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絕妙的比喻讓無線技術(shù)瞬間變得淺顯易懂-1

發(fā)布時(shí)間:2019/11/2 0:59:36

如何通俗易懂地解釋無線通信中抽象難懂的技術(shù)?下面這篇文章值得一讀,絕妙的比喻讓天書般的無線技術(shù)瞬間變得淺顯易懂。

       多徑效應(yīng)
       類比:大家小時(shí)候都玩過泥土,在一個(gè)小土堆的頂端倒水,水從四處流開,很多水都滲在土里或者流到不同方向損失掉了,有部分水流通過不同路徑、不同時(shí)間匯到一個(gè)低洼的地方。


       無線電波的多徑效應(yīng)是指信號(hào)從發(fā)射端到接收端常有許多時(shí)延不同、損耗各異的傳輸路徑,可以是直射、反射或是繞射,不同路徑的相同信號(hào)在接受端疊加就會(huì)增大或減小接收信號(hào)的能量的現(xiàn)象。

       多普勒效應(yīng)
       類比:鐘端(終端的化名)剛參加工作的時(shí)候,非常害怕領(lǐng)導(dǎo)姬占(基站的化名)問及工作相關(guān)的問題。當(dāng)鐘端以一定的速度走近姬占的時(shí)候,感覺到心跳頻率加快(頻偏為正);當(dāng)他離開姬占的時(shí)候,心跳就逐漸平緩下來了(沒有頻偏)。這個(gè)過程類似多普勒頻移效應(yīng)。


       多普勒效應(yīng)是指無線電波在波源快速移向觀察者時(shí)接收頻率變高,類似于鐘端靠近時(shí)領(lǐng)導(dǎo)時(shí)他的心跳頻率的增加;而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低,好像鐘端遠(yuǎn)離領(lǐng)導(dǎo)時(shí),他的心跳頻率逐漸平緩一樣。
       當(dāng)警車的警報(bào)聲、賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)以一定的速度接近我們的時(shí)候,聲音會(huì)比平常更刺耳;離我們遠(yuǎn)去的時(shí)候,聲音會(huì)緩和一些;同樣的道理,你可以在火車經(jīng)過時(shí)聽出刺耳聲的變化,說明了多普勒效應(yīng)的存在。

       白噪聲
       類比:當(dāng)舊的用電設(shè)備如收音機(jī)打開后,可能聽到“嗡嗡”的聲音;
       白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。 所有頻率具有相同能量的隨機(jī)噪聲稱為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應(yīng)聽起來它是非常明亮的“咝”聲。白噪聲是一種功率頻譜密度為常數(shù)的隨機(jī)信號(hào)或隨機(jī)過程。 此信號(hào)在各個(gè)頻段上的功率是一樣的,理想的白噪聲具有無限帶寬,因而其能量是無限大,這在現(xiàn)實(shí)世界是不可能存在的,但這讓我們?cè)跀?shù)學(xué)分析上更加方便。一 般,只要一個(gè)噪聲過程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所作用系統(tǒng)的帶寬,并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來考慮,就可以把它作為白噪聲來處理。熱 噪聲可以認(rèn)為是白噪聲。


       高斯白噪聲
       類比:熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。
       高斯白噪聲:如果一個(gè)噪聲,它的幅度分布服從高斯分布,而它的功率譜密度又是均勻分布的,則稱它為高斯白噪聲。兩個(gè)正交高斯噪聲信號(hào)之和的包絡(luò)服從瑞利分 布。幅度服從高斯分布就是其幅度概率密度分布以均值為軸對(duì)稱,在均值處最大,在一個(gè)方差處為曲線拐點(diǎn)。高斯噪聲的線性組合仍是高斯噪聲。對(duì)獨(dú)立的噪聲源產(chǎn)生的噪聲求和時(shí), 可按功率直接相加。

       相位噪聲
       類比:從北京飛往上海的航班排好后,每天按照固定的時(shí)刻起飛降落,周而復(fù)始。但是一天由于天氣原因,航班無法正常起飛和降落,很多航班相對(duì)正常時(shí)間都有所延誤。
       相位噪聲就是指在系統(tǒng)內(nèi)(如各種射頻器件)各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號(hào)相位的隨機(jī)變化。描述無線電波的三要素是幅度、頻率、相位。頻率和相位相互 影響。理想情況下,固定頻率的無線信號(hào)波動(dòng)周期是固定的,正如飛機(jī)的正常航班一樣起飛時(shí)間是固定的。在頻域內(nèi)一個(gè)脈沖信號(hào)(頻譜寬度接近0)在時(shí)域內(nèi)是一 定頻率的正弦波。


       但實(shí)際情況是信號(hào)總有一定的頻譜寬度,而且由于噪聲的影響,偏離中心頻率的很遠(yuǎn)處也有該信號(hào)的功率,正如有延誤1個(gè)小時(shí)以上的航班一樣。偏離中心頻率的很 遠(yuǎn)處的信號(hào)叫做邊帶信號(hào),邊帶信號(hào)可能擠到相鄰的頻率中去,正如延誤的航班可能擠到了其他航班的時(shí)間從而對(duì)其造成影響。所以這個(gè)邊帶信號(hào)就叫做相位噪聲。
       相位噪聲如何描述其大小呢?在偏移中心頻率一定范圍內(nèi),單位帶寬內(nèi)的功率與總信號(hào)功率的比,單位為dBc/Hz。正如要評(píng)估某一天天氣對(duì)航班的影響,可以 定義晚點(diǎn)1個(gè)小時(shí)以上的航班和航班總數(shù)的比例,這個(gè)比例越小越好。射頻器件系統(tǒng)內(nèi)的熱噪聲可能導(dǎo)致相位噪聲的產(chǎn)生。相位噪聲大小可以衡量射頻器件的優(yōu)劣。 相位噪聲越小,射頻器件越好。

       信噪比
       類比:悟空問八戒:“你要找什么樣的女朋友?”八戒回答:“當(dāng)然是越漂亮越好?!?br />        悟空問道:“讓你追一輩子,你還要不要?”八戒囁嚅道:“不敢要了?!?br />        悟空問沙僧:“你希望什么樣的上網(wǎng)的速度?”沙僧回答:“當(dāng)然是越快越好。”
       悟空問道:“一比特要你兩塊錢,你還上不上?” 沙僧囁嚅道:“不敢上了?!?br />        悟空問唐僧:“你要什么樣的坐騎?”唐僧回答:“速度越快越好、越省油越好,越安全越好。”
       悟空問道:“要你把北京的房子賣了買個(gè)有面子,有牌子的車,你還買不買?” 唐僧囁嚅道:“不敢買了。”
       悟空總結(jié)道:“要得到好處的時(shí)候,你一定會(huì)付出代價(jià)。你要考慮的是,你得到好處和付出的代價(jià)相比是否合適,也就是性價(jià)比的問題。不是好處越多越好,而是性價(jià)比越高越好?!?


       信噪比簡單的說就是有用信號(hào)和干擾噪聲的比值。有用信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中,必然會(huì)引入各種噪聲,最起碼有熱噪聲。一個(gè)射頻器件如放大器把有用信號(hào)功率放大的同時(shí),必然會(huì)放大相應(yīng)的噪聲。信噪比(Signal/Noise),通常以SNR表示,同樣射頻條件下以功率表示的信噪比是以電壓表示的信噪比的平方,工程上一般指的是功率上的比值。如果用分貝(dB)表示,以功率表示的信噪比是以電壓表示的信噪比的2倍。信噪比越大越好。
       應(yīng)用:信噪比(電壓)低于80dB的音箱和MP3不建議購買。

       噪聲系數(shù)
       類比:話說八戒和高小姐結(jié)婚幾年后,悟空問八戒:“怎么樣,小日子不錯(cuò)吧!”八戒一臉苦相,說:“別提了,高小姐性價(jià)比降低很多了。面色老了很多,脾氣壞了很多, 生活懶散了很多,還和我不斷地要更高的生活費(fèi)?!备咝〗慊榍暗男詢r(jià)比比婚后的性價(jià)比高出很多倍,這個(gè)倍數(shù)可以稱為婚姻魔盒系數(shù),可以描述婚姻質(zhì)量。
       射頻器件本身就會(huì)加入噪聲,輸入端信噪比會(huì)比輸出端的信噪比高一些。輸入端信噪比和輸出端信噪比之比就是射頻器件的噪聲系數(shù)。
       噪聲系數(shù)可以衡量接收機(jī)、放大器的射頻(RF)性能,表示經(jīng)過射頻器件后,信號(hào)有用功率的損失和噪聲功率的放大?;镜脑肼曄禂?shù)大約為3~5dB,而用戶移動(dòng)臺(tái)的噪聲系數(shù)大約為7~9dB。

       加性噪聲
       類比:萬里黃河是由高山雪水形成的涓涓細(xì)流逐漸匯聚而成的,比較重要的源頭有三個(gè):一是扎曲,二是約古宗列渠,三是卡日曲。扎曲干涸的時(shí)候,卡日曲還有充足的水流。
       加性噪聲是通過功率直接疊加的方式作用于有用信號(hào),它的存在卻獨(dú)立于有用信號(hào),不管有沒有有用信號(hào),加性噪聲始終存在于射頻器件中,影響正常通信的質(zhì)量。


       一般通信中把隨機(jī)的加性噪聲看成是系統(tǒng)的背景噪聲;從來源來看,加性噪聲可分為無線電噪聲、工業(yè)電噪聲、自然噪聲、射頻器件的內(nèi)部熱噪聲。無線電的干擾頻率是固定的,可以通過加強(qiáng)了無線電頻率的管理盡量規(guī)避。工業(yè)電噪聲來源于各種電氣設(shè)備,但干擾頻譜集中于較低的頻率范圍,選擇較高的工頻工作可防止干擾。自然噪聲來源于閃電、太陽黑子及宇宙射線等。這類噪聲很難避免。內(nèi)部熱噪聲由電子器件不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)引起,在數(shù)學(xué)上可以用隨機(jī)過程來描述,又可稱為隨機(jī)噪聲。