第3章抗噪声和干扰技术.ppt

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1、第三章第三章 抗噪声和干扰技术抗噪声和干扰技术本章要解决的主要问题本章要解决的主要问题:什么是频率选择性衰落什么是频率选择性衰落?分集的概念和作用是什么分集的概念和作用是什么?有哪些分集方式有哪些分集方式?常见的干扰方式有哪些常见的干扰方式有哪些?13.1 电波传播和分集接收电波传播和分集接收3.1.1 电波的传输方式：电波的传输方式：了解直射波、反射波、绕射波直射波、反射波、绕射波3.1.2 移动信道的特征：移动信道的特征：理解多径效应多径效应:到达移动台的信号是来自不同传播路径的到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。信号之和。瑞利瑞利/莱斯衰落：信号包络服从瑞利莱斯衰落：信号包络服

2、从瑞利/莱斯分布的多径莱斯分布的多径衰落。衰落。快衰落和慢衰落：前者指由多种传输电波形成的使接快衰落和慢衰落：前者指由多种传输电波形成的使接收信号产生深度且快速的衰落；后者指局部中值信号收信号产生深度且快速的衰落；后者指局部中值信号电平随地点、时间等作比较平缓的变化。电平随地点、时间等作比较平缓的变化。23.1.3 多径传播与快衰落多径传播与快衰落 了解i移动通信的多径传播BSMSS0反射/散射波直射波反射波diSid1S1d2S2Sv接收信号 S=Si，i=1,2，为多径信号的矢量和,不同位置合成信号幅度不同,发生干涉现象，产生快衰落。3 MS移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收信号电平中

3、值存在周期为秒级的慢衰落，如图所示。d/m (d=vt)t/s-30-10010相对电平/dB中值信号快衰落及慢衰落特性 3 3.1.4 慢衰落慢衰落 了解41多径时散多径时散射频信号包络发收t多径时散uu 多径传播时延不同(时延散布,简称时散),造成接收数字信号波形展宽,形成码间串扰,增大误码率。3 3.1.5 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 理解5 多径时散在频域上导致频率选择性衰落：信道对不同频率成分有不同响应。若信号带宽过大，就会引起严重失真。r延时 ST(t)SR(t)多径时散的双路经(双射线)信道等效网络2.相关带宽相关带宽 理解/掌握STSR0SR归一化t 多径时散的双路经

4、(双射线)信道近似t116信道频率特性为u由此作出信道幅频特性如下:u 幅频特性不平坦，在一些频率有衰落(频率选择性衰落)。1+r1-r7或或相邻两个频率衰落点的频差满足得多径时散的相关带宽:u 若所传输的信号带宽 较宽，大于BC 时，信号将产生明显畸变。为防止这个问题应选取u实际情况远比这复杂。对调角信号，相关带宽工程估算式为式中，为时延扩展。8 3.1.6 多普勒扩展与相关时间多普勒扩展与相关时间 了解 移动信道的时变特性是用多普勒扩展和相关时间来描述的，这种变特性的原因是由于移动台与基站之间的相对运动或信道路径中的物体运动引起的。多普勒扩展（功率谱）fcS(f)fc-fm fc+fm 多

5、普勒扩展 的倒数就是信道相关时间的度量，即 相关时间9 时间选择性衰落 时间选择性衰落是由多普勒效应引起的，并且发生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性；要保证信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须保证传输符号速率远大于相关时间的倒数，或码元间隔小于信道相关时间Ts0.50.8频率分集:两种发射载波频率，间隔 fd Bc极化分集场分量分集角度分集时间分集:在两个不同时间段发送同一信号，发送时间间隔 t Tc2.分集方式分集方式：掌握宏分集宏分集:多基站多基站133.合并方式合并方式 掌握选择式合并选择式合并最大比值合并最大比值合并等增益合并等增益合并检测器检测器RX1RX2(S

6、/N)1(S/N)2 选择式合并特点：a.简单 b.有一路信号能量未利用，性能较差14 最大比值合并最大比值合并u 特点：a.按信噪比加权各路信号后再合并，合并后信噪比大，衰落小。b.控制复杂u将输入信号(包络为ri)以某种方式加权(ai)，再相加合并。图中采用，ai=ri/Ni ,ri为信号包络，Ni为噪声，ai为信噪 比。则 RX1RX2a2a1r1r2检测器rR15 等增益合并等增益合并特点：a.性能与接近 b.电路简单采用较多 RX1RX2r1r2检测器rE16选择式合并最大比值合并等增益合并17 3.3 噪声与干扰噪声与干扰3.3.1 噪声噪声 了解内部噪声：内部噪声：接收机内部热噪

7、声；发射机噪声及寄生辐射自然噪声：自然噪声：大气噪声、宇宙噪声人为噪声：人为噪声：电火花噪声，无线电噪声18讨论：(1)f 100MHz的移动通信工作频段，自然噪声（大气噪声、太阳噪声、银河噪声）低于接收机内部噪声，可忽略不计。移动通信中主要考虑人为噪声。移动通信中主要考虑人为噪声。(2)人为噪声 来源：人类电设备电火花的电磁辐射干扰等 特点：市区高于郊区，因为市区电火花设备多。19 3.3.2 干扰干扰 理解/掌握邻频道干扰邻频道干扰同频道干扰同频道干扰互调干扰互调干扰阻塞干扰阻塞干扰近端对远端的干扰近端对远端的干扰203.3.2.1 3.3.2.1 邻频道干扰邻频道干扰B=16KHz B=

8、25KHz例：最大调制频偏。=3000Hz)；：最高调制频率(话音3003000Hz,式中,收发信机中心频率（载频）准确度及稳定度有限，造成 频率偏差，则调制频谱边带会落入邻道.模拟FM，实际上有无穷多对边频分量。它们的高次边频 会落入邻道。Fmax=3KHz时，时，u 以上两种 似乎都能满足频道带宽B=25KHz的规定，但实际上后者会对邻道产生严重干扰，因为：设模拟FM信号占据带宽：21 u所以，发射信号带宽及接收机带宽都应按16KHz设计，两边留有一定的保护边带。u这样做可防止信号落入邻频道对应的接收端，使得该接收端接收不到本频道的部分信号，从而减小对邻频道接收信号的干扰。uFM通信系统即

9、使采取以上措施，与相隔远的频道相比，对相邻频道的干扰多少总是存在的，所以同一小区内不使用邻频道。u 数字调制与模拟FM频谱有相似之处，带外衰减不是无穷陡，邻道干扰多少有一些，所以对FDMA及TDMA数字移动通信系统而言，同一小区内亦不使用邻频道。22邻频道干扰示意图TXRX准确度差RX稳定度差TXRX理想RX通带衰减特性TX TX TX TXTX TX TX233.3.2.2 3.3.2.2 同频道干扰与射频防护比同频道干扰与射频防护比1.1.同频道干扰 落入接收机通带内的任何无用信号都会对有用信号造成干扰，称为同频道干扰。最常见的情况是当蜂窝网按区群实行频率再用,不同区群使用相同频率的小区之

10、间所造成的同频道干扰。2.2.射频防护比 同频干扰对接收的有用信号造成干扰，使接收机输出S/N恶化，话音质量等级下降。为保证一定的话音质量等级，必须使接收机输入射频有用信号电平S与干扰信号电平I之比（信干比S/I）大于门限信干比(S/I)S,又称为射频防护比。同频干扰的影响及(S/I)s 与调制方式有关。243.同频道再用距离 MS在此最不利位置，S/I最小,若此时刚好满足 S/I=(S/I)S,则D为同频道再用(最小)距离.D DBSBSA ABSBSB B同频道再用小区MSMSMSD DI ID DS S =r r0 0MS253.3.2.3 互调干扰原理及分类互调干扰原理及分类 两个或多

11、个与有用信号频率不同的信号,经过传输通道中非线性电路,会产生各种组合频率分量,其中与有用信号处于同一频道的组合频率分量会对有用信号造成干扰,称为互调干扰.1.互调干扰原理互调干扰原理 了解代入上式展开两干扰信号同时作用于该非线性电路（2）非线性电路输入、输出特性如下不等，但与有用信号设（1）干扰信号在同一频段内。、26u若,则形成三阶互调干扰.u若,则形成五阶互调干扰.u因为高阶非线性系数a5,a7 a3,所以高阶互调干扰的幅度小于三阶互调干扰,一般不考虑，只考虑三阶互调干扰.272.发射机互调干扰发射机互调干扰BS（FDMA、TDMA系统）末级功放非线性283.接收机互调干扰接收机互调干扰B

12、PF高放混频三阶互调293.3.2.4 阻塞干扰阻塞干扰 当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为为阻塞干扰阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不

13、到有用信号而使通信中断。收机收不到有用信号而使通信中断。303.3.2.5 近端对远端的干扰近端对远端的干扰 当当基基站站同同时时接接收收从从两两个个距距离离不不同同的的移移动动台台发发来来的的信信号号时时，距距基基站站近近的的移移动动台台（距距离离2)到到达达基基站站的的功功率率明明显显要要大大于于距距离离基基站站远远的的移移动动台台（距距离离 1，d2d1）的的到到达达功功率率，若若二二者者频频率率相相近近，则则距距基基站站近近的的移移动动台台就就会会造造成成对对距距基基站站远远的的移移动动台台的的有有用用信信号号的的干干扰扰或或抑抑制制，甚甚至至将将移移动动台台的的有有用用信信号号淹淹没

14、没。这这种种现现象象称称为为近近端端对对远远端端干干扰扰（远远近近效效应）。应）。31 3.4 抗干扰技术抗干扰技术 用用于于降降低低同同频频道道干干扰扰和和频频率率选选择择性性衰衰落落。如如：GSM系系统统中中采采用用每每帧帧改改变变频频率率的的方方法法，即即每每隔隔4.615ms改变载波频率，改变载波频率，217跳跳/秒。秒。3.4.1 跳频技术跳频技术 理解323.4.2 功率控制技术功率控制技术 理解 为补偿小区的不同距离造成的衰落，基站能和移动台通过某些方式来改变基站或移动台的发射功率，以使到达接收端的功率都能恰好满足解调的需求，即使得接收端总体的接收功率最小化，从而能克服“远近效应

15、”。3.4.3 直接序列扩频技术直接序列扩频技术 了解 接收到的扩频信号经变频后，用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列a(t)的频带，即为中频调制信号；然后再采用通带与信息带宽相等的带通滤波器进行滤波，恢复出所传输的信息a(t)，从而完成信息的传输。33思考题：思考题：信道的快衰落和慢衰落现象有何不同，是由哪些原因信道的快衰落和慢衰落现象有何不同，是由哪些原因造成的？造成的？与发送信号相比较，具有频率选择性衰落的信道所输与发送信号相比较，具有频率选择性衰落的信道所输出的接收信号在时域和频域上可能会有何变化？出的接收信号在时域和频域上可能会有何变化？具有怎样的特性的信号才可能成为分集信号？有哪些具有怎样的特性的信号才可能成为分集信号？有哪些方法来获得需要的分集信号？方法来获得需要的分集信号？34