無線通信系統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對系統門限指標的影響，采取了加裝抗干擾濾波器的方法，闡述了噪聲溫度的概念，通過原理分析和數學計算對比得出最優加裝方法，其實際效果經實際試驗得到了驗證。

【關鍵詞】無線通信噪聲溫度干擾濾波器衰減【中圖分類號】TD676【文獻標識碼】A

無線通信系統遙測下行信道帶寬為10MHz（f0±5MHz）可使用f0-1、f0、f0+1 MHz三個點頻，在系統設備做驗收試驗的過程中用頻譜儀觀測接收天線輸出端，發現在f0+3～f0+4.5MHz處有-54.5dB的強干擾信號，此干擾信號強度穩定并一直存在，正好落在遙測信道帶寬之內，并且為外部設備產生，嚴重影響到下行信道的正常工作，因而在此干擾信號不能徹底消除的情況下必須考慮在系統中加裝抗干擾濾波器來降低此干擾信號對系統的影響，但加裝抗干擾濾波器同樣可能會降低系統的門限指標，而且會惡化接收系統噪聲溫度，在系統的什么位置加裝最合理、效果最好，需要通過理論分析和計算得出結論，并且通過實際試驗來驗證。

按照奈奎斯特定理，噪聲源的噪聲溫度與噪聲功率P之間的關系為：

T=P /k·△f，

式中k為玻耳茲曼常數，△f為頻帶寬度。對于接收機，可將內部噪聲換算成相當于輸入端引入的相應的噪聲量，稱為等效噪聲溫度T。它與接收機的噪聲系數F的關系為：

T=T0（F-1）。

T0為環境溫度，T和F都是常用的表達接收機噪聲的方式。譬如射電望遠鏡的系統噪聲溫度T的含義是，來自天線的噪聲功率經過傳輸線損耗后，呈現在接收機輸入處的噪聲溫度、傳輸線本身的噪聲溫度以及接收機等效輸入噪聲溫度。

加裝抗干擾濾波器后需對系統門限指標和下行信道中干擾信號傳輸電平進行分析。特制的抗干擾濾波器的性能指標為：

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、對系統接收門限的影響

下行信道系統組成框圖如圖1：

接收系統噪聲溫度

Ts=Ta/L1+（1-1/L1）T0+ Tr

其中：Ts：折算到LNA輸入端系統總噪聲溫度（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（含發阻濾波器）；

T0=293K（按常溫20℃計算）；

LNA后端設備噪聲溫度統一折算到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

計算得：Ts=208+85+85=378K=25.78dB。根據遙測體制和工作碼率有：Rb = 40dB；

又因為Eb/No=12.8dB（根據誤碼率），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時插損相應較大，有5dB。

這樣L2=5+1.5=6.5dB（濾波器與饋線統一考慮）

T2=1016k；

Tr=96k

系統接收門限：

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

考慮到解調損失1dB，Scr = -148.9dBW≤-148dBW，滿足系統指標。

1.2抗干擾濾波器置于LNA前端

將抗干擾濾波器置于發阻濾波器和LNA之間，可將發阻濾波器與抗干擾濾波器的影響統一考慮。系統框圖如圖3：

L1=5+1.5=6.5dB

Tr=85k

Ts=66+228+85=379K=25.78dBK，與未加裝前相同。

系統接收門限：

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

考慮到解調損失1dB，Scr=-149.02dBW≤-148dBW，與不加抗干擾濾波器一樣，滿足系統指標。但將抗干擾濾波器加在LNA前端時，LNA前端的增益下降5dB，即相當于接收天線增益下降5dB，系統作用距離下降近一半，對系統影響較大，而加在LNA后端時，只是將系統接收門限抬高了0.12dB，影響不大，還可以滿足系統設計指標。因此，抗干擾濾波器只能置于LNA后端，才能滿足系統設計指標。

二、下行信道干擾信號傳輸電平分析

2.1抗干擾濾波器置于LNA后端

抗干擾濾波器置于LNA后端，干擾信號所經鏈路圖如圖4，其中發阻濾波器、LNA相對于干擾信號為通帶。

P1=-54.5dBm

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

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

LNA輸出1dB壓縮點≥0dBm，大于-27dBm，因而不會飽和。

抗干擾濾波器對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≥0dBm，在遙測接收門限情況下增益為55dB，這樣：

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

即變頻器在遙測接收門限情況下干擾信號不會阻塞信道。

接收機最大捕獲范圍為±250kHz，干擾信號落在搜索帶寬外，對接收機沒有影響。

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，當下變頻器增益為55dB時，P5=P4+G2=-27+55=28dBm，處于飽和狀態，導致接收機不能正常鎖定遙測信號，影響遙測信號的接收解調。

三、結論

在系統中加入抗干擾濾波器基本可以消除外部設備產生的干擾信號對遙測接收系統工作的影響，雖然接收通道加入抗干擾濾波器會惡化接收系統噪聲溫度，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系統的影響，其實際效果經相關試驗得到驗證。

參考文獻

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