移動(dòng)通信中的噪聲和干擾

1、內(nèi)容 移動(dòng)通信中的主要噪聲 移動(dòng)通信中的主要干擾噪聲的類型噪聲系數(shù)降低噪聲的方法內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲 接收機(jī)固有的 主要來源：電阻的熱噪聲、電子器件的散彈噪聲 熱噪聲：粒子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 散彈噪聲：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過PN結(jié)的載流子數(shù)不同外部噪聲外部噪聲 自然噪聲 指天電噪聲、宇宙噪聲、太陽(yáng)噪聲等，自然噪聲遠(yuǎn)低于接收機(jī)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(diǎn)火噪聲 人為噪聲 各種電氣設(shè)備中電流或電壓劇變形成的電磁波輻射 可能直接輻射，也可能通過電力線傳播 沖擊性噪聲 數(shù)量和集中程度隨地點(diǎn)、時(shí)間變化 噪聲強(qiáng)度與接收天線的高度及天線離道路的距離有關(guān)BS和MS所受影響不同基準(zhǔn)噪聲功率N

2、o= KT0Bi 玻爾茲曼常數(shù)K=1.3810-23 J/K； 參考絕對(duì)溫度T0 =290K Bi為接收機(jī)帶寬KT0=-204dBW/Hz平均噪聲功率 噪聲功率與頻率的關(guān)系移動(dòng)通信中一般要求人為噪聲功率限制在-110dBm以下抑制人為噪聲的方法 屏蔽、濾波 接收機(jī)采用噪聲限制器、噪聲熄滅器等噪聲：內(nèi)部固有的，由系統(tǒng)材料和器件物理學(xué)產(chǎn)生的自然擾動(dòng)。 衡量噪聲的指標(biāo)：噪聲系數(shù)NF信噪比：衡量噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度 SNR：S/N=PS/PN PS為平均信號(hào)功率，PN為平均噪聲功率 信噪比越大，信號(hào)傳輸質(zhì)量越高 信號(hào)在傳輸中，噪聲會(huì)累積，所以信噪比不斷惡化（下降）n只有理想放大器的輸出信噪比等于輸入信

3、噪比n多級(jí)級(jí)聯(lián)放大器中，第一級(jí)噪聲源影響最大u多級(jí)的級(jí)聯(lián)放大器中，雖然每一級(jí)放大器都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，但噪聲源在第一級(jí)時(shí)影響最大。對(duì)高增益放大器的設(shè)計(jì)，首先必須著重于如何使第一級(jí)放大器設(shè)計(jì)最佳u選擇低噪聲器件是降低噪聲的基本方法選擇低噪聲器件是降低噪聲的基本方法 場(chǎng)效應(yīng)管具有比晶體管小得多的最佳噪聲系數(shù) 一般薄膜電阻比實(shí)心電阻噪聲小薄膜電阻中，金屬膜電阻噪聲最小 如果體積允許，盡量不要采用超小型電阻u對(duì)于基站來說，改善上行信號(hào)接收時(shí)的噪聲影響可在塔頂天線與饋線連接處加裝塔頂放大器塔頂放大器 目的：改善上行信號(hào)質(zhì)量接收機(jī)第一級(jí)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

4、站接收系統(tǒng)的前端即緊靠接收天線的位置增加一個(gè)低噪聲放大器，以改善基站的接收性能 塔頂放大器對(duì)改善上行鏈路性能的作用可分為改善噪聲系數(shù)和提高基站系統(tǒng)的接收靈敏度兩個(gè)方面 塔頂放大器降低了基站接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、有效改善上行信號(hào)，提高基站系統(tǒng)的接收靈敏度l擴(kuò)大基站有效覆蓋范圍 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于基站和移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率和接收靈敏度的差異，會(huì)造成上、下行功率不平衡 塔放降低了基站接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，即提高了基站靈敏度，增加了基站上行傳播損耗容量 l提高上行接收電平，改善弱信號(hào)覆蓋 l降低手機(jī)輸出功率，減少上行信號(hào)的干擾 l節(jié)省費(fèi)用，增加收益 塔放按使用環(huán)境的不同分 上行塔頂放大器 基站放大器 塔頂雙

5、向放大器 對(duì)于不同的應(yīng)用方式在實(shí)際中可以按基站的具體條件和覆蓋要求來選定 當(dāng)然，在工程實(shí)際中，對(duì)塔放的避雷、饋電、防水及故障的自動(dòng)告警和自動(dòng)旁路等功能都應(yīng)精心設(shè)計(jì) 塔頂放大器的典型應(yīng)用 上行雙工塔放的應(yīng)用 上行雙工塔放配合基站功放的應(yīng)用 上行單收型塔放的應(yīng)用 互調(diào)干擾鄰道干擾同頻干擾互調(diào)干擾的概念 互調(diào)干擾是由于多個(gè)信號(hào)加至非線性非線性器件上，產(chǎn)生與有用信號(hào)頻率相近的組合頻率(互調(diào)產(chǎn)物) ，對(duì)系統(tǒng)造成干擾 非線性器件輸入信號(hào)多于兩個(gè)時(shí)，會(huì)增生新的組合頻率，即互調(diào)產(chǎn)物 互調(diào)產(chǎn)物落入某接收機(jī)帶內(nèi)，且具有一定強(qiáng)度，就會(huì)造成對(duì)該接收機(jī)的干擾 互調(diào)產(chǎn)生的原因 多個(gè)信號(hào)相互調(diào)制，產(chǎn)生組合頻率 組合頻率mi

6、nj：用冪級(jí)數(shù)表示為多次項(xiàng)，系數(shù)隨階次增高而減小 三次項(xiàng)：三階互調(diào) 五次項(xiàng)：五階互調(diào)原因 發(fā)射機(jī)互調(diào)發(fā)射機(jī)末端，由于功放的非線性，把天線侵入的其它干擾信號(hào)與發(fā)射的有用信號(hào)產(chǎn)生互調(diào)而形成干擾 接收機(jī)互調(diào)處于互調(diào)關(guān)系的多個(gè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入一個(gè)接收機(jī)，由于接收機(jī)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(jī)附近金屬接頭件生銹或腐蝕及不同金屬接觸處，在強(qiáng)射頻場(chǎng)中產(chǎn)生檢波作用而產(chǎn)生互調(diào)信號(hào)輻射（天線、天線螺栓接觸不良或生銹）產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件：多個(gè)信號(hào)同時(shí)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(duì)接收機(jī)互調(diào)而言，所有干擾發(fā)射機(jī)和被干擾接收機(jī)同時(shí)工作 三個(gè)

7、條件同時(shí)滿足才會(huì)產(chǎn)生干擾影響 逐一改善可解決互調(diào)干擾問題幅度最大、影響最嚴(yán)重的是有用信號(hào)附近的三階互調(diào)產(chǎn)物三階互調(diào)的概念三階互調(diào)的類型三階互調(diào)產(chǎn)物的幅度五階互調(diào)三階互調(diào)產(chǎn)生的數(shù)量多信道共用系統(tǒng)中的三階互調(diào)三階互調(diào)的概念設(shè)：輸入回路的選擇性較差，同時(shí)有三個(gè)載頻分別為A、B、C的干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)高放或混頻級(jí)而未被濾除，有用信號(hào)為O 轉(zhuǎn)移特性非線性用冪級(jí)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(hào)為：u=AcosAt+BcosBt+CcosCt則：輸出回路電流i=直流項(xiàng)+基頻項(xiàng)+2次項(xiàng)+3次項(xiàng)+ 輸出回路電流i的3次項(xiàng)有

8、： (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+(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+ 頻率為2A-B,2B-A,2A-C, 2C-A, 2B-C, 2C-B,A+B-C,A+C-

9、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 二信號(hào)三階互調(diào)：2A-B（三階型）表示為：22A A-B B 三信號(hào)三階互調(diào)：A+B-C（三階型）表示為：A A+B B-C C多信道共用系統(tǒng)中的三階互調(diào) n個(gè)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(gè)信道頻率滿足第一式或三個(gè)信道頻率滿足第二式的關(guān)系，就會(huì)產(chǎn)生三階互調(diào)干擾 n個(gè)等間隔信道間的三階互調(diào)干擾(信道序號(hào)關(guān)系) 信道序號(hào)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(

10、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(hào)差值列陣法判斷三階互調(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(hào)表示三階互調(diào)公式，多信道系統(tǒng)中，任意兩個(gè)信道序號(hào)之差等于任意另兩個(gè)信道序號(hào)之差，即dxi=djk ，就構(gòu)成三階互調(diào) D為信道序號(hào)之差 適用于信道數(shù)不多的情況 判定有無三階互調(diào)的步驟 依次排列信道序號(hào) 按規(guī)律依次計(jì)算相鄰信道序號(hào)差值djk 計(jì)算每隔一個(gè)信道的序號(hào)差值 計(jì)算每隔二個(gè)信道的序號(hào)差值； 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)。 無三階互調(diào)信道組的

11、選擇 差值列陣法 分區(qū)分組信道分配法 等頻距信道分配法 差值列陣法 選用無三階互調(diào)信道組時(shí)，三階互調(diào)依然存在，只是不落入本系統(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(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾 選用無三階互調(diào)信道組時(shí)，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(shí)不現(xiàn)實(shí) 小區(qū)制中，每個(gè)小區(qū)使用的信道數(shù)較少時(shí)，可采用分區(qū)分組分配法來提高頻率利用率 例： 分區(qū)分組信道分配法 只要選取的信道序號(hào)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(gè)無線小區(qū)組成，每個(gè)無線區(qū)均要求4個(gè)工作信道，總共需24個(gè)工作信道。 取信道號(hào)為1，2，5，1

12、1，13，18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。 等頻距信道分配法（按等頻距配置信道） 適用于大容量移動(dòng)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(gè)，共分成10組，每組10個(gè)頻道，第一組選擇的序號(hào)為：1、11、21、31、41、51、61、71、81、91。第二組的序號(hào)為：2、12、22、32、42、52、62、72、82、92。概念：由發(fā)射機(jī)末級(jí)的非線性產(chǎn)生的互調(diào) 發(fā)射機(jī)輸出級(jí)非線性 其他發(fā)射機(jī)的信號(hào)耦合進(jìn)入形成多信號(hào)類型：二信號(hào)三階互調(diào) 三信號(hào)三階互調(diào)二信號(hào)

13、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(jī)輸出均為P(dBW)則接收機(jī)收到的噪聲功率為：Nin=P-(Li+Lc+Lp) 互調(diào)產(chǎn)物受到的全部損耗為L(zhǎng)=Lc+Li+Lp 耦合損耗Lc 發(fā)射機(jī)1的輸出功率與進(jìn)入發(fā)射機(jī)2的輸出端的功率之比(電平差) 互調(diào)轉(zhuǎn)換損耗Li 在發(fā)射機(jī)2輸出端上，來自發(fā)射機(jī)1的功率與來自發(fā)射機(jī)2的信號(hào)產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物的功率之比 典型值：Li =15dB 傳輸損耗LP 發(fā)射機(jī)2輸出端到被干擾接收機(jī)輸入端間互調(diào)干擾信號(hào)的傳輸損耗減小發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾的措施 系統(tǒng)多發(fā)射機(jī)共用天線-天線共用器 天線共用器 3dB定向耦合器 單向環(huán)行器 空腔諧振器+星形網(wǎng)絡(luò) 3dB定向

14、耦合器 四端口器件 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 不適合作多發(fā)射機(jī)的天線共用器 單向環(huán)行器 一般與3dB定向耦合器組合，以增大發(fā)射機(jī)間耦合損耗 傳輸損耗： 0.8dB：正向傳輸損耗 20dB：反向傳輸損耗 減小發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾的措施 盡量增大發(fā)射機(jī)間的耦合損耗 加大天線間距-分用天線時(shí) 采用單向隔離器件 3dB定向耦合器 單向環(huán)行器 空腔諧振器+星形網(wǎng)絡(luò) 減少M(fèi)S發(fā)射機(jī)互調(diào)，可采用APC降低干擾電平 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用無三階互調(diào)信道組概念： 接收機(jī)前端通帶較寬，多個(gè)信號(hào)進(jìn)入高放、混頻級(jí)非線性移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)互調(diào) 基站忙時(shí)，多個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)工作基站接

15、收機(jī)互調(diào) 基站附近多個(gè)移動(dòng)臺(tái)同時(shí)工作減小接收機(jī)互調(diào)的措施 提高接收機(jī)的互調(diào)抗拒比，一般要求優(yōu)于70dB 移動(dòng)臺(tái)采用APC，減小基站接收機(jī)互調(diào)干擾 盡量選用無三階互調(diào)信道組。線性放大器的輸入輸出特性 1dB壓縮點(diǎn)： 當(dāng)輸入增加到一定電平時(shí)，呈現(xiàn)基頻響應(yīng)彎曲，飽和點(diǎn)與線性基頻響應(yīng)相差1dB的壓縮，該電平對(duì)應(yīng)的輸出下降1dB的點(diǎn) 交叉點(diǎn)IP3比1dB壓縮點(diǎn)高1015dB 利用1dB壓縮點(diǎn)確定交調(diào)電平 概念 鄰近或相鄰頻道間的干擾 由于發(fā)射機(jī)的調(diào)制邊帶擴(kuò)展和邊帶噪聲輻射，離基站近的K1信道的MS強(qiáng)信號(hào)干擾離基站遠(yuǎn)的K信道的MS弱信號(hào) 共信道干擾，即干擾分量落在被干擾接收機(jī)帶內(nèi) 基站發(fā)射機(jī)對(duì)MS接收機(jī)的鄰道干擾不嚴(yán)重調(diào)制邊帶擴(kuò)展 調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾是指話音信號(hào)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(gè)邊頻分量，某些邊頻分量落入鄰道接收機(jī)的通帶內(nèi)，就造成調(diào)制邊帶擴(kuò)展，干擾鄰道 頻帶寬度無限，但當(dāng)n4后，幅度越來越小，可忽略減少發(fā)射機(jī)調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾的措施 嚴(yán)格限制調(diào)制信號(hào)的帶寬 發(fā)射機(jī)的語(yǔ)音加工電路中，須有瞬時(shí)頻偏控制（IDC）電路和鄰道干擾濾波器 移動(dòng)臺(tái)采用APC 器件選用，電路設(shè)計(jì)同頻復(fù)用距離的計(jì)算 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(dòng)臺(tái)的設(shè)備參數(shù)也相同時(shí)的影