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1、2.6 无线环境下的噪声与干扰,2.6.1 噪声 2.6.2 电台本身产生的干扰2.6.3 组网产生的干扰 2.6.4 其它干扰,学习目标,理解常见的各类噪声与干扰，如同频干扰、邻频干扰、互调干扰、时隙干扰和码间干扰等。了解某些抑制噪声和干扰的技术。,通常认为，通信系统中任何不需要的信号都是噪声或干扰。噪声和干扰是使通信性能变坏的重要原因。接收机能否正常工作，不仅取决于接收机输入信号的大小，而且取决于噪声和干扰的大小。,2.6.1 噪声,内部噪声:主要是指热噪声，它的瞬时值服从高斯分布,又称高斯噪声或白噪声。外部噪声:包括自然噪声和人为噪声，自然噪声主要有大气噪声、太阳噪声和银河噪声，人为噪声
2、是由汽车点火系统、电机电器、电力线等产生的电磁辐射造成。,图2-45 外部噪声的功率与频率关系,图2-45中，K(玻尔兹曼常数)=1.3810-23 W/KHz，To=2900K为绝对温度，Bi为接收机带宽。由图可见，当工作频率在150MHz以上时，大气噪声和宇宙噪声(太阳噪声和银河噪声总称)都比接收机内部噪声小，基本上可不考虑。在1000MHz以下频段，人为噪声较大，尤其是城市噪声影响较大，在移动通信系统设计时应给予重点考虑,2.6.2 电台本身产生的干扰,发射机噪声:发射机寄生辐射:接收机寄生响应:,发射机噪声:主要是由振荡器、倍频器、调制器以及电源脉冲等造成的。发射机噪声的大小不仅与主振
3、级信噪比有关，而且与倍频器的倍频次数有着密切关系,发射机寄生辐射:获得高频信号的方法有两种：一种是由频率较低的主振级经多次倍频而获得，另一种由频率合成器获得。在获得高频载频的同时，还会产生大量的谐波或组合频率成分。它们随着高频信号一起辐射出去时，称寄生辐射。为减小寄生辐射，应力求减小倍频次数，同时各级倍频器输出应具有良好滤波、屏蔽隔离。,接收机寄生响应:接收机除接收所需的有用信号外，同时还可能接收其它的无用信号。通常将接收机对无用信号的响应，称为寄生响应。为减少接收机寄生响应，应力求减少本振的倍频次数，同时接收机输入电路、高频放大器应具有足够好的选择性。,2.6.3 组网产生的干扰,邻道干扰:
4、互调干扰：同频干扰：,同频干扰:由相同频率的无用信号所造成的干扰，即为同频干扰，也称为共道干扰。事实上，凡是无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰都称为同频道干扰。,蜂窝系统中采用了频率复用技术，显然同频道的无限小区相距较远，它们之间的空间隔离度就越大，同频道干扰就越小，但频率利用率就低。为了避免同频干扰，必须保证接收机输入端的信号/同频干扰9dB，C为有用信号，I为干扰信号，该干扰比与调制方式、电波传播特性等有关。,为了克服同频干扰，在系统组网设计中可采用以下方法：（1）增加两个同频道小区间的间距，同时频道配置进行优化调整。（2）更改天线的安装位置，把基站
5、天线依墙架设在高层建筑的侧面，或安装在室内，这样能有效地抑制来自另一侧的同频道小区内移动台发射的上行同频道干扰信号。（3）降低发射功率电平：降低移动台发射功率可以减小上行同频干扰，但为保证建筑物内手机用户的通信，发射功率还不能降得太低，降低基站发射功率可以减少它对其他同频道小区内移动台的干扰，但可能会引入过多的盲区。,（4）使用不连续发射（DTX）可有效改善无线的干扰环境。（5）使用调频技术可有效地改善 无线信号的传输质量，特别是慢速移动体的传输质量。（6）降低基站天线高度：在相当平坦的地面上降低基站天线高度对减少同频道干扰和邻频道干扰非常有效。,（7）天线方向去耦：利用小区定向天线水平方向图
6、中不同方向角之间的天线增益差，调整产生干扰的基站天线方向角。（8）天线向下倾斜（9）分集接收（10）分层小区结构：通过调整最低接入电平参数及切换参数来使上层小区专为高架桥及高层用户服务，基站天线架设较高，使用的频率不复用，采用大区制其覆盖范围很大。下层小区则为其他用户服务，频率可以复用。,邻道干扰:邻道干扰是指相邻的或邻近的信道之间的干扰，即干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内所造成的干扰。在多频道共用的移动通信系统组网中，如图2-46所示。,图2-46 邻道干扰示意图,邻道干扰主要是由移动台发信机的调制边带扩展和边带噪声辐射造成的。欲减少调制边带扩展干扰，必须严格限制移动台的发射机频偏
7、。为了克服邻道干扰，在系统组网设计中可采用以下方法：(1）频率规划优化调整：如果存在邻频道干扰的相邻小区间的C/I-9dB时，则需要对蜂窝系统的频率规划重新进行优化调整。,（2）减小场强变化的范围：例如，降低基站发射功率以缩小服务区，移动台采用自动功率控制。（3）设置基站天线近区强信号吸收转置：对近区来的强信号，可控制天线自动地降低增益。（4）降低同频道干扰的措施大多可用于减少邻频道干扰。,互调干扰：互调干扰是指两个或多个不同频率信号作用在通信设备的非线性器件上，将互相调制产生新频率信号输出，如果该新频率正好落在接收机共用信道带宽内，则构成对该接收机的干扰，成为互调干扰。互调干扰的起因是由于器
8、件的非线性造成的。在移动通信系统中，造成互调干扰主要有三个方面：发射机互调、接收机互调以及在天线、馈线、双工器等处,（1）发射机互调 发射机互调是基站使用多部不同频率的发射机所产生的特殊干扰。因为多部发射机设置在同一个地点时，它们的信号可能通过电磁耦合或其他途径串入其他的发射机中，从而产生互调干扰。发射机末级功率放大器通常工作在非线性状态，经天线或其他渠道耦合进来的无用信号，与发射信号产生相互调制，就产生了发射机互调。,图2-47 发射机互调,如图2-47所示，发射机的信号频率为fB，经损耗L(dB)，进入频率为fA的发射机，在发射机A中产生互调制。其中，三阶互调产物为2fA-fB和2fB-f
9、A，互调产物又通过天线辐射出去，因而造成互调干扰尤其是2fA-fB的电平较高，影响较大。同样，当发射机A的信号进入发射机B时，也会产生2fB-fA和2fA-fB互调产物。,一般情况下，可以将三阶互调干扰归纳为两种类型，即两信号三阶互调和三信号三阶互调，分别表示为：2fA-fB=fC fA+fB-fC=fD 等式左边表示三阶互调频率，而等式右边表示三阶互调源信号产生的干扰频率。减小发射机互调的措施有加大 发射机天线之间的隔离度、在各发射机之间采用单内隔离器件（如单向环形器、3dB定向耦合器等）、高Q值谐振腔等。,（2)接收机互调 一般接收机前端射频通带较宽，如有两个或多个干扰信号，同时进入高级或
10、混频级，由于非线性作用，各干扰信号就会彼此作用产生互调产物。如果互调产物落入接收机频带内，就会形成接收机的互调干扰。,为了保证互调干扰在环境噪声电平以下，一般对接收机的互调指标有严格的要求。具体减少接收机互调的措施如下：（1）提高接收机射频互调阻抗比，一般要求高于70dB。（2）移动台发射机采用自动功率控制系统，降低接收干扰信号电平。（3）在系统设计时，选用无三阶互调频道组，如表2-6所示。,表2-6 无三阶互调频道组,2.等频距配置法 等频距配置法是按等频率间隔来配置信道的，只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易于被
11、接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，所以也就避免了互调的产生。等频距配置时可根据群内的小区数 N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，例如，第一组用(1，1+N,1+2N,1+3N,)，第二组用(2,2+N,2+2N,2+3N,)等。例如N=7，则信道的配置为：,第一组 1，8，15，22，29，第二组 2，9，16，23，30，第三组 3，10，17，24，31，第四组 4，11，18，25，32，第五组 5，12，19，26，33，第六组 6，13，20，27，34，第七组 7，14，21，28，35，,这样同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，若信道间隔为25 kHz，
12、则其最小频率间隔可达175 kHz，这样，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。如果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射。例如 N=7，每个区群就需有21个信道组，整个区群内各基站信道组的分布如图5-17所示。,图 5-17 三顶点激励的信道配置,2.6.4 其它干扰,时隙干扰：时隙干扰指使用同一载频不同时隙的呼叫之间的干扰。由于移动台到基站间的距离有远有近，较远的移动台发出的上行信号在时间上会有延迟，延迟的信号重叠到下一个相邻的时隙上就会造成相互干扰，在GSM系统中可利用提前量TA（Timing Advance）来克服这类干扰，BTS根据自己脉
13、冲时隙与接收到的MS时隙之间的时间偏移测量值，在SACCH上通知MS所要求的时间提前量，以补偿传播时延。,码间干扰：移动通信中的多径传播对接收信号的影响有两个方面，一方面会造成接收信号多径衰落现象，另一方面在时域上会使数字信号传输时产生时延扩展。由于时延扩展接收信号中一个码元的波形会扩展到其它码元周期中，造成码间干扰ISI。造成码间干扰的另一个原因是频率选择性衰落。当数字信号在传输过程中由于频率选择性衰落造成各频率分量的变化不一致时会引起失真，从而引起码间干扰。,5.6 越区切换和位置管理,5.6.1 越区切换 越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基
14、站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT(Automatic Link Transfer)。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。,越区切换包括三个方面的问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制；越区切换时的信道分配。,越区切换分为两大类：一类是硬切换，另一类是软切换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。而软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新
15、基站建立可靠连接之后再中断旧链路。在越区切换时，可以仅以某个方向(上行或下行)的链路质量为准，也可以同时考虑双向链路的通信质量。,1.越区切换的准则 在决定何时需要进行越区切换时，通常根据移动台处接收的平均信号强度来确定，也可以根据移动台处的信噪比(或信号干扰比)、误比特率等参数来确定。假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如图 5-27 所示。判定何时需要越区切换的准则如下：,图 5-27 越区切换示意图,(1)相对信号强度准则(准则1)：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。如图 5-27 中的 A处将要发生越区切换。这种准则的缺点是：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引
16、发太多不必要的越区切换。,(2)具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)：仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱(低于某一门限)，且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。如图 5-27 所示，在门限为Th2时，在B点将会发生越区切换。在该方法中，门限选择具有重要作用。,(3)具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)：仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度强很多(即大于滞后余量(Hysteresis Margin)的情况下进行越区切换。(4)具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站
17、一个给定滞后余量时进行越区切换。,2.越区切换的控制策略(1)移动台控制的越区切换。在该方式中，移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的 最佳候选基站，并发送越区切换请求。,(2)网络控制的越区切换。在该方式中，基站监测来自移动台的信号强度和质量，在信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。(3)移动台辅助的越区切换。在该方式中，网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。,3.越区切换时的信道分配 越区切换时的信道分配是解决当呼叫
18、要转换到新小区时，新小区如何分配信道的，使得越区失败的概率尽量小。常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。这种做法的特点是：因新呼叫使可用的信道数减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。,5.6.2 位置管理 在移动通信系统中，用户可在系统覆盖范围内任意移动。为了能把一个呼叫传送到随机移动的用户，就必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。在现有的第二代数字移动通信系统中，位置管理采用两层数据库，即原籍(归属)位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)。通常一个PLMN网络由一个HLR(它存储在其网络内注册的所有用户的信息，包括用户预定的业
19、务、记账信息、位置信息等)和若干个VLR(一个位置区由一定数量的蜂窝小区组成，VLR管理该网络中若干位置区内的移动用户)组成。,位置管理包括两个主要的任务：位置登记(Location Registration)和呼叫传递(Call Delivery)。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库(HLR和VLR)和认证移动台。呼叫传递的步骤是在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR和VLR中可用的位置信息来定位移动台。与上述两个问题紧密相关的另外两个问题是：位置更新(Location Update)和寻呼(Paging)。位置更新解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它
20、的当前位置。寻呼解决的问题是如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。,1.位置登记和呼叫传递 在现有的移动通信系统中，将覆盖区域分为若干个登记区RA(Registration Area)(在GSM中，登记区称为位置区LA(Location Area)。当一个移动终端(MT)进入一个新的RA时，位置登记过程分为三个步骤：在管理新RA的新VLR中登记MT，修改HLR中记录服务该MT的新VLR的ID，在旧VLR和MSC中注销该MT。,呼叫传递过程主要分为两步：确定为被呼MT服务的VLR及确定被呼移动台正在访问哪个小区，如图 5-29 所示。确定被呼VLR的过程和数据库查询过程如下：(1)主叫MT通过
21、基站向其MSC发出呼叫初始化信号；(2)MSC通过地址翻译过程确定被呼MT的HLR地址，并向该HLR发送位置请求消息；(3)HLR确定出为被叫MT服务的VLR，并向该VLR发送路由请求消息；该VLR将该消息中转给为被叫MT服务的MSC；,(4)被叫MSC给被叫的MT分配一个称为临时本地号码TLDN(Temporary Local Directory Number)的临时标识，并向HLR发送一个含有TLDN的应答消息；(5)HLR将上述消息中转给为主叫MT服务的MSC；(6)主叫MSC根据上述信息便可通过SS7网络向被叫MSC请求呼叫建立。,图 5-29 呼叫传递过程,2.位置更新和寻呼 由于移动台的移动性和呼叫到达情况是千差万别的，因而一个RA很难对所有用户都是最佳的。理想的位置更新和寻呼机制应能够基于每一个用户的情况进行调整。有以下三种动态位置更新策略：(1)基于时间的位置更新策略：每个用户每隔T秒周期性地更新其位置。T的确定可由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。,(2)基于运动的位置更新策略：在移动台跨越一定数量的小区边界(运动门限)以后，移动台就进行一次位置更新。(3)基于距离的位置更新策略：当移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定的值(距离门限)时，移动台进行一次位置更新。最佳距离门限的确定取决于各个移动台的运动方式和呼叫到达参数。,
