如何通俗易懂的解释无线通信中的那些专业术语!(下)

2023-02-21 16:21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!(中)

如何让高小姐高兴--接收灵敏度

Receiver Sensitivity

逻辑类比:猪八戒问孙悟空:"猴哥,我对高小姐那么好,怎么越来越难以让她高兴了?"

孙悟空说:"你对她的好估计没有达到她的最小的爱的接收灵敏度。"

猪八戒问:"什么叫爱的接收灵敏度?"

孙悟空说道:"爱的接收灵敏度就是高小姐能够感觉到高兴的最小要求。"

猪八戒问:"这个灵敏度和什么有关系呢?"

孙悟空说道:"和三个方面有关系。第一:基本生活保障(底噪,最起码的要求),比如说一天20元;第二:环境系数(噪声系数),就是高小姐周围女人的费用高于基本生活保障的倍数,比如说3倍;第三就是高小姐最小幸福感倍数(信噪比要求),即高小姐感觉幸福要求最少 应该比别人多得到的倍数,比说说2倍。"

猪八戒悟道:“也就是说高小姐爱的接收灵敏度应该这样计算:高小姐爱的月接收灵敏度=基本保障/天X天数X环境系数X高小姐幸福感系数=20X30X3X2=3600元。这是高小姐的最低要求。”

孙悟空道:"如果换成对数关系,即用dB表示,就可以变成相加的关系。即10log(高小姐爱的月接收灵敏度)=10log(基本保障/天X天数)+10l0g(环境系数)+10log(高小姐幸福感系数)”

接收灵敏度就是接收机能够正确地把有用信号 拿出来的最小信号接收功率。它和三个因素有关系:带宽范围内的热噪声、系统的噪声系数、系统把有用信号拿出所需要的最小信噪上。带宽范围内的热噪声经过接 收机,这些噪声被放大了NF倍,要想把有用信号从噪声中拿出来,就必须要求有用信号比噪声再大SNR倍。

S=10log(KTB)+NF +SNR(公式 1 )其中S是接收灵敏度(dBm);K是波尔兹曼常数,单位:J/K(焦耳/K);T表示绝对温度,单位:KKT就是在当前温度下每Hz的热噪声的功率(类似于高小姐每天的基本保障);B表示信号带宽,单位:Hz(类似于高小姐基本保障的计算周期为一个月);KTB代表带宽范围内的热噪声功率(类似于高小姐一个月的基本保障);NF表示系统的噪声系数,单位:dB(类似于环境系数);SNR表示解调所需信噪比,单位:dB(类似于高小姐的幸福感倍数)。

从上式可以看出,要想让接收机 “听清楚”发射机“说的话”,信号电平强度一定要大于接收机的接收灵敏度 S。当然接收灵敏度越小,说明接收机的接收性能越好,就像狗能听到人类听不到的微弱的声音,说明狗的听觉比人的灵敏度高;接收灵敏度越大,说明接收机的接收性能越差,就像有的老人耳聋,你很需要用很大的声音说话,他才能听到。环境温度越高,灵敏度就会变大,接收性能就会恶化,因此要尽量降低系统所在的环境温度。带宽越大,系统的噪声系数越大,灵敏度就会变大,接收性能也会恶化,这就要求设计接收机的时候,考虑到系统的带宽、噪声系数对灵敏度的影响。

解调所需的最小信噪比越小越好,这样可以增加系统的接收性能。最小信噪比要求和移动台的速度、所处的无线环境及所要求的通信质量有关,不同无线制式要求不同,同一无线制式的不同业务也不相同。

道德法庭的审判--杂散响应

Spurious Response

现象类比: 道德法庭审判潘金莲:"你为什么背叛自己的丈夫,走向万劫不复?(对杂散信号做出响应)"

潘金莲委屈地说:"奴家觉得西门大官人太帅了,太有财了!我无力抗拒。(杂散信号很强)"

道德法庭继续批判说:"社会上的诱惑那么多,你都无法抗拒么?(难道你对杂散信号总要响应么?)"

潘金莲仍然很委屈地说:"自从结婚后,我对武大给我的一切越来越没有感觉,接收灵敏度越来越差,没有任何幸福感,反而对外面的帅哥比较感兴趣(确实存在杂散响应)。"

道德法庭总结道:"也就是说一方面是外面的诱惑太大(杂散信号强),另一方面是由于你本身的抗诱惑能力很差(存在杂散响应)。”

杂散响应也称寄生响应,就是在接收机中产生的,和接收到的有用信号频率相近的、系统无法滤除的干扰信号。无线环境中存在很多干扰信号,大多数可以通过接收机的滤波器过滤掉,但有的接收机的抗杂散响应能力 差系统的后级滤波器是无法滤掉接收机本身产生的杂散响应,就像潘金莲无法抵抗西门庆杂散诱惑,自己产生了杂散响应一样。从系统接收的角度看,系统工作的频率范围内没有什么干扰,但由于环境的带外干扰太大,且本身的抗杂散响应能力弱,就会引起系统接收性能变差。

资源分配三步走:RRM(无线资源管理)

老子说:“高者抑之、下者举之;有余者损之、不足者补之。天之道、损有余而补不足。"我们发现老子这几句话道出了功率控制的根本思想。“高者抑之、下者举之",无线信号信噪比高的,我们降低功率;信噪比低的,我们抬升功率。何止功率资源遵循这样的规律,自然界里的一切资源分配理应遵从这样的规律。想到这里我 们对老子智慧的敬佩之情油然而生。

在理解无线资源管理之前,首先我们要搞清楚 什么是资源。天然气、油田、土地、矿产、森林这些都是自然资源:劳动力、资金、生产线这些都是社会经济资源。社会经济资源和自然资源的结合,能够使人类创 造巨大的财富。对人类社会来说,资源能够给人类带来经济价值,但人类对资源采取疯狂的占有和使用方式,已经给人类的发展敲起了警钟。

老子说:"孰能浊以静之徐清?孰能安以动之徐生?"谁能够把自然资源滥用的情况制止住,使之慢慢的有序化?谁能够在保护自然资源的情况下合理使用它,使自然环境慢慢地焕发生机?

这就是资源的合理分配问题。事实上,人类已经认识到资源合理利用、社会协调发展的必要性。资源合理利用的问题可以分为三个问题:有什么样的资源?有多少这样的资源?资源如何分配?这就是资源管理(Resource Management,RM)的问题。

本章主要以WCDMA或者TD-SCDMA制式为例来介绍在无线通信领域资源管理的相关术语。

有一类资源具有如下特点:别人占了这个资源以后,你无法占用;别人离开以后,你才有可能占用,即独占性和可再利用性。如一个企业董事长这个位置,有人占着,你就得 靠边站。当然没有人占的时候,也不一定能轮。到你,稀缺资源很难得到。如果同类资源有很多,你也许很容易得到资源的分配,比如说一个企业骨干工程师的位置, 你努力一下,就可以得到。

我们在通信或计算机里的资源大多数属于这种性质。计算机里内存大小,硬盘空间大小、计算机的处理能力属于这类资 源。只有对计算机的这些资源合理应用,才能够最大程度地发挥计算机的性能。这种资源的供求情况不是固定不变的,而是一个动态变化的曲线,时高时低。举个大学生毕业找工作的例子来说。这一年,会计专业特别吃香,于是新上大学的人选择会计专业。过两年,这方面的人供给饱和了,很多人又找不着工作了。非常类似经济学里的供求关系变化的规律。

这种资源可分为公共资源和专用资源,就像企业里的办公位置一样,开放流动办公区谁都可以坐,属于公共资源(类似于在无线领域的公共信道),而董事长办公间,一般人是不能进去的,属于专用资源(类似于在无线领域的专用信道)。

资源的分配可以分为两种类型:一种是面向个体的资源分配(类似于无线里的面向单个连接的资源调度),属于微观层面,如村子里的困难户分配了100斤大米;另外一种是一定范围的整体的资源分配(类似于无线里的面向小区的资源调度),属于略微宏观一点的层面,比如为 了更好地优化北京的交通拥堵状况,公共汽车4毛钱起价,二环以内私人停车费加倍增收。

资源的分配一般遵循这样三个步骤:一、调查;二、决策;三、执行。

调查就是通过对资源利用的现状进行了解,收集有用情况,在无线领域就相当于测量这个环节;决策就是根据收集来的情况,判断资源如何分配,就像在无线里根据测量结果进行判决,看是否满足资源调度的条件;决策完了以后,给出具体的资源分配方案,就需要执行这个方案了。整个资源分配的步骤如图所示。

无线资源就是这样一类资源,它也具备独占性、可再利用性、供求关系的动态变化性等等。它的合理分配也应该遵循如图。

所示的三步走策略。无线资源管理最重要的三个功能就是:控制(指导如何测量)、计算(进行判决)、资源分配(按照判决结果执行)。

在无线通信系统里,最重要的资源就是功率资源,无线电波在一定功率下才能承载手机和网络之间的信息交互。每个用户都希望获得最佳的无线服务质量,希望有一定的功率资源保证,但是单个用户的功率增加却会影响到别的用户,对整网性能有影响:就好比课堂一两个人窃窃私语,但是一个人有些听不清楚,要求对方提高嗓门,可对方一旦提高嗓门,又影响了别人的正常听课。所以这两人说话的声音需要做好功率控制,保证对方能够听到的同时,尽量降低对别人的影响。

信道资源是无线通信系统里最基本的资源。无线的物理信道可能由特定的时隙、频率、码道、空间通道组成,物理信道可以分为公共信道资源和专用信道资源,既然是资源,就不会是取之不尽、用之不竭的。如何合理利用和分配信道资源是关系到无线网络的整体性能的优劣的大事。

无线通信里功率资源和信道资源就像人的吃的资源和住的资源一样重要,只不过无线通信里信号“吃"的是功率(吃少了,饿,没有体力;吃多了,撑得慌),"住"的是物理信道(住的地方少了,业务体验不佳;住的地方大了,成本太高)。

接下来就是无线信号的"行”的问题。移动通信过程中,用户的最基本特点就是移动性,用户从一个小区移动到另外一个小区,必然涉及到原来小区资源的释放和新进入小区资源的获取,就像我们换工作时需要办理离职入职手续一样。

远交近攻策略--远近效应

Near-Far effect

在古时候,国家和国家之间的关系也有远近效应。邻近国家的一举一动对本国的影响较大(距离基站近的终端对基站的影响大),而距离较远的国家则对本国的影响 较少(距离基站远的终端对基站的影响小)。所以著名的军事家都采用首先消弱邻国实力,尽量结交偏远国家的“远交近攻”策略。远交近攻,是范雎说服秦王的一句名言,出自《战国策》。秦王采用结交齐国,首先攻打魏韩的战略最终统一了中国。

在采用CDMA技术的无线制式里(GSM 无此效应),当基站同时接收到两个距离不同的移动台发来的信号时,如果两个移动台采用相同的功率,那么距离近的移动台就会非常放肆,对周围的无线环境造成严重干扰(邻国强大不是好事啊!),导致距离远的移动台无法正常通信。这个时候基站采用的策略就是“远交近攻”的策略。近处的减少对他的友好(降低功率),而远端保持和他的友好(提高功率)。

你小声点,别把人吓着一一功率控制

Power Contro

当想把走在你前面的朋友张华叫住,你喊一声他的名字:"喂,张华!"发现他没听着,你还会再提高嗓门喊他的名字。如果张华已经听到你的声音,他告诉你:"你小声点,别把人吓着",你就会降低声音和他说话。

功率控制的目的是在保证用户最低通信质量需求的前提下,尽量降低发射功率,使之到达接收端的功率最小,从而避免对其他用户信号产生不必要的干扰,使整个系 统的容量最大化。因此,当手机在小区内移动时,它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时,需要降低发射功率,减少对其它用户的干扰;当它离基站较远 时,就应该增加功率,克服路径损耗的增加。功率控制可以降低小区内和小区间用户的相互干扰,降低手机功率消耗,增加手机待机时间。

功率控制中最重要的参数就是多长时间功控一次和每次功控调整的步长。功控时间过长,会导致无线信号的电平跟不上无线环境的变化,突然的衰落和干扰会导致掉 话:功控时间越短越有利于无线信号应对无线环境的变化,但会增加对系统计算能力和复杂性的要求。功控每次调整的步长过小了,跟不上无线环境的变化;功控每 次调整的步长不宜过大,增加功率过大导致功率供给大于功率需求,造成资源浪费,引起干扰;降低功率过大导致信号电平降低过快,引起通话质量下降,甚至掉 话。

功率调整的步长一般宜采用“快升慢降”原则(如功率每次增加0.5dB,但需降低时,每次只降低0.2dB)。无线环境突然变坏,为了保证通话质量,避免掉话,迅速将功率调上去,当不需要这么大功率的时候,慢慢地把它降下来,这样可以避免功率随着无线环境反复大幅上升,大幅下降,引起不必要网络性能恶化。

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