移动通信中的噪声和干扰.ppt

移动通信技术 信息技术学院李筱林 第9章移动通信中的噪声和干扰 内容移动通信中的主要噪声移动通信中的主要干扰 9 1移动通信中的噪声 噪声的类型噪声系数降低噪声的方法 9 1 1噪声的类型 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 平均噪声功率的计算 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 9 1 2噪声系数 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 9 1 3降低噪声的方法 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 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 塔顶放大器原理 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 塔顶放大器的作用 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 塔顶放大器的种类及应用 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 9 2移动通信中的主要干扰 互调干扰邻道干扰同频干扰 9 2 1互调干扰 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m i n j 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 多个信号同时加到非线性器件上产生大量互调产物 无线系统间 系统内频率和功率关系不协调 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 2 三阶互调 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 A B C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 O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 Acos At Bcos Bt Ccos Ct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 2 A B t cos 2 A B t 3 4 a3AB2 cos 2 B A t cos 2 B A t 3 4 a3A2C cos 2 A C t cos 2 A C t 3 4 a3AC2 cos 2 C A t cos 2 C A t 3 4 a3B2C cos 2 B C t cos 2 B C t 3 4 a3BC2 cos 2 C B t cos 2 C B t 3 2 a3ABC cos A B C t cos A C B t cos B C A t cos A B C t 频率为2 A B 2 B A 2 A C 2 C A 2 B C 2 C B A B C A C B B C A的三阶互调产物将在 A B C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 型 表示为 2 A B三信号三阶互调 A B C 三阶 型 表示为 A B C 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 3 发射机互调干扰 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 4 接收机互调干扰 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 9 2 2邻道干扰 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n 4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