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    絕妙的比喻讓無線技術瞬間變得淺顯易懂(2)

    發布時間:2019/11/3 1:01:00

    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。上期回顧:絕妙的比喻讓無線技術瞬間變得淺顯易懂-1

           香農定理
           類比:城市道路上的汽車的車速和什么有關系?和道路的寬度有關系,和自己車的動力有關系,也其他干擾因素有關系(如:車量的多少和紅燈的數量)。
           香農定理是所有通信制式最基本的原理:C=Blog2(1+S/N)
           其中,C是可得到的鏈路速度,B是鏈路的帶寬,S是平均信號功率,N是平均噪聲功率,S/N即信噪比。
           香農定理給出了鏈路速度上限(比特每秒(bps))和 鏈路信噪比及帶寬的關系。香農定理可以解釋3G各種制式由于帶寬不同,所支持的單載波最大吞吐量的不同。

           趨膚效應
           類比:下大雨后,農村的土路上中間積滿了水,大家只好沿著路邊排隊通過。路的有效通過面積由于積水而減少,影響了人們的出行效率。


           由于導體內部的感抗對交流電的阻礙作用比表面更大,交流電通過導體時,各部分的電流密度不均勻,導體表面電流密度大(減少了截面積,增大了損耗),這種現象稱為趨膚效應。交流電的頻率越高。趨膚效應越顯著。頻率高到一定程度??梢哉J為電流完全從導體表面流過。
           實際應用:空心導線代替實心導線,節約材料;在高頻電路中使用多股相互絕緣細導線編織成束來削弱趨膚效應。



           相干時間
           類比:穿著相同、長相相似的雙胞胎兄弟同一時間并排出現,一般人難以區分。如果他們肩并肩同一動作照相,好像一個人照得有重影,看的人以為自己眼花了。
           相干時間就是信道保持恒定的最大時間差范圍,發射端的同一信號在相干時間之內到達接收端,信號的衰落特性完全相似,接收端認為是一個信號。如果該信號的自 相關性不好,還可能引入干擾,類似照相照出重影讓人眼花繚亂。
           從發射分集的角度來理解:時間分集要求兩次發射的時間要大于信道的相干時間,即如果發射時間 小于信道的相干時間,則兩次發射的信號會經歷相同的衰落,分集抗衰落的作用就不存在了。TD-SCDMA每個chip為時間長度為0.78us,也就是碼 片之間的相干時間是0.78us,同一信號通過不同路徑到達接收端的碼片超過這個時間,就有多徑分集的效果;否則,形成自干擾。

           相干帶寬(1/相干時間)
           類比:在城市繁忙的交通干線上,有一段路的一半正在整修。由于道路由寬變細,來往車輛的速度就需要慢下來,有的車被擠到了自行車道上,還有的車索性繞道。
           相干帶寬是表征多徑信道特性的一個重要參數,它是指某一特定的頻率范圍,在該頻率范圍內的任意兩個頻率分量都具有很強的幅度相關性,即在相干帶寬范圍內, 多徑信道具有恒定的增益和線性相位。


           在無線通信系統中,如果信號的帶寬小于信道的相干帶寬,則接收信號會經歷平坦衰落過程,此時發送信號的頻譜特性在接收 機內仍能保持不變。如果信號的帶寬大于信道的相干帶寬,則接收信號會經歷頻率選擇性衰落,此時接收信號的某些頻率比其他分量獲得了更大的增益,使接收信號 產生了失真,從而引起符號間干擾。

           功率控制
           類比:當想把走在你前面的朋友張華叫住,你喊一聲他的名字:“喂,張華!”發現他沒聽著,你還會再提高嗓門喊他的名字。如果張華已經聽到你的聲音,他告訴你:“你小聲點,把別人嚇著?!?,你就會降低聲音和他說話。
           功率控制能保證每個用戶所發射功率到達基站礎保持最小,既能符合最低的通信要求,同時又避免對其他用戶信號產生不必要的干擾,使系統容量最大化。當手機在 小區內移動時,它的發射功率需要進行變化;當它離基站較近時,需要降低發射功率,減少對其它用戶的干擾,當它離基站較遠時,就應該增加功率,克服增加了的 路徑衰耗。

           繞射
           類比:見“直射波”
           當接收機和發射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時,無線電波繞過障礙物而傳播的現象稱為繞射。繞射時,波的路徑發生了改變或彎曲。由阻擋表面產生的二次波散布于空間,甚至于阻擋體的背面。繞射損耗是各種障礙物對無線電波傳輸所引起的損耗 。


           直射波
           類比:在臺球這項運動中,很多規律很像電磁波的規律。假若直接撞擊球中心打出去的時候假使沒有任何阻擋,球將沿直線運行;如果打出的球碰到的臺邊,它就按 照反射角等入射角的規律運行;假若母球和另一個球相切,根據力度和方向,它可以繞過視距內球,很像繞射;假設在一個范圍內的很多球的彼此間距不超過一個 球,當母球打到這些球中間,會激起很多球向不同方向運動,很像散射。
           感悟:大自然的很多事情最根本的規律是相通的。這就是道可道的原因。但我們道出來的規律又總感覺有些欠缺,又是“非常道”。最根本的道只能去悟。
           由發射天線沿直線到達接收點的無線電波,被稱為直射波。自由空間電波傳播是電波在真空中的傳播,是一種理想傳播條件。 電波在自由空間傳播時,可以認為是直射波傳播,其能量既不會被障礙物吸收,也不會產生反射或散射。


           反射波(Reflection wave)
           類比:見“直射波”
           應用:在高速鐵路無線覆蓋選站的時候,要關注無線電波的入射角問題。備選站址不能太遠,否則入射角太大,進入車廂內的折射能力就減少。一般都選取離鐵路100米左右的站址(還需考慮其他因素)。
           無線信號是通過地面或其他障礙物反射到達接收點的,稱為反射波。反射發生于地球表面、建筑物和墻壁表面。反射波是在兩種密度不同的傳播媒介的分界面中才會 發生,分界面媒質密度差越大,波的反射量越大,折射量越小。波的入射角越小,反射量越小,折射量越大。直射波和反射波合稱為空間波。

           散射波Scattered Wave
           類比:不久前看到一起車禍,很多車輛在行駛,彼此間距不足以再穿過一個車??墒呛竺嬗袀€車沒有任何減速的從后面沖到眾多車輛中間,現況慘不忍睹。
           當無線電波穿行的介質中存在小于波長的物體,且單位體積內阻擋體的個數非常巨大時,發生散射; 散射波產生于粗糙表面,小物體或其他不規則物體。在實際的通信系統中,樹葉、街道標志和燈柱等會引發散射。

           菲涅爾區
           類比:有時候,我感覺人的眼睛的最有效的視力范圍也是一個橢球體。橢球體之外的東西雖然也能看到,但是已經不是特別的清晰。一個訓練有素的射擊運動員,他的有效視力范圍一定集中在他和目標的半徑非常小的橢球體內。
           應用:在無線站址勘測的時候,一定要注意覆蓋范圍 是否有大于菲涅爾半徑的阻擋物。尤其是大的廣告牌,高樓等障礙物。


           菲涅爾區是一個橢球體,收發天線位于橢球的兩個焦點上。這個橢球體的半徑就是第一菲涅爾半徑。在自由空間,從發射點輻射到接收點的電磁能量主要是通過第一 菲涅爾區傳播的,只要第一菲涅爾區不被阻擋,就可以獲得近似自由空間的傳播條件。
           為保證系統正常通信,收發天線架設的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能 不超過其菲涅爾區的20%,否則電磁波多徑傳播就會產生不良影響,導致通信質量下降,甚至中斷通信。

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