第1章噪声与干扰
3-移动通信的噪声和干扰
作业
1、移动通信系统中主要干扰有哪些？
2、互调产物产生的原因是什么？ 3、减小发射机和接收机互调干扰的措施是什么？ 4、已知发射机T1T2输出功率为10W,发射机互调转效损耗为15dB， 已知单向器正向损耗（插入损耗）为1dB，反向隔离度为20dB， 混合电器正向损耗为3dB,隔离度为25dB，试求到达天线上的互调 产物的功率（dBw）。 5、给出一组工作频率：150.050MHz，150.275MHz，150.350MHz， 150.375MHz，150.525MHz，150.950MHz，试判断这组频率是否有 3阶互调分量落入有用频道之内？给出判断的方法。
3.1噪声和干扰的基本概念
噪声的来源及分类：
噪声是指使通信质量受到损害的，且与所传输的信号无关 的各种形式的寄生干扰的总称。
大气 噪声 自然 噪声 外部 噪声 人为 噪声 噪声 热噪 声 内部 噪声 散弹 噪声 电源 噪声 宇宙 噪声 热噪 声
3.1噪声和干扰的基本概念
噪声的来源及分类：
依据特征不同，噪声可分为单频噪声，脉冲噪声和起伏噪声三种。
耦合损耗Lc：发射机1的输出功率与进入发射机2的输出端的功率之 比，分用天线时垂直分离隔离度较大。一般大于30dB
互调转换损耗Li：在发射机2输出端上，来自发射机1的功率与来自 发射机 2 的信号产生的互调产物的功率之比，一般为 5~20dB ，典型值 为15dB，且与频距有关。
传输损耗Lp：发射机2输出端到被干扰接收机输入端间互调干扰信 号的传输损耗。
3.4互调干扰
1、互调干扰的产生原因
互调干扰：当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，
由于非线性的作用，会产生许多谐波和组合频率分量（互调产物），当
传感器中的噪声和干扰抑制技术
传感器中的噪声和干扰抑制技术传感器是现代科技领域中的重要组成部分，被广泛应用于各个领域。
然而，传感器在工作过程中常常会受到噪声和干扰的干扰，降低了其性能和准确性。
为了解决这一问题，人们提出了各种噪声和干扰抑制技术，本文将从几个方面详细介绍这些技术的原理和应用。
一、噪声来源与分类在了解噪声和干扰抑制技术之前，我们首先需要了解噪声的来源和分类。
噪声主要可以分为外部噪声和内部噪声。
外部噪声主要来自于环境，如电磁辐射、震动、温度变化等。
内部噪声则是由于传感器本身的结构和电路等因素引起的，如放大器电路噪声、电源噪声等。
根据频率范围的不同，噪声可以进一步分为低频噪声、中频噪声和高频噪声。
低频噪声一般在1Hz以下，主要来源于环境震动和温度变化等；中频噪声在几百Hz至几百kHz范围内，主要由电磁干扰引起；高频噪声则在几百kHz以上，如来自于放大器电路的噪声。
二、噪声抑制技术1. 信号滤波技术信号滤波技术是最常用的噪声抑制技术之一。
滤波器可以根据噪声的频率范围进行选择。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
低通滤波器用于滤除高频噪声，高通滤波器则用于滤除低频噪声，带通滤波器和带阻滤波器可以根据实际噪声频谱的分布来选择。
2. 系统抗干扰技术系统抗干扰技术主要包括防电磁干扰和防震动技术。
防电磁干扰主要通过合理设计传感器的结构和电路布局以及屏蔽等手段来降低外界电磁信号对传感器的干扰。
防震动技术则通过采用减振材料、调整传感器的安装方式等方式来降低震动对传感器的影响。
3. 信号处理技术信号处理技术是一种较为复杂的噪声抑制技术，它可以通过对传感器采集到的信号进行处理，提取有用的信息并滤除噪声。
常见的信号处理技术包括数字滤波、小波变换、自适应滤波等。
这些技术可以对传感器信号进行干扰抑制、特征提取和信号重建等处理，从而提高传感器的性能。
三、干扰抑制技术的应用噪声和干扰抑制技术在各个领域都有广泛的应用。
例如，在无线通信领域，通过采用合适的信道编码和解码技术，可以降低信道噪声对通信质量的影响，提高通信的可靠性和性能。
干扰与噪声
串连电压源 形式
并连电流源
形式
4 从干扰对电路作用的形式分类 （续）
共模干扰：共模干扰又称共态干扰、同 相干扰、对地干扰及纵向干扰。
它是相对于公共的电位基准点(通常为接 地点)，在检测系统的两个输入端子上同时出 现干扰。它虽不直接对测量结果造成影响， 但当信号输入电路不对称时，它会转化为差 模干扰，进而对测量产生影响。
共模干扰等效电路
4 从干扰对电路作用的形式分类 （续）
共模干扰抑制比：
式中： Kd——差增益；
Km——共模增益。
5.1.3 噪声形成干扰的三要素
噪声形成干扰必需具备三个条件，噪声 源、对噪声敏感的接收电路和噪声源到 接收电路之间的耦合通道。 噪声源 耦合通道 接收电路
差模干扰进入电路后使检测系统的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作一起进入输入端
5.1 干扰与噪声
(1)噪声指在信号检测的领域内，检测 系统检测和传输的有用信号以外的一切 信号均被称为噪声。
(2)干扰指具有一定幅值和一定强度、 能够影响检测系统正常工作的噪声被称 为干扰。
差模干扰：差模干扰又称串模干扰、串 联干扰、正态干扰、常模干扰及横向干扰等。
差模干扰进入电路后，使检测系统的一 个信号输入端子相对于另一个信号输入端子 的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按 电势源串联起来作一起进入输入端。因为这 种干扰和有用信号迭加起来直接作用于输入 端，所以它直接影响到测量结果。
3 从干扰出现的区域分类
(1) 内部干扰：来自检测系统内部的干 扰称为内部干扰。如电路的过渡过程、 寄生反馈、内部电磁场等引起的干扰， 都属于内部干扰。
(2)外部干扰。来自检测系统外部的 干扰称为外部干扰。如电网电压波动、 电磁辐射、高压电源漏电等，都属于 外部干扰。
噪声的基本知识
式中：R为电阻或阻抗元件的实部（单位为欧姆）；
K为玻耳兹曼常数：1.38×10-23 J / K；
T为导体的绝对温度（K）；
f 为测量带宽。
如用噪声电流表示则为:
in2J
4k Tf R
●例如：若一个1KΩ 的电阻，在1Hz带宽内，室温 T=290K，则可求得均方根热噪声电压为4nV。
为了简化符号，常记 En2 et2 或 En et2
●热噪声属于白噪声频谱， 一般说来，高端极限额率为：
fH ＝0．15kT×1034Hz=2.07T×1010Hz 由上式可知，fH 与电阻的温度T有关。 在室温下(T＝290k)， fH ＝6×1012Hz， 一般电子学系统工作频率远低于该值， 故可认为热噪声为白噪声频谱。
●研究信号时，通常在频率域中（简称频 域）进行研究，定义功率谱密度 ：
（2）当r=1时，表示两噪声电压完全相关，则：
E2
E12
E
2 2
2E1E2
(E1
E2 )2
即完全相关，噪声电压的合成应当是瞬时值
或均方根值的线性相加，
例如：同频同相的正弦波。
（3）当r= -1时，表示两噪声电压完全相关， 但相位相反，则
E 2 E12 E22 2E1E2 (E1 E2 )2
●从涨落的均方偏差可求出散粒噪声功率为：
in2 2eIf
式中e为电子电荷， Δ f 为探测器工作带宽。 如果I是探测器的暗电流Id，则探测器在无光照 时的暗电流噪声功率为： in2d 2eId f ●对于由光场作用的光辐射散粒噪声 也可直接写为：
in2p 2eI pf
IP为光辐射场作用于探测器产生的平均光电流。
振荡器的干扰和相位噪声讲解
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1 振荡器的干扰(gānrǎo)
振荡器的工作状态会受到外部干扰、负载变 化(biànhuà)和电源变化(biànhuà)的影响而 偏离正常工作状 态。当外部干扰信号注人振 荡器的信号通路中时，如果干扰信号频率接 近载波频率，且干 扰信号幅度与载波幅度可 以比拟，这时载波频率会向干扰信号频率方 向偏移，并随着干扰 信号幅度的增大更接近 干扰信号频率•直至锁定在干扰信号频率上， 这种现象称为“注入 锁定"或“注入牵引"如 图 10-22
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对收发机来说，有多种干扰源会导致“注入牵引”， 如发射机的功率放大器输出会耦合 到本振。又如接 收机的接收信号中伴随着很大的千扰信号，当干扰 频率接近本振频率且 耦合到混频器的本振口时，本 振频率可能被牵引至干扰频率上。因此vco输出端应 有 一个高反向隔离的缓冲级。
若vco频率与负载阻抗有关，负载变化时会导致vco频 率发生变化，这种现象称 为“负载牵引.为了避免负 载牵引vco输出端应有一个输出缓冲级。
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其中W0为LC谐振电路谐振频率(pínlǜ)，为 开环传递函数的相位。振荡器开环传递函数 的幅 频和相频特性曲线如图10-25所示。在 相频特性曲线上w。处的相位斜率决定了振 荡器 相位的稳定性，这是因为产生振荡必须 满足360°的环路相位条件,
越大则偏离W0后的环路相移离振荡条件越 远。
射频振荡器通常对电源的变化比较敏感，当振荡器的 电源发生变化时，其振荡频率和 幅度都可能发生变 化，这种现象称为“电源推进”例如，在便携式收 发机中，功率放大器的开和关会造成几百毫伏的电 源电压波动，从而影响振荡器的正常工作。
无线噪声和干扰
衰落
（差）2 烦人噪声
（劣）1 话音不可懂
S/N（dB）20源自304050
第6页/共20页
第7.1节、噪声
发射机的噪声及寄生辐射 除了接收机的内部噪声以外，发射机产生的噪声及寄生辐射也会直接 影响到通信质量，尤其是在移动通信系统中，大量移动台发射的含有噪声 的信号势必造成相互之间的干扰，因此必须严格控制发射机产生的噪声及 各种寄生辐射。 发射机的相位噪声：发射机工作时，会存在以载频为中心、分布频率 范围相当宽的噪声，这种噪声称为发射机的相位噪声。它不仅在相邻 的频道内形成干扰．而且会在几MHz的频带内产生影响。 发射机的寄生辐射：目前使用的移动台，为获得较高的频率稳定度， 大多采用晶体振荡器或温补晶体振荡器，然后通过多级倍频器倍频到 所需载频。如果各级倍频器的滤波特性不良，在发射机的输出端便会 产生寄生辐射波，它会干扰正好工作在寄生频率附近的接收机。
邻频干扰是一种来自相邻或相近的频率的干扰，相近频率可以是相 隔一个或几个载频或信道。邻频干扰主要有两个方面：一是由于工作频带 相邻的若干信道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二 是移动通信网内一组空间离散的邻近工作信道引入的干扰。
第10页/共20页
第7.3节、邻频干扰
邻频干扰的主要原因： 发信机的边带扩展：发信机边带扩展是指发射信号的频谱超出 了限定的宽度，落到了相邻频道内成为带外辐射干扰。边带扩 展辐射跟系统设计参数及调制器和功率放大器的非线性有关， 主要决定于发信机信道滤波器的带外抑制能力。 发信机的边带噪声：发信机边带噪声存在于发射信号载频的两 侧，而且噪声频谱很宽，可能在几MHz范围内对接收机产生干 扰，成为邻频干扰的一个主要来源。 发信机的杂散辐射：发信机的杂散辐射指的是在有用带宽以外 的某些频率点上的寄生辐射，它包括发信机内部频率源的寄生 辐射和谐波辐射等。非线性器件是产生杂散辐射的重要原因。
环境工程概论 噪声污染与控制
•
•
具体的控制方法 （1）吸声降噪。吸声降噪是一种在传播途径上控制噪声强度的方法。物体的吸 声作用是普遍存在的，吸声的效果不仅与吸声材料有关，还与所选的吸声结构有 关。这种技术主要用于室内空间。 （2）消声降噪。消声器是一种既能使气流通过又能有效地降低噪声的设备。通 常可用消声器降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声。例如在内燃 机、通风机、鼓风机、压缩机、燃气轮机以及各种高压、高气流排放的噪声控制 中广泛使用消声器。不同消声器的降噪原理不同。常用的消声技术有阻性消声、 抗性消声、损耗型消声、扩散消声等。 （3）隔声降噪。 把产生噪声的机器设备封闭在一个小的空间，使它与周围环境 隔开，以减少噪声对环境的影响，这种做法叫做隔声。隔声屏障和隔声罩是主要 的两种设计，其他隔声结构还有：隔声室、隔声墙、隔声幕、隔声门等。
2. 噪声的来源
• 噪声污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、 • 工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、 • 高音喇叭、早市和人的大声说话等。
3. 噪声的危害
•
噪音对人体的主要危害是损伤听觉系统。当噪音强度超过
100分贝时，即能造成听觉损伤。轻度听觉损伤主要表现为轻 度耳鸣，若进一步发展，可在一定程度上影响语言听力，致使 工作、学习、生活中感到听觉困难。有时一次强烈的噪音可致 暂时性的两耳全聋，同时感到剧烈耳鸣并有眩晕。此外，噪音 对人体其他系统也有影响，主要表现为头痛、头晕、失眠、多 梦、记忆力减退，甚至出现血压不稳定或肢端供血不足，发生 营养障碍性疾病，心律不齐等。噪音对婴幼儿、青少年和孕妇 的不良影响更为严重。
THE END
第五章
噪声污染与控制
2016ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 1.噪声的定义 • 2.噪声的来源 • 3.噪声的危害 • 4.噪声的控制方法 • 5.振动防治技术
噪声基础
常见噪声的频谱图
5.频程和频谱：
b. 频程：两个声或其他信号的频率间的距离，是频
率的相对尺度。为方便起见，通常将宽广的音
频变化范围划分为若干个较小的频段，称为 频段或频程。
f2 n 2 f1
f
n
f 2 f1
1 2
n
f ( 2
)f
**声级的运算
a.级的叠加（公式法）（能量的叠加） 当n个声源互不干涉时：
高、中、低频噪声： 1. 高频噪声：它们辐射的主要噪声成分在 1000Hz以上，如电锯、铆钉枪等听起来高亢刺 耳的。 2. 低频噪声：其主要噪声频率多在500Hz以下， 如空压机、汽车等辐射的噪声低沉有力的。 3. 中频噪声：噪声主要频率成分在500-1000Hz 范围内，如高压风机等。 4. 宽频带噪声：较为均匀地辐射从低频到高频 的噪声，如纺织机噪声等。
彩色聚合物混凝土透水降噪路
利用声学手段降噪实例（隔声）
北京轻轨铁路两侧的声屏障
利用声学手段降噪实例（隔声）
隔声窗
利用声学手段降噪实例（消声）
利用声学手段降噪（吸声）
噪声控制技术手段三： 接 收器的保护措施
耳塞
防声棉
耳罩、头盔
隔声岗亭
耳罩、头盔
耳罩、头盔
隔声岗亭
第二节
a.级的叠加（查表、图法）：
令： 则：
Lp Lp1 Lp2
Lp2 Lp1 Lp
代入下式中：
L pT 10 lg 10
0.1L p1
10
0.1L p2
可得：
L pT 10 lg 10
0.1L p1
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1
噪声、干扰：泛指有用信号以外的其他一切无用信号
噪声：通常指内部噪声，由电路内部产生的无用信号 干扰：通常指外部噪声，来自电路外部产生的无用信号
第一章噪声与干扰1. 什么是噪声、干扰，对系统有什么影响？2. 噪声和干扰从那里来，有什么特点？3. 如何度量噪声和干扰对系统的影响？4. 如何降低噪声和干扰对系统的影响？
2
内部噪声
自然噪声：热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等
人为噪声：交流噪声、感应噪声、接触不良等
外部噪声（干扰）
自然干扰：天电干扰、宇宙干扰等
人为噪声：工业干扰、无线电干扰等噪声和干扰主要特性：随机性
说明：1.噪声和干扰问题涉及范围广、计算复杂、详细理论分析不属于本课程范围2.只需要掌握噪声和干扰问题的基本概念和简要分析，主要是自然噪声中的热噪声2. 噪声和干扰从那里来，有什么特点？
1.1 噪声的来源和特点
无噪声电阻的串联（或并联）。
5
为波尔的功率谱密度在所讨论的频带范围内与频率无关，即热噪声具。
把在所讨论频带内功率谱分布不均匀R
若系统工作带宽为，则电阻热噪声电压的均方值
f
当网络与前端匹配时，输入噪声的额kT f
6
9
耗电容，求输出端噪声电压的均方值。
网络的传递函数为输出端噪声均方电压谱密度220()()n kT v S f H f df C 2()()()o S f S f H f 14n BW RC 132dB BW RC 带宽：
()i S f 等效噪声带宽
11
小结：电阻、电感和电容的噪声 电阻：电阻热噪声
电感：等效于理想电感与损耗电阻的串联，主要是损耗电阻产生的热噪声 电容：等效于理想电容与损耗电阻的串联，但是电容损耗电阻非常小，频率很高时才考虑，因此损耗电阻热噪声因损耗电阻非常小而通常忽略不计。
噪声的主要来源：构成系统的电路元器件 电阻、电感、电容、BJTs 、FETs 、二极管等2. 噪声和干扰从那里来，有什么特点？
1.1.2 晶体管的噪声
晶体管的噪声通常比电阻的热噪声大得多，来源有 基区体电阻热噪声
散粒噪声（散弹噪声）
分配噪声
低频噪声（闪烁噪声，爆裂噪声）
12
1.1.3 场效应管的噪声
来源：沟道热噪声，栅极感应噪声，闪烁噪声，散粒噪声等
沟道热噪声
栅极感应噪声
闪烁噪声（1/f 噪声）
栅极散粒噪声
通常：在频率不是很高时，FET的噪声比BJT的噪声低
13
1.1.4 二极管的噪声
正偏工作状态
散粒噪声
闪烁噪声
反偏工作状态
由于反相饱和电流小，故引起的散粒噪
声较小
对于稳压二极管
齐纳击穿型：主要是散粒噪声，也有1/f噪声
雪崩击穿型：噪声较大，主要是散粒噪声和
多态噪声
14
1.1.5 天线噪声
1.1.6 多个噪声源作用于电路时的计算
1.2 噪声的表示和计算
根据P si，P so ，P ni，P no的概念，定义
19
例对于一个晶体管放大器，假如测量到其输入端的信噪比S/N 为10，输出端信噪比为5，则其F=2，NF=3dB 。
这是较典型的晶体管NF 。
低噪声晶体管放大器的NF 可以低于1dB 。
NF 频率特性曲线低噪声器件：噪声系数等值线图说明：1.设备制造商通常提供NF 频率特性曲线或者NF 等值线图来表示器件的NF 特性。
2.器件的NF 不仅与制造有关，还与工作频率和工作条件（如集电极电流，信号源内阻等）有关。
多级级联放大电路的总噪声系数
电路中某一点处信噪比与该点处的负载大小无关因此，根据噪声系数的定义，其值与输出端所接负载大小也无关，所以可以用额定功率表示实际功率naom Pm n im P P
等于网络额定功率增益的倒数，
噪声系数与以下因素有关
噪声系数与网络内部噪声大小有关。
噪声系数与输入噪声P ni的大小或者说与信号源噪声温度T有关，因此测量网络的噪声系数时，
规定信号源内阻取标准噪声温度，即T=290K。
噪声系数还与信号源内阻R s0有关，因此存在使网络噪声系数最小的最佳源阻抗。
噪声系数只适用于线性电路（或准线性电路）
23
所示电路中点画线框内电路的噪声）额定功率法，对于输入、输出端均匹配的无源有耗网络nom nim P P kT f
1.2.2 等效噪声温度
e 说明：1.噪声系数和等效噪声温度是描述同一网络噪声的两中不同方法。
2.
用等效噪声温度的好处：可以将网络噪声与等效噪声温度为相加，作为总的输入噪声，而把网络看做是无噪声的，处理比较方便。
3.等效噪声温度适合描述噪声系数接近于阻抗匹T
261.2.3 放大器的通用噪声等效电路*BJT,FET 放大器的噪声非常复杂，难以获取精确的等效电路。
假设：所有噪声具有相同的频谱，而且无相关性
将放大器的噪声等效到
输入端，形成串联噪声
电压源和并联噪声电流
源，而放大器等效为一
个无噪声放大器。
放大器的噪声系数＝信
号源到Z i 两端的噪声系数a b c
,,a c a b F F 无噪声放大器,1b c F
1.2.4 噪声系数与灵敏度
SNR min min ()S ni a e o P P SNR k T T BW SNR
28小结
信噪比适合于描述网络中某一处信号质量的好坏
噪声系数适合于描述一般线性（或准线性）网络的噪声性能，例如高频放大、变频、中频放大
等效噪声温度适合在噪声较低的场合描述噪声性能，如卫星通信的地面接收机，接收机的天线和前端低噪声放大器 接收机灵敏度适合于描述一定条件下整个接收机接收信号的微弱程度
29
1.3 降低噪声系数的措施 常用减小内部噪声的方法1.选用低噪声元器件
2.正确选择晶体管的直流工作点
3.选择合适的信号源内阻
4.选择合适的工作频带，不应过宽
5.选用合适的放大电路
6.降低器件的工作温度
4. 如何降低噪声和干扰对系统的影响？
301.4 干扰*1.4.1 工业干扰
1.4.2 天电干扰外部干扰自然干扰：天电干扰、宇宙干扰等
人为噪声：工业干扰、无线电干扰等工业干扰主要由产生电火花的电器装置引发。
可通过直接电磁辐射、沿电力线传输进入交流电源、或者耦合进入接收机形成干扰。
属于脉冲干扰。
天电干扰主要由雷电现象引发。
对低频段影响较大。
强度与地理位置、季节等因素有关。
31
1.5 低噪声放大器* 低噪声放大器（LNA ）是射频接收机前端的主要部件，主要特点：
位于接收机的最前端，噪声系数越小越好，具有一定增益但不宜过大； 是线性范围大、增益最好可调节的小信号线性放大器； 放大器输入端通过传输线与天线或天线滤波器相连，需要阻抗匹配；
具有一定的选频功能，通常为频带放大器。
LNA 的主要性能指标： 低的噪声系数 足够的线性范围 合适的增益 输入/输出阻抗的匹配 输入/输出间的良好隔离 低电源电压和低功耗
第一章小结
噪声和干扰的基本概念
来源、特性等
热噪声的定量分析
噪声电压均方谱密度、噪声电压均方值、噪声电压有效值、额定噪声功率
信噪比、噪声系数、等效噪声温度、灵敏度 低噪放*
33
习题
1.1.1 , 1.
2.1 , 1.2.2 , 1.2.3, 1.2.4
基础知识回顾
基础知识回顾
()()()e t e t h t )f ()()S f S f H。