相邻信道抑制-干扰对802.11 WLAN造成的影响
相邻信道抑制/干扰对802.11 WLAN造成的影响
随着无线联网技术以及其他无线技术在无许可限制的同一频谱范围内的迅速推广应用,Wi-Fi(802.11)产品遭受的射频(RF)干扰与日俱增,从而严重影响无线局域网(WLAN)的数据吞吐性能。与此同时,对诸如多媒体音频与视频、流媒体、WLAN语音以及其他需要服务质量(QoS)功能与较低分组误差率的应用等新型WLAN应用,市场要求更高的数据吞吐速率。由于在环境中对WLAN设备的带内干扰与邻带干扰不断增加,因此射频与数字过滤的设计至关重要。本文分析了邻信道干扰(ACI)的来源以及射频设计实践,通过此实践可以改善WLAN的相邻信道抑制(ACR)而全面提高其性能。
概述
在2.4GHz与5.xGHx无许可限制的频带中,ACI问题以及改善RF接收机的Wi-Fi与WLAN技术性能的需求已倍受制造商、系统设计人员、集成商与美国联邦通信委员会(FCC)的关注。事实上,在FCC发布用于802.11 WLAN的额外250MHz频谱(起始于5.4GHz)时,它就注明了不久将要针对WLAN拥挤频谱带调整有关规定。FCC 近期可能发布一个“调查通知”(NOI),以收集有关建立在该频谱中设计射频接收机的政府标准的可能性信息。
何谓标桩
在干扰问题解决之前,WLAN市场的未来发展将大受影响。目前,WLAN接入点设备(AP)或客户端基站将受到其它相邻WLAN AP与基站以及在同一无许可限制的频带中运行的非802.11设备的干扰。该情况与移动电话行业面临的问题类似,其使用信道频率重用解决方案使该问题得以解决。随着802.11市场的发展与WLAN技术的使用密度不断增大,该问题在如下应用中将愈演愈劣：
●公司/企业部署
●密集商务热点部署(商业街等等)
●住宅公寓楼宇部署
●高密度市内部署
许多干扰源会对WLAN的性能造成不利影响,包括以下非802.11设备：
●无绳电话(2.4或5.xGHz)
●蓝牙个人区域联网设备(2.4GHz)
●蓝牙无线耳机是特殊的情况
●脉冲雷达(美国正在研究将5.4GHz频带用于脉冲雷达)
●微波炉(在2.4GHz频带中50%的忙闲度将产生脉冲干扰)
●低能量RF光源(2.4GHz)
●采用包括蜂窝、蓝牙与WLAN在内的多种无线技术的集成设备、手持终端与PDA中假讯号RF噪声
●满足新兴"全频段"要求的宽频带5GHz设备
干扰还可能来源于相邻的信道。在这种情况下,802.11系统的RF子系统与数字过滤的设计还可以对AP或基站的性能造成极大影响。此外,WLAN网络的物理设计可以消除带内干扰的很多反射。通常由信号干扰比
率(S/I或SIR)决定WLAN的性能,该比率的定义是数据信号与干扰信号的比率。对于WLAN的性能而言,SIR 通常比信噪比(SNR)更加重要。下面的图1解释了这一概念。
显然,由商用无线设备生成的信号不尽完美。的确,从802.11射频发出的信号生成超出其许可频带范围的一些能量,称之为边带发射。这种情况也会出现在其他无线设备上,如蓝牙、无绳电话以及其他与802.11 占用相同频带的设备。虽然通过过滤可以将来自相邻信道的RF干扰降至最低,但是此干扰还会生成旁瓣能量(side lobe energy),此能量属于802.11 WLAN信号的通频带范围内。如果ACI比802.11信号强,来自ACI 的边带能量将主导信道的噪声层。如图2所示。
WLANRF接收机可以设计为带有有效的ACR,其可发送约具有802.11信号0.10带宽的窄带信号。这些窄带信号包括无绳电话以及蓝牙信号。然而,宽带ACI可生成大量进入802.11接收机通频带的边带能量。在这些条件下,链路裕度的数量或SIR的大小将对WLAN的数据吞吐量造成决定性的影响。
提供可跨越全世界无许可限制频带中所有频率的5.xGHz射频架构是无线行业的发展趋势。下图(图3)展示了这些所谓的"全频段"射频是如何从5.150GHz到5.875GHz运行的。若此波段射频含有将于2007年生效的日本分配,则该范围还可以扩展到从4.9GHz到5.875GHz。假设此频带中存在某些高功率干扰源,如雷达与
导航系统,那么全频段射频还需要一些级别的信道选择性过滤才能避免由这些高功率干扰源造成的任何性能下降。
以上述内容为背景,本白皮书的其余内容将主要介绍以下内容：
●可以对干扰提供相邻信道抑制(ACR)的RF接收机设计;
● ACR过滤技术,可以在蓝牙与802.11技术共存于同一产品平台上的嵌入式应用中实施该技术。特别强调在无线耳机中遇到的问题;
●在密集的用户环境中由相邻802.11单元(cell)产生的干扰。
提供ACR的接收机设计
RF系统抑制源自相邻信道干扰的能力主要取决于接收机的架构。虽然目前可以使用几种接收机架构,但是由于在WLAN系统中普遍使用直接转换(DC)与双通道转换或超外差(super-het)架构,因此本白皮书只对这两种架构进行分析。
为了在WLAN接收机的设计中融入有效的ACR功能,必须在接收机链路中考虑两个要点。如下所示：
●低噪声放大器(LNA)与IP3的输入信号饱和度;
●在系统的信号基带处理器中模数转换器(A/D)的当前信号级别。
在802.11系统中,大多数LNA的输入信号级别在-20到-30dBm之间达到饱和。如果出现了超过此级别的强输入信号,LNA将停止提供增益,并且实际上将抑制信号的非线性失真。精心设计的LNA能够以高达-10至-15dBm的输入级别进行操作。当输入信号超过-10至-15dBm时,一些系统能够绕过LNA。从而使输入信号可高达+4dBm,但是折衷的结果是造成较低的接收机灵敏度。
在LNA的RF处理链路的另一端将输入系统的A/D转换器。这些转换器具有有限的动态范围。因此,无法过滤出ACI,从而造成数字噪声层在接收的信号中占据主导地位。假设WLAN射频设计为至少具有20dB的数字过滤,那么ACI噪声与802.11信号在A/D上的信号功率应该是相同的(相等功率点)。
表1显示了2.4GHz频带中干扰源的示例。此表中有效的干扰数字(第5列)解释了LNA的饱和点之所以如此重要的原因。
表1中的大多数干扰源均为窄带设备,如：无绳电话或蓝牙产品等。在很多情况下,该类产品可以在一米之内或WLAN客户端设备中进行操作。即使有传播损失,这些干扰源仍然可以为位于802.11接收机链路一端的LNA提供高达0dBm。
802.11接收机架构
图4将超外差接收机架构与DC接收机架构之间的差别进行了对比。此示例假设源自无绳电话的相邻窄带强干扰为-15dBm,并且接收的WLAN信号级别的目标是-80dBm。也就是说在干扰与WLAN信号之间的接收功率相差将近65dBm。这种情况很容易发生,如某用户可能一边在与本地WLAN相连的便携电脑上进行工作,一边用无绳电话聊天。
图4显示了超外差接收机架构的过滤设计可以将ACI降低至可接受的级别。在至少具有20dB数字相邻信道过滤的条件下,超外差接收机在不增加分组误差率的情况下每秒能够接收11兆位(Mbps)CCK或22Mbps PBCC 802.11 Wi-Fi信号。
如果采用DC架构,去除了中频(IF)上的声表面波(SAW)滤波器,从而导致接收机链路中A/D转换器上的干扰信号是40dB,高于可接受的程度。采用A/D上的过采样与回递抽取过滤(recursive decimation filtering),仍然可以恢复802.11信号。例如,GSM接收机使用DC架构,并且通过在大约26MHz上过采样大约300KHz的带宽GSM信号提供大约80dB的ACR。不幸的是,由于技术的局限性与电池供电产品的低功耗要求,过采样所采用的信号几乎百分之百都是像GSM信号这样的窄带信号,不可能是像802.11信号那样的宽带信号。
下面的图5显示了在A/D转换器上强ACI的效果。高级别的ACI导致产生在802.11信道的SIR中占据主导地位的噪声层,从而由于造成要处理大气噪声与量化而削弱了WLAN信号的强度。
对于已经实施OFDM调制方案的WLAN来说,从一个频率接收器到另一个频率接收器的往返传输过程中,接收机链路中的快速傅里叶变换(FFT)已经有所损耗。从而导致带外抑制层平均大约为25dB。图6解释了每个FFT接收器的SinX/X响应。
接收机
虽然已经超出了本白皮书探讨的范围,但是值得一提的是802.11接收机链路中的ACR过滤可以降低功耗,因为基带处理器中A／D的采样速率会有所下降。为了满足防混淆的要求,将加重其他模拟过滤的负担,而不是以更高的速率进行采样。在5GHz频带所谓的全频段射频中,这种防混淆的问题尤为关键,因为这些射频的前端是将近1GHz频宽的信号。这就意味着为接收机链路中的A／D转换器提供数百兆赫的频谱。包含在此信号中的可以是高功率脉冲雷达信号,该信号将在接收机链路中占据主导地位。
到目前为止,汇聚已经成为电子领域的主要趋势。在手机与PDA市场中,这意味着汇聚的手持终端、智能电话、无线PDA以及多媒体设备,其中包括三种无线技术：蜂窝技术、802.11Wi-FiWLAN与蓝牙。很多专家预测,具有成本优势的汇聚设备在2004年就将问世。这种新型的移动手持终端将侧重MP3音乐、视频流等多媒体应用。为了提供引人注目的用户体验,这些新型设备必须能够充分利用由新一代蜂窝协议与基础设施提供的更高数据速率以及高速WLAN连接。无线蓝牙耳机及其他类型的外设将为这些设备的便捷性与易用性增色不少。
蓝牙与WLAN共存的问题
图7解释了在WLAN热点中如何使用这类设备。在这种情形中,用户可以通过WLAN在IP语音(VoIP)连接上进行通信或可以通过设备的802.11调制解调器下载MP3或视频流。此外,汇聚的设备还可以与蓝牙耳机相连,以便进行专用监听。
图7中描绘的这种使用情况不久就会出现于市场,但是用户需要共存的解决方案才能充分利用此应用中的所有无线技术。由于汇聚蜂窝电话／PDA设备中的蓝牙与WLAN调制解调器是在同一无许可限制的频带中运行的,因此它们会彼此相互干扰。此外,该区域中的其他802.11客户端设备也将竞相访问作为汇聚蜂窝电话／PDA的同一WLAN接入点。
在当前蓝牙标准1.0版本中指定的唯一共存解决方案需要蓝牙与WLAN共享系统的媒体接入控制器(MAC)功能,以便在WLAN或蓝牙的传输过程中,其他技术将保持空闲。在预定义的一段时间内独占MAC之后,蓝牙或WLAN将由其他技术对MAC进行控制。
在WLAN上的流量较小,并且存在最少QoS激活的环境中,这种MAC时间共享的安排方式既可以避免WLAN与蓝牙之间出现共存干扰问题,同时也能够提供可接受的性能。在这种环境中,WLAN接入点可以实施主动的自动请求协议,以重新传输丢失或延迟的包。不幸的是,随着高级节能技术的部署及QoS服务的需求猛增,将迅速降低WLAN接入点(AP)单元中的性能。
例如,WLAN与蓝牙共存的形势越来越严峻,导致802.11AP无法感测相关的客户端是否正在遭受来自蓝牙设备或无绳电话的非WLAN干扰。采用排队算法或调度例程对需要QoS功能的应用对AP进行编程并不会缓解带内干扰的问题,因为AP并不能意识到干扰是否存在,因此根本无法围绕干扰进行调度。
即使AP具备802.11的自动响应队列(ARQ)功能,链路的容错能力也只能够达到5%。随着接近并超过这一个百分点,必须增加AP上的包队列大小,以便它们能够存储与重新汇编零星达到的包。通常需要QoS功能的多媒体应用(如高质量音频或MPEG2视频)很快就背离了802.11标准对QoS的定义。作为一个备选方案,将从需要QoS的链路中删除ARQ,在这种情况下,语音性能会稍有改进,具有低于2%的可接受包误差率,但是任何种类的媒体流的性能都是不可接受的。
切记在传输模式中,WLAN客户端只使用802.11 WLAN很小一部分带宽。根据典型的经验法则,80%客户端的活动WLAN时间用来进行接收,而只有20%的时间用来进行传输。在进行传输时,客户端通常向AP发送简短的确认包。此法则的例外情况是从客户端进行文件传输,但是在这些文件在传输过程中始终要被划分为不超过1,500字节的包,并且以"可用比特速率"(ABR)进行传输。
通过对图7中列举的汇聚WLAN／蓝牙PDA示例应用此信息与802.11操作的其他特点,得出的结论是在适度加载WLAN AP的环境中需要同时进行WLAN与蓝牙操作。对此状态的具体分析如下。
在图7中列举的与无线PDA相连的蓝牙耳机最多具有700Kbps的链接带宽,并不带有协议开销。如果PDA的用户从Internet上的服务器播放MP3音频流文件,那么此应用将需要大约128Kbps的蓝牙带宽,而总蓝牙带宽为700Kbps。蓝牙信号在空中传输的时间占18%。与此相比,相同的应用只使用128Kbps的PDA WLAN带宽,而总带宽为11Mbps。此外,802.11操作将涉及确认的传输(ACK),同时接收MP3流。这些ACK的数量相当于WLAN带宽的1／16。也就是说,客户端执行802.11传输只需花费不到0.1%的时间。
如果WLAN与蓝牙传输阻塞或彼此干扰,那么蓝牙将对WLAN传输造成18%的时间干扰,因为蓝牙需要在空中传输也需相同长度的时间。反过来,WLAN传输将对蓝牙传输造成不到1%的时间干扰。从而导致的结果是：加载适当数量的AP时,必须进行蓝牙传输,同时接收WLAN信号,简言之,必须同时运行PDA的蓝牙与WLAN功能。
但是问题随之而来：在采用WLAN与蓝牙技术的汇聚设备中,WLAN是否能够从AP不断接收下载内容,而不必考虑该设备蓝牙子系统的操作模式？经过对蓝牙实施制定仔细的设计、规划与部署决策,答案是肯定的。首
先,设计人员必须利用蓝牙1.2的功率控制(第3类设备)功能,以及蓝牙的自适应跳频(AFH)。下面的图8展示了AFH如何避免与WLAN操作发生直接的带内干扰。
如果系统要部署功率控制技术,那么将按比例降低接收机链路中LNA上的蓝牙功率,以便使边带能量级别落在2.4GHz频带内,而不必考虑ACR过滤。预计蓝牙信号将达到-40到-50dBm的传播损失。从而使蓝牙传输的功率在-25dBm至-15dBm范围内,以便保持链路中的低误差率。图9解释了功率控制技术如何降低蓝牙信道中的频谱发送。
检查具有蓝牙与802.11,以及其他一些操作特点的手持终端设备进一步说明了共存的问题。在此示例中,假设手持终端设备具有一个0dBm蓝牙发送器与一个802.11接收机,具有以下性能之一：
1)功率控制技术可以提供在蓝牙与WLAN之间20dB的隔离。
2)在蓝牙与802.11之间存在0dB的隔离,但是系统能够在RF接收机链路中断开LNA。系统并不具有功率控制功能。
为了简便起见,在此讨论的内容将局限在采用超外差架构的接收机设计。图10展示了接收机可以运行的情形之一。在上述的第一种情况中,设备的蓝牙与WLAN之间存在20dB的隔离,那么接收机必须具有至少15dB 的数字过滤。在第二种情况中,蓝牙与WLAN之间不存在隔离,因此必须具有30dB的过滤和数字增益。针对第二种情况,还可以选择将接收机限制在大约大于-60dBm的802.11信号上,其中对专门的过滤没有任何要求。
此示例显示了超外差接收机可通过采用功率控制技术获得20dB的隔离,从而实现连续的802.11与排序的蓝牙(collated Bluetooth)操作。如果在系统的蓝牙与802.11之间添加MAC级别的时间协调,那么WLAN传输干扰对蓝牙发送器所造成的影响将会降至最低。从而实际上可以在WLAN单元上存在任何流量负载或覆盖要求的情况下,几乎无缝同步操作蓝牙以及WLAN。
带内干扰与链路预算
本部分讨论了带内干扰及其对限制WLAN的RF链路的影响。为了说明该问题,我们简单介绍由两个802.11接入点引起的干扰,但该分析同样适用于由蓝牙、无绳电话或微波炉引起的带内干扰。
802.11AP的信号传播损耗取决于环境,但一般而言,信号损耗是AP到用户之间距离的函数。在理想的视距条件下,信号损耗与距离的平方(R2)成正比。一般在实际环境中,信号损耗可表示成距离的立方(R3)。在不利的条件下,信号损耗通常等于距离的四次方(R4)。
此外,特殊802.11AP的范围也是几个其它因子的函数,包括AP的传送功率(通常为20dBm)、天线增益以及用于某调制的接收机的灵敏度。在本例中,假设天线为一般的全向天线,其增益为0dB。更复杂的调制方案需要更高的信噪比(SNR),以便能够以某个位误差率(BER)接收802.11信号。要获得更高的SNR,接收机必须具有更高的灵敏度与／或发射信号的范围必须成比例缩小。
表2显示了802.11g与802.11b的不同调制方案如何影响SNR、接收机灵敏度及信号范围。请注意,采用CCK 调制的802.11b与采用PBCC调制的802.11b具有相同的SNR。
从该表可以看出,如果在实际设置中,信号传播损耗一般为R3,则采用CCK调制的11-MbpsAP或采用PBCC调制的22-MbpsAP的相应范围大约为400英尺。假设一般郊区范围大约为200英尺,随着802.11的部署越来越密集,相邻小区AP的户与户之间的干扰发生的机率也越大。单个居住单元的最不利情形为并排房屋中的两个AP可能仅间隔10英尺的空间及两堵墙。在复杂的公寓式结构中,两个或多个AP的间隔可能仅为一堵墙或一层地板,因而使得带内干扰面临更严峻的挑战。一般公寓的宽度不大于100英尺,仅为郊区房屋宽度的一半。
值得一提的是,通过具有22-MbpsAP的802.11电池(采用TI开发的PBCC调制方案)的平均数据吞吐量非常合理。表3显示了在不同级别的信号传播损耗下,不同调制的平均数据吞吐速率。假设在大多数现有设置的情况下,信号损耗通常为R3。最重要的是,从表3中可以看出,在整个电池上,PBCC的平均数据速率几乎比CCK调制高出了一倍。PBCC与CCK具有相同的灵敏度,因此也具有相同的范围。此外,从这些平均数据速率图形中可以看出,当一个电池中采用多种调制方案时,可以使吞吐量稍微提高5%至10%。借助多个调制方案,可以为客户提供最佳的数据速率及范围。PBCC调制的802.11b具有相同的SNR。
带内信号与干扰分析
图11说明了两个相邻的AP怎样才会产生相互干扰的问题。当两个RF信号源(如两个AP)放得很近时,热噪声与路径损失就成为第二大要考虑的因素,因为带内干扰将对AP的有效范围及数据速率产生主要影响。如图所示,带内RF干扰会使AP在其覆盖区域的大部分范围内失效。
表4对图11中所示的两个AP的带内干扰问题进行了定量分析。这一分析假设未实施任何技术(如电源控制)来缓解某些问题。表4中的数据来源于两个802.11AP的一般城区部署。这两个AP的发射功率均为20dBm,它们相隔的距离为25米(大约75英尺),并且它们的信号传播损耗为R3。根据每个AP到这两者中点的距离来分析SIR。表4显示了不同距离的SIR以及各SIR级所支持的数据速率。
这一分析指出了带内干扰的致命影响。例如,采用PBCC调制的AP通常有效范围为135米以上,但带内干扰会使其有效范围缩小到仅为7.5米。而且,采用54MbpsOFDM调制的802.11gAP应具有近40米的有效范围,但由于带内干扰的影响,其覆盖范围仅限于2.5米。
如今,由于802.11 WLAN应用相对较少,而大多数应用均要求较小的WLAN带宽,而且可快速纠正发射过程中出现的错误,因此很少会注意到从一个AP到另一个AP的带内RF干扰。但是,随着WLAN技术变得越来越普及,要求QoS能力的较高带宽应用越来越多,使得带内干扰也随之增加。实际上,由802.11技术引起的带内干扰在高密度办公室以及诸如市区住宅、住户共有公寓及公寓等住所将变得越来越严重。
电源控制对带内干扰的影响
过去,需要在移动设备中使用先进的电源控制技术来降低功耗并延长电池使用寿命。现在,电源控制的另一个优势脱颖而出。在采用802.11的系统或设备中,电源控制可以降低带内干扰。例如,假设开环电源控制的精度为1dB,在同一个RF信道上,相互距离较近的两个AP之间的平均干扰可降低6dB。在较小的802.11电池中,电源控制可更进一步降低干扰。
表5显示了电源控制技术对不同距离AP的SIR以及各SIR级支持的相应调制功能的影响。
即使信号仍受带内干扰的限制,电源控制技术也能将带内干扰平均降低6dB,从而可将AP的范围提高25%。在实际应用中,随着部署的WLAN越来越多,高宽带QoS应用变得越来越规范,可能会采用包括电源控制、自动选频以及多频带(2.4GHz与5.xGHz)在内的几种战略措施来增加RF信道选项。
预期的干扰问题
在未来几年内,随着无线局域网在居民及办公环境中变得越来越普遍,设备制造商在进行接收机设计时必须谨慎考虑两个潜在的问题。这两个问题是：
1)RF源因信道靠近无许可限制的802.11频带产生的非WLAN干扰。这可能来自蓝牙设备、无绳电话或微波。
2)由一个802.11AP或客户机到另一个802.11AP或客户机引起的带内干扰。随着WLAN技术的广泛应用及其越来越密集,该问题必然会更加严重。
通过遵循考虑周到的设计实践,可以采用适当的邻信道抑制(ACR)功能来开发802.11接收机,以克服WLAN部署中遇到的大量邻信道干扰(ACI)问题。此外,还可在WLAN接收机及发送器的设计中采用电源控制及其它战略,以便在出现带内RF干扰时大大提高AP与客户机的数据吞吐量及范围性能。
总之,那些可提供令人满意、引人注目的用户体验的802.11 WLAN设备供应商将在市场中取得成功。注重在WLAN设备中实施WLAN芯片组的设计质量,将对确保用户满意度起着重要的作用
wifi无线信干扰原理
在过去十年里，802.11技术取得了长足的进步----更快、更强、更具扩展性。但是有一个问题依在困扰着wi-fi：可靠性。 对于网络管理员来说，最让他们沮丧的莫过于用户抱怨wi-fi性能不佳，覆盖范围不稳定，经常掉线。应对一个你无法看到并且经常发生变化的wi-fi 环境是一个棘手的难题。这一问题的元凶就是无线电频率干扰。 几乎所有发射电磁信号的设备都会产生无线电频率干扰。这些设备包括无绳电话、蓝牙设备、微波炉，甚至还有智能电表。大多数公司并没有意识到wi-fi干扰的一个最大干扰源是他们自己的wi-fi网络。 与经授权的无线电频谱不同，wi-fi是一个共享的媒介，其在2.4GHz和 5GHz之间，无需无线电频率授权。 当一部802.11客户端设备听到了其它的信号，无论这一信号是否是wi-fi 信号，它都会递延传输，直到该信号消失。传输中发生了干扰还会导致数据包丢失，迫使wi-fi重新传输。这些重新传输将使得吞吐速度放缓，导致共享同一个接入点(AP)的用户出现大幅延迟。 尽管一些AP已经整合了频谱分析工具，以帮助IT人员看到和识别wi-fi 干扰，但是如果不真正解决干扰问题，那么这些举措根本没有什么用处。 新的802.11n标准使得无线电干扰问题进一步恶化。为了能够向不同方向同时传输多个wi-fi流以取得更快的连接性，802.11n通常在一个AP上使用多个发射设备。 同样，错误也翻了两倍。如果这些信号中只有一个出现了干扰，802.11n 的两个基础技术--空间多路传输或是绑定信道的性能都会出现下降。 解决干扰的常用办法目前有三个解决无线电干扰的常用办法，其中包括降低物理数据传输率，减少受干扰AP的传输功率和调整AP的信道分配。在特定情况下，上述三种方法每一种都很管用，但是这三种方法没有一种能够从根本上解决无线电干扰这一问题。 如今市场上销售的AP绝大部分使用的是的全向偶极天线。这些天线在所有方向上的发射和接收速率相当。由于在任何情况下这些天线的传输和接收速度相同，因此当出现了干扰，这些设备唯一的选择就是与干扰进行对抗。它们必须要降低物理数据传输速率，直到数据包丢失率达到一个可接受的水平。
信道是指以传输媒质为基础的信号通道11页
第４章信道 信道是指以传输媒质为基础的信号通道，是将信号从发送端传送到接收端的通道。 如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道。如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。这种信道称为广义信道。 无线信道利用电磁波在空间的传播来传播信号；有线信道利用导线、波导、光纤等媒质来传播信号。常把广义信道简称为信道。 4.1 无线信道 信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻。 对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。 信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。 电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种。 地波：频率在2MHz以下，电磁波沿大地与空气的分界面传播。传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。在传播途中的衰减大致与距离成正比。地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，所以长波、中波和中短波可用来进行无线电广播。 根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领很差。 由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高，损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所以长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。 天波：天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的，频率范围在 2~30MHz。天波是短波的主要传播途径。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地
抗干扰措施
抗干扰措施的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下： （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。 （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。 （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。 2、切断干扰传播路径的常用措施 （1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。 （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。 （3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 （7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。
抗干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件
数控车床如何抗干扰 数控车床作为cnc机床自然也会像其他的电子仪器仪表一样受到众多的干扰，所以面对有可能发生的干扰我们必须有应对的措施，抗干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等。 ①屏蔽技术:屏蔽是目前采用最多也是最有效的一种方式。屏蔽技术切断辐射电磁噪声的传输途径通,常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来,使屏蔽体内外的场相互隔离,切断电磁辐射信号,以保护被屏蔽体免受干扰,屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。在实际工程应用时,对于电场干扰时,系统中的强电设备金属外壳(伺服驱动器、变频器、驱动器、开关电源、电机等)可靠接地实现主动屏蔽;敏感设备如智能纠错装置等外壳应可靠接地,实现被动屏蔽;强电设备与敏感设备之间距离尽可能远;高电压大电流动力线与信号线应分开走线,选用带屏蔽层的电缆,对于磁场干扰,选用高导磁率的材料,如玻莫合金等,并适当增加屏蔽体的壁厚;用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线或载流回线扭绞在一起,以便使信号与接地或载流回线之间的距离最近;增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小;敏感设备应远离干扰源强电设备变压器等。 ②隔离技术:隔离就是用隔离元器件将干扰源隔离,以防干扰窜入设备,保证电火花机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 (1)光电隔离:光电隔离能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰。在智能纠错系统的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离;在电机驱动控制电路中,用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。 (2）变压器隔离是一种用得相当广泛的电源线抗干扰元件,它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离,从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰,同时隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用。隔离变压器对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用,对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。 (3)继电器隔离,继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此,可以利用继电器的线圈接受电气信号,而用触点发送和输出信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接联系,实现
抗干扰措施
抗干扰技术 在电路设计当中，抗干扰占有一个特别重要的地位。在一切的电子技术当中，都是重点。（或许你会说你是玩单片机的，感觉没这方面的必要，其实是因为数字电路就两种信号，一个高电平，一个低电平，本身就有一定的抗干扰性能，而模拟信号是连续的，容易被干扰，这也是现在的产品都数字化的原因之一，但是玩单片机的就不玩模拟信号？加点抗干扰技术以防万一也没错吧！）举个例子来说，如果要放大一个微弱的信号，当电源不是很好，有较大的纹波，经常4.5V到6V之间跳，工频信号又很强，你的电路有没有什么防护措施，你想想，当这个信号到最后，还是你想要的信号吗？打个比方，如果唐僧身边没有那么多能干的徒弟，菩萨，神仙，他到得了西天吗？那些妖精就是干扰源，徒弟什么的就是抗干扰措施，当然唐僧自身也有一定的抗干扰能力。这就是我们要讲的抗干扰技术。（请各位懒人直接跳到最后的总结） 理论上来说，抗干扰分为3个方面：1、干扰源。2、传输途径。3、敏感原件。也就是我们需要下功夫的地方。按照优先考虑的顺序，也是如上的1、2、3。你要是能把干扰抑制在源头，扼杀在摇篮里，那就不用其他的措施了。但是干扰源来自四面八方，说不定自己后院还起火（比如运放的自激振荡），所以3个方面都是需要加强的。 一般来说，电源的干扰时最普遍的，所以电源做得好就是一切的基础，尽量降低电源的纹波系数，电容可以滤去交流信号，因此在一些用运放的地方电源和地端可以并联10uF、1uF、0.1uF的电容，以滤去不同频率的波。小电容通低频，大电容通高频，但注意电解电容不要正负极接反了，那样也会产生噪声。再就是布线时，电源线和地线要尽量粗点（减小导线的电阻），避免90°折线；模拟电路和数字电路用不同的电源，；数字电路与模拟电路避免使用公共地线；最多模拟地与数字地仅有一点相连，信号连接时，可用光电隔离，防止互相干扰。接地线越短越好，避免地线形成环路。 在传输途径上下功夫，各模块之间连接线尽量短，远离干扰；高频信号传输可使用同轴电缆或多芯屏蔽电缆，对可能的干扰源输出线进行滤波，产生噪声的导线与地线绞合，信号地线、其它可能造成干扰的电路的地线分开，敏感电路加屏蔽罩（屏蔽罩是要接地才有用的），把干扰源围闭在屏蔽罩内也是允许的。隔离也是常用的，隔离分变压器隔离，继电器隔离，光电隔离，光电隔离比较常用。 有的继承电路 而加强自身的抗干扰性能，大部分是靠原件本省的性质和所用的材料等等，我们自己难以决定。 总而言之，想要抗干扰，可采取以下措施： 1、提高电源的稳定性，减小纹波。各个模块的电源可以和地之间用不同的电容 相连。 2、在信号线容易受到干扰的地方，使用滤波电路。 3、各级模块相连的信号线尽量短，也可以用同轴电缆相连。 4、使用屏蔽盒屏蔽各个模块，或者干扰源。 5、模拟电路与数字电路使用不同的电源，信号之间使用光电隔离。 6、布线时，避免地线成环状，接线尽量短，但避免交叉、飞线。各种模块布局 时分开，模拟电路与数字电路分开。电源线与地线要尽量粗一点。原件排列
恒参信道及其特性
模块2 恒参信道及其特性（ZY3200102002） 【模块描述】本模块介绍了恒参信道及其特性，包含几种恒参信道及其特性、均衡的基本概念。通过概念介绍、图形讲解，掌握恒参信道的特性及其对信号传输的影响。 【正文】 恒参信道是指由电缆、光导纤维、人造卫星、中长波地波传播、超短波及微波视距传播等传输媒质构成的信道。 一、有线电信道 1．对称电缆 对称电缆是指在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。导线材料主要是铜或铝，直径为0.4～1.4mm。为了减小各线对之间的干扰，每一对线都拧成扭绞状。对称电缆的传输损耗相对较大但其传输特性比较稳定。 2．同轴电缆 如图ZY3200102002-1所示。同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管，在可弯曲的同轴电缆中，它可以由金属丝编织而成。内导体是金属线。它们之间填充着塑料或空气等介质。 图ZY3200102002-1同轴电缆的基本结构 二、光纤信道 光纤信道是以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、以光波为载波的信道。它能够实现大容量的传输。光纤具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀以及不受电磁干扰等优点。 三、无线电视距中继 无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上是沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电电路。相邻中继站之间的距离一般在40～50公里。 图ZY3200102002-2 无线电中继信道图ZY3200102002-5 卫星中继信道无线电中继信道的构成如图ZY3200102002-2所示。它由终端站、中继站及各站间的电波传播路径构成。具有传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠等优点。主要用于长途干线、移动通信网以及某些数据收集系统。 四、卫星中继信道 保 护 层 外 导 体 绝 缘 层 内 导 体
浅谈单片机应用系统的软件抗干扰措施
浅谈单片机应用系统的软件抗干扰措施 摘要分析单片机应用系統的软件干扰因素以及实现抗干扰必要条件，并针对单片机应用系统易出现的软件失控、软件数据出错、数字量输入错误等问题提出可行的软件抗干扰措施。 关键词单片机；软件；抗干扰 引言 单片机应用系统产生故障的最主要的原因在于干扰问题。干扰对于单片机应用系统产生的影响一方面会造成测量与控制精度失衡，另一方面也会造成应用系统完全失效。所以对于单片机应用系统软件的干扰问题必须进行解决。 1 单片机应用系统的软件抗干扰措施的必要条件[1] 1.1 干扰因素及影响分析 随着科学技术的不断发展，单片机系统应用的领域越来越广泛，因而对单片机系统的稳定性要求也变得越来越高。但是受到单片机应用系统结构复杂性以及工作环境的多变性的影响，决定单片机系统性能的因素相对来说也比较复杂，尤其是软件的抗干扰措施就是其中比较重要的组成部分。从专业角度分析，单片机系统稳定性影响因素主要分为四种，即浪涌干扰、放电干扰、电磁干扰和高频振荡干扰。在这些干扰因素的影响下单片机系统会发生采集的数据出现失真、程序的运行受到干扰、硬件控制发生失效等现象，而更加直观的表现就是视频图像发生串色、网纹，音频信号失真或者是声音发生串扰现象等。 1.2 软件抗干扰的必要条件分析 在对单片机软件抗干扰稳定性进行设计时，从安全角度考虑，将软件的程序数据放在了ROM中。而一般情况下，单片机抗干扰软件应当具有以下几个方面的条件：①当单片机系统受到外界干扰后，在抗干扰软件的作用下系统的硬件组成不应受到损坏，另外为了方便对系统运行状态的监控，应当在关键核心的位置设置相应的检测状态；②当程序区因外界因素受到干扰后不会产生一定的损坏。一般情况下，在RAM中与系统有关的表格、常数等即使在受到干扰后也不会发生损坏，但是RAM程序中的系统可能因外界等的干扰发生一定的故障。而一旦RAM区的有关程序受到外界干扰，为了从根本上消除干扰带来的不利影响，应当向RAM区重新输入有关的程序。 2 单片机应用系统的软件抗干扰措施[2] 2.1 失控软件的抗干扰措施
PUCCH信道干扰分析
PUCCH信道干扰分析 一、PUCCH、PUSCH和PRACH的时频资源位置 在一个无线帧中，分配给PUCCH的RB位于整个带宽的边缘，在一个上行子帧中，在PUCCH上发送信息所使用的RB分别位于低频部分的第一个时隙和高频部分的第二个时隙。具体所占用的数目根据系统参数的设置不同而不同。这样的用来表征PUCCH资源的RB被称为RB pair, 如下图所示： 与PUCCH紧挨着的位置为PRACH信道。PRACH信道所占用的资源固定为时域上的一个子帧，频域上的72个子载波，即6个 RB.PRACH的具体位置由Prach-freqoffset 和Prach-Config index指示。
除去PUCCH和PRACH的部分即为PUSCH。 二、PUCCH所占RB pair的计算 PUCCH所占用的资源数目分别由以下几个参数控制： 这些参数所设置的值的不同均会导致PUCCH所占用的RB pair 不相同。具体参数的不同设置对应的值可参见附件工具进行计算。 PUCCH资源计算工具 .xlsx 同时，由于PRACH紧挨着PUCCH,因此指示PUCCH所用RB pair 的数目也可通过指示PRACH位置的参数Prach-freqoffset来表征。例如：如果一个PUCCH使用10个RB pair,那么在整个系统带宽的两端分别为5个 RB,此时通过抓取SIB2消息就看看到Prach-freqoffset 为5，指示着Prach信道在频域上从第6个RB开始。
三、仅PUCCH存在干扰的原因分析 如上所述，参数设置的不同使得PUCCH所使用的RB pair也不 相同，根据我们现网的情况。目前Pzeronominalpucch设置为-105；Pzeronominalpusch设置为-87; prach的 preambleInitialReceivedTargetPower为-104，功率的爬坡值为 4dBm。假设经过计算得出的两个小区（cellA、cellB）所使用的RB pair 分别为10和14，那么就会出现下图所示情况。 CELL A CELL B
信息论与编码第3章
第三章信道与信道容量（第七讲） （2课时） 主要内容：（1）信道分类与表示参数（2）离散单个符号信道及其容量 重点：无干扰离散信道、对称DMC信道、准对称DMC信道、一般DMC信道。 难点：无干扰离散信道、对称DMC信道、准对称DMC信道、一般DMC信道。 作业：3、1，3、2。 说明：信道是构成信息流通系统的重要部分，其任务是以信号形式传输和存储信息。在物理信道一定的情况下，人们总是希望传输的信息越多越好。这不仅与物理信道本身的特性有关，还与载荷信息的信号形式和信源输出信号的统计特性有关。本章主要讨论在什么条件下，通过信道的信息量最大，即所谓的信道容量问题。本章概念和定理也较多，较为抽象，课堂教学时考虑多讲述一些例题，着重阐明定理和公式的物理意义，对较为繁琐的推倒过程做了部分省略。 3．1 信道的分类和表示参数 信道中存在的干扰使输出信号与输入信号之间没有固定的函数关系，只有统计依赖的关系。因此可以通过研究分析输入输出信号的统计特性研究信道。 首先看一般信道的数学模型，这里我们采用了一种“黑箱”法来操作。通信系统模型，在信道编码器和信道解码器之间相隔着许多其他部件，如调制解调、放大、滤波、均衡等器件,以及各种物理信道。信道遭受各类噪声的干扰，使有用信息遭受损伤。从信道编码的角度，我们对信号在信道中具体如何传输的物理过程并不感兴趣，而仅对传输的结果感兴趣：送人什么信号,得到什么信号，如何从得到的信号中恢复出送入的信号，差错概率是多少。故将中间部分全部用信道来抽象。可得到下图表示的一般信道模型。 图3－1 信道模型 3．1．1 信道的分类 （1）根据输入输出随机信号的特点分类 离散信道：输入、输出随机变量都取离散值。 连续信道：输入、输出随机变量都取连续值。 半离散/半连续信道：输入变量取离散值而输出变量取连续值，或反之。 据输入输出随机变量个数的多少分类
软件抗干扰的几种办法
软件抗干扰的几种办法 在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。 1、软件抗干扰方法的研究 在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 (1) 指令冗余 CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。 在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。 此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。 (2) 拦截技术
所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。 软件陷阱的设计 当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。 陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断 1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、完善，用“LJMP0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。 (3)软件“看门狗”技术
现场总线抗干扰措施
根据国际电工委员会IEC1158定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。当今全球最流行的现总线有FF总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造纸行业,ABB公司AF100应用也很多。但是无论哪一种现场总线,都是数字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0”变成了“1”,从而影响现场总线性能,以至于不能正常工作。因此研究现场总线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。 1 纸机车间存在的干扰源 (1)纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。纸机传动系统的总负荷约占造纸车间总负荷的1/3以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件(IGBT等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大量高次谐波,污染工频电网。 (2)变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6~1倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。 (3)来自工频电源的干扰。工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤波,便会通过向纸机控制系统供电而进入控制系统,影响现场总线的信号。 (4)导线接触不良产生的火花、电弧等。 (5)三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。 2 干扰的传播途径 (1)由导线传输,称为传导干扰。在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。 (2)通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。 3 现场总线的抗干扰措施 (1)远离干扰源动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。所以,现场总线设备远离用电设备,现场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。远离干扰源,是防止辐射干扰的重要措施。 (2)现场总线设备和电缆的屏蔽现场总线屏蔽的机理,一是外来电磁波在金属表面产生涡流,从而抵消原来的磁场;二是电磁波在金属表面产生反射损耗,另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程中,衰减产生吸收损耗。现场总线的屏蔽是利用由导电材料制成的屏蔽并结合接地,来切断干扰源。 (3)采用UPS电源或隔离变压器可防止来自工频电源的干扰。 (4)采用光缆传输信号在现场总线传输速度高!传输距离远干扰大的情况下,尽可能地采用光缆。采用光缆后,有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在不共地两点之间,或者在
第三章 信、干扰与目标特性
第三章 信道、干扰与目标特性 3.1 水声信道特性 3.1.1 稳定单途信道－自由空间的传播 在理想介质自由空间中，信号传输过程如果用一网络来表示，则其脉冲响应为 ()()0τ-τδ=τh （3.1.1） 而传输函数为 ()0ωτ-=ωe H （3.1.2） 式中0τ为发射点至接收点的传播时间。 在实际海洋中，由于各个频率的吸收系数不同，高频衰减比低频衰减要大的多，传输函数的模()ωH 不在等于1，而是随着频率的增高而衰减，这时脉冲响应也不在是δ脉冲，而是有一定宽度的，其展宽程度与距离等因素有关。 3.1.2 稳定多途信道－海底、海面反射以及声速梯度引起折射产生的影响 实际海洋不可能是一个自由空间，它存在着海面和海底两个界面。由于温度、盐度和静压力的影响，海洋中不同深度声速是不同的，存在着声速垂直分布，这就会使声波产生折射。上下边界的反射和在水中的折射使得实际海洋信道不是单途径信道而是多途径信道。如果我们把海洋看成是一个具有平滑的上下边界的分层不均匀介质，声波在其中传播将产生稳定的多途信号。在已知声速－深度分布曲线时，可用射线理论或简正波理论来预测多途结构。 图3.1.1分别给出相应的多途信号的理论预测图和实际图。 图3.1.1 多途信号的理论预测图和实际图
图3.1.2 a 给出存在跃层时浅海传播的多途结构；b 给出相应的多途信号。图中给出了声源和接收点同在跃层上和分别在跃层上下的两种情况。 图3.1.2 ( a) 存在跃层时浅海传播的多途结构 (b) 相应的多途信号 稳定多途信号用网络来表示时，其脉冲响应可用如下形式来表示： ()()∑= τ-τδ=τh i （3.1.3） 式中i τ为各个途径信号的时延值。 传输函数为 ()e A H ωτ-= ∑=ω （3.1.4） 由于多途信号间的干涉，()ωH 随频率变化有起伏。 3.1.3 时空变信道 (1) 随机时变信道－随机起伏海面、粗糙海底、不均匀介质产生的影响 由于海面是随机起伏，海底是粗糙不平的，海水存在着宏观的分层不均匀，微观的随温度起伏、湍流、涡流、内波等因素的影响，使得多途信道不是稳定的而是随机时变的，这时脉冲响应函数应该是时间的随机函数。一个实际信道的脉冲响应可表示为
电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施
电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施 概述 可靠性是用电设备的基木要求之一，也是所有控制单元最基木的要求。它包括两方面的含义:故障时不拒动和正常时不误动。之所以会存在这两个方面的隐患是因为电磁干扰的存在。因此为了保障控制单元可靠的工作，除了采用合适的保护原理外，本章主要考虑抗干扰设计。 电磁干扰的传播方式主要有两种:(1)辐射:电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或者电磁波的形式使干扰源与受干扰体之间产生藕合。(2)传导:电磁干扰的能量可以通过电源线和信号电缆以电压或电流的方式进行传播。电磁干扰的频率包括(1)低频干扰(DC10~20Hz);(2)高频干扰(几百兆赫，辐射干扰和达几千兆赫):(3)瞬变干扰(持续周期从几毫秒到几纳秒)。 造成电力系统中形成电磁干扰的原因有诸多方面，我们知道，同一电力系统中的各种电力设备通过电和磁紧密的联系起来，相互影响，由于运行方式的改变、故障、开关设备的操作等引起的电磁振荡会对智能控制单元产生影响:另外，软起动工作在环境恶劣的煤矿井下，空气非常潮湿，到处充满着煤尘，电磁干扰尤为严重。控制单元在工作时不仅要受到从电网上传来的“噪声”干扰，其木身也是一个很强的干扰源，比如负载上电流的频繁变化和通过导线空间进入单片机系统内部，造成程序跑飞，使系统工作不正常，甚至损坏系统。所以对控制单元各个部分的抗干扰性能提出了较高的要求，尤其是单片机系统的抗干扰问题。因此，在整个单片机应用系统的研发过程中，始终将抗干扰性能作为系统设计时首先考虑的问题之一。 电磁干扰的来源 所谓干扰，简单来说就是指电磁干扰(Electro-Magnetic Interference 简称EMI)，它在一定条件下干扰电子设备、通信电路的正常工作。 电源干扰 电源干扰是单片机应用系统的主要干扰源，据统计，实时系统的干扰约70%来自
仅PUCCH信道存在干扰的原因V2
一、PUCCH、PUSCH和PRACH的时频资源位置 在一个无线帧中，分配给PUCCH的RB位于整个带宽的边缘，在一个上行子帧中，在PUCCH上发送信息所使用的RB分别位于低频部分的第一个时隙和高频部分的第二个时隙。具体所占用的数目根据系统参数的设置不同而不同。这样的用来表征PUCCH资源的RB被 称为RB pair, 如下图所示： 与PUCCH紧挨着的位置为PRACH信道。PRACH信道所占用的资源固定为时域上的一个 子帧，频域上的72个子载波，即6个RB.PRACH的具体位置由Prach-freqoffset 和Prach-Config index指示。 除去PUCCH和PRACH的部分即为PUSCH。 二、PUCCH所占RB pair的计算 PUCCH所占用的资源数目分别由以下几个参数控制：
这些参数所设置的值的不同均会导致PUCCH所占用的RB pair不相同。具体参数的不同设置对应的值可参见附件工具进行计算。 PUCCH资源计算工具 .xlsx 同时，由于PRACH紧挨着PUCCH,因此指示PUCCH所用RB pair的数目也可通过指示PRACH位置的参数Prach-freqoffset来表征。例如：如果一个PUCCH使用10个RB pair,那么在整个系统带宽的两端分别为5个 RB,此时通过抓取SIB2消息就看看到Prach-freqoffset 为5，指示着Prach信道在频域上从第6个RB开始。
三、仅PUCCH存在干扰的原因分析 如上所述，参数设置的不同使得PUCCH所使用的RB pair也不相同，根据我们现网的情况。目前Pzeronominalpucch设置为-105；Pzeronominalpusch设置为-87; prach的preambleInitialReceivedTargetPower为-104，功率的爬坡值为4dBm。假设经过计算得出的两个小区（cellA、cellB）所使用的RB pair 分别为10和14，那么就会出现下图所示情况。 CELL A CELL B 些信道上发送时： 1、第一部分是位于最上端的PRACH和PUCCH区域，根据现网所设置的功率，当无线 环境较差或小区负荷较高时，PRACH会以4dBm进行爬坡，随着PRACH功率的逐步增大，其将对PUCCH产生干扰；
信道特性
恒参信道： 有线电信道（明线，同轴电缆，双绞线电缆），光纤信道，无线电视距中继，卫星中继信道。 ? 由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的，因而可以等效为一个非时变的线性网络。 从理论上讲，只要得到这个网络的传输特性，则利用信号通过线性系统的分析方法， 就可求得已调信号通过恒参信道后的变化规律。 网络的相位-频率特性还经常采用群迟延-频率特性 来衡量，要满足不失真传输条件，等同于要求群迟延-频率特性应是一条水平直线. 随参信道: 短波电离层反射信道，超速波及微波对流层散射信道，超短波电离层散射信道，超短波超视距绕射信道。 属于随参的传输媒质主要以电离层反射、对流层散射等为代表。 ? 随参信道的特性比恒参信道要复杂得多，其根本原因在于它包含一个复杂的传输媒质。 ? 虽然，随参信道中包含着除媒质外的其它转换 器，但是，从对信号传输影响来看，传输媒质的影响是主要的，转换器特性的影响可以忽略不计。在此，仅讨论随参信道的传输媒质所具有的一般特性以及它对信号传输的影响。 随参信道图： 共同特点是：1.对信号的损耗随时间变化而变化，2，传输时延随时间变化而变化，3由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，也就是所谓的多径传播。 多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成。 —— 由第i 条路径的随机相位； ————由第i 条路径到达的接收信号振幅 _______ 由第i 条路径达到的信号的时延； 都是随机变化的 (1) 从波形上看，多径传播的结果使确定的载频信号变成了包络和相位都随机变化的窄带信号，这种信号称为衰落信号； （2）从频谱上看，多径传播引起了频率弥散（色散），即由单个频率变成了一个窄带频谱。 通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落。 ) ()(0t t i i τω?-=)(t i μ)(t i τ) (),(),(t t t i i i ?τμω ω?ω τd d )()(=
抗干扰措施
提高变电所自动化系统可靠性的措施 一、概述 变电所综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。这已为越来越多的电力部门的专家和技术人员所共识。但一方面，由于它是高技术在变电所的应用，是一种新生事物，很多人对它还不够了解，因此也不放心。特别是目前不少工作在变电所第一线的技术人员与运行人员，对综合自动化系统的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题比较担心。另一方面，变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是电磁干扰极其严重的强电场所，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，没有采取必要的措施，这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下，也确实很容易不能正工作，甚至损坏元器件。因此，综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题。 可靠性是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。不同功能的自动装置有不同的反映其可靠性的指标和术语。例如，保护子系统的可靠性通常是指在严重干扰情况下，不误动、不拒动。远动子系统的可靠性通常以平均无故障间隔时间MTBF来表示。 提高综合自动化系统可靠性的措施涉及的内容和方面较多，本章将从电磁兼容性、抗电磁干扰的措施和自动化系统本身的自纠错和故障自诊断等方面讨论提高变电所综合自动化系统的可靠性措施问题。 二、变电所内的电磁兼容 (一)电磁兼容意义 变电所内高压电器设备的操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所产生的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电所内的综合自动化系统或其他电子设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元器件。 电磁兼容的意义是，电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。
AP之间出现同频干扰现象
故障现象： 2011年9月根据用户反映，在罗庄孟园小区出现用户上网频繁受限，即无线网卡标志上显示感叹号。具体特征为：开始能连接上CMCC，但随后就出现网络受限或者切换其他频点。 原因分析：主要原因 1.AP出现掉线情况，用户无法接收信号。 2. 同楼或者相近楼之间存在信道冲突现象。 流程图： Y
案例一： 问题现象： 经临沭长林公寓A 区用户反映，在使用CMCC 时无法获取IP 地址，或者关联后信号强度弱，网速慢。 问题处理： 经过现场观察，AP 采用射频天线，即天线只对一个方向发射信号，所以用户一般都会接受对楼AP 天线发射的信号。 用户关联后网速慢，信号弱其实是关联到了远处其他楼的无线信号。 解决方案： 根据AC 上面的掉线告警，在现场将掉线AP 处理完毕。用户重新关联后反映良好。 案例二： 问题现象： 经罗庄孟园小区用户反映，使用WLAN 后上网频繁受限，即无线网卡标志上显示感叹号或者有开始能连接上CMCC ，但随后就出现网络受限或者切换其他频点这种现象发生。 问题处理： Y
经过现场勘测，用户在五号楼，主要接受7号楼的无线信号，我方人员初步认为由于5号楼南侧2台AP和7号楼北侧2台AP天线对应，应该存在信道冲突。 解决方案： 由于现在WLAN在2.4G定义了13个信道，移动公司使用的WLAN无线信道为1,6,11三个信道，而同一信道内的不同终端和AP之间的通信会相互影响，即同频干扰现象。 所以我方人员经过严格测试，对现场数台AP的信道进行了重新规划，并对发射信号强的AP适当降低功率，使其形成“蜂窝状”覆盖(其理论模式如下图)。 11 6 6 11 11 6 1 1 1
关于自动化装置受干扰及抗干扰措施的分析(精)
关于自动化装置受干扰及抗干扰措施的分析 摘要：电磁兼容是现代自动化装置抗电磁干扰能力方面非常关注的目标。许多同行专业人士已作了大量的工作，制定了相关的标准和试验方法。在抗电磁干扰方面，也有许多论文发表，大家从理论到实践提出了许多提高产品抗电磁干扰能力的措施。 关键词：自动化装置干扰抗干扰措施分析 电磁兼容是现代自动化装置抗电磁干扰能力方面非常关注的目标。许多同行专业人士已作了大量的工作，制定了相关的标准和试验方法。在抗电磁干扰方面，也有许多论文发表，大家从理论到实践提出了许多提高产品抗电磁干扰能力的措施。 本文先以一台同期装置作为被试产品，对其干扰及抗干扰措施进行分析，随后提出一系列在设计实践中的经验抗干扰措施。干扰源是一个简单的电磁式的中间继电器。 干扰源分析：在上面简单的电路中可能会存在以下三种干扰源。 1、如图（一）中操作电源带有一个电感性负载（即许继中间继电器），当切断电感性负载时，在电感线圈上产生很高的感生电动势，一般在5～10倍电源电压，高达几千伏，我在试验中测得大于1千伏。该高电压使得断开接点击穿，产生火花或电弧，而火花或电弧是一个发射高频噪声的干扰源，该干扰直接串入电源中，形成串模干扰，该干扰是本线路中试验发现最明显的。 火花或电弧熄灭时间很短，又将产生感应电压，所以在不断地“通断”的瞬变过程中电源上串入了很大的高频干扰信号和浪涌电流。而自动装置内部的电子元件尤其IC片都是弱
电工作元器件，该干扰信号和浪涌流对继电器造成逻辑紊乱，以致误动，实际上对继电器内部元器件也具有很大的伤害性。尤其是静态的继电器产品表现更为严重，对于同期继电器，内部回路复杂，电源（稳压管）负载较重，在此重负荷下受干扰就会显得影响很大。 对于这种干扰实际上最有效的办法是在电感负载上并接一个吸收回路即可，但是电感负载是多种不同设备，且有很多是在运行中的产品，这样就自然的把问题踢给了新产品（被试产品）。 在试验中本人启用了图（二）接线的抑制回路，作用是用以抑制高频干扰，试验效果明显。 2、直流电压纹波引起的工频干扰，该种干扰在一般的产品设计中都有措施抑制，在试验中很少发现这种干扰。对于这种干扰，在试验中采用了以下图三的电路，该电路具有消除低频干扰和高频干扰双重作用，但对于电容耐压要求较高。 3、线间串扰，该干扰是因信号线（电源、交流等）靠近和平行放置在一起而引起，虽在电压不高时显示不出来，但在受冲击电压时难免会引起干扰，这就是该干扰最难预测和最难控制的因素之一。这一点要求在布线方面注意干扰。 以上仅是一个简单的电路，旨在只说明干扰存在的普遍性，根据电力系统的运行环境和自动化装置发展的实际情况，现在很多产品在“静电放电干扰、快速瞬变干扰和辐射电磁场干扰”方面实际上都没有很好办法，有些产品对电磁干扰还非常敏感，拒动、误动、死机、改变定值等现象都有发生。因此，自动化装置抗电磁干扰能力的提高，仍然需各位专业人士艰苦努力。以下是根据我在多年的产品设计中，针对“静电放电干扰、快速瞬变干扰和辐射电磁场干扰电磁干扰”采取的一些措施和方法，供大家参考，不当之处请批评指正。 一、抗静电放电干扰
邻信道抑制和相邻信道干扰
邻信道抑制和相邻信道干扰 随着无线联网技术以及其他无线技术在无许可限制的同一频谱范围内的迅速推广应用，Wi-Fi(802.11)产品遭受的射频(RF)干扰与日俱增，从而严重影响无线局域网(WLAN)的数据吞吐性能。与此同时，对诸如多媒体音频与视频、流媒体、WLAN 语音以及其他需要服务质量(QoS)功能与较低分组误差率的应用等新型WL AN 应用，市场要求更高的数据吞吐速率。由于在环境中对WLA N 设备的带内干扰与邻带干扰不断增加，因此射频与数字过滤的设计至关重要。本白皮书分析了邻信道干扰(ACI)的来源以及射频设计实践，通过此实践可以改善WLAN 的相邻信道抑制(ACR) 而全面提高其性能。 概述 在 2.4 GHz 与5.x GHx 无许可限制的频带中，ACI 问题以及改善RF 接收机的Wi-Fi 与WLAN 技术性能的需求已倍受制造商、系统设计人员、集成商与美国联邦通信委员会(FCC)的关注。事实上，在FCC发布用于802.11 WLAN 的额外250 MHz 频谱（起始于5.4 GHz）时，它就注明了不久将要针对WLAN 拥挤频谱带调整有关规定。FCC 近期可能发布一个"调查通知"(NOI)，以 收集有关建立在该频谱中设计射频接收机的政府标准的可能性信息。
何谓标桩？ 在干扰问题解决之前，WLAN 市场的未来发展将大受影响。目前，WLAN 接入点设备(AP)或客户端基站将受到其它相邻WLAN AP 与基站以及在同一无许可限制的频带中运行的非802.11 设备的干扰。该情况与移动电话行业面临的问题类似，其使用信道频率重用解决方案使该问题得以解决。随着802.11 市场的发展与WLA N 技术的使用密度不断增大，该问题在如下应用中将愈演愈劣：·公司／企业部署 ·密集商务热点部署（商业街等等） ·住宅公寓楼宇部署 ·高密度市内部署 许多干扰源会对WLAN 的性能造成不利影响，包括以下非802.1 1 设备： ·无绳电话（2.4 或5.x GHz） ·蓝牙个人区域联网设备(2.4 GHz) ·蓝牙无线耳机是特殊的情况 ·脉冲雷达（美国正在研究将5.4 GHz 频带用于脉冲雷达）
模拟传感器的主要干扰源及抗干扰措施
模拟传感器的主要干扰源及抗干扰措施 本文由https://www.360docs.net/doc/c11830370.html,提供 主要干扰源： 1）静电感应 静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性耦合。 （2）电磁感应 当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象称为电磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。 （3）漏电流感应 由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。 （4）射频干扰 主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。如可控硅整流系统的干扰等。 （5）其他干扰 现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境较差，还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。 模拟传感器抗干扰的措施： 1、供电系统的抗干扰设计对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。 （1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响 常用办法主要有三种： ①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性； ②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲； ③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。 （2）利用软件方法抑制尖峰干扰