移动通信中的抗干扰技术终于理清脉络了.docx

移动通信中的抗干扰技术，终于理清脉络了一、概述干扰是移动通信的李生子，自移动通信诞生以来，人们就一直在跟干扰斗智斗 勇。民用移动通信至今已历四代，各种制式对付干扰的手段各有千秋，我们借 此机会大致盘点一下。先来看下干扰容限的概念：系统尚能工作时，接收机允许输入的最大扰信比 （干扰与有用信号之比），它反映系统在干扰环境中对干扰的耐受能力。通信系统能正常工作的条件是：Pji /lf.<MjPsi其中：Pji为进入接收机的干扰功率Psi为接收机接收到的有用信号功率Mj为干扰容限因此，从大方向来说，我们可以从降低输入扰信比和提高系统干扰容限两方面 来提高系统的抗干扰能力，而几代移动通信也正是这么做的。二、降低输入扰信比以扰信比表示的通信干扰方程如下：生=& 但Pc- 36Gt,人G咫人句07再发信机TP/痫/。对收信机L干扰与信号的领域声合摘耗（谑波捅耗）L干扰与信号的A时域重合损耗一极化损耗Pts：发信机功率pTj:干扰信号功率Gls：发信机天线增益GTj：干扰机天线增益Ls：有用信号路径损耗L：干扰信号路径损耗Grs：收信机接收有用信号时的天线增益GRj：收信机接收干扰信号时的天线增益因此，降低输入扰信比的途径又可以分为降低干扰信号、提高有用信号、增大 有用信号与干扰的时频域重合损耗三部分。1 .降低干扰信号对于移动通信来说，干扰分为网内干扰和外干扰，网外干扰除了进行扫频排查 外干扰信号源外，我们对Ptj、G» Lj、Grj无法随意改变。至于网内干扰的控制，各种制式的移动通信系统采取手段基本相同，有以下手 段：A降低G”/ GRj：使用定向天线对小区扇区化，把旁瓣对准不希望覆盖的区 域，相当于降低了干扰/被干扰方向的增益；TDSCDMA和TDD-LTE系统还用到了 智能天线（波束赋形），效果更佳。A降低a：使用功率控制及DTX不连续发射等。功率控制是控制网内干扰最重要的手段之一，对于GSM系统，功率控制命令通 过SACCH下发，控制周期为3个测量报告的时间，约1. 5秒一次。3G和4G的 功率控制类似，分为开环功控和闭环功控两种，简单地说，开环功控就是无反 馈的功率控制，一般用在初始接入阶段，而闭环功控根据反馈值的类型和反馈 单元，又分为内环和外环。不同系统的功率控制速度不一样，WCDMA的功率控 制速度是1500HZ, CDMA2000的功控速度是800HZ, LTE功率控制速度是 200HZo需要说明的是，由于远近效应的存在，上行更容易受干扰，因此移动通信中的 功率控制主要指上行功控。2 .提高有用信号提高有用信号的手段有以下几种：1）提高发射功率Pts发射功率的提升受限于硬件设备，而且对于移动通信而言，每个用户不但是己 方的信号源，同时又是其他用户的干扰源，因此单纯提高发射功率在改善了己 方的通信效果的同时，会增加网内其他用户的干扰，整体来看不一定有好处。 故，移动通信中采用功率控制的手段来调整功率，保证每个用户的功率刚刚够 用就行。2）分集接收提高接收功率Psi所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个互相独立（携带同一信息）的衰落 特性信号进行特定的合并处理，以降低信号电平起伏的办法。包括接收和合并 处理两部分。接收方式常用的有三种：空间分集、极化分集、时间分集。空间分集：采用空间上相对独立的多付接收天线来接收信号，然后进行合并， 为保证接收信号的不相关性，这就要求天线之间的距离足够大，这样做的目的 是保证了接收到的多径信号的衰落特性不同，接收天线之间的距离至少大于10 个波长。是最常用的一种分集方式。极化分集：采用不同极化方式的多付接收天线来接收信号，然后进行合并。移 动通信中常见的为正负45度极化天线。时间分集：时间分集的代表是Rake接收技术。RAKE接收技术是CDMA移动通信 系统中的一项重要技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出 来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。合并方式有三种：最大比值合并、选择式合并、等增益合并。最常用的是最大 比合并，该方案在接收端只需对接收信号做线性处理，简单易实现，在接收端 由多个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入 检测器进行检测，合并产生的增益与分集支路数N成正比。除了早期工程建设遗留下个别单极化天线外，所有制式的移动通信均使用了极 化分集和空间分集，而Rake接收仅用于CDMA系统。3 .增大 L"Lp/Lt这三种方法的原理分别是：Lf：从频域将干扰和有用信号错开，由于民用移动通信的频段不能自主确定， 因此限制了此种抗干扰方式的使用。U：在极化方向上跟干扰隔离，但由于移动通信中电波在传播过程中极化方向 频繁变化，因此无法用增加Lp的方式来减少干扰。L：从时域上隔离干扰，一般用于军用，比如猝发传输技术，将数据压缩在一 个突发脉冲中传输，让敌方来不及干扰。另外，从某种意义上来说，各系统的多址技术也算是这类抗干扰技术，比如 GSM的时分多址，其实就是从时间上把各用户的信号隔离，避免相互干扰。三、提高干扰容限干扰容限反映了保证系统正确解调的前提下，可“忍受”的最大干扰水平。主 要跟采取哪些技术手段有关，当然也跟各厂家的设备性能有关。常见的技术手 段有以下几种：1 .扩频技术扩频技术实质上是先将信号的带宽扩展，然后送入信道传输，在接收段通过相 关处理，使有用信号的频谱压缩而噪声和干扰的频谱不仅不会压缩，反而会扩 展得更宽，通过窄带滤波器提取有用信号，滤掉噪声和干扰。3G系统中广泛地应用了扩频技术，对于不同的业务类型和扩频的码片速率，系 统可获取不同的处理增益：处理增益=101g （码片速率/业务比特速率）处理增益越高，保证正常工作所需要的载干比要求越低，比如WCDMA系统的码 片速率是3.84MChips/s,对于12.2K的语音业务，处理增益可高达25dB,相当 于对不采用扩频技术的相同业务来说，用了扩频技术后对载干比的要求下降了 25dB,抗干扰能力大大增强。2 .跳频跳频就是手机和基站都按照一个相同的频点序列来收发信息，移动通信中的跳 频技术主要指的是在GSM系统中的应用。GSM系统中，小区中每个频点所受的干扰强度和分布是不一样的，同一路通话 的突发脉冲的载频的变化，降低了信号所受的干扰，通话受到的电波干扰被平 均，否则，移动台一直工作在固定的频点上，则整个通话过程的每一个突发脉 冲可能都会受到固定不变的强干扰，也就是说采用跳频技术把干扰分散到了携 带突发脉冲的不同的载频上，也可以认为是频率分集。跳频产生的增益跟参与跳频的频点数有关，另外还跟跳频的速率和环境有关。 在工程中，实际测试跳频增益的基本方法是：在要求相同的FER前提下，接收 机在不同的跳频频点数时要求不同的C/I,这些C/I的差值就是跳频所获得的 增益。3 .数字处理技术1）信源编码信源编码是将原始信息转换成利于传输的数字信息，目标就是使信源减少冗 余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。好的信源编码在较 高的误码率下，解码输出的信号仍有较高质量，对解调器输入信号的载干比要 求较低。对于语音业务而言，信源编码一般要经过抽样、量化和编码三个步骤，各系统 使用的信源编码为：GSM规则脉冲激励长期预测（RPE-LTP）TDSCDNfAAMR混合编码CDN1A2000 IX码激励线性预测编码（CELP）WCDMAAMR声码器至于LTE系统，初期由于仅支持数据业务，因此不涉及信源编码，Volte阶段 支持语音业务后，采用的也是AMR编码方式。2）信道编码 信道编码就是在发送端对原数据添加冗余信息，这些冗余信息是和原数据相关 的，再在接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错。移动通信中常见的信道编码方式有线性分组码、卷积码、级联码、Turbo码和 LDPC码等。不同的编码复杂度不同，功能也不一，有些只能检错，有些可以纠 错，以下是在各类通信系统中的使用情况：GSM-卷积码/分组码-TDSCDMA卷积码/分组码CDMA2000 IX卷积码和Turbo码WCDMA卷积码和Turbo码LTE卷积码和Turbo码3）交织交织技术把一条信息中的连续比特以非连续方式发送，这样即使在传输过程中 发生了成串差错，恢复成一条连续比特串的消息时，差错也就变成单个（或者长 度很短）的错误比特，这时再用信道纠正随机差错的编码技术（FEC）消除随机差 错。交织技术可以消除一定时间上，连续干扰的影响，但必须要跟纠错技术同 时使用才有意义，而且随着交织深度的不同，会带来不同程度的时延。4 .调制方式 不同的调制方式，抗干扰性能不同，以调相来说，调制阶数越高，传输效率越 高，但同时对信号质量的要求也越高，抗干扰能力越弱，比如64QAM的抗干扰 能力就弱于16QAMO除了 GSM使用调频外，其他通信系统均使用调相方式，对于LTE来说，根据无 线环境的不同，灵活采用不同的调制方式，保证了数据传输的可靠性。各制式使用的调制方式如下：GSMTDSCDMAQPSKJg飒&邸CDMA2000 IXOQPSKQPSKWCDMABPSKQPSKLTEQPSK, 16QAM, 64QAM 自适应四、小结随着通信技术的发展，抗干扰技术也在不断的发展中，但万变不离其宗，大的 方向还是这么几个，只要掌握了总的脉络，学习起来就能事半功倍，避免“只 见树木，不见森林”。:朱美根，杭州华星博鸿通信技术有限公司