如何通俗易懂地解釋無(wú)線(xiàn)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(shū)般的無(wú)線(xiàn)技術(shù)瞬間變得淺顯易懂。
多徑效應
類(lèi)比:大家小時(shí)候都玩過(guò)泥土,在一個(gè)小土堆的頂端倒水,水從四處流開(kāi),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(guò)不同路徑、不同時(shí)間匯到一個(gè)低洼的地方。
無(wú)線(xiàn)電波的多徑效應是指信號從發(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在接受端疊加就會(huì )增大或減小接收信號的能量的現象。
多普勒效應
類(lèi)比:鐘端(終端的化名)剛參加工作的時(shí)候,非常害怕領(lǐng)導姬占(基站的化名)問(wèn)及工作相關(guān)的問(wèn)題。當鐘端以一定的速度走近姬占的時(shí)候,感覺(jué)到心跳頻率加快(頻偏為正);當他離開(kāi)姬占的時(shí)候,心跳就逐漸平緩下來(lái)了(沒(méi)有頻偏)。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似多普勒頻移效應。
多普勒效應是指無(wú)線(xiàn)電波在波源快速移向觀(guān)察者時(shí)接收頻率變高,類(lèi)似于鐘端靠近時(shí)領(lǐng)導時(shí)他的心跳頻率的增加;而在波源遠離觀(guān)察者時(shí)接收頻率變低,好像鐘端遠離領(lǐng)導時(shí),他的心跳頻率逐漸平緩一樣。
當警車(chē)的警報聲、賽車(chē)的發(fā)動(dòng)機以一定的速度接近我們的時(shí)候,聲音會(huì )比平常更刺耳;離我們遠去的時(shí)候,聲音會(huì )緩和一些;同樣的道理,你可以在火車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)聽(tīng)出刺耳聲的變化,說(shuō)明了多普勒效應的存在。
白噪聲
類(lèi)比:當舊的用電設備如收音機打開(kāi)后,可能聽(tīng)到“嗡嗡”的聲音;
白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)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(chēng)為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應聽(tīng)起來(lái)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(guò)程。 此信號在各個(gè)頻段上的功率是一樣的,理想的白噪聲具有無(wú)限帶寬,因而其能量是無(wú)限大,這在現實(shí)世界是不可能存在的,但這讓我們在數學(xué)分析上更加方便。一 般,只要一個(gè)噪聲過(guò)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(lái)考慮,就可以把它作為白噪聲來(lái)處理。熱 噪聲可以認為是白噪聲。
高斯白噪聲
類(lèi)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(chēng)它為高斯白噪聲。兩個(gè)正交高斯噪聲信號之和的包絡(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稱(chēng),在均值處最大,在一個(gè)方差處為曲線(xiàn)拐點(diǎn)。高斯噪聲的線(xiàn)性組合仍是高斯噪聲。對獨立的噪聲源產(chǎn)生的噪聲求和時(shí), 可按功率直接相加。
相位噪聲
類(lèi)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,周而復始。但是一天由于天氣原因,航班無(wú)法正常起飛和降落,很多航班相對正常時(shí)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)信號波動(dòng)周期是固定的,正如飛機的正常航班一樣起飛時(shí)間是固定的。在頻域內一個(gè)脈沖信號(頻譜寬度接近0)在時(shí)域內是一 定頻率的正弦波。
但實(shí)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(gè)小時(shí)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(shí)間從而對其造成影響。所以這個(gè)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(diǎn)1個(gè)小時(shí)以上的航班和航班總數的比例,這個(gè)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(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(lèi)比:悟空問(wèn)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(wèn)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(wèn)沙僧:“你希望什么樣的上網(wǎng)的速度?”沙僧回答:“當然是越快越好?!?br />
悟空問(wèn)道:“一比特要你兩塊錢(qián),你還上不上?” 沙僧囁嚅道:“不敢上了?!?br />
悟空問(wèn)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(wèn)道:“要你把北京的房子賣(mài)了買(mǎi)個(gè)有面子,有牌子的車(chē),你還買(mǎi)不買(mǎi)?” 唐僧囁嚅道:“不敢買(mǎi)了?!?br />
悟空總結道:“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?xún)r(jià)比的問(wèn)題。不是好處越多越好,而是性?xún)r(jià)比越高越好?!?
信噪比簡(jiǎn)單的說(shuō)就是有用信號和干擾噪聲的比值。有用信號在傳輸的過(guò)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功率放大的同時(shí),必然會(huì )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(mǎi)。
噪聲系數
類(lèi)比:話(huà)說(shuō)八戒和高小姐結婚幾年后,悟空問(wèn)八戒:“怎么樣,小日子不錯吧!”八戒一臉苦相,說(shuō):“別提了,高小姐性?xún)r(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?!备咝〗慊榍暗男?xún)r(jià)比比婚后的性?xún)r(jià)比高出很多倍,這個(gè)倍數可以稱(chēng)為婚姻魔盒系數,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。
噪聲系數可以衡量接收機、放大器的射頻(RF)性能,表示經(jīng)過(guò)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(hù)移動(dòng)臺的噪聲系數大約為7~9dB。
加性噪聲
類(lèi)比:萬(wàn)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(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(guò)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(méi)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(zhì)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(lái)源來(lái)看,加性噪聲可分為無(wú)線(xiàn)電噪聲、工業(yè)電噪聲、自然噪聲、射頻器件的內部熱噪聲。無(wú)線(xiàn)電的干擾頻率是固定的,可以通過(guò)加強了無(wú)線(xiàn)電頻率的管理盡量規避。工業(yè)電噪聲來(lái)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(lái)源于閃電、太陽(yáng)黑子及宇宙射線(xiàn)等。這類(lèi)噪聲很難避免。內部熱噪聲由電子器件不規則的熱運動(dòng)引起,在數學(xué)上可以用隨機過(guò)程來(lái)描述,又可稱(chēng)為隨機噪聲。