無線通信系統(tǒng)中利用濾波器消除外界干擾的討論

【摘要】為了消除外界干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)門限指標(biāo)的影響，采取了加裝抗干擾濾波器的方法，闡述了噪聲溫度的概念，通過原理分析和數(shù)學(xué)計(jì)算對(duì)比得出最優(yōu)加裝方法，其實(shí)際效果經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)得到了驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】無線通信噪聲溫度干擾濾波器衰減【中圖分類號(hào)】TD676【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

無線通信系統(tǒng)遙測(cè)下行信道帶寬為10MHz（f0±5MHz）可使用f0-1、f0、f0+1 MHz三個(gè)點(diǎn)頻，在系統(tǒng)設(shè)備做驗(yàn)收試驗(yàn)的過程中用頻譜儀觀測(cè)接收天線輸出端，發(fā)現(xiàn)在f0+3～f0+4.5MHz處有-54.5dB的強(qiáng)干擾信號(hào)，此干擾信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定并一直存在，正好落在遙測(cè)信道帶寬之內(nèi)，并且為外部設(shè)備產(chǎn)生，嚴(yán)重影響到下行信道的正常工作，因而在此干擾信號(hào)不能徹底消除的情況下必須考慮在系統(tǒng)中加裝抗干擾濾波器來降低此干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響，但加裝抗干擾濾波器同樣可能會(huì)降低系統(tǒng)的門限指標(biāo)，而且會(huì)惡化接收系統(tǒng)噪聲溫度，在系統(tǒng)的什么位置加裝最合理、效果最好，需要通過理論分析和計(jì)算得出結(jié)論，并且通過實(shí)際試驗(yàn)來驗(yàn)證。

按照奈奎斯特定理，噪聲源的噪聲溫度與噪聲功率P之間的關(guān)系為：

T=P /k·△f，

式中k為玻耳茲曼常數(shù)，△f為頻帶寬度。對(duì)于接收機(jī)，可將內(nèi)部噪聲換算成相當(dāng)于輸入端引入的相應(yīng)的噪聲量，稱為等效噪聲溫度T。它與接收機(jī)的噪聲系數(shù)F的關(guān)系為：

T=T0（F-1）。

T0為環(huán)境溫度，T和F都是常用的表達(dá)接收機(jī)噪聲的方式。譬如射電望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)噪聲溫度T的含義是，來自天線的噪聲功率經(jīng)過傳輸線損耗后，呈現(xiàn)在接收機(jī)輸入處的噪聲溫度、傳輸線本身的噪聲溫度以及接收機(jī)等效輸入噪聲溫度。

加裝抗干擾濾波器后需對(duì)系統(tǒng)門限指標(biāo)和下行信道中干擾信號(hào)傳輸電平進(jìn)行分析。特制的抗干擾濾波器的性能指標(biāo)為：

a.阻帶頻率：≥f0+3MHz衰減≥40dB；

b.阻帶頻率：≤f0-8MHz衰減≥50dB；

c.通帶頻率：f0-8 MHz～f0+3MHz；

d.通帶插損：≤5dB；

e.輸入、輸出阻抗：50Ω；

f.輸入、輸出電壓駐波比：≤1.8。

一、對(duì)系統(tǒng)接收門限的影響

下行信道系統(tǒng)組成框圖如圖1：

接收系統(tǒng)噪聲溫度

Ts=Ta/L1+（1-1/L1）T0+ Tr

其中：Ts：折算到LNA輸入端系統(tǒng)總噪聲溫度（包括天線噪聲）；

Ta=293K為接收天線噪聲溫度；

L1=1.5dB為天線到LNA之間的饋線損耗（含發(fā)阻濾波器）；

T0=293K（按常溫20℃計(jì)算）；

LNA后端設(shè)備噪聲溫度統(tǒng)一折算到LNA輸入端為：

Tr=T1+T2/G1+T3*L2/G1

T1=80k低噪聲放大器

G1=29dB=794dBk低噪聲放大器增益

L2=1.5dB=1.41dBk饋線損耗

T2=（L2-1）×T0=（1.41-1）×293=120k

T3=（F-1）×T0=（10-1）×293=2637k

則Tr=80+120/794+2637×1.41/794=85k

計(jì)算得：Ts=208+85+85=378K=25.78dB。根據(jù)遙測(cè)體制和工作碼率有：Rb = 40dB；

又因?yàn)镋b/No=12.8dB（根據(jù)誤碼率），所以有：

Scr=KT*Eb/No*Rb（單位為W）=

-228.6+25.78+12.8+40=-150.02dBW

考慮到解調(diào)損失1dB，Scr=-149.02dBW≤-148dBW。

1.1抗干擾濾波器置于LNA后端

將抗干擾濾波器置于LNA和下變頻器之間，加裝抗干擾濾波器后組成框圖如圖2：

由于干擾信號(hào)f0+3MHz與工作頻率f0+1MHz只相差2MHz，濾波器在f0+3MHz處衰減做到40dB時(shí)插損相應(yīng)較大，有5dB。

這樣L2=5+1.5=6.5dB（濾波器與饋線統(tǒng)一考慮）

T2=1016k；

Tr=96k

系統(tǒng)接收門限：

Scr=KT*Eb/No*Rb=-228.6+25.9+12.8+40=-149.9dBW

考慮到解調(diào)損失1dB，Scr = -148.9dBW≤-148dBW，滿足系統(tǒng)指標(biāo)。

1.2抗干擾濾波器置于LNA前端

將抗干擾濾波器置于發(fā)阻濾波器和LNA之間，可將發(fā)阻濾波器與抗干擾濾波器的影響統(tǒng)一考慮。系統(tǒng)框圖如圖3：

L1=5+1.5=6.5dB

Tr=85k

Ts=66+228+85=379K=25.78dBK，與未加裝前相同。

系統(tǒng)接收門限：

Scr = KT*Eb/No*Rb = -228.6+25.78+12.8+40 = -150. 02dBW

考慮到解調(diào)損失1dB，Scr=-149.02dBW≤-148dBW，與不加抗干擾濾波器一樣，滿足系統(tǒng)指標(biāo)。但將抗干擾濾波器加在LNA前端時(shí)，LNA前端的增益下降5dB，即相當(dāng)于接收天線增益下降5dB，系統(tǒng)作用距離下降近一半，對(duì)系統(tǒng)影響較大，而加在LNA后端時(shí)，只是將系統(tǒng)接收門限抬高了0.12dB，影響不大，還可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。因此，抗干擾濾波器只能置于LNA后端，才能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

二、下行信道干擾信號(hào)傳輸電平分析

2.1抗干擾濾波器置于LNA后端

抗干擾濾波器置于LNA后端，干擾信號(hào)所經(jīng)鏈路圖如圖4，其中發(fā)阻濾波器、LNA相對(duì)于干擾信號(hào)為通帶。

P1=-54.5dBm

P2=P1-L1=-54.5-1.5=-56dBm

P3=P2+G1=-56+29=-27dBm

LNA輸出1dB壓縮點(diǎn)≥0dBm，大于-27dBm，因而不會(huì)飽和。

抗干擾濾波器對(duì)f0+3MHz的抑制L2≥40dB。

P4=P3-L2=-27-40=-67dBm

下變頻器輸入頻帶為f0±5MHz，輸出1dB壓縮點(diǎn)≥0dBm，在遙測(cè)接收門限情況下增益為55dB，這樣：

P5=P4+G2=-67+55=-12dBm<0dBm

即變頻器在遙測(cè)接收門限情況下干擾信號(hào)不會(huì)阻塞信道。

接收機(jī)最大捕獲范圍為±250kHz，干擾信號(hào)落在搜索帶寬外，對(duì)接收機(jī)沒有影響。

2.2不加裝抗干擾濾波器

如果不加抗干擾濾波器，下變頻器輸入端P4=-27dBm，當(dāng)下變頻器增益為55dB時(shí)，P5=P4+G2=-27+55=28dBm，處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致接收機(jī)不能正常鎖定遙測(cè)信號(hào)，影響遙測(cè)信號(hào)的接收解調(diào)。

三、結(jié)論

在系統(tǒng)中加入抗干擾濾波器基本可以消除外部設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)對(duì)遙測(cè)接收系統(tǒng)工作的影響，雖然接收通道加入抗干擾濾波器會(huì)惡化接收系統(tǒng)噪聲溫度，但在LNA后端加特制的抗干擾濾波器可以最小程度的降低其對(duì)系統(tǒng)的影響，其實(shí)際效果經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)得到驗(yàn)證。

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