《第九章电磁兼容.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章电磁兼容.doc（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 电磁兼容所谓电磁兼容性（EMC）是指电子系统或设备工作在指定的环境中，不致由于无意的电磁辐射或影响而遭受或引起不能容忍的性能下降或发生故障的一种能力；同样，这一系统或设备的工作亦不应妨碍其它系统或设备的正常运行。电磁兼容性的反面即电磁干扰（EMI），一个系统是否具有良好的EMC，必须从分析其EMI开始。对于任何一个电子系统而言，最佳的EMC应该是从其设计开始就注意到EMI问题；如果在原始设计中没有对EMC引起足够的重视，则必须在投入使用以后，采取若干控制干扰的措施，才能使多个系统和设备共存。我们从事的是移动通信网的无线网优工作，无论是室内多系统共存的微蜂窝的设计，或者是室外微小区的覆盖
2、优化工作，在很大程度上就是一个对干扰的精心计算，从而达到最佳的电磁兼容的工作。因此，首先必须了解各类离散型干扰和噪声干扰的基本概念及其相应的计算方法，寻找减小电磁干扰的措施，最大限度地发掘系统本身的抗干扰机理。第一节 离散型干扰在G网中，应考虑的主要电磁干扰有：同频干扰；邻道干扰；发信机杂散辐射和接收机的抗阻塞干扰；互调干扰。一、同频干扰凡由其他信号源发送出来与有用信号的频率相同并以同样的方式进入中频通带的干扰都称为同频干扰。众所周知，同频复用是蜂房移动系统的一项最重要的核心技术，他极大地提高了频率资源的利用率，但也必然带来严重的同频干扰，系统设计者的目的就是在设备满足同频干扰抑制的前提下使同
3、频道复用保护距离尽可能缩小，以求取频率资源的最大利用。1）G网的同频复用保护距离如果，我们将一个系统的整个工作频段划分为k个频率组复用的模式，即小区群中含有k个不同频率组的小区。图91示出了当k为3，4，7，12时的小区复用模式，其中k为3，4，7时还包括了全向和扇区两种情况。图91 G网小区复用模式图中R为小区六边形外接圆半径；D为相邻两个小区群中，频率相同的两个小区中心之间的距离，即最近同频小区距离。因此，比值D/R被用来处理同频干扰的一个重要参数，被称为同频复用保护系数，而D即为同频复用保护距离。当蜂房小区的六边形半径相同时， （91）当频率复用系数k为不同值时，根据式（91）便可算得不
4、同的频率复用保护距离D。k347912D3R3.46R4.6R5.2R6.0R在一个完整的六边形蜂房系统中，第一层外围同频复用区中总是有六个同频干扰小区，这六个干扰小区的干扰信号强度最大，假设这六个干扰小区距有用信号小区的距离相等，且电波传播衰耗指数为4，则可算得 （92）2）射频保护比在一个运行的移动通信系统中，通常用载干比的dB数来表示某个小区在通信时受到的相对干扰电平，也就是该小区内接收机接收到的有用信号的载波电平与无用信号的干扰电平之比，通常也称为射频保护比。它符合累计分布统计规律。在一个给定的小区内，这种分布取决于移动台的位置和干扰源的部位，实际上也就取决于小区规划和频率复用。为了保
5、证向用户提供能被接受的服务质量，必须对最小的C/I值作出规定；同时，也完全没有必要让服务质量过多地超过最低的质量要求，因为这样必然引起成本增加。也就是说，对移动电信网的实际要求并非是最高的质量，而是以最低的成本使质量保持在某个门槛值以上。通常C与I之间不存在相关性。C是随着传播模式的变化和基站到移动台之间的距离而改变；I取决于离开干扰源的远近，而干扰源是来自最近的同频小区，也就取决于频率复用系数。C的分布首先由传播模式决定，其二受移动台所处位置的影响。决定小区覆盖范围的不仅是本小区的传播特性，还与相邻小区的传播情况和越区切换的算法有关。另外，功率控制、不连续发射，是否开启跳频以及采用扇形分区等
6、技术措施都将影响C/I的累计分布性能。图92表示存在越区切换时对小区通信概率的影响。图92 越区切换对接收信号强度分布的影响图中的曲线A是没有越区切换的情况；曲线B是以距离作为判决准则的情况，此时小区存在确切的边界；曲线C是以接收场强作为判决准则的情况（采用基本传播模式，复用系数为12）。在没有越区切换的情况下，小区覆盖半径达到最大，但其边缘信号强度就比较弱，对整个小区来说低信号强度的出现概率就会明显增大。曲线B是将越区切换的算法立足于通信距离的测量，小区存在明确的地理边界，这种情况不常用但对于某些具有明显边界特征的小区来说也有意义。曲线C较接近现实情况，越区切换判决以移动台收到的信号强度为准
7、，通常的算法是使用6dB的滞后量，因此小区没有确切的地理边界。从图92可以看到，曲线C与曲线B相比，在累计概率为10时信号强度提高了4dB，可见以接收场强为准的切换算法性能最佳。对于功率控制和不连续发射（DTX）对干扰电平累计分布的影响示于图93中图93 功率控制和不连续发射对干扰电平累计分布的影响其中曲线A是复用系数为“3”，不加任何措施时同频干扰的概率分布；加上功率控制以后，大量的移动台工作在低于其额定功率的电平上，且愈是靠近基站的移动台发射功率受控愈深，这使得干扰的累计分布产生下降的趋势，如图中曲线B所示。对于话音通信，典型的有效通信时间只有40，此时，如果使用不连续发射（此项性能是由运
8、行商决定的可选项）以后，就可使干扰电平的影响从曲线B移到曲线C。例如，原来有50的干扰电平低于 120dB；使用DTX后75的干扰电平低于120dB，改善的程度是相当明显的（如图中的虚线所示）。未开启跳频的情况下，同频干扰通常是由2到6个干扰源叠加，其中有一个起主要作用引起通信质量恶化。开启跳频以后，至少在上行方向的情况就大为不同。如选用了某种跳频序列，能使得小区内的移动台只在一部分时间对基站该通信频道（时隙）产生干扰，通常这被称为干扰分集作用。跳频的启用，使强干扰所引起的信号严重损伤不再以连续的形式出现，而是在不同的突发脉冲序列间断性地出现。参与跳频的频率数量越多，出现强干扰的间隔时间越长，
9、其抗干扰性能也越明显。在工程设计中，通常给定的G网射频保护比是C/I9dB带跳频和 C/I12dB无跳频3) 高度增益和功率增益当进行宏小区設计时,运营部门通常不希望改变原有的频率复用计划.此时, 設计 工程师应以移动台的高度(hm=1.5m)和功率(Pm=2w=+33dBm)作为参考点,计算新的发射点的增益系数G . 当新天线的增益与移动台天线增益相同时, G = 20log(h/hm) +10log(P/Pm) (9 3 )当G=0 dB时,将不会影响原有的频率复用计划.例如: 宏小区内利用路灯杆架设天线,如果架设天线高度为3米, 当新天线的增益与移动台天线增益相同时,其最大允许辐射功率是
10、多少? 令 20log(3/1.5) + 10log(P/2) = 0 10log(P/2) = -6 dB P = 0.5W二、邻道干扰邻道干扰主要取决于发信机的射频频谱和接收机的中频选择性。由于GSM调制信号的突发特性，其输出射频频谱应主要考虑由于调制和功率电平切换而引起的对相邻信道的干扰。而在接收端，特别是移动台接收机，由于体积限制，中频滤波器的矩形系数也受一定的限制。在GSM规范中，邻道干扰的指标是C/I9dB200kHz C/I41dB400kHz因此，它对小区规划的影响就是相邻小区不能使用频率相邻（200kHz）的频道。三、杂散辐射和阻塞发信机的杂散辐射是指用标准测试信号调制时在除
11、载频和邻道以外离散频率上的辐射。杂散辐射按其来源的不同可分为传导型和辐射型两种。传导型杂散辐射是指由天线连接器处或进入电源引线（仅指基站）引起的任何杂散辐射；辐射型杂散辐射是指由于机箱以及设备的结构而引起的任何杂散辐射。有关G网杂散辐射的指标要求我们已经在第四章中作了介绍。与发信机杂散辐射相对应的是接收机的抗阻塞和杂散响应抑制性能，当然，接收机所收到的杂散干扰不仅来自于其对应的发信端，而主要来自系统内和系统外其他发信机的信号，这些信号的频谱可以从低端（100kHz）直至几十GHz。在规划多系统共址的微蜂窝系统时，必须对相互造成的强阻塞进行计算，只有满足各自的抗阻塞干扰指标的前提下，才能实现共址
12、。这一点我们将在本章第三节中详述。四、互调干扰互调通常是由于有源器件的非线性所引起的，特殊情况下，如磁性器件，不同金属的接插，天线和电缆接头进水等情况也会产生非线性而引起互调。由于奇阶互调产物非常靠近主信号，且阶数愈低互调产物愈高，频率也愈靠近主信号，因此，通常在工程上仅考虑三阶互调产物。1）发信机的互调衰减衡量一个放大器线性的指标是阻塞点，或称互调截获点，即图94中的Q点，它的定义是：在这一输出电平点上，互调产物的电平与有用信号的电平相等。图94 互调（IM）原理图中，上面一条表示基波分量，静态增益为G0，其输入输出间呈线性关系，即S1；而互调产物的斜率以幂次增加，图94中下面第一条表示为三
13、阶互调产物，其S3。我们可以把基波信号的输出响应分成三段：第一段是线性区域段，该段（自0点到P点）内放大器呈线性放大特点；第三段为饱和区域段，该段自Q点往右，其特点是输出将不随输入的增加而变化，趋饱和状态直至烧坏；中间第二段自P至Q为过渡区，该段内呈现严重的非线性。P点是输入输出开始呈现非线性的起始点，也就是说如果我们按1dB步级增加输入，在第一段线性区域内，输出也将按1dB步级（G01dB）增加，但到P点时，输出增量将低于1dB；我们将P点称为“1dB处的输出功率增益压缩点”。通常，P点对应的输出功率POP减去1dB即为发信机的额定输出功率，而额定输出功率时的三阶互调产物（IMp）32(PO
14、QPOP)，如图94所列应为2（101）18dB。也有的产品目录中列出了某测试电平（比额定输出功率低）时的三阶互调产物，此时，需先求得该测试电平的输出补偿电平，即测试值比额定输出功率低的dB数，如图中的Y1，（POP1dBPOT），随后，才可求得当输出为POT时的三阶互调产物电平。 （94）2）合路器的互调衰减通常，在多载频系统中为了减小互调输出，不采用先合路再放大的方式，而是采用各路单独放大后再合路的方式，此时，也应保证因合路而产生的互调低于单路放大器互调衰减指标。图95所示为两路信号采用电桥合路的原理图。实线为信号正常输出路径，虚线为产生互调的非正常路径，其互调衰减值取决于放大器的非线性和
15、电桥H的隔离度。A1A2P1P2HP01P02图95 两载频电桥合路原理图如图95，输出功率Po1P1Hl（H的插损） （dBm）三阶互调产物绝对电平PIMP1HSPIHP （dBm）三阶互调产物相对电平PIMPO1PIMHSPI其中，HS为电桥隔离度，PI为放大器三阶互调衰减指标。3）接收机的互调响应抑制AI有用信号互调分量f0f1f2f当接收机在正常接收有用信号时，如果在其输入端同时存在两个或两个以上强干扰信号，且其频率关系符合互调的特定关系，则将影响接收机接收有用信号的能力。接收机的互调响应抑制能力取决于其前端有源部分的线性度。图96所示为三阶互调响应抑制的示意图。图96 接收机三阶互调响应图中，干扰频率的特定关系是2f2f1f0。而产生的互调分量应与有用信号重叠，因此，在工程上，对互调分量的抑制应该与
