称为接收机的底噪，是计算接收机噪声的基本参数。No=KTB（W）接收机带宽绝对温度值290°K玻尔兹曼常量1.37×1023如用dBW表示，可写为No（dBw）=－204dBW+10lgB或=－174dBm+10lgB对于G网，B=200KHz（53dB），No=－121dBm通常决定无线接收机的灵敏度主要器件是输入射频放大器，因此，放大器的噪声系数也同样可用来衡量接收机灵敏度指标。放大器噪声系数NF=实测信噪比最大可能信噪比最大可能信噪比是把信号源内阻作为系统中唯一噪声源时输出端产生的信噪比，此时相当于负载开路状态；实测信噪比即将放大器的噪声与信号源内阻相加作为噪声源时输出端产生的信噪比。所以NF=kTBgNNia)/(式中：kTB—带宽为B（Hz）时的热噪声Ni—输入端噪声功率电平Na—放大器内部噪声功率电平g—放大器放大量以输入电动势表示的灵敏度（e）与NF的关系可以表示为：e=RNCKTBFN式中：R为输入阻抗（50）NF为接收机噪声系数B为噪声宽带（通常即接收机的中频带宽）C/N：为门限载噪比（通常与数据速率有关）在工程设计中，通常仅需知道接收机输入端(开路)的信号功率Pi（dBm）即Pi（dBm）=Re2=NCKTBFN=-174（dBm）+10lgB+NF（dB）+C/N对于G网，当B=200KHzNF=4dBC/N=12dB时Pi（dBm）=-174+53+4+12=-105dBm电场强度、电压及功率电平的换算电场强度（E）是指长度为1米的天线所感应到的电压，以v/m、v/m、dBv/m计，对半波偶极天线而言，其有效长度为，故其感应的电压e为：e=E（v）式中：E为电场强度（v/m）为波长（m）由于半波偶极天线的特性阻抗是73.13，而移动通信接收机的输入阻抗通常为50，因此，接收机的输入开路电压A=e13.7350=E13.7350若以dBv计，则：A（dBv）=E（dBv/m）+20lg－1.65=E+20lg－11.6例如：对于900MHz频段，=0.33m，当采用半波偶极天线时，输入电压A与接收场强E之间的关系为：A（dBv）=E（dBv/m）-21.33若采用其他增益天线，只需加上该天线相对于半波偶极天线的增益GD即可对于移动通信系统，按惯例是以电动势（开路电压）作为灵敏度指标值。因此，其电压与功率的换算应为：Pi=RA2当R=50时Pi=A－137（dBW）或=A－107（dBm）CDMA系统的带宽、信息速率和扩频增益扩展频谱通信系统是指待传输信息（话音或数据）的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输。再利用相应技术将其压缩，从而获取传输信息的通信系统。此时，传输同样信息时所需的射频带宽远比我们已往熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几百和几千倍。其调制信号的带宽不是由原始信息，而主要由扩频函数来决定。在CDMA系统中，常用的扩频函数是伪随机编码序列。所以CDMA系统也称为直接序列扩展频谱通信（DS-SS）系统。扩频系统的理论基础可用香农信道容量公式C=Wlg2（1+NS）来描述。即当传输系统的信噪比NS下降时，可用增加系统传输带宽（W）的办法来保持信道容量（C）不变。这也是扩频系统具有较强的抗噪声干扰能力的原因。作为扩频系统抗干扰能力的衡量标志，引入了“处理增益”GP的概念来描述，其定义为接收机解扩器输出信噪比与接收机输入信噪比之比值，即GP=）比接收机输入信噪（功率）比接收机输出信噪（功率=ICNEb0在CDMA系统中，射频端所接受的信号功率（S）为每比特能量与信息速率（比特率）之乘积S（瓦）=Eb（比特焦耳）bR（秒比特）=EbbR（秒焦耳）而干扰总功率（I）为混合干扰谱密度N0（赫瓦）与接收机输入带宽（无线信道带宽）Bc（赫兹）之乘积I=N0（赫瓦）CB（赫）=N0CB（瓦）因此，接收机输入端的信号噪声功率比SIR=IC=BNREc0bb=bcbRBNE0而0NEb即为接收机输出端单位比特信号噪声功率比∴扩频增益GP=ICNoEb/=bcRB上述公式表明，码分系统接收机要求的输入信号噪声功率比可以比输出端的0NEb低一个扩频增益值，可以是负的分贝数，因此，该系统在输入信号完全被噪声“淹没”时，仍可正常工作。C网的软切换和更软切换以及切换门限顺序C网中，因为相邻小区可以使用相同载频，所以当移动台接近邻小区基站时，可能产生强干扰，从而使系统容量下降。为了降低干扰，当相邻小区的信号强度超过现有小区的信号强度时，就需要进行无间断切换。在同频的不同扇区之间的切换称为更软切换。切换门限顺序如下图所示：工程上实用的切换参数是：T_ADD(导频检测门限)：-12dBT_DROP(导频丢弃门限)：-14dBT_Comp(激活集与候选集的比较门限)：2.5dBT_TDROP(丢弃计时器值)：3dB对应时间4秒图中各标志点的含义是：⑴进入软切换过程的时刻：当某导频信号强度超过T_ADD时，MS就向原基站发送一条PSMM，同时将该导频加入候选导频集；⑵基站向MS发送切换指示信息的时刻：当导频强度超过激活集中某个导频的强度至少T_Comp×0.5dB时，基站向MS发送HDM，通知MS将该导频加入有效导频集。⑶导频信号由候选变为激活状态的时刻：当MS收到HDM并得到一个新的业务信道后，导频进入有效导频集，同时MS向基站发送HCM，通知基站自己已经根据指示开始对多个基站同时解调了。⑷移动台启动切换定时器的时刻：随着MS的移动，当两个基站中某一方的导频强度已经低于T_TDROP时，MS启动T_TDROP。⑸定时器计时终止的时刻：当T_TDROP计时终止时，MS向基站发送PSMM（此时，若导频强度回升到T_ADD之上，计时器将复位，重新开始计时）。⑹基站向MS发送HDM的时刻：基站收到PSMM后，将此信息送至BSC，BSC再返回相应的HDM，并由基站转发至MS。⑺MS向基站发送切换完成消息的时刻：当MS收到HDM后，MS将该导频从有效导频集移入相邻集，同时MS发送HCM，通知基站已完成切换，此时MS将与新基站保持通信。⑻软切换过程结束时刻：MS接收基站发送的NLUM，即邻域导频更新列表消息，原导频进入剩余集。Rake接收机及其主要功能众所周知，移动通信的信道是一个变参信道，受各类障碍物（楼宇、树木、山丘等）的阻挡和反射，接收机就会收到多个不同时延的多径信号。如果时延多径信号之间的时延相差超过一个码片，接收机就可以对它们进行解调。对于C网，一个码片为0.814s，所以多径信号的路径差必须大于250米才可使Rake接收机进行有效解调；而在3GWCDMA系统中，由于码片速率的提高，相对于一个码片的周期为0.26s，其多径信号的路径差只须78米就可以进行有效解调。Rake接收机包含多个相关器，如下图所示。每个相关器接收一个多路信号。在相关器进行解扩后，信号进行合成，例如采用最大比率合成。因为接收的多路信号是衰落不相关的，因此进行分集可以提高接收性能。发信机的（三阶）互调干扰辐射两个或多个信号经过非线性传输电路后，将产生等间隔的互调产物，其中尤以奇阶特别是三阶互调最为严重，因此，三阶互调就成为讨论互调辐射的主要代表。发信机末级功放是三阶互调产物产生的主要来源，当两个系统的发信天线靠得很近时，也可能通过天线来耦合而引起三阶互调辐射。三阶互调干扰的危害首先取决于其产物与有用信号频率之关系，其次取决于干扰信号的幅度以及非线性器件本身的线性度。三阶互调产生还可分为两种类型:如图为三阶I型,即2f2-f1和2f1-f2;三阶II型,即f3+f2-f1和f1+f2-f3;三阶产物与主信号等间隔分布Rake接收机结构2f1-f2f1f22f2-f1ffff移动通信发信设备末级功率放大器的三阶互调非线性指标通常用IMP3或IIP3表示，下图为发信机功率放大及三阶互调计算原理图。如图所示，通常，衡量一个放大器线性的指标是它的阻塞点，亦即截获点（Q点），它的定义是：在这一输出电平点上，（三阶）互调产物的功率电平与有用信号功率电平相等。有用信号的输出响应可以分为三段：第一段自O点至P点为线性放大区；第二段自P点至Q点为过渡区（非线性区）第三段自Q点往上直至烧毁为饱和区通常发信机应工作在线性区，而设备生产厂商给出的三阶互调指标也往往是指输出功率小于额定功率（P点功率）时测得的指标，例如图中的“T”点。P点称为“1dB处的输出功率增益压缩点”，而P点对应的输出功率POP减去1dB即为发信机的额定输出功率。发信机输出等于额定输出功率时的三阶互调产物即为：IMP3=2×（POQ-POP）如图中所示：应为IMP3=2×（10dB-1dB）=18dB移动通信系统的功率放大器IMP3应在12～18dB之间。-----当测试功率比额定功率低时，三阶互调电平的换算。我们经常看到有关额定功率和三阶互调的设备技术指标，如R-9110AC型输出额定功率43dBm三阶互调电平：≤-36dBm当输出功率为22dBm时首先，上述数据表明Pop=43dBm+1dB=44dBmPot=22dBm可以求得该测试功率电平的输出补偿电平，即图中的Y1=Pop－Pot=22dB然后，即可求得当输出为Pot时的三阶互调产物电平=2×[Y1+21IMP3+1]=64dB而Pot－=22dBm－64dB=-44dBm（≤-36dBm）反之，我们也可以根据Pot及值求得IMP3。对于R-9110AC当=22dBm－（－36dBm）=58dBm时，Y1=22dB∴IMP3=－[2（Y1+1）]=58dBm-46dB=12dB通常发信机IMP3在12～18dB范围内，这意味着当测试功率为22dBm时，R-9110AC发信机的三阶互调产物电平将小于－36dBm。宽带噪声电平及归一化噪声功率电平发信机除了离散型（以脉冲形式出现）杂散、邻道和互调辐射外，还有宽带噪声辐射；尤其是对于码分多址系统，因为其发射信号都以直扩伪随机码噪声序列形式出现，因此研究其宽带噪声电平的影响尤其重要。宽带噪声的一个特点是其频谱延伸很宽，因此，表示宽带噪声电平高低需要表明测试带宽值，或者为了计算方便都将它归一为单位赫兹的噪声功率电平。例如：XX系统的邻道辐射噪声功率为-42dBc/30KHz，该系统发射功率为+24dBm，则表明该系统的邻道辐射噪声功率为-18dBm/30KHz或者为（-18dBm/Hz-45dBHz）=-63dBm/Hz，通常，归一化噪声功率电平（/Hz）可以不写，而直接用-63dBm表示。直放站对基站的噪声增量当一个通信系统中引入有源器件，例如直放站时,需对该系统接收机增加的噪声进行计算分析，以不影响或很少影响原系统施主基站接收信号质量为准。施主基站接收端的噪声：NpBTS＝10lg[KTB]+NfBTS接收机噪声系数带宽为B(Hz)时热噪声功率电平直放站输出的噪声功率N'pREP＝10lg[KTB]+NfREP+GREP－121dBm+NfREP+GREP则达到施主基站接收端的噪声功率电平应为NpREP=N'pREP－LBPR（直放站至施主基站的传播损耗）=－121