第四章 现代无线通信信号处理技术 - 图文(2)

2019-08-30 13:01

扰和天电干扰等,是不可控制的。人为干扰又可细分为无线电设备干扰和非无线电设备干扰。非无线电设备干扰包括工业、科研、医疗等电器设备干扰和电力线干扰等,为防止其对无线电设备产生有害干扰,国家标准中已规定了其使用频率和辐射允许值的大小。无线电设备干扰是无线电通信的主要干扰,下面主要介绍同频干扰和交互调干扰。

4.2.4.1同频干扰

同频干扰类型很多,下面简单介绍三种可能存在同频干扰的情况:

(1) 外来干扰频率接近或等于接收的射频频率,经混频后落入接收机中频而引起的干扰,亦 称为同信道干扰。

(2) 外来干扰频率fn作用到混频器输入端,它与本振信号频率fL满足?mfl?nfn?fi时, 干扰信号进入接收机中频而引起的干扰, 亦称为邻信道干扰。

(3) 进入混频器的信号fs、本振fL、它们的各次谐波及和差频中的某些分量接近或等于接收 机中频时引起的干扰, 亦称组合频率干扰。

1. 同信道干扰

频率复用是引起同信道干扰的原因。例如,C波段卫星与地面微波站间可能存在同频干扰。蜂窝移动通信系统中,同频率组小区间存在同信道干扰。对于六边形蜂窝移动通信系统,若每个小区的大小都差不多,基站发射功率也相同,则同频信号干扰比例与基站发射功率无关,而是小区半径R和相距最近的同频小区的中心距离D的函数。当路径衰减指数n=4时,信干比为

S1 ??4?4?4I2(Q?1)?2(Q?1)?2QQ?D/R?3N

上式中,N为簇大小。当N=3、7、12时,S/I≈8dB、17.3dB、22.5dB。

蜂窝移动通信系统的性能主要受同信道干扰限制,为了减小同信道干扰,同频小区必须在物理上隔开一个最小距离。一般选N=7,即可为无线电波传播提供足够的隔离。

2. 邻信道干扰

邻信道干扰主要分为中频干扰、镜频干扰和邻信道组合干扰。

当干扰信号频率fn=fi时,如果接收机输入回路选择性不好,该干扰信号进入变频器,并被放大产生中频干扰。对中频干扰的抑制方法主要是提高变频器前面电路的选择性,增强对中频信号的抑制或设置中频陷波器。

当m=n=1时,fn=fL+fi=fs+2fi,相应的干扰电台频率等于本振频率fL与中频fi之和。如果接收机采用高中频方案,有用信号频率fs比本振频率fL低一个中频频率fi。若将fL所在位置比作一面镜子,则fn与fs分别位于fL的两侧,且距离相等,互为镜像,故称为镜频干扰。抑制镜频干扰的方法是提高变频器前面各级电路的选择性和提高中频频率fi。由于fi提高,fs与fn之间的频率间隙2fi加大,有利于对fn的抑制。

除上述两种情况外,m≥1,n>1出现的干扰均称为邻信道组合干扰。例如m=n=2,2fn=2fL±fi。因为2fn-2fL=2fn-2(fs+fi)=±fi,所以,若存在如下两种频率fn1=fs+fi/2和fn2=fs+3fi/2,将可能产生邻信道组合干扰。当干扰信号进入变频器时,这些干扰信号与本振信号对应的谐波频率构成和频、差频,形成一系列干扰源。例如,fs=660KHz,fL=1125KHz时,对应的二次组合干扰频率为fn1=892.5KHz,fn2=1357.5KHz。对应的三次组合(m=n=3)干扰频率为fn1=970KHz,fn2=1280KHz,??,这些频率成分都可能由变频器对应的谐波转换成中频频率。

3. 组合频率干扰

由于变频器使用的是非线性器件,而且工作在非线性状态。变频管的电流中不仅含有直流分量、信号频率和本振频率成分,还含有信号和本振频率的各次谐波,以及它们的和频、差频等组合频率分量,即含有±mfL±nfn分量。当这些组合频率分量中的某些分量等于或接近中频时,就能进入中频放大器,经检波器输出产生对有用信号的干扰。

若fL>fi,则mfL-nfs≈fi。例如,fL=1396KHz,fs=931KHz,fi=fL-fs=465KHz,2fs-fL=466KHz。显然,这个差频能被中频放大器放大,并与标准中频同时加入到检波器。由于检波器也是非线性元件,故有466-465=1KHz的低频信号通过低频放大器产生啸叫,干扰正常通信。减弱组合频率干扰的方法有:适当选择变频电路的工作点;输入信号不能太大;选择合适的中频,使其远离在变频过程中可能产生的组合频率。

4.2.4.2交调和互调干扰

当加在接收机输入端放大器上的电压除有用信号外,同时还伴有一个或多个干扰信号时,由于器件的非线性,将引起多个信号间的相互作用而造成干扰。设输入信号和干扰为

vi(t)?vsmcos?st?vImcos?It

3∵i(t)?a0?a1vi?a2vi2?a3v3??

∴将vi(t)代入上式计算知:除了谐波mωs和nωI外,非线性器件还会产生许多组合频率分量│±mωs±nωI│。由一次方项和三次方项产生ωs和ωI的基波分量分别为

(a1vsm?(a1vIm3332a3vsm?a3vsmvIm)cos?st 423332?a3vIm?a3vImvsm)cos?It 42二次方项产生的组合频率分量为

a2vsmvImcos(?s??I)t?a2vsmvImcos(?s??I)t

三次方项产生的组合频率分量分别为

223a3vsmvIm3a3vsmvImcos(2?s??I)t?cos(2?s??I)t 44

223a3vsmvIm3a3vsmvImcos(2?s??I)t?cos(?s?2?I)t 44下面根据干扰信号的强弱、干扰信号的频率和调制情况,讨论几个最典型的情况。

1.交调干扰

如果接收机输入的有用信号ωs为弱信号,而另一个是强干扰信号ωI,则输出的有用信号基波电流分量为

i?(a1vsm?3332a3vsm?a3vsmvIm)cos?st 42当vsm?vIm时,上式简化为

i?(a1?32a3vIm)vsmcos?st 2由于a3小于零,因而随着干扰信号的增大,可能使输出信号电流变小,甚至趋于零。这种现象称为堵塞。若无线电接收机位于相邻频道的发射机旁,则由于接收机滤波器无法滤除频率靠得这么近的强干扰信号,就有可能出现接收信号被堵塞的情况。射频电路设计时,通常要求引起接收机堵塞的强干扰信号比有用信号大60~70dB。

如果vsm<vIm,且干扰信号是振幅调制信号vI(t)?vIm(1?mcos?t)cos?It,就会引起交叉干扰。根据上面的分析,可计算得到输出有用信号基波电流分量为

i(t)?[a1vsm?32a3vsmvIm(1?mcos?t)2]cos?st 2由上式可见, 有用信号的基波电流幅度包含了干扰信号的幅度变化vIm(t)?vIm(1?mcos?t),这表明干扰信号的幅度调制信息转移到了有用信号的幅度上。若有用信号也是幅度调制信号,则通过幅度解调后将会听到干扰台的串音,这就是交叉调制干扰。交叉调制干扰是由非线性器件的三次方项产生的。

减小交调干扰的主要方法是:提高高频放大级前输入回路或变频级前各级电路的选择性,减小干扰电压vIm;适当选择晶体管工作点的电流IC,使晶体管工作于a3项最小的区域。交调干扰是一种危害较大的干扰,不能靠增大有用信号的办法来消除。

2.互调干扰

当信号频率和干扰频率十分相近,它们进入接收机放大器时,由器件非线性产生的许多组合频率分量中,组合频率2ωI-ωs和2ωs-ωI可能落入放大器频带内,形成互调干扰。

若vsm=vIm=vm,则能通过滤波器的基波和三阶组合频率分量的输出电流为

i?(a1?9922a3vm)vmcos?st?(a1?a3vm)vmcos?It 44333a3vm3a3vmcos(2?s??I)t?cos(2?I??s)t?? ?44这些组合频率分量形成的干扰不是由输入信号和干扰的谐波产生的,而是由它们的相互调制引起

的,故称互调干扰。由非线性器件的三次方项引起的互调称三阶互调,由五次方项引起的互调称五阶互调。

2

衡量互调干扰的指标是互调失真和三阶互调截点。若a1≥9a3vm/4(即输入信号较小,可忽略增益压缩),则互调失真比IMR定义为某一输入信号幅度vm下,三阶互调分量的幅度与基波幅度之比

33(a3vm/4)3a32IMR??vm

a1vm4a1三阶互调截点IP3(Third-Order Intercept Point)定义为三阶互调功率达到和基波功率相等的

点,此点所对应的输入功率表示为IIP3,此点对应的输出功率表示为OIP3。

由上述分析可知,基波功率为

P01?1(a1vm)2?GP1Gi (GP1>1) 21332(a3vm)?GP3Gi3 (GP3<1) 24三阶互调功率为

P03?由以上讨论可见,输出有功功率P01与输入功率Pi成正比,而三阶互调输出功率P03与输入功率Pi的三次方成正比,这两条曲线对应的交叉点即为IP3。

减少互调干扰的主要方法是:提高高频放大级前输入回路或变频级前各级电路的选择性;减小干扰电压vIm;从输入信噪比考虑,输入信号大些好,但从减小组合频率干扰考虑,输入信号不能太大,设计时应综合考虑;适当调整变频器的工作状态,使其工作在接近平方律区。若采用转移特性是平方律的变频器(如场效应管和模拟乘法器),则效果更好。

例1:无线通信中,合理地选用频道组中的频率,可使它们的互调产物不致落入同组频道中任一工作频道。下图示例158.00~158.300MHz无三阶互调频道组的计算。

B=25KHz,f0=158.00MHz,f2=158.025MHz?

B f12=158.300MHz

25kHz 解:由前面分析知,产生三阶互调干扰的频率是

fx?fi?fj?fk

f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12

上式中,fx、fi、fj、fk是同组频道中的任一工

作频道。因为f1频率等于f0+B,所以任一频道的频率可写为

fx?f0?BCx fi?f0?BCi

fj?f0?BCj fk?f0?BCk

Cx?Ci?Cj?Ck

上式中,Cx,Ci,Cj,Ck为频道序号(本例取值1~12)。若定义任意两个频道间的序号差值为di,x

di,x?Cx?Ci??dm,m?1

m?ix?1则同组频道中任意两个频道无互调干扰的条件是

di,x?dk,j

如需用频道数为5,最小占用频道数为12。两频道组(1,2,5,10,12)和(1,3,8,11,12,)中同组频道无互调干扰,理由如下:

d1,2??dm,m?1?d1,2?1

m?141d1,5??dm,m?1?d1,2?d2,3?d3,4?d4,5?4

m?19d1,10??dm,m?1?8

m?111d1,12??dm,m?1?10

m?14d2,5??dm,m?1?d2,3?d3,4?3

m?29d2,10??dm,m?1?7

m?211d2,12??dm,m?1?9

m?29d5,10??dm,m?1?5

m?5


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