第3章 噪声、干扰与抗衰落技术

一般会在带外而被带通滤波器滤掉。


第3章噪声、干扰与抗衰落技术
式中的三阶项：
y 3 a 3 ( A cos 1t B cos 2 t ) 3
3a 3 ( A 3 2 AB 2 ) 3a 3 ( B 3 2 A 2 B ) a3 A3 a3 B 3 cos 1t cos 2 t cos 31t cos 3 2 t 4 4 4 4 3a3 A 2 B 3a 3 AB 2 cos(21 2 )t cos(1 2 2 )t 4 4 3a3 A 2 B 3a 3 AB 2 cos(21 2 )t cos(2 2 1 )t 4 4
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3.3.1 互调干扰的概念及分类
互调产生的原因是电路的非线性。一般非线性器件的输入与输出的关系可以表达为：
y a 0 a1 x a 2 x 2 a 3 x 3
当器件是线性的，上述方程仅包含： y a 0 a1 x 。因此，输入 x 的频率分量与输出 y 中频率分量相同，并且没有产生新的频率分量。但是，当器件存在非线性，并且有多个 频率作为输入进入电路时，就会产生互调干扰。假如以两个不同频率的余弦信号作为输入：
(a) 3级语音质量 (b)4级语音质量 图3.3 移动台接收机性能的恶化量
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图3.3是移动台接收机性能在3级、4级语音质量下性能恶化量。 由图可知，随频率的升高，恶化量减小，在频率大于 400MHz时，恶化量基本与频率无关。基站接收机同样存在 恶化量，但通常小于移动台的恶化量。因此，我们在确定接 收机门限电平时，不应仅仅考虑静态条件，还应附加衰落条 件进入引入的恶化量。
以目前使用的GSM系统为例，载频的间隔为200kHz，采用的是GMSK调制方式。 虽然采用了一系列措施使得GMSK信号在相邻信道的带外辐射能量尽可能的小，但 在信道间隔一定的情况下，邻道干扰必然存在，并且，在考虑由于移动台的移动造 成频率漂移的影响后，邻道干扰可能更大。 为了减小邻道干扰，应当限制发射信号的带宽和增加相邻信道间的保护间隔。 为了限制带宽，在发射机的调制器中采用了瞬时频偏控制电路(IDC)，主要是通过 限幅器防止过大的信号进入调制器而产生过大的频偏。增加相邻信道间的保护间隔， 会大大降低系统频率利用率，在移动通信系统中是不允许的。但在小区制的移动通 信系统中，小区占用一个信道组 ，而不是整个频段，因此，我们可以在一个信道组 内将频距选的足够大，就可以有效的减小邻道干扰。在系统规划时，为了减小邻频 干扰，可以采用等频距分配法，使得同小区内信道组的各频道之间的间隔增加为 (N-1)Br。以4小区制为例，上例中的频道之间增加的间隔为 ，因此，可能落入邻道 的最低边频次数为：
图3.4 邻道干扰的示意图
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例 3.2 参 考 图 3.4 ， 系 统 的 频 道 间 隔 为 Br 25kHz ， 接 收 机 的 中 频 带 宽 为
B I 16kHz ，频偏为 5kHz ，调制信号的最高频率为 Fm = 3kHz ，由于收、发信机频率的 不稳定造成的频率偏差最大为 f TR 2kHz 。假设移动台的发射功率为 10W，由于距离在
具有相邻频率的接收机间的传播损耗为 100dB，试求落入接收机的邻道干扰。 解：按图 3.4，落入邻道的最低边频次数为：
nL
Br
1 1 B I f TR 25 16 2 2 2 5 Fm 3
f 5 1. 7 Fm 3
第 5 边频所对应的载波功率与调制指数有关，调制指数为：
N 0 10 lg(kT0 BN ) 10 lg(1.38 10 23 290 16 103 ) 163( dBW )
由图 3.1 得：郊区人为噪声高于 N 0 为 8dB，所以实际人为噪声功率为：
N 163 8 155( dBW )
同时，可以由图 3.1 看出，若移动台工作在市区，人为噪声高于 N 0 为 25dB，因此， 市区比郊区的信道噪声平均功率要大的多。
式中的二阶项：
y 2 a 2 ( A cos 1t B cos 2 t ) 2
a2 2 a ( A B 2 ) 2 A 2 cos 21t B 2 cos 2 2 t a 2 ABcos(1 2 )t cos(1 2 2 2 由 上 式 看 出 ， 除 了 第 一 项 为 直 流 分 量 外 ， 第 二 项 中 的 21和2 2 ， 第 三 项 中 的 (1 2 )和(1 2 ) 都是新的频率分量。通常，二阶项 21 、 2 2 和 1 2 、1 2
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3.1.2 环境噪声和多径传播对语音质量的综合影响 ITU公布的资料表明，环境噪声和多径传播，在静态和衰 落信道中，对语音质量主观评价的影响是不同的，参见图3.2。
图3.1 语音质量与信噪比的关系图
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图3.2表明，在衰落信道中，人耳的听觉效果更差，因此，静 态环境下，仅依据接收机的灵敏度和环境噪声的影响确定最 小保护电平是不能保证通话质量的。因此，我们引入所谓 “恶化量”以确定环境噪声和多径传播对接收机性能的影响。
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3.1 噪声 3.2 邻道干扰与同频道干扰
3.3 互调干扰
3.4 分集接收 3.5 RAKE接收
3.6 纠错编码技术
3.7均衡技术
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3.1 噪声 3.1.1 噪声的分类与特性 移动信道中的噪声可以被分为内部噪声和外部噪声。外部 噪声又可以被分为自然噪声和人为噪声。 1. 内部噪声 内部噪声是系统设备本身产生的噪声，包括电阻类导电体 中电子的热运动引起的热噪声，以及半导体中由于载流子的起 伏变化引起的散弹噪声。这些噪声一般都是无法避免且波形不 能准确预测的，一般将内部噪声作为随机噪声加以处理。 2. 外部噪声 在移动信道中，外部噪声的影响较大。外部噪声也被称为环 境噪声，可分为自然噪声和人为噪声。图3.1是噪声功率谱图， 图中的大气噪声、太阳噪声和银河噪声是自然噪声。由图可知 当系统工作150MHz以上时，自然噪声比接收机噪声要小，并随 频率的升高减小，因此，150MHz以上的自然噪声基本可以不与 考虑。在移动通信系统中使用的往往是VHF/UHF频段，所以经 常忽略自然噪声。
语音质 量等级
3级 4级
P/dB
8 12
ZP/dB
P+ZP/dB
L 6dB
14.5 14.5
L 12 dB
22.8 22.8
22.5 26.5
30.8 34.8
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3.3.3 同频道复用距离 在小区制系统中复用距离。由于信号 的电平与干扰强度不仅与距离有关，而且与设备、地形地貌等 许多因素有关。为了简化分析，我们假设系统内所有设备参数 相同，地形地貌不发生变化。
所对应的相对幅值为： J 5 (1.7) 3.4 * 10 3 ，相对应的载波功率约为-50dB。 移动台的发射功率为 10W，即 10dBW，带宽外的边带功率约为 10 50 40dbW ， 计入传输损耗，落入其他移动台接收机的邻道干扰为 40 100 140dBW
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3.2.2 同频道干扰与射频防护比 在小区制通信系统中，为了提高系统的频率利用率，在一 定的间隔距离以外，需要重复使用相同的频率，这种技术被称 为频道复用。频道复用技术可以大大提高频率利用率，但时会 带来同频道干扰。 信号功率是随距离的增加呈指数倍衰减的，因此，具有相 同频道的小区相距越远，同频道干扰越小，但同时会使频率的 利用率降低。在满足通信质量的条件下，允许使用相同频道的 小区间的最小距离被称为同频道复用的最小安全距离，简称同 频道复用距离。为了保证通信质量，接收端的S/I必须大于表3.1 所示的射频防护比。 表3.1 干扰概率为10%的射频保护比指标
图3.6 同频复用保护距离系数示意图
以dB计算的信干比为：
DI Dr D S / I LI LS 40 lg( ) 40 lg( ) 40 lg( 1) DS r r
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由上式可知，在理想情况下，信干比S/I仅与D/r有关，D/r 被称为同频道复用保护距离系数。由对蜂窝系统的分析可知， 同频道复用保护距离与小区的大小无关，而在所有小区形状、 D 面积相同的假设前提下，与区群的大小N有关， 3N。在蜂窝 r 系统中，减小区群的大小N可以提高频率的复用率，但为了保证 通信质量，必须选择合适的N值，保证信干比大于射频保护比。 在静态情况下，若取射频保护比为8dB，可计算出D/r为2.6， 要求N大于3。若考虑信号场强的变动，射频防护比取25dB时， D/r为5.2，要求N大于9 。 3.3 互调干扰 互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的，在移动系 统中，我们重点考虑的是三阶互调干扰。互调干扰分为发射机 互调干扰与接收机互调干扰两类。为减小互调干扰，可以依靠 设备优良的互调抑制指标，也可以采用有效减小互调干扰的频 道分配方法。
J / K ，为波兹曼常数。T0 290 K ，为参考绝对温度，B N 为
接收机有效噪声带宽(近似等于接收机的中频带宽)。 由 式 (3.1) 可 知 ： 等 效 噪 声 系 数 Fa 与 噪 声 温 度 Ta 是 一 一 对 应 的 。 例 如 ，
Ta T0 290 K , Fa 0dB ；若 Fa 10dB, Ta 10T0 2900 K 。
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图3.1 噪声功率图
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人为噪声是由电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的 电磁辐射，这种辐射噪声除了可以直接进入移动信道外，还可 以通过电力线传播，并通过电力线和接收机天线的耦合进入接 收机。在城市中，由于大量车辆和工业电气设备的存在，辐射 噪声对移动通信的危害较大。由图3.1可知，在1000MHz以下时， 人为噪声，特别是城市人为噪声的影响