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(xiao)時(shi)候都玩過泥土,在(zai)一個小(xiao)土堆的頂端倒水(shui),水(shui)從(cong)四(si)處流(liu)(liu)開,很多(duo)水(shui)都滲在(zai)土里或者流(liu)(liu)到不同(tong)方向損失掉了,有部分水(shui)流(liu)(liu)通過不同(tong)路徑、不同(tong)時(shi)間匯到一個低(di)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(lei)比(bi):鐘(zhong)端(duan)(終端(duan)的(de)化名(ming)(ming))剛參加工(gong)(gong)作的(de)時(shi)候,非常害(hai)怕領導(dao)姬占(基站的(de)化名(ming)(ming))問(wen)及工(gong)(gong)作相關的(de)問(wen)題。當鐘(zhong)端(duan)以一(yi)定的(de)速度走近姬占的(de)時(shi)候,感(gan)覺到心跳(tiao)頻(pin)率加快(頻(pin)偏為正);當他離開(kai)姬占的(de)時(shi)候,心跳(tiao)就逐漸平緩下(xia)來了(沒有(you)頻(pin)偏)。這個過程類(lei)似多普勒頻(pin)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(bai)噪聲(sheng)是(shi)(shi)指功率(lv)(lv)(lv)譜(pu)密度在(zai)整個頻(pin)(pin)(pin)(pin)域內均(jun)勻(yun)分布的(de)(de)(de)(de)噪聲(sheng)。 所有頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)具有相同能量的(de)(de)(de)(de)隨機噪聲(sheng)稱(cheng)為(wei)(wei)白(bai)噪聲(sheng)。從我們耳朵(duo)的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)響應聽起(qi)來(lai)它(ta)是(shi)(shi)非常(chang)明(ming)亮的(de)(de)(de)(de)“咝”聲(sheng)。白(bai)噪聲(sheng)是(shi)(shi)一種功率(lv)(lv)(lv)頻(pin)(pin)(pin)(pin)譜(pu)密度為(wei)(wei)常(chang)數的(de)(de)(de)(de)隨機信號或隨機過程。 此(ci)信號在(zai)各個頻(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)上(shang)的(de)(de)(de)(de)功率(lv)(lv)(lv)是(shi)(shi)一樣的(de)(de)(de)(de),理想的(de)(de)(de)(de)白(bai)噪聲(sheng)具有無限(xian)帶(dai)寬(kuan),因而其能量是(shi)(shi)無限(xian)大,這(zhe)在(zai)現實世界是(shi)(shi)不(bu)可能存在(zai)的(de)(de)(de)(de),但這(zhe)讓(rang)我們在(zai)數學分析上(shang)更加方便(bian)。一 般,只要(yao)一個噪聲(sheng)過程所具有的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)譜(pu)寬(kuan)度遠遠大于它(ta)所作用(yong)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)帶(dai)寬(kuan),并(bing)且在(zai)該帶(dai)寬(kuan)中其頻(pin)(pin)(pin)(pin)譜(pu)密度基本上(shang)可以(yi)作為(wei)(wei)常(chang)數來(lai)考慮,就(jiu)可以(yi)把它(ta)作為(wei)(wei)白(bai)噪聲(sheng)來(lai)處(chu)理。熱 噪聲(sheng)可以(yi)認為(wei)(wei)是(shi)(shi)白(bai)噪聲(sheng)。

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(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位噪聲就是(shi)(shi)(shi)指在系(xi)統(tong)內(如(ru)各(ge)種射頻器件)各(ge)種噪聲的(de)作用下引起的(de)系(xi)統(tong)輸出信號相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位的(de)隨機(ji)變化。描(miao)述(shu)無線電波(bo)的(de)三要素是(shi)(shi)(shi)幅(fu)度(du)、頻率(lv)(lv)、相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位。頻率(lv)(lv)和(he)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互(hu) 影響。理(li)想情況下,固定頻率(lv)(lv)的(de)無線信號波(bo)動周期是(shi)(shi)(shi)固定的(de),正如(ru)飛機(ji)的(de)正常航班一(yi)樣起飛時(shi)間是(shi)(shi)(shi)固定的(de)。在頻域內一(yi)個(ge)脈(mo)沖信號(頻譜寬度(du)接近0)在時(shi)域內是(shi)(shi)(shi)一(yi) 定頻率(lv)(lv)的(de)正弦波(bo)。

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。”
悟空問道:“讓你追一輩子,你還要不要?”八戒囁嚅道:“不敢要了。”
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。”
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。”
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(jie)道:“要得到(dao)好(hao)處的(de)(de)(de)時候,你一定(ding)會付出代(dai)價(jia)。你要考慮的(de)(de)(de)是(shi)(shi),你得到(dao)好(hao)處和付出的(de)(de)(de)代(dai)價(jia)相比是(shi)(shi)否合(he)適,也就是(shi)(shi)性價(jia)比的(de)(de)(de)問題。不是(shi)(shi)好(hao)處越多越好(hao),而(er)是(shi)(shi)性價(jia)比越高越好(hao)。”

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。”高小姐婚前的性價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。基站的噪聲系數大約為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(jia)性噪聲是通過功率直接(jie)疊加(jia)的(de)(de)方式作用(yong)于(yu)有用(yong)信(xin)號,它的(de)(de)存(cun)在卻獨(du)立(li)于(yu)有用(yong)信(xin)號,不管(guan)有沒有有用(yong)信(xin)號,加(jia)性噪聲始(shi)終存(cun)在于(yu)射頻器件中,影(ying)響正常(chang)通信(xin)的(de)(de)質量。

一般(ban)通信中把隨(sui)機(ji)的(de)加(jia)性(xing)噪(zao)(zao)(zao)聲看(kan)成是系(xi)統的(de)背景噪(zao)(zao)(zao)聲;從來(lai)源來(lai)看(kan),加(jia)性(xing)噪(zao)(zao)(zao)聲可(ke)(ke)分(fen)為無線電(dian)(dian)噪(zao)(zao)(zao)聲、工(gong)(gong)業電(dian)(dian)噪(zao)(zao)(zao)聲、自(zi)然噪(zao)(zao)(zao)聲、射(she)頻器件的(de)內部熱噪(zao)(zao)(zao)聲。無線電(dian)(dian)的(de)干(gan)(gan)擾頻率(lv)是固定的(de),可(ke)(ke)以(yi)(yi)通過(guo)(guo)加(jia)強了無線電(dian)(dian)頻率(lv)的(de)管理盡量規(gui)避。工(gong)(gong)業電(dian)(dian)噪(zao)(zao)(zao)聲來(lai)源于各種(zhong)電(dian)(dian)氣設備,但干(gan)(gan)擾頻譜集中于較(jiao)低的(de)頻率(lv)范圍,選擇(ze)較(jiao)高的(de)工(gong)(gong)頻工(gong)(gong)作(zuo)可(ke)(ke)防止干(gan)(gan)擾。自(zi)然噪(zao)(zao)(zao)聲來(lai)源于閃電(dian)(dian)、太(tai)陽(yang)黑子(zi)及宇宙射(she)線等。這類噪(zao)(zao)(zao)聲很難避免。內部熱噪(zao)(zao)(zao)聲由電(dian)(dian)子(zi)器件不規(gui)則的(de)熱運動引(yin)起,在(zai)數學上可(ke)(ke)以(yi)(yi)用隨(sui)機(ji)過(guo)(guo)程來(lai)描述,又可(ke)(ke)稱為隨(sui)機(ji)噪(zao)(zao)(zao)聲。