第五讲
移动通信的基本技术（三）
2
主要内容
? 抗噪声和干扰技术
? 交织技术
? 分集技术
抗噪声和干扰技术
4
同频道干扰
在移动通信系统中,为了提高频率利用率,相隔一定距离要重复使用相同的
频道,这种方法称作同频道再用 。 同频道再用带来的问题是同频道干扰,
再用距离越近,同频道干扰越大 ; 再用距离越远,同频道干扰越小,但频率
利用率也会降低 。 实际情况下,随着系统规模不断扩大,频率复用度必然
增加,从而同频道干扰的产生机率也会大大增加 。 此外,在移动信道中,
还存在着其他各种各样的干扰信号,凡是与有用信号具有相同频率的无用
信号 (如多径传输形成的多径信号 )或者与有用信号具有不同频率,但频差
不大,,都能产生同频道干扰 。 构
成同频道干扰的频率范围为 f0± Bi/2,f0为载波频率,Bi为接收机的中频
带宽 。
5
同频道干扰
改善同频道干扰主要采用以下几种措施,
(1) 调整基站发动机功率或天线高度,使重叠
区落在人烟稀少的地区,但实际操作很难把握
(2) 使用频率偏置技术。
(3) 使用黑噪声技术。
(4) 采用时延均衡技术。
6
互调干扰
互调干扰是由发射机中的非线性电路产生的。 例如,当多部不同频率的发射机设置在同一地点时,
它们的信号都可能通过电磁耦合或其他途径窜入其
他发射机中。 在发射机非线性器件的作用下,会产
生许多谐波和组合频率分量,其中与接收机所需信号
频率 ω0相邻近的组合频率分量会顺利地进入接收机
而形成干扰。近年来,移动通信发展迅猛,竞争日趋
激烈,为提高竞争力,扩大覆盖范围,必然要增加发射
机数量,天线架设越来越密集,互调干扰不可避免。
7
互调干扰
减小发射机互调干扰的措施有,
(1) 尽量增大基站发射机之间的耦合损耗 Le。各
发射机分用天线时,要增大天线间的空间隔离度 ;
在发射机的输出端接入高质量的带通滤波器,增大
频率隔离度 ; 避免馈线相互靠近和平行敷设。
(2) 改善发射机非线性器件的性能,提高其线性
动态范围。
(3) 在共用天线系统中,各发射机与天线之间加
入单向隔离器或高质量的谐振腔。
8
邻道干扰
所谓邻道干扰是指相邻的或邻近频道信号的相互
干扰 。 目前,移动通信系统广泛使用 VHF,UHF,
其都有一定的频道间隔,但是,调频信号的频谱是
很宽的,理论上说,调频信号含有无穷多个边频分
量,当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内,
而邻道接收机的滤波性能不够好时,就会造成邻道
干扰 。
9
邻道干扰
由以上分析可知,克服邻道干扰有下列措施,
(1) 降低基站的发射功率 ;
(2) 移动台采用自动功率控制装置 ;
(3) 在无线近区设置强信号吸收装置。
交织技术
11
交织过程示意图
S w d e t v h e □ t h e a □ a i i n l h □ n s i l o m g □ n □ l e □ e g
( b )
( d )
S h a l l □ w e □ h o l d □ a□ m e e t i n g □ t h i s □ e v e n i n g
( e )
( c )
组 1, S h a l l □
组 2, w e □ h o l
组 3, d □ a □ m e
组 4, e t i n g □
组 5, t h i s □ e
组 6, v e n i n g
组 1, S w d e t v
组 2, h e □ t h e
组 3, a □ a i i n
组 4, l h □ n s i
组 5, l o m g □ n
组 6, □ l e □ e g
( a )
S h a l l □ w e □ h o l d □ a □ m e e t i n g □ t h i s □ e v e n i n g
12
交织排列方式应考虑的因素
交织的排列方式可以有多种方案,但在具体情况下究竟采用何种方案,
要综合考虑以下几个因素及参数,
(1) 信道参数电平通过率 。
(2) 平均衰落持续时间 。
(3) 衰落持续时间分布 。
(4) 纠错能力 。
(5) 编码种类 。
分集技术
14
分集技术的含义
分集技术 (Diversity Techniques)是一种利用多径信号来改善系统性能的技术。其理论基础是认为不同支路的信号所受
的干扰具有分散性,即各支路信号所受的干扰情况不同,因而,
有可能从这些支路信号中挑选出受干扰最轻的信号或综合出
高信噪比的信号来。其基本思想是利用移动通信的多径传播
特性,在接收端通过某种合并技术将多条符合要求的支路信号
合并且输出,从而大大降低多径衰落的影响,改善传输的可靠
性。对这些支路信号的基本要求是, 传输相同信息、具有近似
相等的平均信号强度和相互独立衰落特性。
15
空间分集
在移动通信中,空间略有变动就可能出现较大的场强变化,空间分集
就是利用场强随空间的随机变化而实现的。空间距离越大,多径传播的差
异就越大,所接收场强的相关性就越小。具体来讲,空间分集是在发射端
采用一副发射天线,接收端采用多副接收天线。只要接收端天线之间的间
隔 d足够大,就能保证各接收天线输出信号衰落特性的相互独立性。经过
测试和统计,CCIR建议为了获得满意的分集效果,接收天线之间的间距应
大于 0.6个波长,即 d＞ 0.6λ,并且最好选在 λ/4的奇数倍附近。 当然,在
实际环境中,接收天线之间的间距要视地形、地物等具体情况而定。 空间
分集的原理如图所示。对于空间分集而言,分集的支路数 m越大,分集效
果越好。 但当 m较大 (如 m>3)时,分集的复杂度增加,分集增益的增加随
着 m增大而变得缓慢。
空间分集是移动通信系统中最常用的分集技术。
16
空间分集
发 射 天 线
发 射 端
接 收 天 线 1
接 收 端
分 集 接 收
d 接 收 天 线 2
接 收 天 线
…
…
…
17
频率分集
频率分集就是在发射端将要传输的信息分别以不同
的载频发射出去,只要载频之间的间隔足够大 (大于相干
带宽 ),那么在接收端就可以得到衰落特性互不相关的信
号,从而减小信号的衰落,提高通信质量。相干带宽指
的是频带最大带宽,在此带宽内,两个信号的传输系数
的统计特性是强相关的,但当两个频率之间的间隔超过
相干带宽时就不相关了。 相干带宽 Bc可用下式估计,
??2
1
?cB
式中,Δ为多径时延扩展的脉冲展宽时间。
18
频率分集
发射 机
?
1
发射 机
?
2
接收 机
?
1
?
2
接收 机
19
时间分集是将给定的信号在时间上相隔一定的间
隔 ΔT重复发送 (m次 ),只要这些时间间隔大于信道的
相干时间,就能保证信号衰落的不相关性,从而在接
收端得到条独立的分集支路。 RAKE接收是时间分集
在移动通信系统中的典型应用。 时间分集的原理如
图所示。
时间分集
20
时间分集
接收 机
存储 器
比较
21
时间分集有利于克服移动通信中由多卜勒效应引起
的信号衰落现象。 由于该衰落速率与移动台的运动速度
及工作波长有关,因此为了保证重复发送的信号具有相互
独立性,必须要使信号的重发时间间隔 ΔT满足如下关系,
?
?
/2
1
2
1
vf
T
m
??
式中,fm为衰落速率,v为车速,λ为工作波长 。 可见,
当移动台处于静止状态 (即 v=0)时,要求 ΔT为无穷大,因而
此时的时间分集基本上是没有用处的 。
时间分集
22
极化分集
极化分集的理论依据是两个在同一地点极化方向相互
正交的天线发出的信号具有不相关的衰落特性。 具体来讲,
在发射端的同一地点分别装上垂直极化天线和水平极化天
线,在接收端的同一位置也分别装上垂直极化天线和水平极
化天线,就可得到两路衰落特性不相关的信号。 极化分集
实际上是空间分集的特殊情况 ——分集支路只有两路且相
互正交。
极化分集的优点是结构比较紧凑,节省空间。其缺点
是由于发射功率被分配到两副天线上,因而信号功率将有 3
dB的损失。
23
合并技术
接收端接收到 m(m≥2)个分集信号后,如何利用这些信号
以减小衰落的影响,这就是合并问题。
对分散的信号进行合并的方法通常有以下几种,
(1) 最佳选择式, 从几个分散的信号中选择信噪比最好的
一个作为接收信号。
(2) 等增益相加式, 把几个分散信号以相同的支路增益直
接相加的结果作为接收信号。
(3) 最大比值合并, 控制各支路增益,使它们分别与本支
路的信噪比成正比,即根据各支路的信噪比来设置增益值,
然后再相加以获得接收信号。
移动通信的基本技术（三）
2
主要内容
? 抗噪声和干扰技术
? 交织技术
? 分集技术
抗噪声和干扰技术
4
同频道干扰
在移动通信系统中,为了提高频率利用率,相隔一定距离要重复使用相同的
频道,这种方法称作同频道再用 。 同频道再用带来的问题是同频道干扰,
再用距离越近,同频道干扰越大 ; 再用距离越远,同频道干扰越小,但频率
利用率也会降低 。 实际情况下,随着系统规模不断扩大,频率复用度必然
增加,从而同频道干扰的产生机率也会大大增加 。 此外,在移动信道中,
还存在着其他各种各样的干扰信号,凡是与有用信号具有相同频率的无用
信号 (如多径传输形成的多径信号 )或者与有用信号具有不同频率,但频差
不大,,都能产生同频道干扰 。 构
成同频道干扰的频率范围为 f0± Bi/2,f0为载波频率,Bi为接收机的中频
带宽 。
5
同频道干扰
改善同频道干扰主要采用以下几种措施,
(1) 调整基站发动机功率或天线高度,使重叠
区落在人烟稀少的地区,但实际操作很难把握
(2) 使用频率偏置技术。
(3) 使用黑噪声技术。
(4) 采用时延均衡技术。
6
互调干扰
互调干扰是由发射机中的非线性电路产生的。 例如,当多部不同频率的发射机设置在同一地点时,
它们的信号都可能通过电磁耦合或其他途径窜入其
他发射机中。 在发射机非线性器件的作用下,会产
生许多谐波和组合频率分量,其中与接收机所需信号
频率 ω0相邻近的组合频率分量会顺利地进入接收机
而形成干扰。近年来,移动通信发展迅猛,竞争日趋
激烈,为提高竞争力,扩大覆盖范围,必然要增加发射
机数量,天线架设越来越密集,互调干扰不可避免。
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互调干扰
减小发射机互调干扰的措施有,
(1) 尽量增大基站发射机之间的耦合损耗 Le。各
发射机分用天线时,要增大天线间的空间隔离度 ;
在发射机的输出端接入高质量的带通滤波器,增大
频率隔离度 ; 避免馈线相互靠近和平行敷设。
(2) 改善发射机非线性器件的性能,提高其线性
动态范围。
(3) 在共用天线系统中,各发射机与天线之间加
入单向隔离器或高质量的谐振腔。
8
邻道干扰
所谓邻道干扰是指相邻的或邻近频道信号的相互
干扰 。 目前,移动通信系统广泛使用 VHF,UHF,
其都有一定的频道间隔,但是,调频信号的频谱是
很宽的,理论上说,调频信号含有无穷多个边频分
量,当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内,
而邻道接收机的滤波性能不够好时,就会造成邻道
干扰 。
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邻道干扰
由以上分析可知,克服邻道干扰有下列措施,
(1) 降低基站的发射功率 ;
(2) 移动台采用自动功率控制装置 ;
(3) 在无线近区设置强信号吸收装置。
交织技术
11
交织过程示意图
S w d e t v h e □ t h e a □ a i i n l h □ n s i l o m g □ n □ l e □ e g
( b )
( d )
S h a l l □ w e □ h o l d □ a□ m e e t i n g □ t h i s □ e v e n i n g
( e )
( c )
组 1, S h a l l □
组 2, w e □ h o l
组 3, d □ a □ m e
组 4, e t i n g □
组 5, t h i s □ e
组 6, v e n i n g
组 1, S w d e t v
组 2, h e □ t h e
组 3, a □ a i i n
组 4, l h □ n s i
组 5, l o m g □ n
组 6, □ l e □ e g
( a )
S h a l l □ w e □ h o l d □ a □ m e e t i n g □ t h i s □ e v e n i n g
12
交织排列方式应考虑的因素
交织的排列方式可以有多种方案,但在具体情况下究竟采用何种方案,
要综合考虑以下几个因素及参数,
(1) 信道参数电平通过率 。
(2) 平均衰落持续时间 。
(3) 衰落持续时间分布 。
(4) 纠错能力 。
(5) 编码种类 。
分集技术
14
分集技术的含义
分集技术 (Diversity Techniques)是一种利用多径信号来改善系统性能的技术。其理论基础是认为不同支路的信号所受
的干扰具有分散性,即各支路信号所受的干扰情况不同,因而,
有可能从这些支路信号中挑选出受干扰最轻的信号或综合出
高信噪比的信号来。其基本思想是利用移动通信的多径传播
特性,在接收端通过某种合并技术将多条符合要求的支路信号
合并且输出,从而大大降低多径衰落的影响,改善传输的可靠
性。对这些支路信号的基本要求是, 传输相同信息、具有近似
相等的平均信号强度和相互独立衰落特性。
15
空间分集
在移动通信中,空间略有变动就可能出现较大的场强变化,空间分集
就是利用场强随空间的随机变化而实现的。空间距离越大,多径传播的差
异就越大,所接收场强的相关性就越小。具体来讲,空间分集是在发射端
采用一副发射天线,接收端采用多副接收天线。只要接收端天线之间的间
隔 d足够大,就能保证各接收天线输出信号衰落特性的相互独立性。经过
测试和统计,CCIR建议为了获得满意的分集效果,接收天线之间的间距应
大于 0.6个波长,即 d＞ 0.6λ,并且最好选在 λ/4的奇数倍附近。 当然,在
实际环境中,接收天线之间的间距要视地形、地物等具体情况而定。 空间
分集的原理如图所示。对于空间分集而言,分集的支路数 m越大,分集效
果越好。 但当 m较大 (如 m>3)时,分集的复杂度增加,分集增益的增加随
着 m增大而变得缓慢。
空间分集是移动通信系统中最常用的分集技术。
16
空间分集
发 射 天 线
发 射 端
接 收 天 线 1
接 收 端
分 集 接 收
d 接 收 天 线 2
接 收 天 线
…
…
…
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频率分集
频率分集就是在发射端将要传输的信息分别以不同
的载频发射出去,只要载频之间的间隔足够大 (大于相干
带宽 ),那么在接收端就可以得到衰落特性互不相关的信
号,从而减小信号的衰落,提高通信质量。相干带宽指
的是频带最大带宽,在此带宽内,两个信号的传输系数
的统计特性是强相关的,但当两个频率之间的间隔超过
相干带宽时就不相关了。 相干带宽 Bc可用下式估计,
??2
1
?cB
式中,Δ为多径时延扩展的脉冲展宽时间。
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频率分集
发射 机
?
1
发射 机
?
2
接收 机
?
1
?
2
接收 机
19
时间分集是将给定的信号在时间上相隔一定的间
隔 ΔT重复发送 (m次 ),只要这些时间间隔大于信道的
相干时间,就能保证信号衰落的不相关性,从而在接
收端得到条独立的分集支路。 RAKE接收是时间分集
在移动通信系统中的典型应用。 时间分集的原理如
图所示。
时间分集
20
时间分集
接收 机
存储 器
比较
21
时间分集有利于克服移动通信中由多卜勒效应引起
的信号衰落现象。 由于该衰落速率与移动台的运动速度
及工作波长有关,因此为了保证重复发送的信号具有相互
独立性,必须要使信号的重发时间间隔 ΔT满足如下关系,
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vf
T
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??
式中,fm为衰落速率,v为车速,λ为工作波长 。 可见,
当移动台处于静止状态 (即 v=0)时,要求 ΔT为无穷大,因而
此时的时间分集基本上是没有用处的 。
时间分集
22
极化分集
极化分集的理论依据是两个在同一地点极化方向相互
正交的天线发出的信号具有不相关的衰落特性。 具体来讲,
在发射端的同一地点分别装上垂直极化天线和水平极化天
线,在接收端的同一位置也分别装上垂直极化天线和水平极
化天线,就可得到两路衰落特性不相关的信号。 极化分集
实际上是空间分集的特殊情况 ——分集支路只有两路且相
互正交。
极化分集的优点是结构比较紧凑,节省空间。其缺点
是由于发射功率被分配到两副天线上,因而信号功率将有 3
dB的损失。
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合并技术
接收端接收到 m(m≥2)个分集信号后,如何利用这些信号
以减小衰落的影响,这就是合并问题。
对分散的信号进行合并的方法通常有以下几种,
(1) 最佳选择式, 从几个分散的信号中选择信噪比最好的
一个作为接收信号。
(2) 等增益相加式, 把几个分散信号以相同的支路增益直
接相加的结果作为接收信号。
(3) 最大比值合并, 控制各支路增益,使它们分别与本支
路的信噪比成正比,即根据各支路的信噪比来设置增益值,
然后再相加以获得接收信号。
