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绝妙的比喻让无线技术瞬间变得浅显易懂-1
来源: | 作者:profe140d | 发布时间: 84天前 | 468 次浏览 | 分享到:

       如何通俗易懂地解释无线通信中抽象难懂的技术?下面这篇文章值得一读,绝妙的比喻让天书般的无线技术瞬间变得浅显易懂。

       多径效应
       类比:大家小时候都玩过泥土,在一个小土堆的顶端倒水,水从四处流开,很多水都渗在土里或者流到不同方向损失掉了,有部分水流通过不同路径、不同时间汇到一个低洼的地方。


       无线电波的多径效应是指信号从发射端到接收端常有许多时延不同、损耗各异的传输路径,可以是直射、反射或是绕射,不同路径的相同信号在接受端叠加就会增大或减小接收信号的能量的现象。

       多普勒效应
       类比:钟端(终端的化名)刚参加工作的时候,非常害怕领导姬占(基站的化名)问及工作相关的问题。当钟端以一定的速度走近姬占的时候,感觉到心跳频率加快(频偏为正);当他离开姬占的时候,心跳就逐渐平缓下来了(没有频偏)。这个过程类似多普勒频移效应。


       多普勒效应是指无线电波在波源快速移向观察者时接收频率变高,类似于钟端靠近时领导时他的心跳频率的增加;而在波源远离观察者时接收频率变低,好像钟端远离领导时,他的心跳频率逐渐平缓一样。
       当警车的警报声、赛车的发动机以一定的速度接近我们的时候,声音会比平常更刺耳;离我们远去的时候,声音会缓和一些;同样的道理,你可以在火车经过时听出刺耳声的变化,说明了多普勒效应的存在。

       白噪声
       类比:当旧的用电设备如收音机打开后,可能听到嗡嗡”的声音;
       白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。 所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。从我们耳朵的频率响应听起来它是非常明亮的声。白噪声是一种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程。 此信号在各个频段上的功率是一样的,理想的白噪声具有无限带宽,因而其能量是无限大,这在现实世界是不可能存在的,但这让我们在数学分析上更加方便。一 般,只要一个噪声过程所具有的频谱宽度远远大于它所作用系统的带宽,并且在该带宽中其频谱密度基本上可以作为常数来考虑,就可以把它作为白噪声来处理。热 噪声可以认为是白噪声。


       高斯白噪声
       类比:热噪声和散粒噪声是高斯白噪声。
       高斯白噪声:如果一个噪声,它的幅度分布服从高斯分布,而它的功率谱密度又是均匀分布的,则称它为高斯白噪声。两个正交高斯噪声信号之和的包络服从瑞利分 布。幅度服从高斯分布就是其幅度概率密度分布以均值为轴对称,在均值处最大,在一个方差处为曲线拐点。高斯噪声的线性组合仍是高斯噪声。对独立的噪声源产生的噪声求和时, 可按功率直接相加。

       相位噪声
       类比:从北京飞往上海的航班排好后,每天按照固定的时刻起飞降落,周而复始。但是一天由于天气原因,航班无法正常起飞和降落,很多航班相对正常时间都有所延误。
       相位噪声就是指在系统内(如各种射频器件)各种噪声的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化。描述无线电波的三要素是幅度、频率、相位。频率和相位相互 影响。理想情况下,固定频率的无线信号波动周期是固定的,正如飞机的正常航班一样起飞时间是固定的。在频域内一个脉冲信号(频谱宽度接近0)在时域内是一 定频率的正弦波。


       但实际情况是信号总有一定的频谱宽度,而且由于噪声的影响,偏离中心频率的很远处也有该信号的功率,正如有延误1个小时以上的航班一样。偏离中心频率的很 远处的信号叫做边带信号,边带信号可能挤到相邻的频率中去,正如延误的航班可能挤到了其他航班的时间从而对其造成影响。所以这个边带信号就叫做相位噪声。
       相位噪声如何描述其大小呢?在偏移中心频率一定范围内,单位带宽内的功率与总信号功率的比,单位为dBc/Hz。正如要评估某一天天气对航班的影响,可以 定义晚点1个小时以上的航班和航班总数的比例,这个比例越小越好。射频器件系统内的热噪声可能导致相位噪声的产生。相位噪声大小可以衡量射频器件的优劣。 相位噪声越小,射频器件越好。

       信噪比
       类比:悟空问八戒:你要找什么样的女朋友?八戒回答:当然是越漂亮越好。”
       悟空问道:让你追一辈子,你还要不要?八戒嗫嚅道:不敢要了。”
       悟空问沙僧:你希望什么样的上网的速度?沙僧回答:当然是越快越好。”
       悟空问道:一比特要你两块钱,你还上不上?沙僧嗫嚅道:不敢上了。”
       悟空问唐僧:你要什么样的坐骑?唐僧回答:速度越快越好、越省油越好,越安全越好。”
       悟空问道:要你把北京的房子卖了买个有面子,有牌子的车,你还买不买?唐僧嗫嚅道:不敢买了。”
       悟空总结道:要得到好处的时候,你一定会付出代价。你要考虑的是,你得到好处和付出的代价相比是否合适,也就是性价比的问题。不是好处越多越好,而是性价比越高越好。”


       信噪比简单的说就是有用信号和干扰噪声的比值。有用信号在传输的过程中,必然会引入各种噪声,最起码有热噪声。一个射频器件如放大器把有用信号功率放大的同时,必然会放大相应的噪声。信噪比(Signal/Noise),通常以SNR表示,同样射频条件下以功率表示的信噪比是以电压表示的信噪比的平方,工程上一般指的是功率上的比值。如果用分贝(dB)表示,以功率表示的信噪比是以电压表示的信噪比的2倍。信噪比越大越好。
       应用:信噪比(电压)低于80dB的音箱和MP3不建议购买。

       噪声系数
       类比:话说八戒和高小姐结婚几年后,悟空问八戒:怎么样,小日子不错吧!八戒一脸苦相,说:别提了,高小姐性价比降低很多了。面色老了很多,脾气坏了很多, 生活懒散了很多,还和我不断地要更高的生活费。”高小姐婚前的性价比比婚后的性价比高出很多倍,这个倍数可以称为婚姻魔盒系数,可以描述婚姻质量。
       射频器件本身就会加入噪声,输入端信噪比会比输出端的信噪比高一些。输入端信噪比和输出端信噪比之比就是射频器件的噪声系数。
       噪声系数可以衡量接收机、放大器的射频(RF)性能,表示经过射频器件后,信号有用功率的损失和噪声功率的放大。基站的噪声系数大约为3~5dB,而用户移动台的噪声系数大约为7~9dB。

       加性噪声
       类比:万里黄河是由高山雪水形成的涓涓细流逐渐汇聚而成的,比较重要的源头有三个:一是扎曲,二是约古宗列渠,三是卡日曲。扎曲干涸的时候,卡日曲还有充足的水流。
       加性噪声是通过功率直接叠加的方式作用于有用信号,它的存在却独立于有用信号,不管有没有有用信号,加性噪声始终存在于射频器件中,影响正常通信的质量。


       一般通信中把随机的加性噪声看成是系统的背景噪声;从来源来看,加性噪声可分为无线电噪声、工业电噪声、自然噪声、射频器件的内部热噪声。无线电的干扰频率是固定的,可以通过加强了无线电频率的管理尽量规避。工业电噪声来源于各种电气设备,但干扰频谱集中于较低的频率范围,选择较高的工频工作可防止干扰。自然噪声来源于闪电、太阳黑子及宇宙射线等。这类噪声很难避免。内部热噪声由电子器件不规则的热运动引起,在数学上可以用随机过程来描述,又可称为随机噪声。

(来源:21ic电子网)