如何通俗易懂的解释无线通信中的那些专业术语!(中)

2023-02-21 16:33发布

这是一篇来自网络的非常经典的一篇老文,原作者不详,但非常值得一读!承接上文如何通俗易懂的解释无线通信中的那些专业术语!(上)

SPM 模型

Standard Propagation Model

类比:在先秦时代,各诸侯国的文字是不统一的,不同国家的人交流起来十分不方便。最后秦始皇告诉天下人,他用的字就是标准字,大家统一用这种文字。

无线传播模型有很多种形式,也有很多适用范围,由于形式上的不统一,无线工程师使用起来很不方便,对同一无线环境很难有比较统一的认识。

SPM模型的推出解决了这个问题。SPM模型适用于从150MHz到2GHz比较宽的频率范围,也适用于从密集城区、普通城区、郊区、农村的各种无线环境。所以目前应用比较广泛。

Path Loss= K1+ K2log(d)+ K3log(Htxeff)+ K4Diffration+ K5log(d) log(Htxeff)+ K6(HRxeff ) +Kclutterf(clutter)

其中:

d:接收机与发射机之间的距离(m);

HTxeff:发射天线的有效高度 (m);

Diffraction loss:经过有障碍路径引起的衍射损耗(dB);

HRxeff:接收天线的有效高度(m);

f(clutter): 因地物所引起的平均加权损耗;

K1:常数 (dB);.

K2:log(d)的系数;

K3:log(HTxeff)的系数;

K4:衍射损耗的系数;

K5: log(HTxeff)log(d)的系数.

K6: HRxeff的系数.

Kclutter: f(clutter)的系数.

在自由空间传播模型中,K3、K4、K5、K6、Kclutter都是0,K1=38.45,K2=20。

在一般的无线环境中,K1和K1取值也是非常重要的,对整个结果的准确性影响比较大,因为我们在利用传播模型计算的时候,主要关注的就是离发射机不同位置的情况下,我的路损是多少,可以得到的信号场强是多少。而其他因素如天线高度在一定情况下我们认为不变化

峰均比

PAR Peak-to-Average Ratio

类比: 一个村子里面有比较富裕的人家,也有比较穷的人家,但大多数都是收入中等的普通人家,我们最有钱的人家的财富和村子户平均财富的比或者最穷人家的财富和户平均财富的比,可以衡量出村子贫富两极分化的程度。 但从全国来看,用排在胡润排行榜上第一名的财富来和中国家庭的平均收入来比就显得不那么合适,不能全面衡量中国的贫富差距现象。如果用1%的中国富裕阶层的平均财富和中国家庭的平均收入,就可以说明一些问题。假若中国家庭平均年收入是3万元,而最有钱的富豪家庭的年收入为30亿,30亿和3亿一比,就是10万倍,如果用dB表示,就是50dB。 如果我们研究全国各自然村富翁的财富的分布情况,以说明不同省份经济发展水平,也可以用峰均比的概念,即最有钱的村富翁的财富和所有村富翁财富的平均值相比。也就是说,峰均比一定要指出是什么样的峰值和均值的比,单位是绝对的比值还是dB值。

解释:无线信号从时域上观测是幅度不断变化的正弦波,幅度并不恒定,一个周期内的信号幅度峰值和其他周期内的幅度峰值是不一样的,因此每个周期的平均功率和峰值功率是不一样的。在一个较长的时间内,峰值功率是以某种概率出现的最大瞬态功率,通常概率取为0.01%。在这个概率下的峰值功率跟系统总的平均功率的比就是峰均比。在概率为0.01%处的PAR,一般称为峰值因子(CF CREST Factor,CF)。

理解峰均比的概念是需要注意以下几点:

1.由于功率的峰均比是电压的峰均比的平方,PAR一般是指功率的峰均比,但也有书上把他当做电压的峰均比来用。

2.如果功率幅值随时间没有变化,即“包络的最大值”与“包络的平均值”处处相等,即“恒包络”信号的峰均比为1或者是0dB。

3.如果只考虑一个周期的无线信号纯正弦波,功率峰均比就是2,即3dB;而其电压的峰值因子CF就是功率峰均比的平方根1.414。但一般情况下,峰均比很少是指这种情况。

3.调制技术、多载波技术都可能带来较大的峰均比,峰均比过大不是什么好事,会影响很多射频器件的应用效率。

CW(Continuous Wave)测试

毛主席教导我们:“没有调查,就没有发言权。调查研究就像十月怀胎,解决问题就像一朝分娩。”原始材料的获取是正确解决一切问题的前提。同样的,原始数据的获取是一切数学建模的最关键一环。调查、监控、测试是获取原始数据的手段。

无线传播模型与具体的地形地貌因素密切相关,通过大量测试对各类场景SPM模型(或者其他模型)的各项K值进行确定的过程叫做模型校正。CW测试(连续波测试)是获取无线电波传播的测试数据的重要步骤。CW测试获取的数据是不同位置的接受电平强度,即经纬度信息和场强值的对应。可以作为模型校正的数据源。对测试获取的数据要求具备典型性和平衡性,即要求数据能够代表该地区的无线传播特性且可以“成比例”的反映该地区不同地物的无线传播特性。做CW测试需要避免地理定位时卫星遮挡或发射天线近端有高大建筑物阻挡,以免影响经纬度信息的准确性。

射频 RF

RF Radio Frequency

类比:人若想在空中遨游,可以用飞机作为载体。飞机升空的条件是必须有一定的速度,通过一定长度的机场跑道才能把速度提上去。

信息在空中传递,必须有无线电波作为载体,但是无线电波的频率低于100 KHz时,电波就会被地物吸收,而且接收装置也非常复杂。只有达到一定频率的电波才能在空中远距离传送,也容易把信息接收下来。

射频就是能够发射出去的高频交变电波,频率范围从300KHz~30GHz之间。

能够传送射频信号的传输电缆就是射频线,如工程上使用的馈线。经过调制后的高频无线电波在射频线中传输叫做射频有线传输。射频线和天线连接,射频信号通过天线向空中发射出去或者接收下来。

噪声

Noise

噪声是什么?繁忙的街道上人们说话,略微远一点就无法正常交流了。这时候都受到那些影响了,往来的汽车嘀嘀声(人类之外的噪声),人群的嘈杂声(人类内的 噪声),都是影响人们正常交流的噪声。这些噪声随着环境的不同,大小不同,影响程度也不同,我们无法对某个具体的噪声特定时刻的大小进行预测,但其具有统 计概率规律。

在无线电波信号处理和传播过程中,也会遇到无法确切预测但有统计概率的干扰信号,这种信号不同于特定频率的无线电波之间的互相干扰,称之为噪声。噪声分为 系统内部的噪声和系统外部的噪声。系统内部的噪声包括和环境温度相关的热噪声、电子管工作时产生的噪声,信号与噪声之间的互调产物等等。系统外的噪声来自 雷电风雨产生的噪声、汽车的点火噪声、其他用电设备产生的噪声。

相位噪声

Phase Noise

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。

SNR

Signal to Noise Ratio

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。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。

高小姐的性价比降低了——噪声系数

NF Noise Factor

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。

NF=10lg(输入端信噪比/输出端信噪比)

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。

涓涓细流汇聚成河——加性噪声

additive noise

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。

你家的苹果很好看——失真

Distortion

类比:大家比较熟悉皇帝新装的故事,成年人 都夸皇帝的衣服好漂亮,而只有孩子说:其实他什么也没穿。小孩刚会说话的时候,看到邻居家的苹果,自己想吃,哭着闹着要吃苹果,真实地表达自己的意图。等 长到六七岁的时候,还是想吃邻居家的苹果,却说:“你家的苹果很好看。”等长大成人后,虽然想吃邻家的苹果,为了说明自己不缺苹果,却推托说:“我不吃, 真的不吃。” 孩子真实地说出自己看到情况或说出自己的真实想法,这叫童真;而成年人掩饰了自己的真实所见和真实想法,这叫失去童真(率真),或者失真。

所谓失真,就是失去真实,或者说真实的东西被歪曲的表现出来。信号经过射频收发通道的时候,由于有加性噪声和乘性噪声引入,多少会有一定程度的对所传信号的歪曲,这个就是无线信号的失真。无线信号的失真可分为线性失真和非线性失真。

洗碗这点事——乘性噪声

multiplicative noise

类比:夫妻俩吃完饭,因为洗碗的问题,发生争吵。 女的抱怨说:"你不洗碗,对我不好。" 男的大声说:"我在你身上花那么钱,还对你不好?" 女的着急地大喊:"我在你身上也花了钱,你买房的时候,我爸还给填了两万块。” 男的愤怒地大叫:"你爸不让你给孩子付出母爱,不让你做家务。给家做一点事你爸都怕你累着。不是什么好东西!" 女的声嘶力竭地咆哮:"你妈才不是什么好东西!" 男的啪给了女的一个巴掌:"我妈付出那么多,你这个没良心的!" 女的委屈地哭道:"你敢打我,这日子没法过了。咱们离婚。" 男的坚决地回应说:"离婚就离婚。" 这对夫妻已经失去就事论事的能力,经常会因为一点小事,不断扩散争吵焦点,不断揭开以往的伤疤,最后导致婚姻失败。

在相互联系的复杂系统中,一个微小的初始输入信号差别,可能引发一系列连锁反应,由于系统的随时间变化的特性或者非线性,最后导致巨大的输出差距,这个现象类似蝴蝶效应或者是多米诺骨牌效应。系统的线性程度就好比夫妻之间就事论事的能力,系统的老化就像夫妻经过了漫长的不成功婚姻过程,系统的非线性就好像夫妻间一个鸡毛蒜皮的小事引发一场家庭战争的趋势。

乘性噪声是由于射频器件或者无线环境的不理想,伴随无线信号的接收和传送过程而产生的噪声。这种噪声与信号的关系是相辅相成的,有信号就有它,没有信号它也就不存在了。在射频器件非线性范围内无线信号微小变化,可能导致巨大信息丢失。

又给我打折了一一线性失真

类 比:一个学校工勤人员为了给校长表现自己采购能力强,经常说自己能买到打折的好东西。校长委托他买粉笔,买回来后他说:"我的人缘超好,原价100元的粉 笔,给我打了九折,才90元(其实本身就值90元)。"又一次买回来桌椅板凳,他说:"原价10000元的东西,给我打了七折才7000元(其实本身就值7000元)。"同一类东西,他获得的折扣一样;不同的东西,他获得的折扣幅度有一定的变化。一次校长委托他给灾区捐款500元,回来后他眉飞色舞的和给大家描述:"又给我打折了,我们要捐500,打八折,只收400!"大家无语。

线性失真就是射频器件对不同频率的输入,输出的幅值变化特性和相位偏移特性不一样。很多射频信号,由很多不同的频率分量组成,输出端的合成信号在幅值和相位上有一定程度的失真,输出信号中不会有输入信号中所没有的新的频率分量,各个频率的输出波形也不会变化。这种幅度的失真或者相位的失真是由该电路的线性电抗元件引起的,所以叫线性失真。由于是射 频器件对不同频率的信号处理结果上的偏差,又叫频率失真。产生线性失真的主要是一些滤波器等无源器件。

非线性失真

举一个小学生补课提高数学成绩的例子,第一周补课成绩从40分提高到50分,第一周补课成绩从50分提高到60分,以此类推,到了第五周从80分只提到了87分,而第六周从87分提高到了91分,第七周从91分提高到93分,以后再补课,成绩只在93到95之间波动了。

在一定范围内射频器件的输入和输出有较好的线性关系,超出这个范围的时候,原有的线性关系被破坏,即随着输入的增加,输出信号幅值或者相位的变化发生严重扭曲,即输出波形发生非线性失真,或者叫波形失真、非线性畸变。非线性失真也可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真。产生非线性失真的主要是一些放大器、混频器等有源器件。非线性失真产生新的谐波成分,改变了原信号频谱。非线性幅度失真常用衡量指标有1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等。

学习进步速度怎么变慢了一-1dB压缩点 P1dB

1dB compression point

类比:小学生补数学的例子中,每增加一周的学习,成绩增加10分,二周的学习,成绩增加20分:学习投入的时间和成绩增加有线性关系。可第四周成绩提高到80分以后,投入时间和成绩的关系开始变化。第五周的学习成绩提高了7分,提升幅度比上一周减少了3分,这个3分减少点标志着成绩提升进入了平稳期,学习进步的速度变慢了。一个数学培训机构宣传时就需要考虑快速提升成绩的线性范围,可宣传五周之内提升47分(从40分到87分),而不能宣传五周之内提升了8分(从87分到95分),因为感觉时间投入了很多,见效却不明显。

当输入信号较小时,在射频放大器的线性工作范围内,输出信号与输入信号可以保证线关系。输入信号的幅度增加26%(即增加1dB),输出相应增加26%(也应该是增加1dB)。随着输入信号幅度的增加,逐渐进入了放大器的饱和区,开始了非线性幅度失真,即输入电平增加26%,输出将增加不到26%,输出增加值开始减少。输出增加值比假若仍然线性增长时的值减少26%(即1dB)的位置,叫做输出1dB压缩点(也可以表示为P1dB)。

水不能倒得这么满一一放大器功率回退

类比:一个小孩用小桶装水,水龙头不断流水,水桶满了,水撒了满地。小桶是有固定容量的,超过其容量注入更多的水是没有用的。小孩一提水桶,轻微一晃,又溢 出来很多水,弄得满身都是湿漉漉的。大人过来告诉他:"水不能倒得这么满!最多有九分满就可以了,否则一晃动,就溅满身。”

射频放大器就像一个水桶一样,放大器的输入就像给水桶注水,放大器的输出就像水桶不断地增加水位。放大器的输入和输出就像注水和水桶水位之间一样有一个线性动态范围。在这个范围内,放大器的输出功率随输入功率线性增加。放大器超出线性范围进入饱和区,就像水桶满了一样。放大器的1dB压缩点可以作为超出线性范围的位置。水桶满了一晃动容易溢出,放大器工作在1dB压缩点输入一波动,输出也容易失真很多。水桶不能装太满,放大器的工作范围也要远离1dB压缩点,远离饱和区。这就是放大器的功率回退。一般输出功率比1dB压缩点回退6-10个dB,使功率放大器较可靠地工作在线性区。

惊慌的小鸟一一三阶交调

Third-Order Intermodulation

类比: 非洲的草原上,几只鹿在草原上吃草,一只警觉的鹿感觉异常,率群鹿奔跑,引起了羊群的惊慌,羊群经过小树林,树上的小鸟感觉异常,也惊慌地飞离树木。鹿的惊慌可以引起羊群、鸟群的惊慌。

交调从字面上理解就是交互(两个及两个以上)和调节(影响)。一般射频器件的接触不好、器件老化,都可能引起器件呈非线性。两个或两个以上频率的无线电波在非线性射频器件中传播时,或者在空中传播碰上金属物体的时候,可能产生其他频率的交调干扰信号,就像恐慌的传递一样。群鹿的惊慌传到了羊群(三阶交调),但是恐慌程度可能降低,羊群的恐慌传到小鸟(五阶交调),恐慌的程度又有所降低。

交调干扰信号有三阶、五阶、七阶或者更多阶的分量,但是三阶交调分量最大。假若两个频率和的频率差为 ,三阶交调的频率一般在和的位置,三阶交调是用来衡量射频器件非线性的重要指标,其大小用交调产物与主输出信号的比来表示,单位是dBc。

传音入密的神功--智能天线

类比: 中国武侠小说中描述的一种武功:一个人可以使用武功发音,他的话只让在场特定的某一个或几个人听到,而其他人听不到。大侠郭靖在儿女面前不方便和黄蓉说一些事情,就使用"传音入密”的功夫,这样只有黄蓉听过听到,而儿女们听不到。

智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。智能天线是可产生空间定向波束的天线阵列,将无线电波集中到用户信号的到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达的方向。也就是说,智能天线可使所服务用户的接收信号功率最大化,同时使波束照射范围外的非服务用户受到的干扰最小,甚至为零。智能天线就像有了“传音入密"神功的郭靖一样可以只和自己期望的人进行信息交互,而不会打扰其他人。

蝙蝠的接收和发送一一天线

类比: 蝙蝠是唯一能真正飞行的哺乳动物,分辨声音的本领很高,通过发射超声波并根据其反射的回音辨别物体。耳(类似于接收天线)内具有超声波定位的结构,飞行的时候由口和鼻(类似于发射天线)发出一种人类听不到的超声波,遇到昆虫后会反弹回来。蝙蝠用耳朵接收后,就会知道猎物的具体位置,从而前往捕捉。它能听到的声音频率可达300kHz,而人类的一般在14kHz以下(相当于接收天线的带宽范围)。蝙蝠的发射和接收由头部不同器官完成,人类的聪明在于,在一个物理实体上实现了无线电波的发射和接收。

老子说:人法地、地法天、天法道、道法自然。很多事物的规律是相通的,人类可以向自然万物学习。蝙蝠的超声波发射和接收能力在仿生学中有很重要的位置,和天线的无线电波收发的基本原理非常相似。

天线是在无线电收发系统中,向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。接收和发射可以做在同一个物理实体上。

天线大小的设计和无线电波的波长关系比较大,可以这样认为天线波长越大,要求的天线阵子尺寸也越大;不同的安装条件、不同的无线环境,对天线的外观设计的 要求也是不一样的,比如在生活小区,要求天线美观,形状、颜色、尺寸和周边的环境要和谐。从形状上看,天线可以有蘑菇型吸顶天线、壁挂天线、栅格天线、板状天线、鞭状天线、帽型天线、面状天线、路灯型美化天线等等很多类型。

衡量天线质量的指标分为机械指标和电气指标。机械指标是和设计安装相关的指标,如外形、大小、重量、抗风能力等;电气指标是和天线的射频性能相关的指标,比较重要的有增益、波瓣宽度、方向图、前后比、极化方向等,后将着重介绍这些电气指标。

究竟是什么一一时间色散

Time Dispersion

色散一词是在光学中常用的词汇,我们在中学时就知道白光通过三棱镜或光栅分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等颜色的现象叫做光的色散。在物理学中,色散用来描述从同一波源发射出的几列波在媒质中的有不同传播特性的现象。

类比:几个同学出去玩,在森林里隐隐约约看到远处有一个动物(类似信息发射端),张三说:"那是一只鹿!"过一会儿,李四说:"从我这个角度看,象是一匹马"。在后面的王五说:"你们俩谁说的对我无法判断了(接收机解调问题)”在这种情况下,同样一个动物从不同角度(传播路径)看印象差别这么大,大家无法判断到究是鹿还是马了(无法解调了),只有再走进一点才可能看清楚。

在无线通信中,无线电波从发射端到接收端会经过直射、反射等很多传播途径,反射路径要比直射路径长一些,从发射端辐射出的波经过反射路径到达接收端用的时 间要比走直射路径长一些。从接收端看,先后收到了来自同一信源的两列波:这两列波走的路径不同,传播环境不同,受到的干扰也不同。

时间色散是指到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输时间差异而带来的彼此干扰的问题。假若接收机先收到“1”这个数据,又收到“0”这个数据,接收机迷惑了,不知道究竟是"0”还是“1”了,所以解码就可能出现错误。

说是一回事,听是另一回事--收发射频指标

甲乙两人在一起交谈,乙说:"你没有说清楚!"甲说:"你怎么听不明白呢?"其实本来说是一回事,听是另一回事;但说的特别清晰可以弥补听力的不足,同样,听的能力特别强,也可以降低对说话清晰度的要求。

怎样衡量无线通信的系统的"说、听"的能力呢?这里我们介绍一下收发相关的射频指标。

说,就相当于无线通信系统的"发射",说话的时候尽量只对着与你交流的人讲,不要影响不相关的人;从发射的角度看,尽量发射信道带宽范围内的信号,不要发 射到别的信道上或者别的系统使用的频段上,这样会干扰其他信号。衡量发射机带内辐射能力、带外抑制能力的主要指标就是邻道泄露比和杂散辐射。

听,就相当于无线通信系统的“接收”,听话的时候尽量只听与你交流的人说话,不要听和你不相关的人讲话,这样会分散你的注意力,影响你的听话效果:从接收 机的角度看,尽量接收信道带宽范围内的信号,不要接收其他频率的信号,这样会影响接收效果。衡量接收机带内接收能力、带外响应抑制能力的主要指标就是接收 灵敏度和杂散响应。

下面来具体介绍。

小学生上课---邻道泄漏比

ACLR Adiacent Channel Leakage Ratio

现象类比: 小学的时候,由于教室紧张,一年级和二年级在一个教室上课,由一个老师来教。一年级学生读课文出错,二年级的就哗然大笑(邻道泄露):一年级的被老师批 评,一年级的就起哄(邻道泄露)。一二年级互相影响得非常厉害。为了减少一、二年级的互相影响,老师在他们中间加了一个隔板(增加了保护带宽),相互影响 就降低了很多,看不着,但有时候能听得着。最后老师索性把隔板换成隔墙(隔离度又增加了),这样影响就降到了最低。

邻道泄漏是用来衡量射频器件对主工作频率外的信道的影响特性,或叫带外辐射特性,就像一年级学生的嘈杂声可能有一部分会影响到二年级一样。当然这种影响最 小越好。邻道泄漏比(ACLR)就是泄露在邻道的功率与主信道功率之比,通常用dBc表示,如图 25所示。邻道泄露越小越好,邻道泄露比的绝对值就应该越大越好,这表明主信道功率比泄露在邻道的功率大很多,说明对邻道的影响变小。

WCDMA的要求是:第一邻道(偏离载频+5MHz)的ACLR达到45dBc3第二邻道(偏离载频+10MHz)的ACLR 达到50dBc。

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。从上式可以得出,终端和基站的相对移动速度越大,频偏越严重,这就要求在温速移动的通信中,必须考虑频偏问题。各厂家的设备在高速移动的场景中都会应用频率纠偏算法,以克服多普勒效应对通话质量的影响。波长越小,频偏越严重。3G的无线制式使用的频率比 2G 时代要高很多,波长也小很多,因此在3G时代更需要考虑多普勒效应的影响。终端和基站相互靠近的时候,0°<0<90°,频偏为正,接收频率变大;终端和基站相互远离的时候,90°<0<180°,频偏为负,接收频率变小;入射角日越接近90°,频偏越小,入射角日越接近0和180°频偏越大。这就要求覆盖高速公路或高速铁路等移动场景的基站不能离路太近,太近的话,夹角在一定时候会很小,频偏就会很大;也不能太远,太远的话,覆盖就会较弱。工程上一般要求基站离高速公路或高速铁路 100米左右为宜。

人眼的有效视力范围——菲涅尔区

Fresnel Zone

类比:有时候,我感觉人的眼睛的最有效的视力范围也是一个椭球体。椭球体之外的东西虽然也能看到,但是已经不是特别的清晰。一个训练有素的射击运动员,他的有效视力范围一定集中在他和目标之间半径非常小的椭球体内,这中间不能有阻挡。

我们知道,从电磁波的发射点到接收点的传播路径上,既有直射波,又有反射波和绕射波。直射波和反射波的传播路径差不大的情况下,反射波的电场方向正好与直射波相反,相位相差180度,这样反射波将会减弱直射波的信号强度,对传播效果产生破坏作用。

这种现象就好比学校里宣传主基调“知识就是力量”(理解为直射波),而社会上有另外一种反思潮:读书无用论(可以理解为相位完全相反的反射波)。如果这种反思潮在学校范围内(类似于一个菲涅尔区域)存在,将会打击学生们接收知识的热情(影响传播效果)。

从上面两式可以看出,直射波和反射波的路径差和带来相位变化和天线高度、传播距离有关系。天线高度较低且距离较远时,路径差就会变小,相位变化也会减小,反 射波对直射波的影响就会加大。从这一角度上看,天线高度越高越好,传播范围越小越好。因此,在无线工程设计中,在成本允许的条件下,在干扰可控的条件下, 要求基站的天线尽可能的高。

应用:在无线站址勘测的时候,一定要注意覆盖范围是否有大于菲涅尔半径的阻挡物,尤其要避免大的广告牌,高楼等障碍物阻挡。

工地的探照灯——杂散辐射

Spurious Emission

现象类比:我们的生活小区旁边有一个工地,彻底灯火明亮。安装探照灯主要目的是为了便于巡查从而避免工地的各种物资丢失(工作带宽范围内辐射就可以了)。可是探照灯太亮了,辐射到了我们小区(杂散辐射),影响了我们小区很多人的休息(杂散辐射必然带来干扰)。

射频发信机本应该在规定的频率范围内发送无线信号,即发射带内信号;正如探照灯应该主要照射工地范围一样。由于射频发信机内部元器件并非理想器件,存在或 多或少的非线性,在发射无线信号的过程中产生了很多非规定频率范围内的信号,即发生了杂散辐射;就像探照灯照到了旁边的生活小区。发射机发射了非自己频率 范围内的信号,就可能对其他通信系统造成干扰,就像工地的探照灯影响了旁边小区居民休息一样。

杂散辐射可能是一些非线性元器件产生的谐波分量、交调信号等。为了防止一个系统的杂散辐射对其他无线通信系统造成干扰,需要提高系统的电磁兼容性能。一般 在协议中都会规定这个系统的不同带外频率范围的最大杂散辐射水平。一般规定的形式都是一个频率范围内一定带宽的最大允许的杂散辐射是多少dBm;如协议上 规定WCDMA的发射机在150kHz~30MHz范围内每10kHz带宽的杂散辐射不能超过-36dBm。


后续请看:如何通俗易懂的解释无线通信中的那些专业术语!(下)

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