移动通信中的噪声和干扰

• 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
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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
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整机前端电路噪声系数分配
2.51倍
6.31倍
3.98倍
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9.1.3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
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三阶互调产物的数量
– 设有N个等间隔配置的工作频率，则落入第 P个信道的三阶互调产物数量S可根据公式计 算
– N、P为奇数或偶数时公式均不同 – 所有S的计算均为最坏情况，即所有信道都
使用时。 – 在多信道系统中，信道使用是随机的
因此，落入信道的互调干扰也是随机的
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多信道共用系统中的三阶互调
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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
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
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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
移动通信技术 (第2版)
第9章 移动通信中的噪声和干扰
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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
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第9章移动通信中的噪声和干扰
重点
– 接收机的低噪声放大器、塔顶放大器 – 互调干扰、邻道干扰、同频干扰的概念、产生和改善措施
难点
– 塔顶放大器 – 互调干扰、邻道干扰的产生和改善措施 – 无三阶互调信道组的选择
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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ωA、
ωB、ωC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ωO 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：
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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
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塔顶放大器的典型应用
NF´=LC+NF2=8dB 塔放使基站的噪声系数降低8-1.88=6.12dB
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(2)接收机热噪声功率计算 设PN=NFKT0Bi；K=1.38×10-23W/HzK°； T0=290K°；Bi=200KHz=53dBHz PN=NF-204dBW+53dB=NF-121dBm
(3)改善度
设接收机灵敏度为-104dBm；输出信噪比为So/No=9dB。 ① 加塔放前
目的和要求
– 掌握对接收侧放大器的要求和塔顶放大器的作用 – 理解三种主要干扰的概念、产生及减小的方法 – 了解信道组中三阶互调存在与否的判断方法 – 了解同频复用距离的计算方法
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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
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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
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多级放大器级联时的噪声系数
–
Friis公式
NF
NF1
NF2 1 AP1
NF3 1 AP1 AP2
NF4 1 AP1 AP2 AP3

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
– 三次项：三阶互调 – 五次项：五阶互调
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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）
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
6Байду номын сангаас
平均噪声功率的计算
基准噪声功率No= KT0Bi
– 玻尔兹曼常数K=1.38×10-23 J/K； – 参考绝对温度T0 =290K°
– 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
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– 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
– 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
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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
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例线N（：F损1设1=61耗倍基.5L）站dCB系=(31统d.4B1噪(倍2声倍)；系)；塔数塔顶N顶F放2放=大5大d器B器(增3噪.1益5声倍A系P)1；=数1天2d线B 馈 (1)整机噪声系数：根据Friis公式
整机噪声系数以NF1为主，一般计算取前两项。 加塔放后整机噪声系数为
NF=1.41+(3.15-1)/16=1.54(1.88dB) 基站不加塔放的噪声系数为
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上行双工塔放的应用
上行双工塔放配合 基站功放的应用
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上行单收型塔放的应用
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9.2 移动通信中的主要干扰
主要干扰
– 互调干扰 – 邻道干扰 – 同频干扰
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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
– D为信道序号之差 – 适用于信道数不多的情况
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– 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
u=AcosωAt+BcosωBt+CcosωCt 则：输出回路电流i=直流项+基频项+2次项+3次项+…
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– 输出回路电流i的3次项有：
(3/4)a3A2B[cos(2ωA+ωB)t+cos(2ωA-ωB)t] +(3/4)a3AB2[cos(2ωB+ωA)t+cos(2ωB-ωA)t] +(3/4)a3A2C[cos(2ωA+ωC)t+cos(2ωA-ωC)t] +(3/4)a3AC2[cos(2ωC+ωA)t+cos(2ωC-ωA)t] +(3/4)a3B2C[cos(2ωB+ωC)t+cos(2ωB-ωC)t] +(3/4)a3BC2[cos(2ωC+ωB)t+cos(2ωC-ωB)t] +(3/2)a3ABC[cos(ωA+ωB-ωC)t+cos(ωA+ωC-ωB)t +cos(ωB+ωC-
噪声系数为NF′=8dB 噪声功率为PN′=8dB-121dBm=-113dBm 最小接收电平为Pmin=-113dBm+9dB=-104dBm ② 加塔放后
噪声功率为PN=1.88dB-121dBm=-119.12dBm 信噪比So/No= -104-(-119.12)=15.12dBm ③ 改善信噪比为15.12-9=6.12dB
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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
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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
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
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三阶互调产物的幅度
– 与三次项系数a3成正比 – 与干扰信号幅度的三次方成比例
(三个信号幅度相等时) – 三信号三阶互调比二信号三阶互调幅度高一
倍(3dB) 但由于三阶Ⅱ型互调有两次耦合损耗，其影 响远小于三阶Ⅰ型，可忽略
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
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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
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
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– 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
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
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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
ωA)t+cos(ωA+ωB+ωC)t+…]
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– 频率为2ωA-ωB,2ωB-ωA,2ωA-ωC, 2ωC-ωA, 2ωB-ωC, 2ωCωB,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
– 三阶互调干扰的类型
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9.1.2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
噪声系数为：
NF

Si So
Ni No
用dB表示为：
NF
10 Lg
Si So
Ni No
(Si
Ni )dB (So
No )dB
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– 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
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
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噪声功率 N(dB)=No+ △N
– △N为N高出KT0Bi的分贝数，由图9-1读得
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