第4章噪声和干扰

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，所有信道都使用时 在多信道系统中，信道使用是随机的，落入信道 的互调干扰也是随机的

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4.2互调干扰
– 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
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4.1移动通信中的噪声

噪声系数衡量信噪比通过线性网络的变化
指网络输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值 NF=(Si/Ni)/( So/No) 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，Si/Ni为输入信噪比；So/No为输出 信噪比

工程设计中常用信号电压有效值与噪声有效电压 之比来定义信噪比及噪声系数
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4.1移动通信中的噪声

外部噪声
– 外部噪声分自然噪声和人为噪声 – 自然噪声 指天电噪声、宇宙噪声和太阳噪声等 功率谱主要在100MHz频段以下，陆地移动通信 中，自然噪声远低于接收机固有噪声，可忽略 – 人为噪声 由各种电气设备中电流或电压的剧变而形成的电 磁波辐射所产生 城市人为噪声比较大，主要是汽车点火噪声
4.1移动通信中的噪声

噪声和干扰是通信性能变坏的重要因素 – 接收机能否正常工作，不仅取决于接收机输入信号 大小，而且取决于干扰和噪声的大小 高接收机灵敏度时，当外部噪声和干扰远高于接 收机固有噪声时，接收机灵敏度会大大降低 接收机输入信噪比小于允许门限值时，接收机就 不能进行正确接收 内部噪声 – 噪声可分为内部噪声和外部噪声 – 内部噪声 主要指接收机本身的固有噪声 主要来源是电阻的热噪声和电子器件的散弹噪声
根据Friis公式，以NF1为主，取前两项 加塔放后整机噪声系数为 NF=1.41+(3.15-1)/16=1.54(2.4dB) 基站不加塔放的噪声系数为NF´=LC+NF2=8dB 塔放使基站的噪声系数降低8-2.4=5.6dB

接收机热噪声功率：
设PN=NFKT0Bi；K=1.38×10-23W/HzK°；T0=290K°； Bi=200KHz=53dBHz PN=NF-204dBW+53dB=NF-121dBm

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4.1移动通信中的噪声

人为噪声功能与频率的关系 图中给出的dB值是高于KT0Bi的值
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4.1移动通信中的噪声
例： Bi=10lg200KHz=53dBHz
N=KT0Bi=-151dBW=-121dBm 若系统工作在900MHz频段， 则城市的平均人为噪声电平为： -151dBW+18dB=-133dBW=-103dBm
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4.1移动通信中的噪声
– 噪声系数 信噪比衡量噪声对有用信号的影响程度 信号与噪声的功率之比：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，信号越纯，恢复原始信号就越 容易
传输的话音越清晰
传输图像或文字时，分辨率越高
理想放大器(无噪声)的输出信噪比等于输入 信噪比
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4.1移动通信中的噪声
例：某非理想放大器输入信噪比为10，输入信号功率
为1mW，噪声功率为0.1mW，放大器内部噪声为 1mW，功率增益为AP=10 放大器的输出信噪比为5， 放大器的噪声系数NF(dB)=10lg10/5=3dB
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4.1移动通信中的噪声
理想放大器NF=1，输出信噪比等于输入信噪比； 一般放大器NF>1 噪声系数越接近于1，放大器内部噪声越小，输 出信噪比下降的倍数也越少 噪声系数可定义为：负载上的总噪声功率No与输 入噪声通过无噪声的理想网络后加在负载上的噪 声功率APNi之比，NF=No/(APNi)；AP=So/Si
接收机收到的三阶互调电平为：
Nin=P(dBW)-(Lc+Li+Lp) 互调转换损耗Li值为5～20dB，典型值为15dB Li的大小与两个发射机之间的频距有关
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4.2互调干扰
两发射机频距与三阶互调转换损耗Li之间的
关系：
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4.2互调干扰
耦合损耗Lc由以下因素决定
发射机共用天线时，Lc取决于共用器隔离度
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4.1移动通信中的噪声

低噪声放大器
– 多级的级联放大器中，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，必须着重于使第一级放 大器设计最佳 – 噪声是指由系统材料和器件物理学产生的自然扰动 – 衡量接收机或元、器件噪声性能的好坏，常用噪声 系数NF和等效噪声温度Te表示
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4.2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
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4.2互调干扰

发射机二信号三阶互调
从发射机1天线发出的功率进入发射机2产生互调产物， 再经发射机2的天线辐射出去，对接收机造成干扰
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4.2互调干扰

互调对有用信号的电平的影响 互调产物受到的全部损耗为L=Lc+Li+Lp Lc为耦合损耗；Li为互调转换损耗；Lp为 传输损耗 计算互调产物的相对电平，只需考虑Lc和 Li，与Lp无关

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4.1移动通信中的噪声

多级放大器级联时的噪声系数为(Friis公式):
级联放大器的噪声系数主要受第一级噪声的影响

接收机前端电路噪声系数分配
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4.1移动通信中的噪声
– 降低噪声的方法 选择低噪声器件是降低噪声的基本方法 场效应管有比晶体管小得多的最佳噪声系数 电阻是无源网络中主要噪声源，一般薄膜电 阻比实心电阻噪声小，薄膜电阻中，又以金 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
噪声强度与接收天线的高度及天线离道路的距离有关
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4.1移动通信中的噪声
为了抑制人为噪声，应采取必要的屏蔽和滤波措 施，也可在接收机上采取相应的措施 平均人为噪声功率N=KT0Bi 玻尔兹曼常数K=1.38×1023W/(K°Hz-1) 参考绝对温度T0=290K°；KT0=-204dBW/Hz Bi为接收机带宽
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4.1移动通信中的噪声

热噪声
由粒子的热运动产生，温度越高，粒子动能越大，形 成的噪声也越大 热噪声的瞬时值服从高斯分布，又称高斯噪声 热噪声的频带极宽，几乎是所有无线电频谱的叠加， 又称白噪声

散弹噪声
由于载流子随机通过PN结，单位时间内通过PN结的载 流子数目不一致，表现为通过PN结的正向电流在平均 值上下作不规则起伏变化
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4.2互调干扰

三阶互调
– 互调产物用幂级数表示为高次项，系数一般
随阶次增高而减小，故幅度最大、影响最严 重的是落在有用信号附近的三阶互调 – 三阶互调干扰类型
二信号三阶互调： 2A-B（三阶I型） 三信号三阶互调：A+B-C（三阶II型）

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4.2互调干扰
– 三阶互调产物 三阶互调产物的幅度和晶体管特性的3次项系数 a3成比例 三阶互调产物和干扰信号幅度有关，当各个干扰 信号的幅度相等时，三阶互调幅度与干扰信号幅 度的3次方成比例 三信号三阶互调电平比二信号三阶互调电平高一 倍（6dB）
– 五阶互调产物 3A-2B，3A-B-C，2A+B-2C，2A+B-C-D， A+B+C-2D，A+B+C-D-E a3>>a5，故一般只考虑三阶互调干扰
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4.2互调干扰
– 三阶互调产物的数量 当一个移动通信系统有N个等间隔配置的工作频 率，落入第P个信道中的三阶互调产物的数量S可 根据公式计算
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4.1移动通信中的噪声
– 塔顶放大器对上行信号质量的改善 塔放位置
设：基站系统噪声系数NF2=5dB(3.15倍)；天线馈 线损耗LC=3dB(2倍)；塔顶放大器噪声系数 NF1=1.5dB(1.41倍)；塔顶放大器增益 AP1=12dB(16倍)
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4.1移动通信中的噪声
– 塔顶放大器对上行信号质量的改善 整机噪声系数：

等频距信道分配法
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 适用于大容量移动通信系统 例：某系统可用频道100个，分成10组，每组10个频道
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4.2互调干扰

发射机互调干扰
– 由发射机末级的非线性产生的互调 – 发射机互调干扰的产生原因
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4.1移动通信中的噪声

改善度：
设接收机灵敏度为-104dBm；输出信噪比为 So/No=9dB 加塔放前： 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 加塔放后 噪声功率为PN=2.4dB-121dBm=-118.6dBm 信噪比So/No= -104-(-118.6)=14.6dBm 改善信噪比为14.6-9=5.6dB
发射机分用天线时，Lc取决于天馈线之间耦合损耗(隔离
度)，及发射机与天线间是否插入隔离器、滤波器 天线间耦合损耗与电波传播损耗、天线增益、天线的方向 性，及天线的架设是水平分离还是垂直分离有关
垂直分离天线间的隔离度比水平分离的隔离度大
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4.2互调干扰

发射机三信号互调干扰
干扰电平与二信号互调干扰比较： （2A-B）型电平-（A+B-C）型电平=20lgLc2-6dB 一般要求发射机间耦合损耗在30dB以上，二信号三阶 互调电平超过三信号三阶互调电平24dB以上，故三信 号三阶互调电平可以忽略不计
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4.2互调干扰
例： 给定1，3，4，11，17，22，26信道，问是否存在
三阶互调干扰？
解：根据三阶互调公式，其信道序号差值如图所示，图
中无相同数值，表示无三阶互调
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4.2互调干扰
– 无三阶互调信道组的选择 差值列阵法 例：
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4.2互调干扰
选用无三阶互调信道组时，三阶互调产物依然存 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，占用频道中只使用了 一部分，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
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4.2互调干扰
– 频道分配法 分区分组分配法
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：一个无线区群由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
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4.2互调干扰
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4.1移动通信中的噪声
– 人为噪声 属冲击性噪声
大量冲击噪声混在一起形成连续噪声或连续噪声再叠 加冲击噪声
频谱较宽，强度随频率升高而下降 噪声源的数量和集中程度随地点和时间而异，随 机变化，噪声强度的地点分布可近似按正态分布 处理，其标准偏差σ约为9dB BS与MS所受影响不同

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4.2互调干扰

互调干扰的起因
– 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，从而 造成对系统的干扰 – 类型
发射机互调 接收机互调 生锈螺栓效应产生的互调

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4.2互调干扰
– 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的互调 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 几个条件必须同时满足，才会产生互调干扰，逐 一改善可解决互调干扰问题

差值列阵法 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
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4.2互调干扰
图表法判断 依次排列信道序号 按规律依次计算相邻信道序号差值djk，写 在两信道序号间 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；…； 察看三角阵中是否存在相同数值，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