第四章　抗衰落技术

－内部噪声：系统设备本身的噪声，包括散弹噪声、闪烁噪声、热噪声等 一、噪声 根据来源分类 －内部噪声：系统设备本身的噪声，包括散弹噪声、闪烁噪声、热噪声等 －外部噪声：包括自然噪声和人为噪声 移动通信 电子工程系　李明

图４－１　各种噪声功率与频率的关系

式中，Fa为等效噪声系数，以超过基准噪声N0(=kT0BN)的分贝数来表示；Ta为噪声温度；k为波兹曼常数(1 式中，Fa为等效噪声系数，以超过基准噪声N0(=kT0BN)的分贝数来表示；Ta为噪声温度；k为波兹曼常数(1.3810-23J/K)，T0参考绝对温度(290K)；BN为接收机有效噪声带宽。 移动通信 电子工程系　李明

分贝(dB)：是用来表示电信信号功率衰减和增益的单位，用dB表示 １.若干概念 分贝(dB)：是用来表示电信信号功率衰减和增益的单位，用dB表示 式中，P2和P1分别是输出端和输入端的功率。它表示的是两个功率的差别，或者 移动通信 电子工程系　李明

dBm：以1mW为参考的功率单位。 dBW：以1W为参考的功率单位。 数值上 移动通信 电子工程系　李明

表４－１　dBW和功率(瓦特)的关系

人为噪声是指各种电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电气辐射，如电动机、电焊机等所产生的火花放电形成的电磁辐射。 ２.人为噪声 人为噪声是指各种电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电气辐射，如电动机、电焊机等所产生的火花放电形成的电磁辐射。 相对于地点和时间而言，人为噪声是随机变化的。 移动通信 电子工程系　李明

恶化量：在移动台行进时的动态条件下，为达到同静态条件下一样的话音质量所需的接收电平的增加量。 ３.环境噪声和多径传播的影响 恶化量：在移动台行进时的动态条件下，为达到同静态条件下一样的话音质量所需的接收电平的增加量。 移动通信 电子工程系　李明

发射机噪声：尚未加入调制信号之前，发射机方存在着以载频为中心、分布频率范围很宽的噪声。 ４.发射机产生的噪声及寄生辐射 发射机噪声：尚未加入调制信号之前，发射机方存在着以载频为中心、分布频率范围很宽的噪声。 该噪声主要是由振荡器的噪声、倍频器次数及调制器串入的杂音等所决定。 移动通信 电子工程系　李明

发射机的寄生辐射：信号经过倍频器多次倍频之后，除产生了所需信号外，还可能产生一系列的寄生信号成分。 寄生辐射波会干扰与寄生频率相近的接收机。 移动通信 电子工程系　李明

图４－２　倍频器产生的寄生信号

－各级倍频器之间应屏蔽隔离，防止电磁耦合或泄露 减少寄生辐射的措施： －倍频次数要尽可能少 －各级倍频器应具有良好的滤波性能 －各级倍频器之间应屏蔽隔离，防止电磁耦合或泄露 －发射机的输出回路应具有良好的滤波性能，以抑制寄生分量 移动通信 电子工程系　李明

邻道干扰：来自相邻的或邻近频道的信号的干扰。 二、邻道干扰与同频道干扰 邻道干扰 邻道干扰：来自相邻的或邻近频道的信号的干扰。 移动通信 电子工程系　李明

调频信号含有多对变频分量，它们落入邻道接收机的通带内而带来干扰。 为了减少邻道干扰，除了提高收发信机的频率稳定度和准确度之外，还要求发射机的瞬时频偏不超过允许值。 移动通信 电子工程系　李明

图４－３　邻道干扰示意图 第一频道 第二频道 第一频道的调频信号落入邻道

同频道再用：在移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离后，需要重复使用相同的频道。 同频道干扰与射频防护比 同频道再用：在移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离后，需要重复使用相同的频道。 同频道干扰：由同频道再用带来的干扰、与有用信号具有相同频率的无用信号或者与有用信号具有不同频率，但频差不大，能够被同一接收机接收的无用信号带来的干扰。 移动通信 电子工程系　李明

射频防护比：使接收机输入端的有用信号电平与同频道干扰电平之比大于某个数值。 减少同频干扰影响的手段： 设定射频防护比。 射频防护比：使接收机输入端的有用信号电平与同频道干扰电平之比大于某个数值。 移动通信 电子工程系　李明

表４－２　射频防护比

允许使用相同频道的蜂窝小区之间的最小距离被称为同频道再用的最小安全距离。 同频道再用距离 目的：为了提高频率利用率 前提条件：保证一定的通话质量 允许使用相同频道的蜂窝小区之间的最小距离被称为同频道再用的最小安全距离。 “安全”：指的是接收机输入端的有用信号与同频道干扰的比值大于射频防护比。 移动通信 电子工程系　李明

决定同频道再用距离的因素： －调制方式 －电波传播特性 －基站覆盖范围或小区半径 －通信工作方式 －要求的可靠通信概率 移动通信 电子工程系　李明

假设输入到移动台接收机的有用信号与同频道干扰之比等于射频防护比，那么两基站之间的距离就是同频道再用距离D，并且有 式中，DI为同频道干扰源至被干扰接收机的距离，DS为有用信号的传播距离，即为小区半径。 移动通信 电子工程系　李明

图４－４　同频道再用距离

三、分集接收 分集接收技术是当前最常用的抗衰落手段。 移动通信 电子工程系　李明

分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性相互独立(携带同一信号)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。 分集接收原理 １．定义 分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性相互独立(携带同一信号)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。 移动通信 电子工程系　李明

－分散传输：使接收端能得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号； 分集接收包含的两重含义： －分散传输：使接收端能得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号； －集中处理：即接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当的合并，从而降低衰落的影响，改善系统性能。 移动通信 电子工程系　李明

宏分集：主要应用于蜂窝移动通信系统中，用来减少慢衰落带来的影响。 ２．分集方式 宏分集：主要应用于蜂窝移动通信系统中，用来减少慢衰落带来的影响。 微分集：主要应用于减少快衰落带来的影响，主要分为空间分集、频率分集、时间分集、极化分集、场分量分集和角度分集。 移动通信 电子工程系　李明

分集 微分集 宏分集 角度 极化 时间 空间 频率 场分 量分集 交织编码技术 跳频 技术 图４-６　分集技术的分类

空间分集：在接收端设置多幅天线，其间有足够的距离，则两处所接收的信号的衰落是不相关的。 假设两幅天线间的距离为d，工作波长为，在移动通信中，必须满足 市区 郊区 移动通信 电子工程系　李明

频率分集：用两个以上的不同载频传输同一信号，如果两个载频间的频率差大于相关带宽的话，那么这两个信号所遭受的衰落是不相关的。 移动通信 电子工程系　李明

时间分集：将同一信号在不同的时间内多次重发，只要每次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的。 重复发送的时间间隔条件是 其中，fm为衰落频率，v为移动台运动速度，为工作波长。 移动通信 电子工程系　李明

３．合并方式 式中，ak为第k个信号的加权系数。 移动通信 电子工程系　李明

选择式合并：检测所有分集支路的信号，选择其中信噪比最高的作为合并器的输出。 移动通信 电子工程系　李明

图４－７　二重分集选择性合并

最大比值合并：对所有的支路(M条)进行加权运算，每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，最终得出输出的信号包络。 移动通信 电子工程系　李明

图４－８　最大比值合并方式

等增益合并：无需对信号进行加权，各支路的信号是等增益相加的。等增益合并器输出的信号包络为 式中，下标E代表等增益合并。 移动通信 电子工程系　李明

图４－９　等增益合并

分集合并方式的选择 原则：合并前、后信噪比的改善程度。 移动通信 电子工程系　李明

图４－１０　信噪比改善因子和分集重数的关系曲线 信噪比改善因子：分集接收机合并器输出的平均信噪比相对无分集接收机的平均信噪比改善的分贝数。

RAKE接收：是指对分别接收的每一路信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的。 仅仅适用于CDMA系统。 移动通信 电子工程系　李明

－发送端Tx发出的信号经N条路径到达接收端天线Rx，所用时间均为一个码片的整数倍； 流程： －发送端Tx发出的信号经N条路径到达接收端天线Rx，所用时间均为一个码片的整数倍； －假设路径1的距离最短，传播时延最小，时延最长的是第N条路径； －以第一条路径为基准时，第二条路径相对于第一条路径的相对时延差为2，第N条路径相对于第一条路径的相对时延差为N； － 且有N>N-1> …>3> 2 (1=0)； 移动通信 电子工程系　李明

－接收端解调后，送入到N个并行的相关器； －各用户使用相对应的本地码c1(t)，c2(t- 2)，c3(t- 3)，…；然后进行解扩，并加入积分器，每次积分时间为Tb； －等到所有相关器的信号输出后，再通过相加求和电路，然后经判决电路产生数据输出。 移动通信 电子工程系　李明

c1(t) c1(t- 2) c1(t- 3) c1(t- N) 图４－１１　简化的RAKE接收机组成

均衡器放大被衰落的频率分量，衰减被信道增强的分量，从而提供一个具有平坦频率响应和线性相位响应的信号s(t)。 五、均衡技术 均衡的原理 均衡器放大被衰落的频率分量，衰减被信道增强的分量，从而提供一个具有平坦频率响应和线性相位响应的信号s(t)。 移动通信 电子工程系　李明

均衡的途径 １.频域均衡 频域均衡的思路是利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统的幅频和相频特性的不理想性，以达到所要求的理想形成波形，从而消除符号间干扰ISI，是以保持形成波形的不失真为出发点的 。 移动通信 电子工程系　李明

直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无ISI的条件。它是利用波形补偿的方法将失真的波形直接加以纠正。 ２.时域均衡 直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无ISI的条件。它是利用波形补偿的方法将失真的波形直接加以纠正。 －GSM中的信号是时变信号，需要采用时域均衡来达到整个系统无符号间串扰。 移动通信 电子工程系　李明

t (a) (b) t0 t+1 t-1 x(t) 图４－１２　时域均衡基本波形

自适应均衡器是一个时变滤波器，它必须动态地调整其特性和参数，使其能够跟踪信道的变化。 自适应均衡技术 自适应均衡器是一个时变滤波器，它必须动态地调整其特性和参数，使其能够跟踪信道的变化。 自适应均衡器的目标是要达到最佳的抽头增益系数，直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断地调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的工作状态，有更好的失真补偿性能。 移动通信 电子工程系　李明

自适应均衡器系统在正式工作前先发一定长度的测试脉冲序列(训练序列)，以调整均衡器的抽头系数，使均衡器基本上趋于收敛，然后再自动改变为自适应工作方式，使均衡器维持最佳状态。 移动通信 电子工程系　李明

图４－１３　自适应均衡器的基本结构

小结： 了解噪声的来源以及带来的不良影响，熟悉介绍的几个重要概念和它们之间的换算，掌握邻道干扰和同频道干扰的来源以及如何消除它们带来的不良影响。 移动通信 电子工程系　李明