干扰设计论文十篇

干扰设计论文篇1

1简述

电子线路的干扰也就是在电子产品进行正常工作时，对自己或者是别的设备带来的影响，干扰包括很多方面，其中主要是温度的干扰、振动的干扰、湿度的干扰、声波的干扰以及电磁波的干扰等。同时干扰通常具有干扰源，它可能是设备本身带来的，也可能是设备外部系统带来的，其中电磁干扰在生活中比较常见，并且危害也比较大，不仅对设备周围的事物造成伤害，还容易对设备自身造成伤害。

2电子线路中常见的干扰

2.1电网的干扰

在电子线路常见到的干扰中，电网的干扰分布比较广泛，不仅在繁华的地区，在人烟稀少的地区也有电网的干扰。通常，电网的交流电通过进行整流，然后滤波以及稳压的工作为各种电子线路提供直流电源。在这个过程中，干扰信号和交流电源一块进入电子设备的系统中，导致电子线路出现故障，影响电子线路的正常工作。

2.2地线的干扰

地线的干扰在电子设备系统干扰中占主要部分。通常在电子设备系统中各个电子线路使用同一个直流电源，在这个过程中，各个地方的电子线路的电流都会经过同一个地电阻，这时会形成电压降，而电压降也就是各个电子设备的噪音干扰信号，这也就是地线的干扰。

2.3信号通道的干扰

随着我国经济的快速发展，信号通道的干扰逐渐被人们所关注。在进行远距离的测量工作或者通信工作中，由于距离很远，导致电子设备的输出以及输出信号都比较的长，然而线间却很近，所以信号在传递的过程中，容易受到信号线之间的串扰和电磁场的干扰等，导致传递的信号发生突变，影响电子线路的正常运行。

2.4空间电磁辐射的干扰

在一系列的干扰中，地线的干扰和电网的干扰对人们的影响比较严重，然后是信号通道的干扰和电磁辐射的干扰。对于空间电磁辐射的干扰，工作人员只要确保电子设备与干扰源的距离，并且采取相应的保护措施即可。

3解决电子线路中干扰线路设计法

3.1抗电网干扰的线路设计法

在电子线路中，抗电网的干扰措施可以参考图1。在这个过程中，工作人员主要要确保交流电的稳定，避免电源出现电压过剩或者电压不足的现象。同时选择合理的电源滤波器，消除串模的干扰，然后选择带有屏蔽层的变压器，来减少电容，避免高频信号的干扰，并且采取双T滤波器抑制频率的干扰，最后使用0.01—0.1uF的电容连到直流稳压的电路上来滤除高频的干扰，是电子设备能够正常的工作运营。

3.2抗地线干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于地线的干扰，工作人员可以采取以下措施：首先工作人员一定要使用一点接地的方法，也就是把各个线路整合到一起，从一个统一的地方进行接地处理。但是在印制电路板上由于使用此方法不太方面进行施工，因此工作人员可以采取串联接法来避免噪音的干扰，同时在安装的过程中可以把地线的宽度增大。其次对于强信号和弱信号的安装，一定要分开，保持一定的距离，最后在使用一点接地的方法。同时对于模拟地和数字地也要分开进行安装，避免交叉在一起。除此之外，工作人员一定采取合适的接地线，以便于减少接地电阻。

3.3抗信号通道干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于信号通道的干扰，工作人员主要采取两种措施：一种是双绞线传输，另一种是光电耦合传输。在双绞线传输工作中，工作人员首先选择好两条线，一个是信号线，另一个是地线。在电子线路的工作中使用这种方法，主要是为了避免信号地线的干扰、空间电磁的干扰以及线路之间的串扰等。通常在空间电磁场中，各个绞环里面所产生的感应电动势几乎是相同的。当使用双绞线传输时，每个线之间的感应电动势可以抵消。所以信号在传输的过程中，不会遭到干扰的破坏。除此之外，由于两条线上的信号电流方向相反，且大小相同，可以相互抵消，避免干扰的影响。对于噪音的干扰，工作人员可以采取光电耦合器进行解决。其中光敏三极管和发光二极管是它最重要的组成部分，把它们结合在一起，就能够有效地避免噪声的干扰。除此之外，若是电子设备的各个电路之间都设计成使用光电耦合器进行传输信号，那么即使进入的噪声的信号的内阻比较高，但由于光电耦合器的作用，会使噪音信号变小，因此只能产生微电流，不能够使二极管发光，因此也就阻止了信号地线上噪音的干扰。

结束语

干扰设计论文篇2

关键词　城市轨道交通,区间信号,系统仿真,面向对象,干扰仿真,建模

1 　问题的提出

列车在铁路以及城市轨道交通线的区间(以下简称区间,即轨道线路上车站间的钢轨线路) 的通过能力和安全运行,对提高列车的通过能力与正常运营起着至关重要的作用。指挥行车的信号设备, 与线路设备、机车车辆并列为轨道交通运输的三大基础设备。信号设备的功能和可靠性对提高运输效率、保证列车的安全运行等起着十分重要的作用。区间信号设备能确保列车在区间安全运行的前提下,尽可能地提高列车在区间的通过能力。在我国,随着提速、重载战略的实施和轨道交通科技的进步,已有众多的新型区间信号设备投入使用。在区间安全性控制和防护设备的研制、生产、运营过程中,如何运用现代技术手段,对其功能可靠性和安全性进行科学、高效、全面、按标准的检测和评估是十分迫切的。

随着我国城市轨道交通运输设施和管理的日益现代化,目前在区间通过轨道传输的信息越来越多,也越来越复杂,这样,信息传送的可靠性和安全性问题便显得日益突出。在区间,自动闭塞的行车信息以钢轨作为信道进行传输时,不可避免地叠加有各种外界干扰。这些干扰将会对信号设备产生影响,甚至危及行车安全。因此,在研究干扰源及其干扰规律的基础上,仿真轨道电路传输过程中所出现的干扰,在检测系统中对受检区间信号设备进行抗干扰能力的检测,有着重要的现实意义。基于以上目的,本文将对用于区间测试评估平台的信号系统的信息传输仿真,重点是干扰仿真的建模方法展开讨论。

2 　系统仿真

系统仿真是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论以及优化理论为基础,以计算机和仿真系统软件为工具,对现实系统或未来系统进行动态实验研究的理论和方法[ 1 ] 。

作为一种行之有效的认知方法,系统仿真已在航空航天、经济管理、决策优化、军事演习、安全软件测试评估等众多领域得到了广泛的应用。在过去的20 年中,系统仿真技术取得了令人瞩目的进展。概括来看,仿真领域的主要研究内容包括:仿真建模、形式化描述方法、仿真实现及仿真验证和确认(v &v) 。

虽然系统仿真研究取得了巨大的进展,但相对而言,仿真在铁路信号领域的应用还不是很充分。尤其在国内,它还是一个有待于近一步开拓的领域。

面向对象(o -o) 的思想最早起源于仿真领域[ 2 ] 。在(o -o) 设计方法中,对象(object) 和消息传递(message passing) 分别表示事物、事物间的相互联系;类(class) 和继承(inheritance) 是适应人们一般思维方式的描述范式;方法(method) 是允许作用于该类的各种操作。在计算机科学中,“对象”是包含现实世界物体特性的抽象实体,而“类”是对一个或几个相似对象的描述[ 3 ] 。对象、类、消息和方法的基本点,在于对象的封装性(encapsulation) 和继承性。通过封装,能将对象的定义和对象的实现分开;通过继承能体现类与类之间的关系,以及由此带来的动态聚束(dynamic binding) 和实体的多态性(polymorphism) ,从而构成了o -o 的基本特征。

对象建模技术(om t) 是当今较为实用的面向对象建模的方法之一。其方法论的基本思想是[4 ] :从空间、时间及功能这三个既独立又相互联系的角度去分析和设计一个系统。om t 的基本方法和过程是:首先从空间角度,直接面向应用(即所要求解决的问题) 的自然存在,并依据应用的目的把它划分成若干个离散的有用对象(或抽象成类),并确定这些对象的属性、操作(主动的和被动的) 以及这些对象间的关系或联系,来构成问题空间的静态结构 对象图(或称为待分析系统的对象模型);接下来,从时间角度,考察系统中对象(特别是那些有交互活动或并发操作的对象) 在不同时刻的状态变化及对象之间相互关系的变迁,从而构成对象的控制结构(或称为系统的动态模型);最后,从功能的角度来描述系统中对象属性值从输入到输出的变化过程及相关的操作,从而构成数据计算或处理的逻辑结构— 数据流程图(dfd) 或称为系统的功能模型[5 ] 。鉴于此,在区间轨道电路干扰仿真模型中笔者采用面向对象的建模技术。

3 　轨道信息传输干扰仿真模型

3. 1 　轨道电路中的传输干扰

按照数据传输理论,一般的传输模型如图1 所示。

图1 　一般的数据传输模型

对于有线信道可以有两种理解:一种是指信号的传输媒介,如架空明线、钢轨、同轴电缆、光纤等, 称此种类型的信道为狭义信道;另一种是将传输媒介和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起,称之为广义信道。

本文以钢轨作为传输信道,即通过轨道电路传输信息。轨道电路的基本结构如图2 所示:在钢轨线路的始端,通过匹配设备pp1 连接着发送器;在钢轨线路的终端,通过匹配设备pp2 连接着接收器。

图2 　轨道电路基本结构

轨道电路是钢轨线路和连接于其始端及终端的器械的总称。它是将某一区段的钢轨用作电路的一部分,由区段内的列车车轴将轨间分路,以检查有无列车的电路,以及为向该区段内的列车用钢轨作导体传送信息的电路[6 ] 。

轨道线作为传输媒介,具有分布参数特征。对应于图1 中的狭义信道,在研究传输干扰时,还需考虑广义信道,包括扼流变压器、轨道变压器等设备。

考虑信道中的干扰后,轨道电路的输入和输出可表示为:

e(t) = k(t)e(t) + n(t) (1) 式中: e( t) 为信道的输出;e( t) 为信道的输入; k( t) 为信道的传输乘性干扰; n(t) 为加性干扰。

k( t) 是一个复杂的函数, 表示轨道电路传输特性因加性和乘性干扰而成的变化特性, 主要体现在温度、湿度等外界条件变化引起轨道电路的一次参数变化和轨道电路状态( 如分路、断轨等) 的变化。k( t) 对输入信号的影响可能造成线性和非线性畸变, 引起传输过程中的信号衰耗和延迟。n( t) 独立于传输信号。在轨道电路的噪声加性干扰模式中,产生轨道电路的噪声干扰的干扰源很多, 又很分散。例如, 各种电子器件的固有噪声、电磁感应干扰和辐射干扰。从统计的角度看, 它们类似于高斯白噪声, 因此可以用高斯白噪声进行模拟。考虑到在区间信号仿真系统中电气化轨道电路传导加性干扰的重要性和突出性, 下面将主要讨论电气化区段轨道电路的传导性加性干扰的建模问题。

3. 2 　电化区段轨道电路的传导性加性干扰模型

在电气化区段,钢轨中所流经的不仅有信号电流,还有牵引电流。电气化区段轨道电路所传输的信号主要受牵引电流的干扰。国内外有关部门对此进行了广泛的研究。前苏联、日本、美国在六、七十年代对直流牵引和交流牵引区段的轨道电路传输干扰进行了研究,其它一些发达国家也对电气化铁路信号抗干扰的测试和分析系统进行了研制。例如,德国慕尼黑实验所研制的高速列车干扰源测试车系统,美国电磁兼容分析中心(ecac) 为美国联邦铁路总署所作的电力机车干扰源的综合分析系统等。在我国,由北方交通大学主持,在一些电气化线路上,对“电力牵引电流对信号系统轨道电路的传导性干扰”进行了研究,并提出了一些防干扰措施。以往的文献多涉及抗干扰内容。本文则以建立干扰仿真的数学模型为研究重点。

3. 2. 1 　稳态传导性加性干扰模型

如图3 所示,在电气化区段,牵引电流经钢轨回到牵引变电所,当流经两根钢轨中的牵引电流大小相等时,在扼流变压器初级线圈上形成的磁场大小相等、方向相反,因而相互抵消不会影响接收端。但在实际条件下,两根钢轨对地漏泄电导不完全相其中: is1 为第一根钢轨中的牵引电流; is2 为第二根钢轨中的牵引电流。

牵引电流产生的干扰电压, 与牵引电流的大小、不平衡系数以及轨道电路接收端对牵引电流的输入阻抗成正比。不平衡系数较大时,列车牵引吨数越大,牵引电流也越大,对信号设备的干扰也越大。在自动闭塞各闭塞分区中,同时运行的列车数越多,牵引电流也越大。为了仿真牵引电流对轨道电路的影响,首先应该掌握和分析牵引电流所包含的频率成分,然后建立该类干扰的仿真模型。以铁路区间为例, 牵引电流基波的频率为50 hz , 但由于牵引电流是通过机车主变压器,经整流器整流后供给直流牵引电机的,因此,牵引电流的波形并不是正弦波,而是包含丰富谐波的非正弦周期函数。牵引机车类型和牵引级数不同,牵引电流的谐波成分也不同。实用中,一般在各种机车多种牵引级数下,对供电臂送端总电流的谐波含有率进行实测统计,得到具有代表性的统计值作为谐波计算的依据。我国区间自动闭塞所用信号频带为25 ～ 2 611 hz ,因此应重点考察牵引电流在这个频带的分布。

基于以上讨论,当将不平衡牵引电流视为干扰源时,其干扰模型为:

n

q( t) =m

0. 5 nis kizs

∑

sin (2πmf 0 t) (4)

同,因此在两根钢轨中的牵引电流值也不相等,从

m = s

而在接收端产生干扰电压。这种干扰的幅度和相位

相对于时间变化缓慢,可视为稳态干扰。

图3 　牵引电流流通示意图

两根钢轨中的牵引电流值不相等时,其差值为不平衡牵引电流。对不平衡牵引电流进行分析时, 可将其视为等效流过接收端扼流变压器初级线圈的半边线圈。其干扰电压为:

u= 0. 5 n kiiszs (2) 式中: is 为牵引电流; zs 为接收设备输入阻抗; n 为接收端扼流变压器初、次级线圈变压之比; ki 为牵引电流不平衡系数,其值为ki=| is1 -is2 |/is (3)

αm式中:为基波频率(50 hz); s 为干扰源所包含谐波次数的下限且为正整数; n 为干扰源所包含谐波次数的上限且为正整数;其余同前。

对于不同的接收设备,其所能接收的信号频带范围各不相同。为了更好地仿真在信号频带内的干扰, s 和n 的取值要保证干扰源所包含的信号频率在接收设备的信号频带范围内。

3. 2. 2 　瞬态传导性干扰模型

在电气化区段,信号设备除了受稳态干扰外, 还经常受到瞬态干扰的影响。瞬态干扰的起因很多,如:列车在钢轨上运行时,车轮和钢轨间的接触电阻变化引起牵引电流的瞬态变化;由电力机车受电弓和接触网之间接触位置的变化而引起的脉冲干扰;电力机车启动和加速造成的牵引电流突发性脉冲干扰等。这类瞬态干扰的特点是干扰电流的峰值大、时间短且幅值和相位变化快,从而可以用随机性的尖脉冲加以模拟。由于这部分内容涉及的范围较广,作者在继续深入研究的同时将另辟专文阐为述。

3.3 　轨道电路的同线干扰模型

由于钢轨中传输的是交流信号,因此相邻轨道电路间存在着感应干扰。但这种干扰对有绝缘轨道电路接收设备的影响比较小,可以忽略不计。但对于无绝缘轨道来说,由于不设置机械绝缘,无绝缘轨道电路接收设备受同线干扰的影响要大一些。下面重点讨论无绝缘轨道电路的同线干扰问题。

图4 为区间无绝缘轨道电路的示意图。可见, 对应n个闭塞分区有n段轨道电路,接收设备js1 能接受到fs2 ～ fsn 的信息,j s2 能接受到fs1 、fs3 、?fsn 的信息,即各区段间相互干扰。此干扰同样为加性干扰,若干扰强度足够大,则容易引起扰区段接收设备的误动。

图4 　无绝缘轨道电路同线干扰示意图

对无绝缘轨道电路同线干扰进行分析时,根据加性干扰的独立性,可以首先假定区间某一区段轨道电路的发送端(如fs1) 为干扰源, 发送设备工作,而其它各扰区段的发送端电压为零,各扰区段接收和发送端均可视为此轨道电路中的中间分界点。采用与传输特性分析相同的方法,在各分界点建立边界条件,求解出积分常数,即可得出各扰区段各点处干扰量的大小。接着,分别将fs2 ～ fsn 视为干扰源,重复此过程,求出干扰量。再将接收设备上受到的各干扰量叠加,得到总的干扰量。对于有绝缘轨道电路,若绝缘节破损,可按照相同的方法进行分析。具体模型如下:

设fs1 为干扰源,其它各扰区段的发送端电压为零, 中间分界点为χ;u1 l(χ),u2 l(χ), i1 l(χ),i2 l(χ) 分别表示分界点χ 左侧第一轨对地电压、第二轨对地电压、第一轨中的电流和第二轨中的电流,u1 r(χ),u2 r(χ),i1 r(χ),i2 r(χ) 分别表示分界点χ右侧第一轨对地电压、第二轨对地电压、第一轨中的电流和第二轨中的电流。规定电压方向为由钢轨到地,电流方向为从左到右,则可得到分界点χ处的边界条件:

u1 l(χ) = u1 r(χ)

u2 l(χ) = u2 r(χ)

i2 l(χ) + i1 l(χ) = i2 r(χ) + i1 r(χ)

2 (u1 l(χ) u2 r(χ)) = (i1 l(χ) i2 l(χ) i1 r(χ) + i2 r(χ)) zχ (5)

式中,zχ 表示分界点χ处钢轨线路间的阻抗。

假设钢轨线路的一次参数呈对称分布,即两根钢轨的单位阻抗和对地漏导完全相同。满足此条件的钢轨线路称为对称钢轨线路。由于钢轨线路对称,因此可得出对称钢轨线路各点的电压与电流:

u1χ = a1chγ1χ +a2shγ1χ + a3chγχ + a4shγχ

u2χ = (a1chγ1χ + a2shγ1χ)-(a3chγχ + a4shγχ)

i1χ = y11 (a1shγ1χ + a2chγ1χ)+2 (a3shγχ + a4chγχ)/ zc

i2χ = y11 (a1shγ1χ + a2chγ1χ)-2 (a3shγχ + a4chγχ)/ zc (6)

由式(5) 的边界条件方程组即可求出积分常数a1 、a2 、a3 、a4 ,代入式(6),从而可得出各扰区段fs2 ～ fsn 各点处干扰量大小。同理, 将fs2 ～ fsn 视为干扰源,重复此过程,求出干扰量大小,再将接收设备上受到的各干扰量叠加,便可得到总的干扰量。

4 　结语

区间信号仿真系统干扰仿真的建模研究,对于建立基于测试评估的城市轨道交通区间信号仿真系统极为重要,是仿真理论的重要应用领域。本文讨论了区间轨道信息传输干扰仿真模型,并着重阐述了传输干扰的仿真建模理论,这将有助于正在开发的区间计算机控制信号系统测试评估平台的生成。当然,仿真理论是一种不断发展和创新的理论,干扰更有其复杂性和多样性,区间信号仿真系统干扰仿真的建模研究仍是一个需要不断深入研究的课题。

参　考　文　献

1 　冯允成,邹志红,周泓. 离散系统仿真. 北京:机械工业出版社,1998

2 　熊光楞,彭毅. 先进仿真技术与仿真环境. 北京:国防工业出版社,1997

3 　吴芳美. 铁路安全软件测试评估. 北京:中国铁道出版社,2001

4 　崔智社. 对象建模技术在分布交互仿真系统中的应用研究. 系统仿真学报,2000 ,12 (1)

5 　张小林. 面向对象的铁路区间信号仿真系统研究和实现[学位论文]. 上海:同济大学信息与控制工程系,2002

干扰设计论文篇3

关键词:网络理论;EMI电源滤波器;插入损耗;开关电源

中图分类号:TN713文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)10-193-02

Design and Simulation of EMI Filter of Switching-mode Converter

WANG Jinxia1,YANG Qingjiang1,ZHANG Hui2

(1.Electric and Information College,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin,150027,China;2.Pacific Circuit Company,Dalian,116001,China)

Abstract:Filtering is a good way to suppress the conducted EMI.In order to improve the performance of filter and shorten the research and development time,a simple and good effect filter design method is presented in this dissertation for DC-DC switch power.Basic theory of EMI source filter,topological structure,principle of design and high frequency performance of filtering components are illustrated in this dissertation.Then filter insertion loss simulation model is established,simulation program is compiled and design results are analyzed.Finally,correction of design method is verified by practice test.At the same time,on the basis of design of EMI source filter,continuation function circuit of filter is designed.It is main against surge voltage by switch motion.

Keywords:network theory;EMI source filter;insertion loss;switch power

目前,在我国绝大多数工程设计中,尤其是在设计初期,很少考虑设备内部电路对内以及对外的电磁干扰问题,致使许多电力电子装置性能都不能得到理想效果。往往是问题出现了才去寻找原因与解决方案,这既耗时又耗力,而且加大了产品的成本。因此,提高电力电子装置的电磁兼容性[1]已成为十分重要的问题。为了提高产品质量与可靠性,缩短产品的开发周期,则要求进一步加强对电力电子装置电磁干扰特性的研究,特别是在设计初期,则考虑设备电路之间的电磁干扰是十分必要的,然而电磁干扰滤波器[2]是提高电力自动化设备电磁兼容性的重要器件之一。

1 研究方法和实验方案

1.1 开关电源频率分布

根据开关电源[3]产生共模、差模干扰的特点,可以粗略按干扰的分布划分3个频段:0.15~0.50 MHz差模干扰为主;0.5~5 MHz差模、共模干扰共存;5~30 MHz共模干扰为主。

1.2 共模和差模等效电路

在进行EMI电源滤波器电路结构分析时,通常将共模干扰和差模干扰分开分析,分别计算各自等效电路的A参数矩阵,并得出对应的插入损耗[4]。

分别给出滤波器在理想状态下的共模等效电路和差模等效电路如图1、图2所示。

1.3 干扰信号分析

近年来,共模和差模干扰信号分离技术发展日渐成熟,可通过多种方法获得共模和差模干扰信号各自的相量成分大小。常用的干扰信号分离方法有电流探棒、差模拒斥网络以及干扰分离器等。在进行传导型电磁干扰测量时,必须使用传输线阻抗稳定网络[5],它是电磁兼容检测规定的线性阻抗固定网络,其主要功能是提供待测物工作电源,隔绝外部干扰,并提供一个固定阻抗,以摄取待测物干扰,利用频谱分析仪[6]读取干扰的大小,测量电路如图3所示。当分别获知干扰源共模和差模干扰大小时,便可利用共模和差模等效滤波电路[7],并依据所需的衰减量设计适当的元件值。

根据现有条件,通过对测试结果和标准要求的综合分析可得滤波器抑制共模和差模干扰需要达到衰减量。共模和差模插入损耗与频率对应关系如表1所示。

2 程序设计及仿真

所有算法采用Matlab语言编程实现。从程序功能分为滤波器设计和滤波器分析两大模块。

2.1 共模电感和差模电感的计算

共模电感和差模电感的计算频点是根据开关电源的工作频率来取值的,分别是工作频率、谐波频率及几个高频点。

2.2 仿真结果分析

测试工作是对EMI电源滤波器性能做出评价的重要依据,一般在电磁中进行。电磁屏蔽室[8]是能够提供防止电磁干扰、净化电磁环境试验场所插入损耗常用的设备,一般是频谱分析仪、人工电源网络等,该实验使用的分析仪型号为HP3585ASPECTRUMAN ALYZER 20 Hz~40 MHz。表2所示为滤波器实际测得的共模和差模插入损耗。

2.3 结论

通过一个直流EMI电源滤波器的设计实例,阐述滤波器的整个设计流程。设计过程主要包括:首先明确EMC规范要求[9],选择滤波电路结构,并使用网络理论进行分析,同时在分析干扰信号的基础上给出滤波器的共模和差模插入损耗设计指标[10]。在此使用Matlab软件建立滤波器仿真模型,通过编程计算出部分滤波元件的参数,并分别对滤波器的理想及高频电路模型进行仿真分析,讨论元件参数、高频分布参数及源、负载阻抗对滤波器频率特性的影响。最后通过实验验证滤波器设计方法和仿真模型的正确性。在此使用的滤波器设计方法同样适用于多级滤波器、交流单相滤波器及交流三相滤波器。

3 结 语

总之,本设计是建立在网络理论上的EMI电源滤波器设计技术,能严格保证滤波器网络的稳定性和网络传输特性,使其弥补以前经验设计的不足。同时结合实际工程技术,使设计方案更加实用,缩短滤波器的开发周期,并节省研发成本。该设计方法使该设备具有抑制电气电子设备的传导干扰,提高电气电子设备传导敏感度水平,保证电气电子设备整体或局部屏蔽效能等优点,同时具有结构简单,性能可靠,操作方便,有较好的实用价值。

参考文献

[1]刘鹏程,邱扬.电磁兼容原理及技术.北京.高等教育出版社,1993.

[2]区健昌.EMI滤波器和开关电源防护技术(续).安全与电磁兼容,2002(3):32-34.

[3]刘新宇.EMI电源滤波器关键技术研究.西安:西安电子科技大学,2002.

[4]曹才开.开关电源电磁干扰滤波器插入损耗的研究.通信电源技术,2003(10):17-20.

[5]周立夫,林明耀.EMI电源滤波器的设计和仿真分析.低压电器,2004(4):7-9.

[6]周志敏,周纪海.开关电源实用技术设计与应用.北京:人民邮电出版社,2003.

[7]王丽,张小青.EMI滤波器与浪涌抑制技术的结合.电力系统通信,2006(7):50-53.

[8]王丽,陈杨,张小青.开关电源EMI滤波器的设计.电气时代,2006(9):132-133.

[9]钱照明,袁义生.开关电源EMC设计研究现状及发展(上).电子产品世界,2003(7):51-53.

干扰设计论文篇4

关键词：单片机应用；干扰源；抗干扰设计

目前，在进行装载机车载动态计量仪设备计时多采用以单片机为核心微控制器。由于应用现场存在着各种干扰源，对单片机应用系统的工作影响很大，在实验室里设计好的控制系统，安装调试时完全符合设计要求，而置入现场后，系统常常无法正常稳定地工作。干扰虽不能直接造成硬 件的损坏，但常使计算机不能正常运行以致控制失灵，造成设备和生产事故。所以对现场干扰源的做出正确分析，并对单片机系统做出相应当的抗干扰设计，是保证控制器正常运行，实现动态计量的关键所在。

一、干扰源分析及干扰途径

1.系统自身干扰源及干扰途径

系统自身干扰源一般因在设计系统时对某些问题考虑不全面，如元器件布局不合理、电路工作不可靠、元器件质量差等，形成诸如电阻热噪声干扰、半导体散粒噪声干扰、接触噪声干扰、过程通道干扰、公共电阻形成的干扰等。这些干扰现象随流动元器件电流增大越加明显，这些噪声电流通过系统自身电路 和通道而影响系统，其结果是使系统控制精度下降。

2.电磁干扰源及干扰途径

装载机在装卸工作过程中现场的电磁干扰源很多，如动力断路器断弧过程中的多次复燃、电磁铁线圈电感和分布电容的谐振、大电流电弧的电磁辐射、工频输电线附近所存在的强大交变电场和磁场，以及来源于太阳等天体辐射的电磁波、雷电和地磁场的变化都可归结为电磁干扰。干扰信号通过导线或回路之间的互感耦合、电容耦合进入控制系统。电磁干扰造成的后果轻者使控制系统 产生误差，重者将使系统不能正常工作。因此对电路结构设计上要采取必要的抗干扰措施。

3.供电系统干扰及干扰途径

装载机在起动和正常工作过程中， 其电源电压的变化范围非常大，特别是装载机的启停，电压在20～30 V之间，使得供电电压大幅度波动，有时会出现长时间的过压、欠压和短时间的尖峰电压，他们十分方便地以线路传输形式经电源线进入控制系统，其中过压干扰是单片机控制系统最为恶劣的干扰，该变化范围会对整个称重系统的正常工作产生较大的影响，因此计量仪工作电源要求稳定性好。

4.干扰对程序运行的影响

干扰常使微控制器系统程序“跑飞”，造成“死机”，数据采集误差加大或数据发生变化，控制状态失灵，系统被控对象不稳定或误操作等。

二、系统抗干扰设计

硬件抗干扰总的原则是消除干扰源、切断干扰侵入途径和设计低噪声电路。

1.抑制过程通道干扰的设计

（1）光电藕合隔离，采用光电祸藕合可以切断主机与前向通道电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入主机，同时对抗共地干扰也有好处。

（2）放大电路采用差分输入放大，有效地抑制了噪声和共模干扰。

（3）旁路电容器滤波是集成电路中抗干扰的常规措施。通常每片集成电路应接入一个旁路电容器以降低电源的高频阻抗，能有效地克服芯片的内部噪声和电源噪声。加接旁路电容，对A/D转换器尤为重要，否则会出现数据输出异常的情况

2.抑制电磁干扰的设计

电磁场干扰可能来自装载机称重控制系统外部，也可能来自系统内部，抑制电磁干扰的主要手段就是采取屏蔽。方式有两种：一是将易干扰的电路或设备等屏蔽起来，以防接收辐射干扰；另一种是将辐射源屏蔽起来，防止辐射出千扰影响其他电路。

在本设计中，采用屏蔽体将系统封闭起来。由于材料的磁阻比较低，所以外部磁力线将被屏蔽在屏蔽体之外，从而起到屏蔽的作用。

3.印制电路板的抗干扰设计

电路板是微机系统中器件、信号线、电源线高密度集合体，对抗干扰性能影响很大，电路板设计、布线及接地不妥可能使整个系统无法正常运行。

（1）印制电路板大小要适中。过大时，印刷线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也高；过小时，散热不好，且易受干扰。使用多层印制板，保证良好的接地网，减少地电位差。

（2）器件布置。 把相关的器件就近放置，易产生噪声的电路应尽量远离主机电路，发热量大的器件应考虑散热问题，I/0驱动器件尽量靠近印制板边上放置。闲置的IC管脚不要悬空，元器件脚避免相互平行，以减少寄生祸合。如有可能，尽量使用贴片元件。

（3）布线。电路之间的连接应尽量短，容易受干扰的信号线要重点保护，不能与能够产生干扰或传递干扰的线路长距离平行；交直流电路要分开：对双面布线的印制电路板，应使两面线条垂直交叉，以减少磁场祸合效应。

（4）接地。数字地、模拟地分开设计，在电源端两种地线相连：对于多级电路，设计时要考虑各级动态电流，注意接地阻抗相互祸合的影响，工作频率低于1 MHz时采用一点接地，工作频率较高时采取多点接地，接地线应尽量粗。

（5）去藕电容。加去藕电容是印制电路板设计的一项常规做法.在电源输入端跨接10 ～ 100 u F的电解电容或担电容，在每个集成电路芯片上安装一个0. 01 u F的陶瓷电容器。

4.供电系统的抗干扰设计

为了克服这些干扰和扰动，在电源设计上采用DC一DC变换，以保持主电路板和各个传感器供电压的稳定。同时在电源线上加装了滤波电路。

三、结语

现场作业环境对动态计量仪单片机应用系统的干扰非常大，本论文就可能存在的干扰源做了全面的分析。并针对系统存在各种干扰源提出了电磁干扰、过程通道干扰、印刷电路板干扰、供电系统干扰的抗干扰设计，保证了设备现场工作的精度和稳定。

参考文献：

[1]刘传榕.李学忠.装载机载重测量系统数学模[J].工程机械，1997（1）

[2]王培章.电磁兼容技术，人民邮电出版社，2011

干扰设计论文篇5

【关键词】压力传感器；电磁敏感性；电磁兼容；模拟退火算法；仿真软件分析

电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力[1-2]。电磁敏感性是指存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统能够避免性能降低的能力。在具体论文研究中，将针对传感器的电磁兼容问题，提出优化设计方案，确保提升传感器的电磁敏感性。

1.提高传感器电磁敏感性原因

传感器在运行过程中需具有有一定的抗电磁干扰性[3]，电磁干扰除影响传感器的正常工作外，对人体健康也会造成有害的影响，这样的传感器在实际使用中是不安全的[4-5]，所以需要提高传感器的电磁敏感性，使传感器符合电磁兼容要求。文中所指的传感器，对外界的电磁影响可以忽略不计，故只需要研究传感器的抗电磁干扰性，并提高传感器的电磁敏感性。

2.影响传感器电磁敏感性主要因素

2.1电磁干扰源因素。在传感器运行过程中，由于会受到来自外界的无线电发射装备、高速数字电子设备、整机电气设备的静电放电、接触噪声、电路的过度现象、电磁波反射现象等的影响，产生电磁干扰，从而降低传感器的电磁敏感性[6]。2.2电磁耦合途径因素。在传感器设计中，其电路板上的引线、元器件都会产生电流，也都有电位，因此会在电路板上产生电磁场，若是传感器的电路布线和元器件的布置不合理时，会对传感器正常运行产生寄生耦合干扰，外界介质按电磁场的规律向传感器周围空间发射电磁干扰，也会降低传感器的电磁敏感性[7]。

3.传感器电磁敏感性优化设计

3.1运用模拟退火算法优化

传感器电磁兼容通常需要满足GJBl5lA-1997标准，若是仅运用传感器单层外壳屏蔽的方式并不能满足电磁兼容要求，因此可运用模拟退火算法，原理图见图1，不仅能够避免受到初始条件的约束，也可以找出能够解决电磁干扰的最佳方案，从而提高压力传感器的电磁敏感性。图1模拟退火算法原理图1）初始温度t0的选取t0要选取的足够大，Johnson等建议通过计算若干次随机便换目标函数平均增量的方法来确定t0的值。其中，为上述平均增量，x0为初始接收率，一般取0.8～1之间的数。2）温度衰减函数的选取一个常用的温度衰减函数是其中，α取0.5～0.99之间的数，固定控制参数值的衰减步数K，把区间[0,t0]划分为K个小区间，把温度衰减函数取为：3）Markov链的长度Lk的选取固定长度：Lk通常取为问题规模n的一个多项式函数。有接受和拒绝的比率来控制Lk：当温度很高时，Lk应尽量小，随着温度的渐渐下降，Lk逐步增大。4）终止温度tf（停止准则）的选取用循环总数控制法、接收概率控制法等进行选取。

3.2运用仿真软件分析优化

运用Protues（英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件）软件进行传感器电磁兼容仿真，仿真分析传感器的电磁敏感性薄弱环节，从而有针对性的进行相应优化，在优化设计后明显缩小了磁场的聚集点范围，大大削弱电磁干扰强度，传感器的电磁敏感性得到了提高，仿真图见图2。

3.3提高电磁敏感性的其它方法

3.3.1电磁屏蔽用屏蔽体将干扰源包封起来，或用屏蔽体将传感器包封，使传感器免受外界空间电磁场的影响。屏蔽技术虽然能有效地阻断电磁干扰的传播通道，但又会使传感器维修不便，并导致重量、体积和成本的增加，所以应采用合理的措施。3.3.2优化信号设计传输信息的电信号需要占用一定的频谱。为尽量减小电磁干扰，对有用信号应规定必要的最小占用带宽，这有赖于优化信号波形。3.3.3完善线路设计应设计和选用自身发射小、抗干扰能力强的电阻线路作为传感器的单元电路。3.3.4合理布局合理布局包括系统设备内各单元之间的相对位置和电缆走线等，其基本原则是使感受器和干扰源尽可能远离，输入与输出端口妥善分隔，高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆分别敷设，通过合理布局能使干扰减小到最小程度。3.3.5滤波滤波是借助抑制元件将有用信号频谱以外不希望通过的能量加以抑制，它既可以抑制干扰源的发射，又可以抑制干扰源频谱分量对敏感设备、电路或元件的影响，滤波能十分有效地抑制传导干扰。3.3.6接地与搭接不管是否与大地有实际连接，只要为电源和信号电流提供了回路和基准电位，就通称为接地。电子设备接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施之一。设计中如能周密设计地线系统，使用接地、滤波和屏蔽等措施，能有效提高传感器的电磁敏感性。

4.实例仿真分析解决电磁干扰

取三只传感器，按GJBl51A、GJBl52A条件进行试验，分析比较传感器在优化设计前和试验中的零位输出值，相关数据见表1。由表1可以看出，优化设计后的传感器其电磁敏感性得到了很大的提高。

5.结论

综上所述，传感器由于受到电磁干扰的影响，会降低传感器的电磁敏感性，因此需要对传感器进行优化设计，可运用模拟退火优化算法和仿真软件分析来预测传感器频能量分布的聚集点与畸变点，合理调整传感器设计方案，并对传感器做好电磁屏蔽、优化信号设计、完善线路设计、合理布局、滤波、接地与搭接等，对提高传感器的电磁敏感性，解决传感器的电磁干扰，能发挥积极的应用价值。

作者:雷钢 王长虹 齐虹 刘亚娟 刘涛 单位:中国电子科技集团公司第四十九研究所

参考文献

[1]曹俊,郑洁.共轨压力传感器的电磁兼容性试验研究[J].车辆与动力技术,2014.

[2]陈竹健,杨敏,夏状东.机车用压力传感器电磁兼容设计[J].机车电传动,2016.

[3]陈得民.机动车MEMS压力传感器电磁兼容测试[J].上海计量测试,2015.

[4]杨开宇,谭天洪,高印寒等.基于HFSS仿真分析的控制箱电磁兼容[J].实验室研究与探索,2014.

[5]李彦芳,杨晓斌,郑璐等.一种高精度压力传感器的设计与实现[J].电子设计工程,2016.

干扰设计论文篇6

关键词：系留气球；气压测量；电磁干扰

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.217

0 引言

系留气球是一种无动力气球飞行器，气球用系缆与地面设施连接，球体内充氦气，依靠浮力悬停在空中。系留气球一般由球体、系缆、锚泊设备、测控、供电、负载等主要部分组成。

气压测量设备用于测量系留气球氦气囊、副气囊、尾翼、整流罩4个气囊压力与大气静压。通过风机阀门的控制，实现对4个气囊压力自动调节，因此气囊压力必须测量准确。受电磁干扰的气囊测量值会导致计算机发出错误指令而引发灾难性后果。

1 球载电磁环境分析

用电设备之间形成电磁干扰必须同时具备三个要素：干扰源、耦合通道和敏感设备，如图1所示。干扰源辐射出的电磁能量经某种耦合通道进入敏感设备，导致敏感设备出现非期望的效果，这一过程称作电磁干扰效应。尽管球载环境下，电磁干扰十分复杂，但由于原气压测量盒有一定的屏蔽效果，已长期在各种环境下正常使用。

2 原盒体设计及测量值受干扰情况

某系留气球气囊测量值在使用中出现固定周期的波动，呈明显下降的波形，原盒体设计和气囊压力受扰情况如图1所示。

3 改进后的盒体设计及气囊压力测量值

为解决外界电磁干扰，作者严格按照GJB151A-97的电磁环境实验要求进行改进，分别对盒体外形结构、电信号、电缆进行电磁屏蔽设计。外形结构采用密封腔体结构，电缆采用屏蔽电缆，电信号分别按照电源、信号进行滤波器设计。改进后的盒体将原4个电连接器变成1个，盒体上盖板采用镶嵌式设计并增加屏蔽材料完好接触，线缆中增加滤波器对电源信号滤波，气压管开口处改成内网结构。

同时还增加软件的卡尔曼滤波算法，使气压测量值更平滑，改进后的气压盒设计及气囊压力受扰情况如图2所示。

对比改进前和改进后，相同环境下的气囊压力测量值，可以看出，密闭腔体结合电磁滤波器和卡尔曼滤波等多项屏蔽措施的处理切实有效，能去除电磁干扰造成的影响，并能适应更严酷的电磁环境。

4 结语

设计师在设计时应该严格按照项目的电磁兼容性总体要求，并结合产品所处的具体的位置、电磁环境和可能的外部环境，在电磁屏蔽结构和电信号屏蔽上增加相关设计，使自己设计的产品能适应大多数使用环境。学习电磁兼容理论知识、增加实践设计，不断尝试和验证，有利于提高产品的环境适应性。

参考文献：

[1]闻映红.Clayto n R Paul.电磁兼容导论[M].北京：人民邮电出版社，2007.

干扰设计论文篇7

    [论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。

抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，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，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。

一、电磁干扰产生的原因及特点

（一）传导瞬变和高频干扰

1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。

（二）场的干扰

1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。

（三）对通信线路的干扰

1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。

（四）继电器本身原因

继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。

二、干扰对电力远动系统的影响

无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的cpu；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端cpu受干扰会导致cpu工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。

三、抗干扰设计分析

（一）屏蔽措施

1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。

（二）系统接地设计

1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2. 二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。

3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔离措施

1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主cpu。

（四）滤波器的设计

1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。

（五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。

（六）数据采集抗干扰设计

1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在rtu内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。

（七）过程通道抗干扰设计

（八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μf的电解电容。

（九）控制状态位的干扰设计

（十）程序运行失常的抗干扰设计

（十一）单片机软件的抗干扰设计

（十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。

干扰设计论文篇8

（一）传导瞬变和高频干扰

1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。

（二）场的干扰

1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。

（三）对通信线路的干扰

1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。

（四）继电器本身原因

继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。

二、干扰对电力远动系统的影响

无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。

三、抗干扰设计分析

（一）屏蔽措施

1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。

（二）系统接地设计

1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2.二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。

3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔离措施

1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。

（四）滤波器的设计

1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。

（五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。

（六）数据采集抗干扰设计

1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。

（七）过程通道抗干扰设计

（八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。

（九）控制状态位的干扰设计

（十）程序运行失常的抗干扰设计

（十一）单片机软件的抗干扰设计

（十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。

（十三）对于特殊的变（配）电所或区间信号站的环境

（十四）提高远动信息传输的可靠性，在电力调度中心和远动终端之间建立出错重发技术直到住处确认信息为止。

干扰设计论文篇9

关键词　知觉干扰效应，记忆，编码。

分类号　B842

1　引言

记忆的知觉干扰效应(perceptual interference effect)采用的是典型的学习――测验的实验范式，是指在识记阶段快速呈现一个单词，紧接着给予一个倒行掩蔽的刺激，在随后的记忆测验中被试表现出对单词的记忆增强的一种现象。典型的实验范式主要包括两种编码条件――知觉干扰条件(perceptual interference condition)和非干扰条件(intact condition)。在知觉干扰条件下，单词快速呈现(如lOOms)，然后给予一个倒行掩蔽的刺激(如一行X，呈现时间2400ms)。在非干扰条件下，单词将会呈现较长的一段时间(如2.5s)。两种条件下，被试的任务都是大声地读需要学习的单词。最后测试被试对单词的记忆。有趣而反常的是，知觉干扰条件下项目的自由回忆、线索回忆、多重回忆和再认等测验的成绩较非干扰条件下项目的测验成绩更好。

知觉干扰效应最早由Nairne于1988年提出，是生成效应(generation effect)研究的延伸。Nairne的实验是在一半识记的单词后加上掩蔽刺激，使项目的视觉特征变得模糊。结果发现被掩蔽的识记项目的再认成绩优于控制条件下的再认成绩。但是，回忆测验中被掩蔽项目的优势却没有出现。Nairne对上述结果采用类似于对生成效应的解释――即掩蔽迫使被试对掩蔽项目生成视觉特征或数据驱动特征。掩蔽对再认测验产生作用而对回忆测验没有作用，是因为再认测验对数据驱动加工敏感，而回忆测验则对数据驱动加工不敏感。Nairne的结果无疑动摇了“记忆编码发生在有限能力通道”的假说。

Hirshman和Mulligan在Nairne研究结论的基础上，改良Nairne的实验范式，验证了这种记忆的“知觉干扰效应”。在知觉研究领域中存在一种也叫作“知觉干扰效应”的现象，但二者具有根本性的区别。后者是指从模糊、残缺形式开始逐渐清晰地呈现(如r___________p，r___________r____p，r___i_____r___p，r__i__rop，答案为raindrop)刺激时，识别反而不如一次呈现(如r_i____rop)时的识别。更重要的是，后者是一种知觉现象而非记忆现象。

2　知觉干扰效应的影响因素

2.1　测验方式

实验表明，知觉干扰效应主要受测验方式的影响。在是一否再认测验(yes-no recognition test)、自由回忆测验(free-recall test)、范畴线索回忆测验(category-cued recall test)、多重回忆测验(multiple recall tests)等外显记忆测验中都表现出知觉干扰效应。

然而，并非是所有的外显记忆测验方式都能出现知觉干扰效应。在韵律再认测验(rhyme recognition test)、源监测测验(source-monitoring test)、顺序重建测验(order-reconstruction test)、顺序回忆测验(order recall test)等外显记忆测验方式中没有知觉干扰效应的产生。在诸如知觉辨认测验(perceptual identification test)、范畴实例列举测验(category-exemplarproduction test)、范畴聚类测验(category-clustering test)、相对相近判断测验(relative recency judgments)、内隐系列回忆测验(covert serial recall test)等的内隐回忆测验方式中同样也没有知觉干扰效应的产生。

2.2　实验设计

目前对知觉干扰效应的研究多采用被试内实验设计。Mulligan、Westerman和Greene在再认、自由回忆、范畴聚类、顺序重建等测验的被试问实验设计以及顺序重建、自由回忆的混合实验设计中都未观察到记忆的增强现象。

但同样是被试间实验设计，Mulligan采用多重回忆测验则出现知觉干扰效应。实验采用非干扰条件、100ms知觉干扰条件和266ms知觉干扰条件三种编码条件的被试间实验设计。在接受过其中某一种编码条件的学习后，被试均接受连续五次的回忆测验。结果表明，在测验1、测验2中没有出现编码效应，然而在测验3、测验4、测验5中则出现了编码效应，即知觉干扰效应。在266ms知觉干扰条件下知觉干扰效应消失。因此，知觉干扰效应是否受实验设计方式的影响仍有待进一步的考察。

2.3　实验材料的属性

知觉干扰效应多在以高频词组成的词单中产生，在假词或低频词组成的词单中则尚未出现。

Mulligan的两个实验证明了单词的形象性对知觉干扰效应的影响。实验1采用被试内实验设计，编码条件分为非干扰条件和110ms知觉干扰条件。学习词单中的单词分为高形象性单词(high-imageability words)和低形象性单词(low-imageability words)两种。学习阶段被试的任务是大声读呈现的单词。学习完毕后接受3分钟的分心测验，最后进行回忆测验。结果表明，高形象性单词出现知觉干扰效应，低形象性单词未出现知觉干扰效应。实验2，Mulligan假设对高形象性单词而言110ms的SOA已足够产生知觉干扰效应，但对低形象性单词110ms的SOA太短以至于无法产生知觉干扰效应。因此在实验1的基础上增加130ms知觉干扰条件，结果低形象性单词仍未出现知觉干扰效应。

字体颜色与背景颜色的对比(如黑底白字、棕底绿字)以及亮度的对比(如黑底白字、黑底暗灰字)对知觉干扰效应的产生无影响。

2.4　其他影响因素

其他影响因素主要涉及：(1)呈现时间对知觉干扰效应的影响。非干扰条件下，靶刺激呈现时间的延长并没有带来相应的视觉掩蔽的记忆优势的增加。(2)SOA设置对知觉干扰效应的影响。知觉干扰条件下，SOA通常设置为lOOms或110ms，当SOA延长至266ms，知觉干扰效应消失。(3)指示语对知觉干扰效应的影响。实验表明，不同的指

示语对知觉干扰效应产生的影响不同。采用读或有意学习的指示语有利于知觉干扰效应的产生，然而保持其他实验条件相同，只是采用拼写或无意学习的指示语则未能引起知觉干扰效应的产生。

3　知觉干扰效应的理论解释

自知觉干扰效应发现以来，先后主要有六种理论或假说试图揭示其本质，并尝试对其发生的原因作出解释。

3.1　精细加工假说

精细加工假说(Elaboration Account)多在内隐一外显记忆的背景下进行评价。其基本主张是，知觉干扰条件比非干扰条件引起更多的对项目的语义精细加工。掩蔽刺激像是一种要求信号，使被试认为知觉干扰条件下的项目比非干扰条件下的项目更重要，因而引起不同的精加工编码。如果精加工是引起知觉干扰效应的中介条件，则该效应将会出现在外显记忆而非诸如知觉不完整的词干补笔线索之类的内隐记忆测验中。如果假设知觉干扰条件比非干扰条件导致较少的较低水平的视觉特征加工的话，这种解释甚至可以预测在上述内隐记忆测验中将会出现知觉干扰效应的反转。

尽管精细加工假说看上去是可行的，Hirshman等提供了相反的证据。假设增加总的学习时间可以增加由语义精加工调节的效应量的大小。根据精加工的解释，增加学习时间应当增加知觉干扰效应。然而与预期相反，他们发现增加学习时间(在知觉干扰条件下增加掩蔽刺激的呈现时间：在非干扰条件下增加单词的呈现时间)并没有增加知觉干扰效应的大小。另外，当知觉干扰条件下单词的呈现时间延长至266ms(单词辨认较好的SOA之一)时，知觉干扰效应消失。假设掩蔽刺激是在较长的SOA下相当有效的要求特征，这个发现使要求特征解释出现问题。

3.2　时空背景假说

时空背景假说(Spatio-Tempoml Context)认为知觉干扰条件导致对项目的加工更多地依赖时空背景。该假说同样可以解释为什么“知觉干扰条件下的单词增强了外显记忆测验，却对内隐记忆测验没有作用”。其原因是，内隐记忆测验不需要对学习时的时空背景进行提取。造成背景不同编码的一种潜在机制是在知觉干扰条件下唤醒水平提高了，而这种更高水平的唤醒导致了对时空背景编码的增强。

Hirshman等考察了基于编码作用的一个相关假设。他们认为识别知觉干扰项目所需要的更多的努力导致了更大的唤醒，因此增强了时空背景的编码。实验五中，变换学习单词时的亮度(影响识别时间，以测量编码作用)，考察最大的知觉作用能否增强外显记忆(实验中采用自由回忆测验)的作业成绩。然而，增加知觉的作用并没有导致更好的外显记忆的成绩，使编码作用的假设成为对知觉干扰效应一种不可能的解释。但是这些作用并没有直接测试时空背景作为知觉干扰效应媒介的可能性。

3.3　任务要求假说

任务要求假说是由Begg对生成效应的解释发展而来，Westerman和Greene将这种解释应用到知觉干扰效应中。其基本主张是不同的实验设计引起不同的编码策略。依据这种观点，当知觉干扰条件下的项目和非干扰条件下的项目相互混合时，被试的目标策略仅仅是刺激识别。这种策略有利于知觉干扰条件下的项目，因为更多的和这些项目相关的信息在识别过程中被加工和分析。但是，如果目标策略仅仅是刺激识别，非干扰条件下的项目经过粗加工(cursory processing)已经足够，对随后的回忆测验产生的影响较小。然而，当知觉干扰条件下的项目和非干扰条件下的项目是以分开的序列呈现，知觉干扰条件下的项目不再服从于引起最小的识别的编码目标，尤其是在有意学习的指示语下。非干扰条件下的项目倾向于以更全面的编码方式，由此增加了该条件下项目的回忆作业水平。另外，该解释认为在被试间设计中，两种实验条件下编码的不同是最小的，因而知觉干扰效应不会在被试间实验设计中出现。当被试问实验设计不再是知觉干扰效应的限制条件，该假说的基本主张则很难成立。

3.4　补偿加工假说

补偿加工假说(Compensatory-Processing Account)的基本主张是倒行掩蔽刺激使知觉干扰条件下项目的视觉加工过程产生困难，迫使被试执行额外的更高水平的非视觉加工。这种解释基于知觉学习和单词再认。研究表明，语音、词汇和语义信息在词汇知觉中起作用。与词汇知觉的各种正式模型(formal models of word perception)相一致的是，补偿加工观点主张单词的视觉特征呈现使更高水平的信息被激活(如语音、意义、抽象词汇信息)。倒行掩蔽刺激使加工过程中的视觉信息无用，迫使知觉系统依赖于被激活的更高水平的加工产生的信息。依据补偿加工假说，正是更高水平的加工产生的信息导致了记忆的增强。

3.5　选择性复述假说

选择性复述假说(Selective Rehearsal Hypothesis)是Slamecka和Katsaiti提出的。他们认为在混合序列中，被试有效地从一般条件中分配出复述时间，从而使特殊条件较一般条件产生更多的复述。这就是说，知觉干扰条件下的项目比非干扰条件下的项目拥有更多的复述时间，因而知觉干扰条件下项目的测验成绩优于非干扰条件下项目的测验成绩，由此导致知觉干扰效应的产生。换而言之，如果采用被试问实验设计，那么就无所谓特殊条件或一般条件，将不会产生不同的复述机会，因此相应的知觉干扰效应也不会出现。

3.6　项目特异关联假说

项目特异关联假说(Item-Specific-Relation Framework)提出，一系列的记忆效应。如生成效应、知觉干扰效应、表演效应(enactment effect)、古怪想象效应(bizarre-imagery effect)、字法特异性(orthographic distinctiveness)，都可以理解为项目特异性信息和关系信息之间权衡的结果。这些编码操作使特殊编码条件(如生成条件、特异想象条件、知觉干扰条件)和一般编码条件(如阅读条件、一般想象条件、非干扰条件)形成对照。越特殊的编码条件越能够引起更多的对项目特异性的加工，从项目间的关系加工中提取编码资源(即加强了项目特异性编码，削弱了项目间的关系编码)，由此导致知觉干扰效应的产生。

依据上述观点，当编码条件控制在被试间实验设计中，更特殊的条件破坏了整个序列的关系编码，分离出其主要优势，引起被试间实验设计中项目特异性信息的消失甚至反转。当编码条件控制在被试内实验设计中，更多的特殊条件引起对关系加工的破坏，相应地，对两种条件下的项目也产生影响。另外，该假说还认为，在混合序列中平衡了项目的关系编码，越是特殊的条件(如知觉干扰条件)其项目特异性编码越有优势，从而产生回忆的优势。

顺序编码假说(order-encoding hypothesis)是一种比项目特异关联假说更特殊的说法，提出编码的权衡介于项目特异性信息和顺序信息之间。因此，顺序信息被看作是一种特殊的关系信息。

补偿加工假说、选择性复述假说和项目特异关联假说是对知觉干扰效应的解释中较有影响的三种理论解释。然而，三种理论对知觉干扰效应解释的侧重点各不相同。补偿加工假说强调是更高水平的加工引起知觉干扰效应；选择性复述假说认为是不同的复述时间引起了知觉干扰效应；而项目特异关联假说则主张是项目特异性编码的增强与项目间关系编码的削弱引起了知觉干扰效应。由于目前尚没有能够对该效应进行完整解释的理论，因此每种理论只能对部分实验结果进行解释，但是即使是对同一实验结果的解释也存在分歧。补偿加工假说和项目特异关联假说均可以解释SOA对知觉干扰效应的影响。补偿加工假说认为100ms知觉干扰条件发生在对单词的知觉阶段，266ms知觉干扰条件发生在对单词的知觉阶段之后。一旦知觉阶段完成，额外的自上而下的加工不会发生，也就不存在相应的记忆增强。而项目特异关联假说则是从项目增益(item gains)和项目损失(item losses)的角度对此进行解释――100ms知觉干扰条件下的项目增益和项目损失同时增加，但是266ms知觉干扰条件下的项目损失增加却没有影响项目增益。换而言之，266ms知觉干扰条件下的掩蔽刺激破坏了项目间的关系信息，但是却没有带来相应的项目特异性信息的增加。上述三种假说对知觉干扰效应解释的局限性还在于：选择性复述假说和项目特异关联假说都不能解释在被试问实验设计中同样存在知觉干扰效应。补偿加工假说提供了不同的项目特异性编码的解释，但是并没有提供检索时是如何使用相关样例的。在项目特异关联假说中体现补偿加工假说，研究者将利用最近的理论去解释记忆检索时不同种类的信息所起的作用。

4　研究展望

尽管已有实验证明知觉干扰效应的存在，但是相关的研究还不够完善，研究结论也有待进一步丰富、拓展，主要表现在：

首先，以往对知觉干扰效应的讨论多集中在测验方式对知觉干扰效应的影响，但是随着记忆研究领域的深入与扩展，愈发显现出知觉干扰效应研究的空白点。知觉干扰效应是由对生成效应的研究衍生出来的，但是在发展过程中同生成效应存在着很多相似和不同。生成效应近年来的发展已经从过去和知觉干扰效应相似的研究模式逐步扩展到了更宽阔的研究领域，如生成效应与错误记忆(false memory)、情景记忆(context memory)、位置记忆、年龄差异的相关研究，更重要的是，先前的研究都认为生成效应是局限在外显记忆测验中的，而Mulligan的研究将生成效应扩展到概念内隐记忆测验。然而，这些都是知觉干扰效应目前尚未涉及的。

干扰设计论文篇10

【关键词】LTE 频率复用 干扰协调

前言

子载波之间的正交特性是OFDM技术一个非常重要的特性,因为这会抵消小区内部的干扰。然而移动网络实际的部署都是多小区环境,在这种情况下,小区之间的干扰(ICI)始终存在,而且对网络性能产生了严重的负面影响。更加准确的讲,当相同的频率资源被相邻的小区复用时,基于OFDM技术的LTE系统就会产生干扰。为了解决这个问题,3GPP在LTE技术研究过程中分析了各种小区之间的干扰消除技术。目前有三种干扰消除技术曾被广泛地讨论:小区间干扰随机化算法,小区间干扰消除算法和小区间干扰协调算法。由于小区间干扰随机化算法并没有真正地减少了干扰,小区间干扰消除算法只能消除主要的特定干扰源,所以本节中将主要分析小区间干扰协调算法。

频域上的干扰来自不同的小区之间,由于小区间的子载波资源在频域上是重复使用的,而小区内部是频分正交的,因此消除小区间干扰是LTE的主要问题。小区间干扰消除的方法主要有:干扰随机化、干扰协调、干扰消除接收算法、功控等。各种方法的特点如下:

干扰随机化:比如加扰、交织、跳频;

干扰对消:通过UE的多个天线对空间有色干扰进行抑制,或者利用交织多址IDMA进行对消;

干扰协调:对小区边缘可用的时频资源做一定限制;

波束成形::通过空间隔离的干扰抑制方法;

干扰协调与频率复用

在LTE中,网络结构变得扁平化,在原有3G网络中去掉了RNC,原来RNC中的RRM功能也部分下移至eNode B中了,因此对于小区间干扰调(ICIC)功能将在eNode B中考虑并得以实现。

ICIC的任务是通过管理无线资源(主要是无线资源块)来控制小区间的干扰,从而提高小区及其边缘的吞吐量。ICIC是多小区无线资源管理功能的一部分,多小区无线资源管理功能需要考虑多小区的如下信息:资源使用状态、业务负荷状况和用户数等。ICIC的调度和实现是与网络规划中的频率复用因子紧密相连的。优化的设计过程是在小区内部全部频谱资源都可用,但发射功率在不同的频段是不同的,相邻小区会用到的频段,在本小区内部对应的发射功率就比较小;而在小区边缘,只会用到部分频谱资源,相邻小区用到的部分带宽,本小区边缘就不会再用。eNodeB可以通过UE发送的CQI得到下行信道干扰情况,也可以通过测量SRS或是 DM-RS的SINR,还有IOT测算得到上行信道干扰的综合情况。eNodeB 通过X2接口互相合作完成小区间资源分配和调度以及相应的功控,最终的目的是提升了LTE的系统性能。

ICIC分类如下:

(1)静态ICIC

边缘频带和中心频带分配固定,频带划分好后不需要调整边缘频带

(2)半静态ICIC

有边缘频带和中心频带初始划分,后续可以根据服务小区和邻区实际的边缘负荷动态调整边缘频带。

(3)动态ICIC

没有边缘频带和中心频带初始划分,完全根据服务小区和邻区实际的边缘负荷动态调整边缘频带。

在3GPP规范的 R10版本中,增加了COMP的功能,这样小区间的干扰协调机制将会大大地得到加强。其特点如下:

(1)相邻的几个基站对小区边缘的用户同时提供服务,可以大大提高小区边缘用户的性能,提高其吞吐量;

(2)变临区干扰为有用信号,消除小区中心和边缘的差别。

邻小区干扰

来自不同基站和用户的信号的子载波间没有正交性。在频率复用系数为1的组网情况下,位于小区边缘的终端用户会明显的受到来自于相邻小区的干扰。因此,小区间的干扰余量必须基于链路预算的计算确定。

对于TD-LTE系统而言,在交叉时隙以及帧信号不同步时,会出现一个小区使用一个时隙传输上行链路信息,而另一个小区使用该时隙传输下行链路信息;会出现干扰;TD-LTE严格同步以及同时隙配比时,在下行时隙会出现基站对另一个基站边缘终端的干扰,在上行时隙会出现,边缘终端对另一个基站的干扰。

干扰与容量损失

小区间干扰是影响蜂窝网络用户特别是小区边缘用户吞吐量性能的一个限制因素。对于LTE这种频率复用系数为1的蜂窝系统来说,对小区间干扰的管理和控制显得尤为重要。

因此,eNodeB调度策略,应该包括对小区间的干扰协调,即为了提高可以提供给小区边缘用户的数据速率,eNodeB调度算法中将包括对相邻小区间的干扰的考虑。

举例来说,对于特定时间和频率资源分配,何时应予以资源限制,或者是何时给予更高的传输功率,将作为调度算法考虑的因素。

干扰对于一个特定用户获得期望速率的影响是可以被分析出来的。

如果一个用户K没有受到干扰,那么他在子帧f中的RB m所获得的数据传输速率可以表示为:

是服务小区对用户K的信道增益,是小区s的传输功率,N0 是噪声功率。

如果临区用相同的时隙和频率进行传输,那么,用户k能达到的速率减少为:

这里的指数i指的是干扰小区。

用户k损失的速率可以表达为:

下面公式描述了用户k作为所有小区间干扰的函数的情况下的速率损失比例关系

, 式中 SNR = 0 dB。

从式中可以很容易地看到,对于一个干扰等于特定的信号电平级(例如 α ≈ 0 dB)的情况下 用户k大约损失的速率,在α ≈ 0 dB 时用户大概损失40%的速率。

干扰余量的取定

下行干扰余量

下行干扰余量是通过利用干扰余量作为临小区负荷函数的分析方法获得的,SINR的数值和最大的C/I可以通过对小区边缘用户的分析数据获得。干扰余量定义为:-10 LOG(1C Load),负载的定义为:

从上述公式可以看到,干扰余量是期望的SINR、临区负载和小区边缘C/I关系的函数。

上行干扰余量

上行干扰余量值通过对不确定性用户分布的模拟仿真确定。目前,可以做到系统级仿真,由于上行干扰的不确定性,确定数学模型非常困难(比如在下行链路)。

上行干扰余量是小区负载的函数。

干扰协调设计要点

当前的ICIC理论是以每个UE的RSRP报告为基础的,这样就导致UE和eNodeB之间有大量的信息交换。减少信令开销是主要关注点,主要有:

周期报告中的事件触发:ICIC算法开始和结束时的事件触发;通过周期上报来修改ICIC算法中的参数。

设置合理的门限值:通过切换门限来辅助确定ICIC算法的终止;根据不同的QoS需求调整门限值。

在系统设计时,扩大ICIC区域可以得到良好的性能,缩小ICIC区域可以降低系统负荷。

ICIC网络设计的主要基础如下:

当频率复用系数为1时,会在小区边缘产生较大的小区间干扰;

通过加扰和跳频手段使干扰随机化;

由于OFDMA系统的正交性,小区内部干扰是可以避免的。例如对于PUCCH信道而言,在频域上同一个小区不同UE之间还要采用码分的方式进行复用,UE以不同循环移位的Zadoff-Chu序列来传送。理论上相同Zadoff-Chu序列的不同循环移位之间是相互正交的,但是实际环境中由于延时扩展和传输带宽的限制,它们在接收端并不是严格的正交。有时还会因为上行功率控制和同步错误而将小区内部干扰被放大。还有一种小区内部的干扰,来自于高速运动导致的多普勒效应中产生的非完全正交性所带来的小区内部干扰;

过载指示通过X2接口进行交互(承载上行RB级别的干扰信息);eNode B间通过X2接口来实现ICIC是一种快速干扰协调机制,实际网络中为节省中继传输也可以通过S1接口来得以实现。

不同的频率复用系数SINR的计算

子载波按照高功率和低功率块进行分配,相邻小区采用不同的配置,是干扰协调机制的主要原则之一。FFR的频率复用方式就是基于该方式提出的。小区中心用户使用低功率块,小区边缘用户使用高功率块的方式如图1所示:

FFR方法是通过将系统带宽分为若干个子集。小区中心用户的频率复用系数设置为1,即小区中心的用户占用整个系统带宽,而位于相邻小区边缘的用户被分配在不同的频率子集中。其中对于小区中心频率子集和小区边缘频率子集的调整可通过高层半静态配置进行。

在小区内部区域,复用系数为1,小区边缘用户复用系数大于1。小区边缘用户配置的子载波上使用了相对较高的功率谱密度。小区中心区域拥有良好信道条件的用户所配置的子载波则使用相对较低的功率谱密度。通常情况下,小区中心区域用户一般上都是带宽受限,而小区边缘用户是功率受限。

下面分上下行链路分别介绍:

(1)下行链路:

假设一个路径损耗指数α=3.76,在不考虑背景热噪声的影响以及干扰受限情况下,理论上在小区边缘,相对于复用系数为1情况,复用系数为3时可以带来2倍的性能提高(1.07 vs. 0.51 b/s/Hz),计算公式如下:

参考3GPP TR25.814 v7.1.0,其仿真算法采用3GPP中按CASE 1仿真的设定条件。主要仿真环境因子包括:非理想信道估计,引入实际情况的各种损耗,多普勒频移引起的干扰,考虑控制信道性能指标的影响。频率复用系数N=1和N=1/3的C/I分布如图2所示。可以看出,在静态条件下,复用系数为3比复用系数为1的C/I可提供8~10 dB的增益水平。

图2 N=1和N=1/3的3GPP仿真(CASE 1)结果

从图2可以看出:

1/1复用,90%覆盖地区载干比在-4.6dB以上,控制信道可实现1/1复用,业务信道不能实现1/1复用(在QPSK1/3 MCS格式下,PDSCH解调在最大吞吐率70%条件下的信噪比要求为-2.3dB左右,接近达到1/1复用-4.6dB的要求);

1/3复用,90%覆盖地区载干比在5dB以上,业务信道的解调性能大大提升;

应用ICIC技术,小区边缘的CINR将得到较大的提高,可以实现1/1复用;

(2)上行链路

计算模型:

PUSCH解调信噪比需求表如表1所示:

从表1可以看出:

对于2T2R基站,PUSCH解调信噪比最低为-4dB左右,接近达到1/1复用-6.08dB的要求。

应用ICIC技术,小区边缘的CINR将得到较大的提高,可以实现1/1复用。

结束语

本文通过理论计算和仿真分析给出了LTE系统干扰协调和频率复用之间的关系以及定量的分析,对于LTE的频率规划起到一定的参考价值。随着课题的不断深入研究和LTE试验网络的建设完成,相关的结论会不断完善和通过现网测试对结果进行修正,更加切实的反映网络的真实情况。