无线第7章噪声和干扰

1、无线通信技术基础无线通信技术基础第第7章、噪声和干扰章、噪声和干扰主要内容主要内容一一噪声噪声二二同频干扰同频干扰三三邻频干扰邻频干扰四四近端近端对远端干扰对远端干扰五五互调干扰互调干扰六六移动台的自动功率控制移动台的自动功率控制七七码间干扰码间干扰八八干扰限制环境干扰限制环境一一噪声的种类以及对通信的影响。噪声的种类以及对通信的影响。二二干扰的种类以及对通信的影响。干扰的种类以及对通信的影响。三三移动台的自动功率控制。移动台的自动功率控制。课程重点课程重点第第7.1节、噪声节、噪声无线信道中加性噪声（简称噪声）的来源是多方面的，一般可分为：内无线信道中加性噪声（简称噪声）的来源是多方面的，一

2、般可分为：内部噪声、外部噪声。无线信道中，外部噪声的影响较大部噪声、外部噪声。无线信道中，外部噪声的影响较大。l 内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如，在电阻类的导体中内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如，在电阻类的导体中由于电子的热运动所引起的热噪声、真空管中电子的起伏性发射或半由于电子的热运动所引起的热噪声、真空管中电子的起伏性发射或半导体中载流子的起伏变化所引起的散弹噪声、电源噪声等。电源噪声导体中载流子的起伏变化所引起的散弹噪声、电源噪声等。电源噪声及接触不良或自激振荡等引起的噪声是可以消除的，但热噪声和散弹及接触不良或自激振荡等引起的噪声是可以消除的，但热噪声和散弹噪声一

3、般无法避免，而且它们的准确波形不能预测，这种不能预测的噪声一般无法避免，而且它们的准确波形不能预测，这种不能预测的噪声统称为随机噪声。噪声统称为随机噪声。l 外部噪声包括自然噪声和人为噪声，也称环境噪声，它们也属于随机外部噪声包括自然噪声和人为噪声，也称环境噪声，它们也属于随机噪声。噪声。第第7.1节、噪声节、噪声外部噪声外部噪声第第7.1节、噪声节、噪声人为人为噪声噪声 城市无线通信中不必考虑宇宙噪声。在实际的通信工程中，我们最关城市无线通信中不必考虑宇宙噪声。在实际的通信工程中，我们最关心的主要是人为噪声的影响。心的主要是人为噪声的影响。 人为噪声是指各种电气设备中电流或电压发生急剧变化而

4、形成的电磁人为噪声是指各种电气设备中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射，比如发动机、电焊机、高频电气装置、电气开关等产生的火花放电辐射，比如发动机、电焊机、高频电气装置、电气开关等产生的火花放电形成的电磁辐射。这种噪声除了直接辐射外，还可以沿供电线路传播并通形成的电磁辐射。这种噪声除了直接辐射外，还可以沿供电线路传播并通过供电线路和接收机天线之间的电容性耦合而进入接收机。过供电线路和接收机天线之间的电容性耦合而进入接收机。 人为噪声大多属于脉冲噪声，但是在城市中，由于大量的汽车和工业人为噪声大多属于脉冲噪声，但是在城市中，由于大量的汽车和工业噪声的叠加，其合成噪声不再是脉冲性的，其功率谱密

5、度与热噪声类似，噪声的叠加，其合成噪声不再是脉冲性的，其功率谱密度与热噪声类似，具有起伏噪声的性质。具有起伏噪声的性质。第第7.1节、噪声节、噪声噪声对话音质量的影响噪声对话音质量的影响 噪声对通信质量的影响主要表现在恶化接收信号的信噪比（噪声对通信质量的影响主要表现在恶化接收信号的信噪比（S/N），在），在移动通信系统中，一般根据主观评定的方法开衡量它对通话质量的影响。移动通信系统中，一般根据主观评定的方法开衡量它对通话质量的影响。话音质量通常采用主观评定方法（话音质量通常采用主观评定方法（MOS定级），它分为定级），它分为5级级。第第7.1节、噪声节、噪声发射机的噪声及寄生辐射发射机的噪声

6、及寄生辐射 除了接收机的内部噪声以外，发射机产生的噪声及寄生辐射也会直接除了接收机的内部噪声以外，发射机产生的噪声及寄生辐射也会直接影响到通信质量，尤其是在移动通信系统中，大量移动台发射的含有噪声影响到通信质量，尤其是在移动通信系统中，大量移动台发射的含有噪声的信号势必造成相互之间的干扰，因此必须严格控制发射机产生的噪声及的信号势必造成相互之间的干扰，因此必须严格控制发射机产生的噪声及各种寄生辐射。各种寄生辐射。l 发射机的相位噪声发射机的相位噪声：发射机工作时，会存在以载频为中心、分布频率范发射机工作时，会存在以载频为中心、分布频率范围相当宽的噪声，这种噪声称为发射机的相位噪声。它不仅在相邻

7、的频围相当宽的噪声，这种噪声称为发射机的相位噪声。它不仅在相邻的频道内形成干扰而且会在几道内形成干扰而且会在几MHz的频带内产生影响。的频带内产生影响。l 发射机的寄生辐射发射机的寄生辐射：目前使用的移动台，为获得较高的频率稳定度，大目前使用的移动台，为获得较高的频率稳定度，大多采用晶体振荡器或温补晶体振荡器，然后通过多级倍频器倍频到所需多采用晶体振荡器或温补晶体振荡器，然后通过多级倍频器倍频到所需载频。如果各级倍频器的滤波特性不良，在发射机的输出端便会产生寄载频。如果各级倍频器的滤波特性不良，在发射机的输出端便会产生寄生辐射波，它会干扰正好工作在寄生频率附近的接收机生辐射波，它会干扰正好工作

8、在寄生频率附近的接收机。第第7.2节、同频干扰节、同频干扰 在无线通信系统中，无线信道是一个开路环境，除了噪声的影响之外，在无线通信系统中，无线信道是一个开路环境，除了噪声的影响之外，不同系统或相同系统的不同发射机发射的无线信号也可能会互相干扰，而不同系统或相同系统的不同发射机发射的无线信号也可能会互相干扰，而且干扰的影响往往比噪声的影响更大，噪声可能会恶化通信质量，而干扰且干扰的影响往往比噪声的影响更大，噪声可能会恶化通信质量，而干扰可能会直接造成通信中断。无线通信中的干扰主要包括同频干扰、邻频干可能会直接造成通信中断。无线通信中的干扰主要包括同频干扰、邻频干扰、交调干扰和远扰、交调干扰和远

9、-近效应干扰等。近效应干扰等。 同频干扰是指使用相同工作频率的发射台之间的干扰，是无线通信同频干扰是指使用相同工作频率的发射台之间的干扰，是无线通信系统在组网中经常出现的一种干扰，也称为同信道干扰或同载频干扰。凡系统在组网中经常出现的一种干扰，也称为同信道干扰或同载频干扰。凡是能进入接收机通带内的其它发射机的载频信号都能形成接收机的同频干是能进入接收机通带内的其它发射机的载频信号都能形成接收机的同频干扰，形成同频干扰的频率范围为：扰，形成同频干扰的频率范围为：fo Bi /2，fo为接收机工作信道的载频为接收机工作信道的载频中心频率，中心频率，Bi为接收机中频滤波器的带宽。为接收机中频滤波器的

10、带宽。第第7.2节、同频干扰节、同频干扰在现代移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使在现代移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用同信道小区，这称为同信道复用或信道的小区复用。显然，同信道的无用同信道小区，这称为同信道复用或信道的小区复用。显然，同信道的无线小区相距愈远，它们之间空间隔离愈大，同信道干扰愈小，但在某个区线小区相距愈远，它们之间空间隔离愈大，同信道干扰愈小，但在某个区域范围内的频率复用次数也随之降低，即频率利用率降低，在进行频率规域范围内的频率复用次数也随之降低，即频率利用率降低，在进行频率规划时，两者要兼顾考虑。在进行无线小区的频率分配时

11、，应在满足一定通划时，两者要兼顾考虑。在进行无线小区的频率分配时，应在满足一定通信质量要求的前提下，确定相同频率重复使用的最小距离。信质量要求的前提下，确定相同频率重复使用的最小距离。为了避免同频干扰，必须保证接收机输入端的为了避免同频干扰，必须保证接收机输入端的“信号信号/同频干扰比（同频干扰比（C/I）”不小于射频防卫比。达到主观上可以接受的接收质量时所需的最小的不小于射频防卫比。达到主观上可以接受的接收质量时所需的最小的C/I称称为信号对干扰的射频防卫比。通常把叠加上一个同频干扰时从起始为信号对干扰的射频防卫比。通常把叠加上一个同频干扰时从起始S/N = 20dB下降到下降到S/(N+I

12、) = 14dB做为判决的准则，射频防卫比取决于测量中接做为判决的准则，射频防卫比取决于测量中接收机的通带特性，有用信号和干扰信号的频差及调制频偏等。收机的通带特性，有用信号和干扰信号的频差及调制频偏等。第第7.3节、邻频干扰节、邻频干扰 所谓邻频干扰，指干扰发射机的邻信道功率落入接收邻信道接收机所谓邻频干扰，指干扰发射机的邻信道功率落入接收邻信道接收机的通带内造成的干扰。在蜂窝移动通信系统中，由于频率规划造成邻近小的通带内造成的干扰。在蜂窝移动通信系统中，由于频率规划造成邻近小区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于某种原因使基站小区的覆盖区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于某种原因使基

13、站小区的覆盖范围比设计的范围增大，均会引起邻频干扰。当邻频的载波干扰比范围比设计的范围增大，均会引起邻频干扰。当邻频的载波干扰比C/I小小于某个特定值时，就会直接影响到移动台的通话质量，严重时就会产生掉于某个特定值时，就会直接影响到移动台的通话质量，严重时就会产生掉话或使手机用户无法正常建立呼叫。话或使手机用户无法正常建立呼叫。 邻频干扰是一种来自相邻或相近的频率的干扰，相近频率可以是相邻频干扰是一种来自相邻或相近的频率的干扰，相近频率可以是相隔一个或几个载频或信道。邻频干扰主要有两个方面：一是由于工作频带隔一个或几个载频或信道。邻频干扰主要有两个方面：一是由于工作频带相邻的若干信道的寄生边带

14、功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二相邻的若干信道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二是移动通信网内一组空间离散的邻近工作信道引入的干扰是移动通信网内一组空间离散的邻近工作信道引入的干扰。第第7.3节、邻频干扰节、邻频干扰邻频干扰的主要原因：邻频干扰的主要原因：l 发信机的边带扩展发信机的边带扩展：发信机边带扩展是指发射信号的频谱超出了发信机边带扩展是指发射信号的频谱超出了限定的宽度，落到了相邻频道内成为带外辐射干扰。边带扩展辐限定的宽度，落到了相邻频道内成为带外辐射干扰。边带扩展辐射跟系统设计参数及调制器和功率放大器的非线性有关，主要决射跟系统设计参数及调制器和功率放大器的

15、非线性有关，主要决定于发信机信道滤波器的带外抑制能力。定于发信机信道滤波器的带外抑制能力。l 发信机的边带噪声：发信机的边带噪声：发信机边带噪声存在于发射信号载频的两侧，发信机边带噪声存在于发射信号载频的两侧，而且噪声频谱很宽，可能在几而且噪声频谱很宽，可能在几MHz范围内对接收机产生干扰，成范围内对接收机产生干扰，成为邻频干扰的一个主要来源。为邻频干扰的一个主要来源。l 发信机的杂散辐射：发信机的杂散辐射：发信机的杂散辐射指的是在有用带宽以外的发信机的杂散辐射指的是在有用带宽以外的某些频率点上的寄生辐射，它包括发信机内部频率源的寄生辐射某些频率点上的寄生辐射，它包括发信机内部频率源的寄生辐射

16、和谐波辐射等。非线性器件是产生杂散辐射的重要原因。和谐波辐射等。非线性器件是产生杂散辐射的重要原因。第第7.3节、邻频干扰节、邻频干扰蜂窝网的邻频干扰蜂窝网的邻频干扰 在实际移动通信系统的蜂窝小区中，当一个发射功率为在实际移动通信系统的蜂窝小区中，当一个发射功率为Pm的移动台的移动台距离基站很近时，基站中工作在邻频的接收机可能会被干扰，移动台发信距离基站很近时，基站中工作在邻频的接收机可能会被干扰，移动台发信机的邻频辐射可能接近或超过该接收机的灵敏度，该接收机无法接收正常机的邻频辐射可能接近或超过该接收机的灵敏度，该接收机无法接收正常的信号。的信号。第第7.4节、远端对近端比干扰节、远端对近端

17、比干扰近端对远瑞比干扰是指传输距离之差而造成对移动通信的伤害。当基站同近端对远瑞比干扰是指传输距离之差而造成对移动通信的伤害。当基站同时接收两个不同距离的移动台的信号时，如果两个移动台发信机以相同的时接收两个不同距离的移动台的信号时，如果两个移动台发信机以相同的频率工作，具有相等的发射功率，则基站接收远端来的移动台的有用信号频率工作，具有相等的发射功率，则基站接收远端来的移动台的有用信号有可能会被近端移动台的发射信号淹没。有可能会被近端移动台的发射信号淹没。第第7.5节、互调干扰节、互调干扰 当两个或两个以上不同频率的信号通过同一个非线性电路时，将会当两个或两个以上不同频率的信号通过同一个非线

18、性电路时，将会发生互相调制，产生新的频率的信号输出，如果该频率正好落在了接收机发生互相调制，产生新的频率的信号输出，如果该频率正好落在了接收机的工作信道带宽内，就会构成对该接收机的的工作信道带宽内，就会构成对该接收机的互调互调干扰。干扰。l 发射机互调：发射机末端的功率放大器可能工作在非线性状态，如果发射机互调：发射机末端的功率放大器可能工作在非线性状态，如果多个载波通过发射机，载波之间会产生互调，互调信号可能与载波同多个载波通过发射机，载波之间会产生互调，互调信号可能与载波同时发射出去而形成互调干扰。时发射出去而形成互调干扰。l 接收机互调：处于互调关系的两个或两个以上的无线信号同时被一个接

19、收机互调：处于互调关系的两个或两个以上的无线信号同时被一个接收机所接收，由于接收机中放大器或混频器的非线性也会发生相互接收机所接收，由于接收机中放大器或混频器的非线性也会发生相互调制，互调信号与有用信号一起送给解调电路，形成互调干扰。调制，互调信号与有用信号一起送给解调电路，形成互调干扰。l 外部效应互调外部效应互调：在发射机附近，金属件会产生在发射机附近，金属件会产生“生锈螺栓效应生锈螺栓效应”，这，这是由于金属接头件生锈或腐蚀以及不同金属接触处在强的射频场中产是由于金属接头件生锈或腐蚀以及不同金属接触处在强的射频场中产生检波作用而产生互调信号的辐射。生检波作用而产生互调信号的辐射。第第7.

20、5节、互调干扰节、互调干扰互调效应会产生很多频率的信号，其中三阶互调产物（互调效应会产生很多频率的信号，其中三阶互调产物（2f1 - f2、2f2 - f1）会）会落在有用信号的附近而且功率电平较高，很难用选择性电路（如滤波器）落在有用信号的附近而且功率电平较高，很难用选择性电路（如滤波器）完全滤除，容易构成对有用信号的干扰完全滤除，容易构成对有用信号的干扰 。第第7.6节、移动台的自动功率控制节、移动台的自动功率控制移动通信网在多信道工作时，多个移动台发射机在不同距离、不同信道同移动通信网在多信道工作时，多个移动台发射机在不同距离、不同信道同时向基站发射信号，可能造成对基站接收机的各种干扰。

21、抑制这些干扰的时向基站发射信号，可能造成对基站接收机的各种干扰。抑制这些干扰的有效措施之一是采用自动功率控制（有效措施之一是采用自动功率控制（APC）技术，根据移动台到基站的传）技术，根据移动台到基站的传播衰耗的变化，自动调整移动台发射机的输出功率，在保证可靠通信的前播衰耗的变化，自动调整移动台发射机的输出功率，在保证可靠通信的前提下，尽量减小发射功率，把各种干扰抑制到系统指标所能容许的程度。提下，尽量减小发射功率，把各种干扰抑制到系统指标所能容许的程度。l 开环系统开环系统l 闭环系统闭环系统l 准闭环系统准闭环系统发射机的功率控制方式有连续控制和阶梯控制。阶梯控制方式是将移动台发射机的功率

22、控制方式有连续控制和阶梯控制。阶梯控制方式是将移动台的功率分为若干个不连续的功率等级，所以仅需要有限个控制功率的指令的功率分为若干个不连续的功率等级，所以仅需要有限个控制功率的指令。对于以快衰落信道为主要特征的移动通信网来说，一般采用阶梯控制。对于以快衰落信道为主要特征的移动通信网来说，一般采用阶梯控制。第第7.7节、码间干扰节、码间干扰 根据通信的理论，如果一个数字传输系统具有无限带宽，则该系统是根据通信的理论，如果一个数字传输系统具有无限带宽，则该系统是线性的并且在整个频段范围内无失真。但实际上每个数字传输系统的带宽线性的并且在整个频段范围内无失真。但实际上每个数字传输系统的带宽总是有限的

23、，总会存在程度不同的频率响应失真。虽然在系统设计时，应总是有限的，总会存在程度不同的频率响应失真。虽然在系统设计时，应当考虑到一个基本脉冲不受频率响应的影响，但对一个有限带宽的实际系当考虑到一个基本脉冲不受频率响应的影响，但对一个有限带宽的实际系统，总会出现脉冲展宽以及产生码元素重叠的现象，这就是通常所说的码统，总会出现脉冲展宽以及产生码元素重叠的现象，这就是通常所说的码间干扰（间干扰（ISI）。在实用系统中必须考虑波形失真和码间干扰问题。）。在实用系统中必须考虑波形失真和码间干扰问题。 在移动通信环境中由于传播时延差在移动通信环境中由于传播时延差t引起的码间干扰与信号传输率和引起的码间干扰与

24、信号传输率和工作频率是无关的，传播时延主要受带宽限制和多径衰落的影响。移动无工作频率是无关的，传播时延主要受带宽限制和多径衰落的影响。移动无线环境的固有问题是无法改变的，必须通过其它的技术手段减小码间干扰。线环境的固有问题是无法改变的，必须通过其它的技术手段减小码间干扰。应用信号波形整形技术和使用均衡器能明显降低码间干扰。应用信号波形整形技术和使用均衡器能明显降低码间干扰。第第7.7节、干扰限制环境节、干扰限制环境除了接收机的内部噪声以外，上面讨论的各种外部噪声和干扰也都会影响除了接收机的内部噪声以外，上面讨论的各种外部噪声和干扰也都会影响通信质量。最终的通信质量取决于有用信号与所有噪声通信质量。最终的通信质量取决于有用信号与所有噪声+干扰