第3章抗噪声和干扰技术.ppt

1、1,第三章 抗噪声和干扰技术,本章要解决的主要问题: 什么是频率选择性衰落? 分集的概念和作用是什么?有哪些分集方式? 常见的干扰方式有哪些?,2,3.1 电波传播和分集接收,3.1.1 电波的传输方式：了解 直射波、反射波、绕射波 3.1.2 移动信道的特征：理解 多径效应:到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。 瑞利/莱斯衰落：信号包络服从瑞利/莱斯分布的多径衰落。 快衰落和慢衰落：前者指由多种传输电波形成的使接收信号产生深度且快速的衰落；后者指局部中值信号电平随地点、时间等作比较平缓的变化。,3,3.1.3 多径传播与快衰落 了解,接收信号 S = Si ，i=1,2 ，为多径信

2、号的矢量和, 不同位置合成信号幅度不同, 发生干涉现象，产生快衰落。,4,MS移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收信号电平中值存在周期为秒级的慢衰落，如图所示。,3.1.4 慢衰落 了解,5,1多径时散,多径传播时延不同(时延散布, 简称时散), 造成接收数字信号波形展宽, 形成码间串扰, 增大误码率。,3.1.5 多径时散与相关带宽 理解,6,多径时散在频域上导致频率选择性衰落：信道对不同频率成分有不同响应。若信号带宽过大，就会引起严重失真。,2. 相关带宽 理解/掌握,7,信道频率特性为,由此作出信道幅频特性如下:,幅频特性不平坦，在一些频率有衰落(频率选择性衰落)。,8,或,相邻两个频

3、率衰落点的频差满足,得多径时散的相关带宽:,若所传输的信号带宽 较宽，大于BC 时，信号将产生明显畸变。为防止这个问题应选取,实际情况远比这复杂。对调角信号，相关带宽工程估算式为 式中， 为时延扩展。,9,3.1.6 多普勒扩展与相关时间 了解,移动信道的时变特性是用多普勒扩展和相关时间来描述的，这种变特性的原因是由于移动台与基站之间的相对运动或信道路径中的物体运动引起的。 多普勒扩展 （功率谱）,多普勒扩展 的倒数就是信道相关时间的度量，即,相关时间,10,时间选择性衰落,时间选择性衰落是由多普勒效应引起的，并且发生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性； 要保证信号经过信道不会在

4、时间轴上产生失真，就必须保证传输符号速率远大于相关时间的倒数，或码元间隔小于信道相关时间TsTc； 在现代数字通信中，常规定 为：,11,3.2 分集接收 定义：指接收端对它收到的多个衰落特性相互独立的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。 特点：分散接收、集中处理。,3.2.1 分集接收原理及方式 理解 1. 分集接收原理,12,a, b统计独立, 同时发生深度衰落的概率很小.,接收端分别接收多个衰落特性统计独立、携带同一信息的信号，再合并为一路信号，可减小衰落的影响。,13,微分集,空间分集: 两根接收天线接收信号，间距 d 0.50.8 频率分集: 两种发射载波频率，间隔 fd

5、Bc 极化分集 场分量分集 角度分集 时间分集: 在两个不同时间段发送同一信号，发送时间间隔 t Tc,2.分集方式： 掌握 宏分集: 多基站,14,3.合并方式 掌握,选择式合并 最大比值合并 等增益合并, 选择式合并,特点：a. 简单 b. 有一路信号能量未利用，性能较差,15, 最大比值合并,特点：a. 按信噪比加权各路信号后再合并，合并后信噪比大，衰落小。 b. 控制复杂,将输入信号(包络为ri)以某种方式加权(ai)，再相加合并。 图中采用，ai=ri/Ni , ri为信号包络，Ni为噪声， ai为信噪 比。 则,RX1,RX2,a2,a1,r1,r2,检测器,rR,16, 等增益合

6、并,特点：a. 性能与接近 b. 电路简单 采用较多,17,选择式合并,最大比值合并,等增益合并,18,3.3 噪声与干扰,3.3.1 噪声 了解 内部噪声：接收机内部热噪声；发射机噪声及寄生辐射 自然噪声：大气噪声、宇宙噪声 人为噪声：电火花噪声，无线电噪声,19,讨论： (1) f 100MHz的移动通信工作频段，自然噪声（大气噪声、太阳噪声、银河噪声）低于接收机内部噪声，可忽略不计。 移动通信中主要考虑人为噪声。 (2)人为噪声 来源：人类电设备电火花的电磁辐射干扰等 特点：市区高于郊区，因为市区电火花设备多。,20,3.3.2 干扰 理解/掌握,邻频道干扰 同频道干扰 互调干扰 阻塞干

7、扰 近端对远端的干扰,21,3.3.2.1 邻频道干扰,B =16KHz,B =25KHz,例：,：最大调制频偏。,=3000Hz)；,：最高调制频率(话音3003000Hz,式中, 收发信机中心频率（载频）准确度及稳定度有限，造成 频率偏差，则调制频谱边带会落入邻道. 模拟FM，实际上有无穷多对边频分量。它们的高次边频 会落入邻道。,Fmax=3KHz,时，,时，,以上两种 似乎都能满足频道带宽B=25KHz的规定，但实际上后者会对邻道产生严重干扰，因为：,设模拟FM信号占据带宽：,22,所以，发射信号带宽及接收机带宽都应按16KHz设计，两边留有一定的保护边带。 这样做可防止信号落入邻频道

8、对应的接收端，使得该接收端接收不到本频道的部分信号，从而减小对邻频道接收信号的干扰。 FM通信系统即使采取以上措施，与相隔远的频道相比，对相邻频道的干扰多少总是存在的，所以同一小区内不使用邻频道。 数字调制与模拟FM频谱有相似之处，带外衰减不是无穷陡，邻道干扰多少有一些，所以对FDMA及TDMA数字移动通信系统而言，同一小区内亦不使用邻频道。,23,邻频道干扰示意图,24,3.3.2.2 同频道干扰与射频防护比,1. 同频道干扰 落入接收机通带内的任何无用信号都会对有用信号造成干扰，称为同频道干扰。 最常见的情况是当蜂窝网按区群实行频率再用,不同区群使用相同频率的小区之间所造成的同频道干扰。

9、2. 射频防护比 同频干扰对接收的有用信号造成干扰，使接收机输出S/N恶化，话音质量等级下降。 为保证一定的话音质量等级，必须使接收机输入射频有用信号电平S与干扰信号电平I之比（信干比S/I）大于门限信干比(S/I)S , 又称为射频防护比。 同频干扰的影响及(S/I)s 与调制方式有关。,25,3.同频道再用距离,MS在此最不利位置，S/I最小, 若此时刚好满足 S/I=(S/I)S , 则D为同频道再用(最小)距离.,26,3.3.2.3 互调干扰原理及分类,两个或多个与有用信号频率不同的信号, 经过传输通道中非线性电路, 会产生各种组合频率分量, 其中与有用信号处于同一频道的组合频率分量

10、会对有用信号造成干扰, 称为互调干扰 . 互调干扰原理 了解,代入上式展开,两干扰信号同时作用于该非线性电路,（2）非线性电路输入、输出特性如下,不等，但,与有用信号,设 （1）干扰信号,在同一频段内。,、,27,若,则形成三阶互调干扰 .,若,则形成五阶互调干扰 . ,因为高阶非线性系数a5,a7 a3 ,所以高阶互调干扰的幅度小于三阶互调干扰 ,一般不考虑 ，只考虑三阶互调干扰 .,28,2. 发射机互调干扰,BS,（FDMA、TDMA系统）,末级功放 非线性,29,3. 接收机互调干扰,BPF,高放,混频,三阶互调,30,3.3.2.4 阻塞干扰,当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能

11、进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。 这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。,31,3.3.2.5 近端对远端的干扰,当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台（距离2)到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台（距离 1，d2d1）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台就会造成对距基站远的移动台的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台的有用信号淹没。这种现象称为近端对远端干扰（远近效应）。,32,3.4 抗干扰技术,用于降低同频道干扰和频率选择性衰落。如：GSM系统中采用每帧改变频率的方法，即每隔4.615ms改变载波频率，217跳/秒。,3.4.1 跳频技术 理解,33,3.4.2 功率控制技术 理解,为补偿小区的不同距离造成的衰落，基站能和移动台通过某些方式来改变基站或移动台的发射功率，以使到达接收端的功率都能恰好满足解调的需求，即使得接收端总体的接收功率最小化，从而能克服“远近效应”。,3.4.3 直接序列扩频技术 了解,接收到的扩频信号经变频后，用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息