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    絕妙的比喻讓無線技術瞬間變得淺顯易懂-1

    發布時間: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?下面這篇文章值得一讀,絕妙的比喻讓天書般的無線技術瞬間變得淺顯易懂。

           多徑效應
           類比:大家小時候都玩過泥土,在一個小土堆的頂端倒水,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、不同時間匯到一個低洼的地方。


           無線電波的多徑效應是指信號從發射端到接收端常有許多時延不同、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在接受端疊加就會增大或減小接收信號的能量的現象。

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


           多普勒效應是指無線電波在波源快速移向觀察者時接收頻率變高,類似于鐘端靠近時領導時他的心跳頻率的增加;而在波源遠離觀察者時接收頻率變低,好像鐘端遠離領導時,他的心跳頻率逐漸平緩一樣。
           當警車的警報聲、賽車的發動機以一定的速度接近我們的時候,聲音會比平常更刺耳;離我們遠去的時候,聲音會緩和一些;同樣的道理,你可以在火車經過時聽出刺耳聲的變化,說明了多普勒效應的存在。

           白噪聲
           類比:當舊的用電設備如收音機打開后,可能聽到“嗡嗡”的聲音;
           白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內均勻分布的噪聲。 所有頻率具有相同能量的隨機噪聲稱為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應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的隨機信號或隨機過程。 此信號在各個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,這在現實世界是不可能存在的,但這讓我們在數學分析上更加方便。一 般,只要一個噪聲過程所具有的頻譜寬度遠遠大于它所作用系統的帶寬,并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數來考慮,就可以把它作為白噪聲來處理。熱 噪聲可以認為是白噪聲。


           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。兩個正交高斯噪聲信號之和的包絡服從瑞利分 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稱,在均值處最大,在一個方差處為曲線拐點。高斯噪聲的線性組合仍是高斯噪聲。對獨立的噪聲源產生的噪聲求和時, 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,每天按照固定的時刻起飛降落,周而復始。但是一天由于天氣原因,航班無法正常起飛和降落,很多航班相對正常時間都有所延誤。
           相位噪聲就是指在系統內(如各種射頻器件)各種噪聲的作用下引起的系統輸出信號相位的隨機變化。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波動周期是固定的,正如飛機的正常航班一樣起飛時間是固定的。在頻域內一個脈沖信號(頻譜寬度接近0)在時域內是一 定頻率的正弦波。


           但實際情況是信號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處也有該信號的功率,正如有延誤1個小時以上的航班一樣。偏離中心頻率的很 遠處的信號叫做邊帶信號,邊帶信號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間從而對其造成影響。所以這個邊帶信號就叫做相位噪聲。
           相位噪聲如何描述其大小呢?在偏移中心頻率一定范圍內,單位帶寬內的功率與總信號功率的比,單位為dBc/Hz。正如要評估某一天天氣對航班的影響,可以 定義晚點1個小時以上的航班和航班總數的比例,這個比例越小越好。射頻器件系統內的熱噪聲可能導致相位噪聲的產生。相位噪聲大小可以衡量射頻器件的優劣。 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的速度?”沙僧回答:“當然是越快越好?!?br />        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?!?br />        悟空問道:“要你把北京的房子賣了買個有面子,有牌子的車,你還買不買?” 唐僧囁嚅道:“不敢買了?!?br />        悟空總結道:“要得到好處的時候,你一定會付出代價。你要考慮的是,你得到好處和付出的代價相比是否合適,也就是性價比的問題。不是好處越多越好,而是性價比越高越好?!?


           信噪比簡單的說就是有用信號和干擾噪聲的比值。有用信號在傳輸的過程中,必然會引入各種噪聲,最起碼有熱噪聲。一個射頻器件如放大器把有用信號功率放大的同時,必然會放大相應的噪聲。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。
           應用:信噪比(電壓)低于80dB的音箱和MP3不建議購買。

           噪聲系數
           類比:話說八戒和高小姐結婚幾年后,悟空問八戒:“怎么樣,小日子不錯吧!”八戒一臉苦相,說:“別提了,高小姐性價比降低很多了。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?!备咝〗慊榍暗男詢r比比婚后的性價比高出很多倍,這個倍數可以稱為婚姻魔盒系數,可以描述婚姻質量。
           射頻器件本身就會加入噪聲,輸入端信噪比會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。
           噪聲系數可以衡量接收機、放大器的射頻(RF)性能,表示經過射頻器件后,信號有用功率的損失和噪聲功率的放大?;镜脑肼曄禂荡蠹s為3~5dB,而用戶移動臺的噪聲系數大約為7~9dB。

           加性噪聲
           類比:萬里黃河是由高山雪水形成的涓涓細流逐漸匯聚而成的,比較重要的源頭有三個:一是扎曲,二是約古宗列渠,三是卡日曲。扎曲干涸的時候,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,它的存在卻獨立于有用信號,不管有沒有有用信號,加性噪聲始終存在于射頻器件中,影響正常通信的質量。


           一般通信中把隨機的加性噪聲看成是系統的背景噪聲;從來源來看,加性噪聲可分為無線電噪聲、工業電噪聲、自然噪聲、射頻器件的內部熱噪聲。無線電的干擾頻率是固定的,可以通過加強了無線電頻率的管理盡量規避。工業電噪聲來源于各種電氣設備,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。內部熱噪聲由電子器件不規則的熱運動引起,在數學上可以用隨機過程來描述,又可稱為隨機噪聲。

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