無線環(huán)境下噪聲和干擾

1、關(guān)于無線環(huán)境下的噪聲與干擾第一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月學(xué)習(xí)目標(biāo)理解常見的各類噪聲與干擾，如同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾、時隙干擾和碼間干擾等。了解某些抑制噪聲和干擾的技術(shù)。第二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 通常認為，通信系統(tǒng)中任何不需要的信號都是噪聲或干擾。噪聲和干擾是使通信性能變壞的重要原因。接收機能否正常工作，不僅取決于接收機輸入信號的大小，而且取決于噪聲和干擾的大小。第三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6.1 噪聲內(nèi)部噪聲: 主要是指熱噪聲，它的瞬時值服從高斯分布,又稱高斯噪聲或白噪聲。外部噪聲 : 包括自然噪聲和人為噪聲，自然噪聲主要有大氣

2、噪聲、太陽噪聲和銀河噪聲，人為噪聲是由汽車點火系統(tǒng)、電機電器、電力線等產(chǎn)生的電磁輻射造成。 第四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖2-45 外部噪聲的功率與頻率關(guān)系 第五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖2-45中，K(玻爾茲曼常數(shù))=1.3810-23 W/KHz，To=2900K為絕對溫度，Bi為接收機帶寬。由圖可見，當(dāng)工作頻率在150MHz以上時，大氣噪聲和宇宙噪聲(太陽噪聲和銀河噪聲總稱)都比接收機內(nèi)部噪聲小，基本上可不考慮。 在1000MHz以下頻段，人為噪聲較大，尤其是城市噪聲影響較大，在移動通信系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)給予重點考慮第六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022

3、年6月2.6.2 電臺本身產(chǎn)生的干擾發(fā)射機噪聲:發(fā)射機寄生輻射:接收機寄生響應(yīng):第七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)射機噪聲: 主要是由振蕩器、倍頻器、調(diào)制器以及電源脈沖等造成的。 發(fā)射機噪聲的大小不僅與主振級信噪比有關(guān)，而且與倍頻器的倍頻次數(shù)有著密切關(guān)系 第八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)射機寄生輻射:獲得高頻信號的方法有兩種：一種是由頻率較低的主振級經(jīng)多次倍頻而獲得，另一種由頻率合成器獲得。 在獲得高頻載頻的同時，還會產(chǎn)生大量的諧波或組合頻率成分。它們隨著高頻信號一起輻射出去時，稱寄生輻射。為減小寄生輻射，應(yīng)力求減小倍頻次數(shù)，同時各級倍頻器輸出應(yīng)具有良好濾波、屏蔽

4、隔離。 第九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月接收機寄生響應(yīng): 接收機除接收所需的有用信號外，同時還可能接收其它的無用信號。通常將接收機對無用信號的響應(yīng)，稱為寄生響應(yīng)。 為減少接收機寄生響應(yīng)，應(yīng)力求減少本振的倍頻次數(shù)，同時接收機輸入電路、高頻放大器應(yīng)具有足夠好的選擇性。第十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6.3 組網(wǎng)產(chǎn)生的干擾鄰道干擾:互調(diào)干擾 ：同頻干擾：第十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月同頻干擾: 由相同頻率的無用信號所造成的干擾，即為同頻干擾，也稱為共道干擾。事實上，凡是無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾都稱為同

5、頻道干擾。第十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 蜂窩系統(tǒng)中采用了頻率復(fù)用技術(shù)，顯然同頻道的無限小區(qū)相距較遠，它們之間的空間隔離度就越大，同頻道干擾就越小，但頻率利用率就低。 為了避免同頻干擾，必須保證接收機輸入端的信號/同頻干擾9dB，C為有用信號，I為干擾信號，該干擾比與調(diào)制方式、電波傳播特性等有關(guān)。第十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了克服同頻干擾，在系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計中可采用以下方法：（1）增加兩個同頻道小區(qū)間的間距，同時頻道配置進行優(yōu)化調(diào)整。（2）更改天線的安裝位置，把基站天線依墻架設(shè)在高層建筑的側(cè)面，或安裝在室內(nèi)，這樣能有效地抑制來自另一側(cè)的同頻道小區(qū)內(nèi)移動臺發(fā)

6、射的上行同頻道干擾信號。（3）降低發(fā)射功率電平：降低移動臺發(fā)射功率可以減小上行同頻干擾，但為保證建筑物內(nèi)手機用戶的通信，發(fā)射功率還不能降得太低，降低基站發(fā)射功率可以減少它對其他同頻道小區(qū)內(nèi)移動臺的干擾，但可能會引入過多的盲區(qū)。第十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）使用不連續(xù)發(fā)射（DTX）可有效改善無線的干擾環(huán)境。（5）使用調(diào)頻技術(shù)可有效地改善 無線信號的傳輸質(zhì)量，特別是慢速移動體的傳輸質(zhì)量。（6）降低基站天線高度：在相當(dāng)平坦的地面上降低基站天線高度對減少同頻道干擾和鄰頻道干擾非常有效。第十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（7）天線方向去耦：利用小區(qū)定向天線水平方向圖

7、中不同方向角之間的天線增益差，調(diào)整產(chǎn)生干擾的基站天線方向角。（8）天線向下傾斜（9）分集接收（10）分層小區(qū)結(jié)構(gòu)：通過調(diào)整最低接入電平參數(shù)及切換參數(shù)來使上層小區(qū)專為高架橋及高層用戶服務(wù)，基站天線架設(shè)較高，使用的頻率不復(fù)用，采用大區(qū)制其覆蓋范圍很大。下層小區(qū)則為其他用戶服務(wù)，頻率可以復(fù)用。第十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰道干擾: 鄰道干擾是指相鄰的或鄰近的信道之間的干擾，即干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機通帶內(nèi)所造成的干擾。在多頻道共用的移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)中，如圖2-46所示。第十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖2-46 鄰道干擾示意圖第十八張，PPT共五十三頁

8、，創(chuàng)作于2022年6月 鄰道干擾主要是由移動臺發(fā)信機的調(diào)制邊帶擴展和邊帶噪聲輻射造成的。欲減少調(diào)制邊帶擴展干擾，必須嚴格限制移動臺的發(fā)射機頻偏。 為了克服鄰道干擾，在系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計中可采用以下方法：(1）頻率規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整：如果存在鄰頻道干擾的相鄰小區(qū)間的C/I-9dB時，則需要對蜂窩系統(tǒng)的頻率規(guī)劃重新進行優(yōu)化調(diào)整。第十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）減小場強變化的范圍：例如，降低基站發(fā)射功率以縮小服務(wù)區(qū)，移動臺采用自動功率控制。（3）設(shè)置基站天線近區(qū)強信號吸收轉(zhuǎn)置：對近區(qū)來的強信號，可控制天線自動地降低增益。（4）降低同頻道干擾的措施大多可用于減少鄰頻道干擾。第二十張，PPT共

9、五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月互調(diào)干擾 ： 互調(diào)干擾是指兩個或多個不同頻率信號作用在通信設(shè)備的非線性器件上，將互相調(diào)制產(chǎn)生新頻率信號輸出，如果該新頻率正好落在接收機共用信道帶寬內(nèi)，則構(gòu)成對該接收機的干擾，成為互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾的起因是由于器件的非線性造成的。 在移動通信系統(tǒng)中，造成互調(diào)干擾主要有三個方面：發(fā)射機互調(diào)、接收機互調(diào)以及在天線、饋線、雙工器等處 第二十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）發(fā)射機互調(diào) 發(fā)射機互調(diào)是基站使用多部不同頻率的發(fā)射機所產(chǎn)生的特殊干擾。 因為多部發(fā)射機設(shè)置在同一個地點時，它們的信號可能通過電磁耦合或其他途徑串入其他的發(fā)射機中，從而產(chǎn)生互調(diào)干擾。 發(fā)射

10、機末級功率放大器通常工作在非線性狀態(tài)，經(jīng)天線或其他渠道耦合進來的無用信號，與發(fā)射信號產(chǎn)生相互調(diào)制，就產(chǎn)生了發(fā)射機互調(diào)。第二十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖2-47 發(fā)射機互調(diào) 第二十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 如圖2-47所示，發(fā)射機的信號頻率為fB，經(jīng)損耗L(dB)，進入頻率為fA的發(fā)射機，在發(fā)射機A中產(chǎn)生互調(diào)制。其中，三階互調(diào)產(chǎn)物為2fA- fB和2fB- fA，互調(diào)產(chǎn)物又通過天線輻射出去，因而造成互調(diào)干擾尤其是2fA- fB的電平較高，影響較大。同樣，當(dāng)發(fā)射機A的信號進入發(fā)射機B時，也會產(chǎn)生2fB- fA和2fA- fB互調(diào)產(chǎn)物。第二十四張，PPT共五

11、十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般情況下，可以將三階互調(diào)干擾歸納為兩種類型，即兩信號三階互調(diào)和三信號三階互調(diào)，分別表示為： 2fA- fB=fC fA+ fB-fC=fD 等式左邊表示三階互調(diào)頻率，而等式右邊表示三階互調(diào)源信號產(chǎn)生的干擾頻率。 減小發(fā)射機互調(diào)的措施有加大 發(fā)射機天線之間的隔離度、在各發(fā)射機之間采用單內(nèi)隔離器件（如單向環(huán)形器、3dB定向耦合器等）、高Q值諧振腔等。第二十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（2)接收機互調(diào) 一般接收機前端射頻通帶較寬，如有兩個或多個干擾信號，同時進入高級或混頻級，由于非線性作用，各干擾信號就會彼此作用產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。如果互調(diào)產(chǎn)物落入接收機頻帶

12、內(nèi)，就會形成接收機的互調(diào)干擾。第二十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了保證互調(diào)干擾在環(huán)境噪聲電平以下，一般對接收機的互調(diào)指標(biāo)有嚴格的要求。具體減少接收機互調(diào)的措施如下：（1）提高接收機射頻互調(diào)阻抗比，一般要求高于70dB。（2）移動臺發(fā)射機采用自動功率控制系統(tǒng)，降低接收干擾信號電平。（3）在系統(tǒng)設(shè)計時，選用無三階互調(diào)頻道組，如表2-6所示。第二十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月表2-6 無三階互調(diào)頻道組第二十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 等頻距配置法 等頻距配置法是按等頻率間隔來配置信道的，只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾。這樣的頻率

13、配置可能正好滿足產(chǎn)生互調(diào)的頻率關(guān)系，但正因為頻距大，干擾易于被接收機輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，所以也就避免了互調(diào)的產(chǎn)生。等頻距配置時可根據(jù)群內(nèi)的小區(qū)數(shù) N來確定同一信道組內(nèi)各信道之間的頻率間隔， 例如，第一組用(1， 1+N, 1+2N, 1+3N, )， 第二組用(2, 2+N, 2+2N, 2+3N, )等。 例如N=7 ， 則信道的配置為：第二十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 第一組 1， 8， 15， 22， 29， 第二組 2， 9， 16， 23， 30， 第三組 3， 10， 17， 24， 31， 第四組 4， 11， 18， 25， 32， 第五組

14、5， 12， 19， 26， 33， 第六組 6， 13， 20， 27， 34， 第七組 7， 14， 21， 28， 35， 第三十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月這樣同一信道組內(nèi)的信道最小頻率間隔為7個信道間隔，若信道間隔為25 kHz， 則其最小頻率間隔可達175 kHz，這樣，接收機的輸入濾波器便可有效地抑制鄰道干擾和互調(diào)干擾。 如果是定向天線進行頂點激勵的小區(qū)制， 每個基站應(yīng)配置三組信道，向三個方向輻射。例如 N =7， 每個區(qū)群就需有21個信道組，整個區(qū)群內(nèi)各基站信道組的分布如圖5 - 17所示。第三十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖 5 - 17 三頂點

15、激勵的信道配置第三十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6.4 其它干擾時隙干擾 ： 時隙干擾指使用同一載頻不同時隙的呼叫之間的干擾。由于移動臺到基站間的距離有遠有近，較遠的移動臺發(fā)出的上行信號在時間上會有延遲，延遲的信號重疊到下一個相鄰的時隙上就會造成相互干擾，在GSM系統(tǒng)中可利用提前量TA（Timing Advance）來克服這類干擾，BTS根據(jù)自己脈沖時隙與接收到的MS時隙之間的時間偏移測量值，在SACCH上通知MS所要求的時間提前量，以補償傳播時延。第三十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月碼間干擾 ： 移動通信中的多徑傳播對接收信號的影響有兩個方面，一方面會造成接

16、收信號多徑衰落現(xiàn)象，另一方面在時域上會使數(shù)字信號傳輸時產(chǎn)生時延擴展。由于時延擴展接收信號中一個碼元的波形會擴展到其它碼元周期中，造成碼間干擾ISI。 造成碼間干擾的另一個原因是頻率選擇性衰落。當(dāng)數(shù)字信號在傳輸過程中由于頻率選擇性衰落造成各頻率分量的變化不一致時會引起失真，從而引起碼間干擾。 第三十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5.6 越區(qū)切換和位置管理5.6.1 越區(qū)切換 越區(qū)(過區(qū))切換(Handover或Handoff)是指將當(dāng)前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個基站的過程。 該過程也稱為自動鏈路轉(zhuǎn)移ALT(Automatic Link Transfe

17、r)。越區(qū)切換通常發(fā)生在移動臺從一個基站覆蓋的小區(qū)進入到另一個基站覆蓋的小區(qū)的情況下， 為了保持通信的連續(xù)性，將移動臺與當(dāng)前基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移到移動臺與新基站之間的鏈路。第三十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月越區(qū)切換包括三個方面的問題： 越區(qū)切換的準(zhǔn)則， 也就是何時需要進行越區(qū)切換； 越區(qū)切換如何控制； 越區(qū)切換時的信道分配。第三十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月越區(qū)切換分為兩大類： 一類是硬切換， 另一類是軟切換。 硬切換是指在新的連接建立以前， 先中斷舊的連接。 而軟切換是指既維持舊的連接， 又同時建立新的連接， 并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量， 當(dāng)與新基站

18、建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。在越區(qū)切換時， 可以僅以某個方向(上行或下行)的鏈路質(zhì)量為準(zhǔn)， 也可以同時考慮雙向鏈路的通信質(zhì)量。第三十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 越區(qū)切換的準(zhǔn)則 在決定何時需要進行越區(qū)切換時， 通常根據(jù)移動臺處接收的平均信號強度來確定， 也可以根據(jù)移動臺處的信噪比(或信號干擾比)、 誤比特率等參數(shù)來確定。 假定移動臺從基站1向基站2運動， 其信號強度的變化如圖 5 - 27 所示。 判定何時需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下：第三十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖 5 - 27 越區(qū)切換示意圖 第三十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1)

19、相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則1)： 在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站。 如圖 5 - 27 中的 A處將要發(fā)生越區(qū)切換。 這種準(zhǔn)則的缺點是： 在原基站的信號強度仍滿足要求的情況下， 會引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。 第四十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 具有門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則2)： 僅允許移動用戶在當(dāng)前基站的信號足夠弱(低于某一門限)， 且新基站的信號強于本基站的信號情況下， 才可以進行越區(qū)切換。 如圖 5 - 27 所示， 在門限為Th2時， 在B點將會發(fā)生越區(qū)切換。在該方法中， 門限選擇具有重要作用。 第四十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 (3)

20、具有滯后余量的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則3)： 僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站信號強度強很多(即大于滯后余量(Hysteresis Margin)的情況下進行越區(qū)切換。 (4) 具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則4)： 僅允許移動用戶在當(dāng)前基站的信號電平低于規(guī)定門限并且新基站的信號強度高于當(dāng)前基站一個給定滯后余量時進行越區(qū)切換。第四十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 越區(qū)切換的控制策略 (1) 移動臺控制的越區(qū)切換。 在該方式中， 移動臺連續(xù)監(jiān)測當(dāng)前基站和幾個越區(qū)時的候選基站的信號強度和質(zhì)量。 在滿足某種越區(qū)切換準(zhǔn)則后， 移動臺選擇具有可用業(yè)務(wù)信道的 最佳候

21、選基站， 并發(fā)送越區(qū)切換請求。第四十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換。 在該方式中， 基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質(zhì)量， 在信號低于某個門限后， 網(wǎng)絡(luò)開始安排向另一個基站的越區(qū)切換。 (3) 移動臺輔助的越區(qū)切換。 在該方式中， 網(wǎng)絡(luò)要求移動臺測量其周圍基站的信號質(zhì)量并把結(jié)果報告給舊基站， 網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測試結(jié)果決定何時進行越區(qū)切換以及切換到哪一個基站。第四十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 越區(qū)切換時的信道分配 越區(qū)切換時的信道分配是解決當(dāng)呼叫要轉(zhuǎn)換到新小區(qū)時， 新小區(qū)如何分配信道的，使得越區(qū)失敗的概率盡量小。常用的做法是在每個小區(qū)預(yù)留部分信

22、道專門用于越區(qū)切換。這種做法的特點是：因新呼叫使可用的信道數(shù)減少，要增加呼損率，但減少了通話被中斷的概率， 從而符合人們的使用習(xí)慣。第四十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5.6.2 位置管理 在移動通信系統(tǒng)中， 用戶可在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動。 為了能把一個呼叫傳送到隨機移動的用戶，就必須有一個高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化。在現(xiàn)有的第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，位置管理采用兩層數(shù)據(jù)庫，即原籍(歸屬)位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)。通常一個PLMN網(wǎng)絡(luò)由一個HLR(它存儲在其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)注冊的所有用戶的信息， 包括用戶預(yù)定的業(yè)務(wù)、 記賬信息、 位置信息等)和若干個VL

23、R(一個位置區(qū)由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)組成， VLR管理該網(wǎng)絡(luò)中若干位置區(qū)內(nèi)的移動用戶)組成。第四十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月位置管理包括兩個主要的任務(wù)：位置登記(Location Registration)和呼叫傳遞(Call Delivery)。 位置登記的步驟是在移動臺的實時位置信息已知的情況下， 更新位置數(shù)據(jù)庫(HLR和VLR)和認證移動臺。 呼叫傳遞的步驟是在有呼叫給移動臺的情況下， 根據(jù)HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動臺。 與上述兩個問題緊密相關(guān)的另外兩個問題是： 位置更新(Location Update)和尋呼(Paging)。 位置更新解決的問題是移動臺如何發(fā)現(xiàn)位置變化及何時報告它的當(dāng)前位置。 尋呼解決的問題是如何有效地確定移動臺當(dāng)前處于哪一個小區(qū)。 第四十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 位置登記和呼叫傳遞 在現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)中， 將覆蓋區(qū)域分為若干個登記區(qū)RA(Registration Area)(在GSM中， 登記區(qū)稱為位置區(qū)LA(Location Area)。 當(dāng)一個移動終端(MT)進入一個新的R