第五章移动通信中的噪声和干扰

第五章移动通信中的噪声和干扰1第1页，共40页。第五章移动通信中的噪声和干扰2第2页，共40页。5.1移动通信中的噪声噪声的类型噪声系数降低噪声的方法3第3页，共40页。5.1.1噪声的类型内部噪声通信设备（主要是接收机）本身固有的主要来源：电阻的热噪声、电子器件的散弹噪声等热噪声：粒子热运动产生（通常称为基础热噪声）散弹噪声：单位时间内通过PN结的载流子数不同电源交流声等外部噪声自然噪声主要有大气噪声、银河噪声、太阳噪声等自然噪声远低于接收机固有噪声-----可忽略4第4页，共40页。人为噪声各种电气设备中电流或电压剧变形成的随机电磁波辐射可能直接辐射，也可能通过电力线传播是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所受影响不同是移动通信中的主要噪声来源。5第5页，共40页。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6第6页，共40页。噪声功率

N(dB)=No+△N

△N为N高出KT0Bi的分贝数，由上图读得从上图可以看出，在数字移动通信系统的工作频段上，大气噪声、太阳噪声和银河噪声的强度要小于接收机内部的噪声强度，而人为噪声，尤其是城市人为噪声是主要的噪声干扰源。7第7页，共40页。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、噪声熄灭器等人为噪声对移动通信系统的影响与噪声源在某地的数量以及集中程度有关，且随时间和地点的不同呈现为随机性。统计分析表明，人为噪声的强度随地点的变化近似呈现对数正态分布。8第8页，共40页。典型环境下噪声系统随频率的变化特性9第9页，共40页。在城市中，人为噪声的主要来源是汽车点火系统产生的电磁辐射。10第10页，共40页。5.1.2噪声系数低噪声级----高增益放大器的输入级多级级联放大器中，第一级噪声源影响最大衡量噪声的指标：噪声系数NF信噪比：衡量噪声对信号的影响程度SNR：S/N=PS/PN

PS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11第11页，共40页。噪声系数NF衡量信噪比通过线性网络的变化噪声系数是指网络输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值(电平差)若：Si为输入信号功率，Ni为噪声功率，So为输出信号功率，No为输出噪声功率，则Si/Ni为输入信噪比；So/No为输出信噪比噪声系数为：用dB表示为：12第12页，共40页。NF=1时，输出信噪比等于输入信噪比。

只有理想放大器（无噪声）才有可能一般放大器NF>1

噪声系数越接近于1，说明放大器内部噪声越小，输出信噪比下降的倍数也越少13第13页，共40页。多级放大器级联时的噪声系数Friis公式第一级功率增高时，级联放大器的噪声系数主要受第一级噪声的影响

前面各级产生的噪声都要经由后面各级逐级放大

如何减少第一级噪声是设计低噪声电路的关键14第14页，共40页。5.1.3降低噪声的方法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15第15页，共40页。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16第16页，共40页。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17第17页，共40页。5.2移动通信中的主要干扰邻频道干扰同频干扰近端对远端的干扰互调干扰18第18页，共40页。5.2.1邻道干扰概念：来自于邻近或相邻频道间的干扰在多波段的移动通信系统中，有众多的基站和移动台同时工作，某些移动台或基站可能同时工作于相邻或相近的频道。如果发射机的带外特性不好，其频带外的寄生辐射就可能落入正在使用的相邻或相近频道内，对这一频道信号的正常接收造成影响，如下图所示：19第19页，共40页。如果接收机的选择特性不够理想，对相邻频道的信号抑制不够，则邻近频道的信号就会和有用信号一起进入接收机产生干扰，如下图所示：20第20页，共40页。减少邻道干扰的措施严格限制调制信号的带宽提高发射机的带外抑制度提高接收机的选择性网络设计考虑21第21页，共40页。5.2.2同频干扰概念：所有落在接收机通带范围内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰。蜂窝系统中的同频干扰来源于频率复用。为了减少同频干扰，必须使服务区内的同频小区在物理空间上隔开一定的距离。22第22页，共40页。减小同频干扰的措施增加小区数N频率利用率下降在射频防护比不能满足要求时使用采用定向天线代替全向天线例：N=7时，使用120°天线或60°天线23第23页，共40页。5.2.3远近效应概念：由于信号传输距离不同而产生的干扰。远近效应是CDMA系统内的主要干扰，是影响CDMA系统性能、系统容量的关键因素。如果同一小区内存在相近或相邻频道，也会出现远近效应。24第24页，共40页。f1频道和f2频道的信号分别经过d1和d2的传输距离到达基站的频谱示意图（d1

>>d2

）25第25页，共40页。减小远近效应的措施相邻或相近的频道不在同一小区使用采用功率控制技术，使所有移动台发射的信号在到达基站时的功率大致相同。26第26页，共40页。5.2.4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27第27页，共40页。产生互调干扰的条件系统中存在非线性器件互调产物落在了有用信号的频谱范围之内输入信号的功率足够大，产生了幅度较大的互调干扰成分。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28第28页，共40页。互调干扰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幅度最大、影响最严重的是有用信号附近的低阶互调产物三次项：三阶互调五次项：五阶互调29第29页，共40页。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）30第30页，共40页。互调产物和互调干扰一个非线性器件，其输入与输出的关系可表示为幂级数形式uo=a0+a1ui+a2ui2+a3ui3+…式中，a0,a1,a2,a3…是由晶体管特性决定的系数下表给出了两个信号ui=AcosωAt+BcosωBt和三个信号ui=AcosωAt+BcosωBt+CcosωCt作用于非线性器件时的互调产物频率：31第31页，共40页。32第32页，共40页。在数字移动通信系统中，上表列出的谐波分量、二次互调产物和部分三次互调产物不会落到某一信道接收机的频带之内，因而不会产生互调干扰。而频率为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。其中后三个互调产物由于在输入信号幅度相同的条件下输出幅度最大，因而是影响最大的互调产物。33第33页，共40页。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由非线性器件传输特性的五次项也会产生一些类似于三次项的互调产物，但由于其幅度较小，所以一般不考虑五次和五次以上项的互调干扰。34第34页，共40页。发射机互调干扰概念：由发射机末级功率放大器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35第35页，共40页。36第36页，共40页。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（尽量减小各发射机之间的耦合度）分用天线时加大天线间距（空间分离）共用天线时，采用单向隔离器件和高Q谐振腔3dB定向耦合器单向环行器空腔谐振器+星形网络系统设计时尽量选用无三阶互调信道组合理调整各发射机的输出功率，避免有较强的其他发射机的信号窜入某一发射机。37第37页，共40页。接收机互调干扰概念：接收机前端射频通带较宽，当有多个强干扰信号进入时，经过高放和混频等非线性处理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38第38页，共40页。减小接收机互调的措施减小接收机前端的非线性程度（可减小互调产物的幅度）提高接收机的互调抗拒比（即提高接收机前端的选择性，抑制干扰信号的侵入）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。39第39页，共40页。本章小结