第3章 移动信道的噪声和干扰

1、第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 第第3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3.1 人为噪声和移动通信中的主要干扰人为噪声和移动通信中的主要干扰 3.2 邻道干扰邻道干扰 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3.1 人为噪声和移动通信中的主要干扰人为噪声和移动通信中的主要干扰 3.1.1 人为噪声 外部噪声分为自然噪声和人为噪声两类。 自然噪 声主要是指大气噪声、 宇宙噪声和太阳噪声。 人为噪 声主要指电气设备的噪声， 如电力线噪声、 工业电气 噪声、 汽车或其它发动机的点火噪声等。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和

2、干扰 人为噪声是由汽车点火系统、 电机电器、 电晕放 电等电磁辐射造成的。 人为噪声多属于脉冲性噪声。 大量的噪声混在一 起， 还可能形成连续性噪声， 或连续性噪声中叠加有 脉冲性噪声。 频谱分析表明， 这种噪声的频谱较宽， 而且噪声强度随频率的升高而下降。 各种外部噪声的 功率与频率的关系如图3 - 1所示。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 1 外部噪声的功率与频率的关系 等效噪声系数10 lg / dB(超过kT0Bi的dB数) 环境噪声温度Ta / K 60 50 40 30 20 10 0 10 10204060100200400600100020

3、00f / MHz 310 3102 310 3 3104 310 5 310 6 3107 典型接收机内部噪声 太阳噪声 大气噪声 银河噪声 郊区人为噪声 城市人为噪声 0 a T T 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3.1.2 移动通信中的主要干扰 在移动通信系统中， 基地站或移动台接收机必须 能在其它通信系统产生的众多较强干扰信号中， 检出 较弱的有用信号。 图3 - 2所示是这种情况下的一个典 型例子。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 2 移动通信中的干扰示意图 干扰信号 有用信号 干扰信号 第第3 3章章 移动信道的噪声

4、和干扰移动信道的噪声和干扰 3.2 邻道干扰邻道干扰 3.2.1 邻道干扰 邻道干扰是指相邻的或邻近频道之间的干扰。 模 拟移动通信系统广泛使用的VHF、 UHF电台， 频道间 隔是25 kHz。 由于调频信号的频谱很宽， 理论上有无 穷边频分量， 因此， 当其中某些边频分量落入邻道接 收机的通带内时， 就会造成邻道干扰。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 1. 调制边带扩展干扰 调制边带扩展干扰是指语音信号经调频后， 它的 某些边带频率落入相邻信道形成的干扰。 以调频方式 传输语音信号时， 要计算信号调制边带扩展干扰是比 较复杂的。 为简化计算， 常采用单音频调频波进

5、行分 析。 单音频调频波的表达式为 s(t)=cos(0t+mfsint) 式中， 0为载波角频率； mf为调制指数； 为调制信 号角频率。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 经展开运算后， 上式可写成 n fn tnmJts)cos()()( 0 =J0(mf)cos0t 载频 +J1(mf) cos(0+)t-J1(mf) cos(0-)t 第一对边频 +J2(mf) cos(0+2)t-J2(mf) cos(0-2)t第二对边频 +J3(mf) cos(0+3)t-J3(mf) cos(0-3)t第三对边频 + +Jn(mf) cos(0+n)t-(-1)nJn(

6、mf) cos(0-n)t 第n对边频 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 设调频波的第n次边频落入相邻信道， 如图3 - 3 （b）所示(第（K-1）信道发射机的调制边带第n次边 频落入第K信道)。 再考虑到收发信机由于频率不稳定 而造成的频率偏差fTR， 在最坏情况下， 落入邻道的 最低边频次数为 m TRir F fBB n 5 . 0 (3 - 1) 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 3 调制边带扩展干扰 ffB ffB (a) Br fA F Bi (b) Bi JnJn1 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和

7、干扰 （1）瞬时频偏控制（IDC）。瞬时频偏控制是指对 调频波的最大频偏进行瞬时的自动控制过程。 在采用 直接调频产生调频波时， 只要在调频电路前端加一限 幅电路， 就能把调制语音幅度限定在一定范围之内， 因而可以有效的把产生的瞬时频偏限制在要求的范围 之内， 从而使调制边带扩展干扰降到-140dBW以下， 以保证通信时基本上不受干扰的影响。具有瞬时频偏 控制功能的方框图如图3 - 4所示。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 4 IDC电路 预加重放大限幅邻道干扰滤波器 话音 调制器 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 5

8、预加重原理图 (a)(b) ff0 U Un(热噪声) Us(信号) Un(热噪声) Us(信号) 0 U 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 经预加重后， 频率较高部分由于幅度较大， 在经 调制后产生的频偏就有可能因为过大而造成邻道干扰， 为此， 引入了限幅器。 限幅器使输出幅度被限制在一 定范围之内， 从而避免了频偏过大造成的邻道干扰， 如图3 - 6所示。 图3 - 7给出了瞬时频偏控制电路的特 性。 由图3 - 7中可以看出， 频偏最大保持在5kHz。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 6 IDC电路的波形 输入 预加重 放大输

9、出 限幅输出 低通滤波器输出 500 Hz 1 kHz 2 kHz 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 7 IDC电路特性 151050510 0.5 1 2 3 4 5 频偏 / kHz 调制输入 / dBm 调制频率 2 kHz 1 kHz 3 kHz 500 Hz 300 Hz 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 （2） 邻道干扰滤波器（低通滤波器）。 经积分放 大输出的信号， 尤其是高频端， 将产生波形失真， 即 出现很多高次谐波成分。 如果不滤除的话， 就会使边 带频谱变宽， 从而使邻道干扰更加严重。 所以， 通常 在IDC电路

10、之后插入一个低通滤波器， 把带外高音频 成分抑制掉。 这个滤波器就称为邻道干扰抑制滤波器。 它是锐截止低通滤波器， 其滤波特性如图3 - 8所示。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 8 邻道干扰滤波器特性 0 10 20 30 0.51236 相对输出电平 / dB f / kHz 实际 理想 40 lg Fm 3 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 2. 发射机边带噪声干扰 发射机边带噪声干扰是指存在于载频两侧的噪声， 如图3 - 9（a）所示。 边带噪声愈靠近载频， 幅度愈 大。 边带噪声的大小，主要取决于振荡器、 倍频器的 噪声，

11、IDC电路和调制电路的噪声以及电源脉动等引起 的噪声。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 9 发射机边带噪声干扰 fB f fB / kHz f fB / kHz fBfA Bi Br (a) B oB / dB / Hz oB (b) S N S N 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3.2.2 同道干扰 同道干扰亦称同频干扰， 是指相同载频电台之间 的干扰。 在电台密集的地方， 若频率管理或系统设计 不当， 就会造成同频干扰。 在移动通信系统中， 为了提高频率利用率， 在相 隔一定距离以外， 可以使用相同的频率， 这称为同信 道复

12、用。 图3 - 10为同频单工方式的同道干扰示意图。 基地 站A、 B的小区覆盖半径为r， 两个基地站相隔一定距 离同频工作。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 如果基地站A接收机输入端的有用信号与同频干扰比值 等于射频防卫比， 则此时两基地站之间的距离（即同 频复用距离）D等于被干扰的接收机至干扰发射机的距 离DI。 也可表示为 r D r D D D I S 式中， Dr称为同信道复用比或同频复用比。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 10 同频单工方式同道干扰示意图 M(移动台)发 (有用信号) 基地站A收基地站B发 (同频干扰

13、) D D1 D1 DS r 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 在双工情况下， 收发使用不同频率， 移动台M处 于最易受到基地站B干扰的位置， 图3 - 11为同频双工 方式的同道干扰示意图。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 11 同频双工方式同道干扰示意图 M(移动台) 收 (有用信号) 基地站A发基地站B发 (同频干扰) D DI D DI D r 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 若被干扰接收机至干扰发射机的距离为DI， 则同 频复用距离（A、 B两基地站之间的距离）为 D=DS+DI=r+DI 因此，

14、 同频复用比为 r D r Dr r D II 1 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 12 同频单工与双工方式确定同频复用距离示意图 2001005020105 40 20 0 20 40 60 80 100 传播距离 / km 20lg / dB E 1V / m (2) (1) 双工 同频单工 h150 m h22 m h1 h250m DIDI 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 *3.2.3 互调干扰 移动通信系统中， 存在着各种各样的干扰， 其中 最主要的就是互调干扰。 互调干扰是由传输信道中的 非线性电路产生的。 它指两个或

15、多个信号作用在通信 设备的非线性器件上， 产生同有用信号频率相近的组 合频率， 从而对通信系统构成干扰的现象。 在移动通信系统中， 产生的互调干扰主要有三种： 发射机互调、 接收机互调及外部效应引起的互调。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 1. 互调干扰的基本概念 假定由于输入回路选择性较差， 同时有三个载频 分别为A、 B、 C的干扰信号进入接收机高频放大 级或混频级， 而我们需要接收的信号载频为0。 一般 非线性器件的输出电流ic与输入电压u的关系式为 ic=a0+a1u+a2u2+a3u3+anun （3 - 3） 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的

16、噪声和干扰 式中， a0， a1， a2，an是由晶体管特性决定的系数， 通常a0a1a2an。 当把作用于晶体管的信号 u=AcosAt+BcosBt+CcosCt代入式（3 - 3）时， 经展 开整理后， 输出回路电流ic的频率成分是十分复杂。 当取到三次项（即n=3）时， 产生的谐波及组合频率 应为 A、 B、 C； 2A 、 2B、 2C； 3A 、 3B、 3C； 2 A B、2 C A ； 2 B A 、2 C C； 2 A C 、2 C B ； 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 A+B+C、 A + B - C 、 A - B + C - A + B +

17、C 当产生的组合频率与接收信号频率0接近时， 就 会形成对有用信号的干扰， 通常称这种干扰为三阶互 调干扰。 可见， 三阶互调干扰有两种类型， 即二信号 三阶互调和三信号三阶互调： 2A-B=0 A+B-C=0 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 2. 多信道系统的三阶互调 在实际工作中， 移动通信系统是采用多信道同时 工作的， 这些信道的间隔比较窄（一般为25kHz）。 由于它与信道载频相比很小， 因此各信道载频相差不 多， 基本上属于同一数量级。 在这种情况下， 产生三 阶互调的频率源， 应主要是网内的多信道频率。 这样， 根据以上概念， 如有n个等间隔信道时， 则产

18、生的三 阶互调干扰为 fx=fi+fj-fk （ijk） （3 - 4） fx=2fi-fj （ij） （3 - 5） 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 1） 三阶互调产物的信道序号表示法 假设信道序号由1n按等间隔划分为C 1 、 C2、 Cm、 Cx、 Ci、 Cj、 Ck、 Cn。 若信道序号C1中 使用的频率为f1， 则其中任一信道的频率可表示为 fm= f1+F（Cm-1） （3 - 6） 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 式（3 - 6）是以最低频率f1为基准， 用信道序号Cm 及信道间隔F来表示m信道频率的公式。 同理， 用这 种方

19、法也可得到下列表达式： fx=f1+F（Cx-1） fi= f1 +F（Ci-1） fj= f1 +F（Cj-1） fk= f1 +F（Ck-1） (3 - 7) 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 将式（3 - 7）代入式（3 - 4）及式（3 - 5）中， 就 可得到以信道序号表示的三阶互调公式： Cx=Ci+Cj-Ck （3 - 8） Cx=2Ci-Cj （3 - 9） 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 2） 三阶互调干扰的计算 如果把式（3 - 9）展开： Cx=Ci+Ci-Cj， 并与式 （3 - 8）相比较，就可看出， 它们只是下标不同

20、， 而i、 j、 k又是任意值， 所以从这个意义上说， 式（3 - 8） 更具有代表性。 式（3 - 8）也可写成 Cx-Ci=Cj-Ck （3 - 10） 如果用信道序号差值d来表示， 式（3 - 10）可写为 dxi=djk （dxi=x-i ； djk=j-k） （3 - 11） 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 13 差值阵列法流程图 3411172226 21 3 7 8 10 6 13 14 16 5 11 18 19 21 4 9 15 22 23 25 Ci di dxi djk 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 (1

21、） 先依次排列信道序号。 (2） 为了不漏掉任一信道序号差值， 按规律先计 算相邻信道序号差值di， 并写在两信道序号之间， 如 流程第二行（2、 1、 7、 6、 5、 4）。 (3） 计算每隔一个信道的序号差值。 (4） 计算每隔两个信道的序号差值。 (5） 这样一直计算下去， 直至只剩一个计算结果 即26-为止。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3. 无三阶互调信道组的选择 1) 采用差值阵列法 如果把差值阵列法反过来用， 就可用来进行信道 频率配置。 不但无三阶互调， 还可使占用频带宽度尽 量小一些。 它的前提是必须使形成的或设计的差值阵 列中， 不出现重复数

22、据， 即信道序号差值各不相同。 下面举例说明采用差值阵列法进行信道频率配置的步 骤。 假定有n个等间隔信道， 信道频率配置步骤如下： (1） 选相邻信道序号差值。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 选di=1。 选di =2。 选di =4。 选di =5。 选di =8。 选di =10。 选di =14。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 14 差值阵列法序号排列 12 3 4 6 7 5 9 11 12 8 13 17 19 20 10 18 23 27 29 30 Ci di dxi djk C2C4C8C13C21C31 1

23、4 24 32 37 41 44 C45 43 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 (2） 第三行数据为第二行两相邻信道序号差值di之和。 (3） 第四行数据为第二行三相邻信道序号差值di之和。 (4） 第五行数据为第二行四相邻信道序号差值di之和。 可以类推下去， 得到无三阶互调的信道频率配置， 见表 3 - 1。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 表 3 - 1 无三阶互调信道组 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 2） 信道的分区分组分配法 在小区制系统中， 若每个小区使用的信道数较少， 则可采用信道的分区分组分配法来提

24、高频段利用率。 下面举例说明。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 根据以上分析， 使用试探法， 就能选取有用信道组。 第一信道组选取信道序号为1、 2、 5、 11的 4 个 信道， 其基值序列为1、 3、 6。 第二信道组仍采用差值序列1、 3、 6， 但信道序号 从第6信道算起， 则可得到信道序号为6、 7、 10、 16 的 4 个信道。 第三信道组取差值后序列1、 9、 2， 信道序号从 第3信道算起， 则可得信道序号为3、 4、 13、 15的 4 个信道。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 第四信道组取差值序列4、 6、 7， 信道序

25、号从第8 信道算起， 则可得信道序号为8、 12、 18、 25的 4 个 信道。 第五信道组取差值序列1、 3、 8， 信道序号从第 21信道算起， 且序号从大到小排列， 则可得信道序号 为21、 20、 17、 9的 4 个信道。 第六信道组取差值序列1、 3、 5， 信道序号从第 23信道算起， 序号从大到小排列， 则可得23、 22、 19、 14的 4 个信道。 根据以上结果， 做出分区分组信道分配图， 如图 3 - 15所示。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 15 分区分组信道分配图 123456789 10 11 12 13 14 15 16

26、 17 18 19 20 21 22 23 24 25信道序号 f / kHz 25 kHz 第一信道组 第二信道组 第三信道组 第四信道组 第五信道组 第六信道组 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 第一信道组： 1， 5， 14， 20， 34， 36 第二信道组： 2， 9， 13， 18， 21， 31 第三信道组： 3， 8， 19， 25， 33， 40 第四信道组： 4， 12， 16， 22， 37， 39 第五信道组： 6， 10， 27， 30， 32， 41 第六信道组： 7， 11， 24， 26， 29， 35 第七信道组： 15， 17， 23

27、， 28， 38， 42 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 3） 等频距分配法 等频距分配法是按等频距来配置信道的。 例如， 有160个信道， 共分成10个信道组， 每个信道组有16 个信道， 则第一信道组的序号为： 1、 11、 21、 31、 41、 51、 61、 71、 81、 91、 101、 111、 121、 131、 141、 151； 第二信道组的序号为： 2、 12、 22、 32、 42、 52、 62、 72、 82、 92、 102、 112、 122、 132、 142、 152； 第三信道组的序号为以此类推， 画出 的信道分配图如图3 -

28、16所示。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 16 等频距分配图 f / kHz 111213141 信道序号 第一信道组 第二信道组 第三信道组 250 kHz 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 4. 发射机互调干扰 图3 - 17给出了两台发射机产生互调干扰的示意图。 发射机1的频率f1通过空间耦会将会进入发射机2， 由 于发射机2的末级工作于非线性状态， 因此将产生三阶 互调产物2f2-f1。 同理， 当f2进入发射机1的末级时， 也将产生三阶互调产物2f1-f2。 这两个互调产物都将到 达接收机输入端， 如果它们正好落于接收机

29、通带之内， 则必将造成干扰。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 17 两台发射机三阶互调干扰示意图 发射机2 LC LI 发射机1 接收机 LP 2f2 f1 f3 f3 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 减小发射机互调的措施包括： (1） 加大发射机天线之间的间距。 (2） 采用单向隔离器件。 (3） 采用高Q值谐振腔。 第第3 3章章 移动信道的噪声和干扰移动信道的噪声和干扰 图 3 - 18 天线间的耦合损耗与天线间距的关系 (a) 垂直放置； (b)水平放置 10 20 30 40 50 60 耦合损耗 / dB 6天线间距SA / m SA 10 20 30 40