96必备知识-移动通信重点

第二章外部噪声、干扰和移动通信信道)2．1外部噪声)2．2邻道干扰)2．3远近效应)2．4同频干扰)2．5互调干扰)2．6移动通信信道多径干扰)南京邮电大学通信与信息工程学院知识点)外部噪声)干扰)移动通信信道、传输特性)重点及难点：)干扰定义、判别及改善的措施南京邮电大学通信与信息工程学院要求)掌握：了解：几种干扰定义噪声干扰的判别移动信道改善的措施传输特性南京邮电大学通信与信息工程学院南京邮电大学通信与信息工程学院„移动通信系统是一个干扰受限系统，噪声和干扰是通信性能变坏的重要因素。„噪声：接收机内部噪声（固有噪声、电阻热噪声等）接收机外部噪声（天电、宇宙和各种人为）„干扰：邻道干扰同频干扰远近效应互调干扰码间干扰多址干扰和多径干扰„移动通信信道南京邮电大学通信与信息工程学院一.外部噪声)--3GHz的移动通信系统中起主要噪声作用)1.种类：自然噪声（大气、太阳和银河噪声）人为噪声（电力、工业设备、高频电器和汽车发动机点火噪声）)2.特点：噪声是一种随机过程，不能用确定性函数来表达。)自然噪声主要分布在100MHz以下人为噪声在30MHz见图3-2所示)3.影响结果：使接收机输出载噪比C/N下降，导致实际灵敏度降低。南京邮电大学通信与信息工程学院各种噪声功率与频率的关系南京邮电大学通信与信息工程学院二.邻道干扰„邻道干扰是一种来自相邻或相近频道的干扰。（P53）是不可以避免的，只可以减小。„1.引入因素发信机边带扩展（发射辐射漏到邻道）发信机边带噪声（宽带噪声延伸到很远）发信机的杂散辐射（本振谐波、互调等落到邻道）来自蜂窝内的邻道干扰（频距较小所引发的）„2.载波与邻道干扰功率之比S1=Pm/Nd60dB(从发射机的角度,载波与邻道干扰功率比）S2=Pr/Nc70dB（立足接收机角度，接受功率与邻道干扰功率比）S1、S2共同对邻道干扰抑制，使传输质量好些南京邮电大学通信与信息工程学院„3.接收机滤波器阻带衰减使所需收信信号尽可能小衰减通过，而让无用的带外干扰信号尽可能大的衰减滤除的接收机滤波器是接收机的重要无源部件之一。其中对滤除带外干扰使其尽可能衰减的能力称为阻带衰减。A=Klog2(f2/f1)K(dB/Oct)-衰减斜率f1=Δf/2f2=fu-(fd+Δf/2)由地理位置远近产生的传输损耗可以通过设置一定的相隔波道Q加以平衡。南京邮电大学通信与信息工程学院„4.解决邻道干扰的措施（P53）邻道选择性--对相邻频道干扰的抑制能力阻带衰减--对相近频道干扰的抑制能力信道分配--解决邻道干扰的主要方法南京邮电大学通信与信息工程学院三.近端对远端比干扰（远近效应）1.定义由于接收点位置和两个分开的发信机之间路径损耗不同而引起的接收功率差称为近端对远端比干扰。2.近端对远端比干扰的计算414212ξdddd==路径损耗路径损耗南京邮电大学通信与信息工程学院3.减小近端对远端比干扰的措施：（1）进行频率规划时，尽量分开同一频道组的各相邻频道间隔，以提供足够的隔离度。（2）采用扩频技术，提高自身抗干扰能力。（3）移动台采用自动功率控制（APC）技术。（4）改进设备制造技术，提高滤波器的带外抑制能力，降低发信机的寄生辐射。南京邮电大学通信与信息工程学院四.同频干扰1.定义多指所有落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰。2.产生的原因（1）采用频率复用技术时，不满足最小同频复用距离所产生的。（2）不同通信系统间信道频率分配不当引起。（3）系统设备工作在非线性区产生互调所造成的。3.克服方法（1）频率复用时，保证满足最小同频复用距离。（2）频率规划时，对可能受到的同频干扰进行充分的分析和计算。南京邮电大学通信与信息工程学院4.同频干扰的计算在诸多干扰因素中，同频干扰主要地决定了蜂窝系统的通话质量，也主要地确定了接收机载噪比的数值。射频信号相对于干扰信号有多大的比值，即是对干扰的防护程度——射频防护度C=PT-LS,I=PT-LILI-LS=40log(DI/DS)(PT-LS)-(PT-LI)=C/I=LS-LI=40log(DI/DS)=40log[(D-DS)/DS]=40log[(D-r0)/r0]=40log[D/r0-1]D/r0——同频复用比南京邮电大学通信与信息工程学院五.互调干扰1定义多个不同频率的信号加到非线性器件后，由于非线性变换将产生许多组合频率信号，其中部分落到接收机通带内构成对有用信号的干扰。2产生的原因（1）发射机互调（2）接收机互调南京邮电大学通信与信息工程学院3.互调干扰的判断例：输入端fi、fj、fk，，输出信号y非线性四端网络特性：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…幂级特性a0:直流成分，不用考虑a1x:线性放大，是对有用信号的放大a2x2:产生二次组合波，如：fi±fj、fi±fk、2fi、2fj、…因为fi+fj≈2fi或2fj将落在通带外a3x3:产生三次组合波：（1）两个信号的三阶互调，如：2fi-fj、2fj-fi、...（2）三个信号的三阶互调，如：fi+fj-fk、fi+fk-fj（3）三次谐波，如：3fi、3fj、3fk南京邮电大学通信与信息工程学院)因为2fi-fj≈fi或fj，与信号频率相近，所以能进入接收机通带，产生干扰。)令2fi-fj≈fx将干扰fxfi+fj-fk≈fx也可写成fi-fk≈fx-fjfi+fj-fk≈fx也将干扰fx说明：若一个频道组内存在差值相等就存在互调干扰。同样方法，可以由a5、a7...分别产生五阶、七阶等互调干扰，但一般a3a5a7…所以判别有否互调干扰，主要看是否存在三次组合。见表3-1南京邮电大学通信与信息工程学院4.克服互调干扰方法（1）选择无三阶互调信道组（2）减小各信道发信机间的相互耦合，提高隔离度，改善天馈线匹配。（3）合理调整各发信机的输出电平，减小发信机工作的非线性。（4）提高接收机的射频抗拒比，使其70dB，提高接收机前端信号动态范围，以减小非线性标准失真（5）在接收机前端插入滤波器，尽可能使干扰信号受到更多的衰减。（6）使移动台有完善的自动功率控制功能。南京邮电大学通信与信息工程学院六.移动通信信道移动通信系统的性能主要受到无线信道的制约。收发信机之间的传播路径非常复杂，传播的开放性、接收环境的复杂性和用户的随机移动性共同构成了移动信道的主要特色。„为何要研究传播特性„发射机与接收机之间的传播路径非常复杂‹接收天线将接收从多条路径传来的信号‹移动台的运动‹周围环境的变化„传播特性直接关系到以下因素‹天线高度的确定‹预测信号的覆盖范围‹为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术南京邮电大学通信与信息工程学院„无线电波的传播机制„自由空间（无阻挡物）：视距传播LOS(line-of-sight)直射:在视距范围内无遮挡的传播。„存在阻挡物（多条路径）:„反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，会发生反射„绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时，会发生绕射„散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，会发生散射。南京邮电大学通信与信息工程学院„研究传播特性的基本方法„理论分析‹即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种模型来描述移动信道。„现场电波传播实测‹即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。„计算机模拟‹即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。南京邮电大学通信与信息工程学院„一般的三级模型„路径损耗„长程范围内平均信号电平„取决于发射机与接收机之间的距离„阴影„短程范围内平均信号电平„在50∼100波长距离内平均得到„由地形或人造障碍引起„多径衰落„来自不同方向不同长度路径信号引起的干扰„信号包络在几个波长间距内的变化幅度可达30dB南京邮电大学通信与信息工程学院南京邮电大学通信与信息工程学院„电波传播方式：z直射波z自由空间传播z反射波z绕射z散射1.电波传播特性南京邮电大学通信与信息工程学院9直射波z自由空间传播模型„自由空间‹均匀无损耗的无限大空间。‹各向同性。‹电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1。„传播损耗‹本质：球面波在传播过程中，随着传播距离增大，电波能量在扩散过程中所引起的球面波扩散损耗。‹接收天线所捕获的信号功率是发射天线辐射功率的很小部分。南京邮电大学通信与信息工程学院„模型适用范围‹接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS。‹仅当视距大于发射天线远场距离时适用。„距发射机d处天线的接收功率‹数学表达式（Friis公式）其中，Pt为发射功率，亦称有效发射功率；Pr(d)是接收功率，为T-R距离的幂函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；λ为波长。LdGGPdPrttr222)4()(πλ=‹物理意义—与d2成反比距离越远，衰减越大。—与ג2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。—综合损耗L(L=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L＝1则表明系统硬件中无损耗。南京邮电大学通信与信息工程学院移动信道中电波传播的特点z1）受地形地物影响大z2）存在着严重的多径衰落现象；z3）存在着固定通信中没有的阴影衰落；z4）存在有相对运动引起的多普勒效应南京邮电大学通信与信息工程学院2.移动信道的多径传播特性()()()nPddSdRd−=××（1）移动信信道的时变特性无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损耗。„自由空间传播损耗与弥散„阴影衰落z系统设计„多径衰落z抗衰落技术南京邮电大学通信与信息工程学院„多径传播是陆地移动通信系统的主要特征。„小尺度衰落的定义：是指无线信号在经过短时间或短距传播后其幅度快速变化，以致大尺度路径损耗的影响可以忽略不计，小尺度衰落又简称衰落。„小尺度衰落的成因：由同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的。„小尺度衰落效应z短距或短时传播后信号强度的急速变化。z不同多径信号上，存在时变的多普勒频移。z多径传播时延引起的扩展（回音）。南京邮电大学通信与信息工程学院„影响小尺度衰落的因素z多径传播z移动台的运动速度z环境物体的运动速度z信号的传输带宽„多普勒频移z成因：路程差造成的接收信号相位变化值，进而产生多普勒频移。z后果：信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩展，进而增加信号带宽。南京邮电大学通信与信息工程学院„工程实用中，常常用一些特征量表示衰落信号的幅度特点。z衰落率：信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。z电平通过率：信号包络在单位时间内以正斜率通过某规定电平R的平均次数。z衰落持续时间：信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平值所对应的电平通过率之比。南京邮电大学通信与信息工程学院3.描述多径衰落信道的主要参数)移动信道是弥散信道。)电波通过移动信道后，信号在时域上、频域上和空间（角度）上都产生弥散，本来分开的波形在时间上或频谱上或空间上会产生交叠，使信号产生衰落失真。¾多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的时域波形展宽，相应地在频域上规定了相关（干）带宽性能。当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。¾多普勒效应在频域上引起频谱扩展，使得接收信号的频谱产生多普勒扩展，相应地在时域上规定了相关（干）时间性能。多普勒效应会导致发送信号在传输过程中，信道特性发生变化，产生所谓的时间选择性衰落。¾散射效应会引起角度扩展。移动台或基站周围的本地散射以及远端散射会使得天线的点波束产生角度扩散，在空间上规定了相关距离性能。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即所谓的空间选择性。南京邮电大学通信与信息工程学院3.描述多径衰落信道的主要参数)功率时延分布–描述信道在时间上的色散；)多普勒功率谱密度–描述信道在频率上的色散；)功率角度谱–描述信道在角度上的色散。)时延扩展、相关