無線通信中的那些專業(yè)術(shù)語-創(chuàng)新互聯(lián)
香農(nóng)定理
香農(nóng)定理是所有通信制式最基本的原理。 C=Blog2(1＋S/N)： 其中C是可得到的鏈路速度，B是鏈路的帶寬，S是平均信號功率,N是平均噪聲功率，S/N即信噪比。香農(nóng)定理給出了鏈路速度上限(比特每秒（bps）)和 鏈路信噪比及帶寬的關(guān)系。香農(nóng)定理可以解釋3G各種制式由于帶寬不同，所支持的單載波大吞吐量的不同 趨膚效應
由于導體內(nèi)部的感抗對交流電的阻礙作用比表面更大，交流電通過導體時,各部分的電流密度不均勻,導體表面電流密度大（減少了截面積，增大了損耗）,這種現(xiàn) 象稱為趨膚效應.交流電的頻率越高,趨膚效應越顯著,頻率高到一定程度,可以認為電流完全從導體表面流過.實際應用：空心導線代替實心導線，節(jié)約材料；在 高頻電路中使用多股相互絕緣細導線編織成束來削弱趨膚效應。 相干時間
相干時間就是信道保持恒定的大時間差范圍，發(fā)射端的同一信號在相干時間之內(nèi)到達接收端，信號的衰落特性完全相似，接收端認為是一個信號。如果該信號的自 相關(guān)性不好，還可能引入干擾，類似照相照出重影讓人眼花繚亂。從發(fā)射分集的角度來理解：時間分集要求兩次發(fā)射的時間要大于信道的相干時間，即如果發(fā)射時間 小于信道的相干時間，則兩次發(fā)射的信號會經(jīng)歷相同的衰落，分集抗衰落的作用就不存在了。TD-SCDMA每個chip為時間長度為0.78us，也就是碼 片之間的相干時間是0.78us，同一信號通過不同路徑到達接收端的碼片超過這個時間，就有多徑分集的效果；否則，形成自干擾。 相干帶寬（1/相干時間）
相干帶寬是表征多徑信道特性的一個重要參數(shù)，它是指某一特定的頻率范圍，在該頻率范圍內(nèi)的任意兩個頻率分量都具有很強的幅度相關(guān)性，即在相干帶寬范圍內(nèi)， 多徑信道具有恒定的增益和線性相位。在無線通信系統(tǒng)中，如果信號的帶寬小于信道的相干帶寬，則接收信號會經(jīng)歷平坦衰落過程，此時發(fā)送信號的頻譜特性在接收 機內(nèi)仍能保持不變。如果信號的帶寬大于信道的相干帶寬，則接收信號會經(jīng)歷頻率選擇性衰落，此時接收信號的某些頻率比其他分量獲得了更大的增益，使接收信號 產(chǎn)生了失真，從而引起符號間干擾。 功率控制
功率控制能保證每個用戶所發(fā)射功率到達基站礎(chǔ)保持最小，既能符合最低的通信要求，同時又避免對其他用戶信號產(chǎn)生不必要的干擾，使系統(tǒng)容量大化。當手機在 小區(qū)內(nèi)移動時，它的發(fā)射功率需要進行變化.當它離基站較近時，需要降低發(fā)射功率，減少對其它用戶的干擾，當它離基站較遠時，就應該增加功率，克服增加了的 路徑衰耗. 麥克斯韋方程組 趣 聞：麥克斯韋后期的生活充滿了煩惱。他的學說沒有人理解，妻子又久病不愈。這雙重的不幸，壓得他精疲力盡。為了看護妻子，他曾經(jīng)整整三個星期沒有在床上睡 過覺。盡管這樣，他的講演，他的實驗室工作，卻從來沒有中斷過。1879年是麥克斯韋生命的最后一年，他仍然堅持不懈地宣傳電磁理論。這時，他的講座只有 兩個聽眾。一個是美國來的研究生，另一個就是后來發(fā)明電子管的弗萊明?？諘绲碾A梯教室里，只在頭排坐著兩個學生。麥克斯韋夾著講義，照樣步履堅定地走上講 臺，他面孔消瘦，表情嚴肅而莊重。仿佛他不是在向兩個聽眾，而是在向全世界解釋自己的理論。1879年11月5日，麥克斯韋患×××去世，終年只有49歲。 他的功績，在他活著的時候卻沒有得到人們重視。在赫茲證明了電磁波存在以后才公認他是“牛頓以后世界上最偉大的數(shù)學物理學家”。 麥克斯韋方程組Maxwell's equations描述電場與磁場的四個基本方程，其中： No.1 方程：描述了電場的性質(zhì)。在一般情況下，電場可以是庫侖電場也可以是變化磁場激發(fā)的感應電場，而感應電場是渦旋場，它的電位移線是閉合的，對封閉曲面的通量無貢獻。 No.2 方程：描述了磁場的性質(zhì)。磁場可以由傳導電流激發(fā)，也可以由變化電場的位移電流所激發(fā)，它們的磁場都是渦旋場，磁感應線都是閉合線，對封閉曲面的通量無貢獻。 No.3 方程：描述了變化的磁場激發(fā)電場的規(guī)律。 No.4 方程：描述了變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。 電磁波 Electromagnetic wave（應該是第一個講的無線詞匯） 趣聞：英國曾有2400萬只“家養(yǎng)”麻雀。這些麻雀都在房屋閣樓處做窩，每天在各家花園內(nèi)嬉戲，成為英國一道風景線。然而，近年來，英國麻雀數(shù)量突然急劇 減少。英國科學家對此百思不得其解。有人認為是貓吃了麻雀，有人認為是無鉛汽油影響了蟲子的生存，而麻雀就靠這種蟲子喂養(yǎng)小麻雀，還有人認為是建筑閣樓被 封閉，使得麻雀無法做窩。最近，英國的科學家和動物學家指出，手機發(fā)出的電磁波是造成麻雀失蹤的罪魁禍首。英國人從1994年開始大量使用手機。正是在這 些年中，英國麻雀開始大量減少。研究表明，電磁波影響麻雀的方向感。麻雀依靠地球磁場來辨別方向。而電磁波會干擾麻雀找路的能力，從而使其迷失方向。研究 還表明，電磁波還可影響動物的精子數(shù)量和排卵功能。 電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，電流會產(chǎn)生磁場，變動的磁場則會產(chǎn)生電流。變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個不可分離的統(tǒng)一的場。 在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原 振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。電磁波是能量的一種，凡 是高于絕對零度的物體，都會釋出電磁波。 除光波外，人們看不見無處不在的電磁波 多普勒效應 Doppler effect
多普勒效應指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。在移動通信中，當移動臺移向基站時，頻率變高，遠離基站時，頻率 變低。天文學家哈勃應用多普勒效應得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。醫(yī)學上應用多普勒效應來對血液循環(huán)過程中供氧情況，血管粥樣硬化的等情況作出判斷。 多徑效應
無線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(xiàn)象 白噪聲
白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。 所有頻率具有相同能量的隨機噪聲稱為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應聽起來它是非常明亮的“咝”聲。白噪聲是一種功率頻譜密度為常數(shù)的隨機信號或隨機過程。 此信號在各個頻段上的功率是一樣的，理想的白噪聲具有無限帶寬，因而其能量是無限大，這在現(xiàn)實世界是不可能存在的，但這讓我們在數(shù)學分析上更加方便。一 般，只要一個噪聲過程所具有的頻譜寬度遠遠大于它所作用系統(tǒng)的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來考慮，就可以把它作為白噪聲來處理。熱 噪聲可以認為是白噪聲。 高斯白噪聲（及瑞利分布）
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(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，在均值處大，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(chǎn) 生的噪聲求和時, 可按功率直接相加。 赫茲
赫茲，德國物理學家，赫茲對人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。1888年1月，赫茲將自己的研究成果總結(jié)在《論動電效應的傳播速度》一文中。 赫茲實驗公布后，轟動了全世界的科學界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。為了紀念赫茲，國際單位制中頻率的單位定義為赫 茲，它是每秒中的周期性變動重復次數(shù)的計量。 繞射
當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時，無線電波繞過障礙物而傳播的現(xiàn)象稱為繞射。繞射時，波的路徑發(fā)生了改變或彎曲。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。繞射損耗是各種障礙物對無線電波傳輸所引起的損耗 。 直射波 Direct Wave
感悟：大自然的很多事情最根本的規(guī)律是相通的。這就是道可道的原因。但我們道出來的規(guī)律又總感覺有些欠缺，又是“非常道”。最根本的道只能去悟。 由發(fā)射天線沿直線到達接收點的無線電波，被稱為直射波。自由空間電波傳播是電波在真空中的傳播，是一種理想傳播條件。 電波在自由空間傳播時，可以認為是直射波傳播，其能量既不會被障礙物吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。 反射波 反射波Reflection wave
應用：在高速鐵路無線覆蓋選站的時候，要關(guān)注無線電波的入射角問題。備選站址不能太遠，否則入射角太大，進入車廂內(nèi)的折射能力就減少。一般都選取離鐵路100米左右的站址（還需考慮其他因素，以后說）。 無線信號是通過地面或其他障礙物反射到達接收點的，稱為反射波。反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。反射波是在兩種密度不同的傳播媒介的分界面中才會 發(fā)生，分界面媒質(zhì)密度差越大，波的反射量越大，折射量越小。波的入射角越小，反射量越小，折射量越大。直射波和反射波合稱為空間波。 散射波 Scattered Wave
當無線電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體，且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，發(fā)生散射； 散射波產(chǎn)生于粗糙表面，小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標志和燈柱等會引發(fā)散射。 非視距傳輸 nLOS,Non Line of Sight
無線信號從發(fā)射點到接收端有障礙物阻擋，不能沿直線進行傳播，叫做非視距傳輸。非視距傳輸?shù)臒o線傳播損耗比視距傳輸要增加很多。 菲涅爾區(qū) Fresnel Zone
應用：在無線站址勘測的時候，一定要注意覆蓋范圍 是否有大于菲涅爾半徑的阻擋物。尤其是大的廣告牌，高樓等障礙物。 菲涅爾區(qū)是一個橢球體，收發(fā)天線位于橢球的兩個焦點上。這個橢球體的半徑就是第一菲涅爾半徑。在自由空間，從發(fā)射點輻射到接收點的電磁能量主要是通過第一 菲涅爾區(qū)傳播的，只要第一菲涅爾區(qū)不被阻擋，就可以獲得近似自由空間的傳播條件。為保證系統(tǒng)正常通信，收發(fā)天線架設(shè)的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能 不超過其菲涅爾區(qū)的20％，否則電磁波多徑傳播就會產(chǎn)生不良影響，導致通信質(zhì)量下降，甚至中斷通信 自由空間傳播模型 Free space propagation Model
電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收。但是，當電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會受到衰減，這是由于輻射能量的擴散而引起的。 自由空間傳播損耗就是發(fā)射點的無線信號在整個球面內(nèi)均勻的向外擴散，擴散到接收天線處，落在天線的有效接收面積上的能量與發(fā)射的總能量的比。 最后推導出的自由空間傳播公式為 L=32.45+20log(dkm)+20log(fMHz)(dB) 當f=2000MHz的時候，公式可以簡化為 L=38.45+20log(dm)。 自由空間傳播模型是無線電波傳播的最簡單的模型，無線電波的損耗只和傳播距離和電波頻率有關(guān)系；在給定信號的頻率的時候，只和距離有關(guān)系。在實際傳播環(huán)境中，還要考慮環(huán)境因子n，則公式簡化為L=38.45+10*n*log(dm)。n一般根據(jù)環(huán)境可取2~5之間。前面那位弟兄知道天線口的功率，利用上述簡化的傳播模型，估計他離TD天線的距離有100米，然后把所在位置的電波強度口算出來。 （在每日詞匯中，我盡量少的講解公式，但這個公式對從業(yè)的人比較重要，所以一定得講） 理解2000MHz時的電波傳播的簡化公式時要注意： 1、在1米處的損耗為38.45dB，在10米處的損耗為58.45dB； 2、距離增加一倍，損耗增加的是6dB（很多學生錯認為是3dB）； 3、自由空間中的損耗不是隨距離線性增加，而是指數(shù)級增加。（有的學生問每百米自由空間傳播損耗是多少。這個問題本身是錯誤的。因為無線信號走過的第一個百米和第二個百米損耗是不一樣的。 超高頻 UHF Ultra High Frequency 超高頻：分米波段，指頻率為300~3000MHz的特高頻無線電波。 無線電波分布在3Hz到3000GHz之間，在這個頻譜內(nèi)劃分為12個帶。在不同頻段內(nèi)的頻率傳播特性不相同。頻率越小，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠，繞 射能力越強。但低頻段頻率資源緊張，系統(tǒng)容量有限。高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大；但頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越小，繞射能力越弱，實現(xiàn)的技術(shù) 難度越大，系統(tǒng)的成本也相應提高。 移動通信系統(tǒng)選擇所用頻段要綜合考慮覆蓋效果和容量。UHF頻段與其他頻段相比，在覆蓋效果和容量之間折衷的比較好，被廣泛應用于移動通信領(lǐng)域。 參考：長波通信，波長為10000～1000米（頻率為30～300千赫）的無線電通信。長波通信主要用于軍事上，如潛艇通信、地下通信及導航等。在一定 范圍內(nèi)，長波通信以地波傳播為主，當通信距離大于地波的大傳播距離時，則靠天波來傳播信號。長波通信的優(yōu)點是：通信距離遠，能透過山體、海水一定的深 度，通信比較穩(wěn)定可靠。其缺點是：由于波長超長，收發(fā)信設(shè)備及天線系統(tǒng)龐大,造價高；通頻帶窄,不適于多路和快速通信；易受天電干擾。。 陰影效應 Shadowing Effect
在傳播路徑上，無線電波遇到地形不平、高低不等的建筑物、高大的樹木等障礙物的阻擋時，在阻擋物的后面，會形成電波信號場強較弱的陰影區(qū)。這個現(xiàn)象就叫做陰影效應。 慢衰落 Slow Fading 類比：在股市下降過程中，雖然其分時曲線波動劇烈，但是5周線變化比較緩慢。 無線電波傳播過程中，信號強度曲線的中值呈現(xiàn)慢速變化，叫做慢衰落。慢衰落反映的是瞬時值加權(quán)平均后的中值，反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電平的均值變化，一般遵從對數(shù)正態(tài)分布。 慢衰落產(chǎn)生的原因： 1）慢衰落的主要原因是路徑損耗； 2）陰影效應導致的信號衰落： 快衰落 Fast Fading
快衰落就是接收信號場強值的瞬時快速起伏、快速變化的現(xiàn)象?？焖ヂ涫怯捎诟鞣N地形、地物、移動體引起的多徑傳播信號在接收點相疊加，由于接收的多徑信號的 相位不同、頻率、幅度也有所變化，導致疊加以后的信號幅度波動劇烈。在移動臺高速運行的時候，接收到的無線信號的載頻范圍隨時間不斷變化，也可引起疊加信 號幅度的劇烈變化。也就是說多徑效應和多普勒效應可以引起快衰落。 一般快衰落可以細分為： 1）多徑效應引起空間選擇性衰落，即不同的地點、不同的傳輸路徑衰落特性不一樣； 2）載波頻率的變化引起載波寬度范圍超出了相干帶寬的范圍，引起的信號失真，叫做頻率選擇性衰落； 3）多普勒效應或多徑效應可以引起不同信號到達接收點的時間差不一樣，超過相干時間，引起的信號失真叫時間選擇性衰落。 時間色散 Time Dispersion
在無線通信中，到達接收機的主信號和其他多徑信號在空間傳輸時間差異而帶來的同頻干擾問題。時間色散可以使來自遠離接收天線的物體反射的無線信號到達接收端比直射信號慢幾個符號的時間，這樣可能導致互相符號間干擾。如“1”影響“0”，使接收機解碼錯誤。 傳播損耗 Propagation Loss
給定頻率的無線制式，無線傳播損耗主要是隨距離變化的路徑損耗（Path Loss），影響該路徑損耗的三種最基本的傳播機制為反射、繞射和散射，即有反射損耗（Reflection Loss）、繞射損耗(Scattered Loss)、地物損耗（Clutter Loss）。如果電磁波穿過墻體、車體、樹木等等障礙物，還需考慮穿透損耗(Penetration Loss)。如果將手機貼近的人體使用，還需考慮人體損耗(Body Loss)等等。 路徑損耗的環(huán)境因子系數(shù)n一般隨傳播環(huán)境不同而不同，一般密集城區(qū)取4~5，普通城區(qū)取3~4，郊區(qū)取2.5~3。在實際無線環(huán)境中，天線的高度可以影響路徑損耗。一般發(fā)射天線或接收天線的高度增加一倍，可以補償6dB的傳播損耗。 反射損耗隨反射表面不同而不同，水面的反射損耗在0~1dB，麥田的反射損耗在2~4dB，城市、山體的反射損耗可達14dB~20dB. 繞射波在繞射點四處擴散，擴散到除障礙物以外的所有方向，不同情況損耗差別較大。地物損耗主要由于地表散射造成，損耗大小視具體情況而定。 穿透損耗和建筑物的材質(zhì)以及電磁波的入射角關(guān)系較大，一般情況下隔墻阻擋取5～20dB，樓層阻擋每層20dB，厚玻璃 6～10dB，火車車廂的穿透損耗為15～30dB，電梯的穿透損耗為30dB左右。 人體損耗一般取3個dB，也就是無線電波經(jīng)過人體，一半的能量被人體吸收。 傳播模型 Propagation Model
實際無線環(huán)境中不可能有自由空間那樣理想的無線傳播 條件。在不同的反射、繞射、散射條件的影響下，電波場強中值變化規(guī)律非常復雜，很難用簡單的數(shù)學表達式來計算。通過理論或者實測的方式建立的無線電波傳播 損耗的數(shù)學表達式稱為傳播模型。有兩個途徑研究傳播模型：一是從無線傳播理論出發(fā)分析所有從發(fā)射點到接收點的電磁波得出傳播損耗的數(shù)學規(guī)律；另外一個是在 大量測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上統(tǒng)計分析出傳播損耗的數(shù)學規(guī)律。 感 悟：人類總是想用數(shù)學的手段為紛繁蕪雜的社會、自然現(xiàn)象建立模型，以此得出一些數(shù)學的規(guī)律來指導我們的工作和生活。但遺憾的是，任何數(shù)學模型都是對事物發(fā) 展變化的普遍規(guī)律的近似表達，而不能完全符合實際。如果經(jīng)濟模型管用，那金融危機就不會爆發(fā)；如果管理模型管用，就不會有公司倒閉；如果無線傳播模型絕對 準確，無線網(wǎng)絡(luò)就不會有弱覆蓋。 射線跟蹤模型 Ray Tracing Model
射線跟蹤模型的基本原理分析某種場景下無線電波從發(fā)射點傳播到接收點理論上所有可能的傳播途徑，包括直射、發(fā)射、繞射等，通過接收點信號矢量疊加，計算得出接收信號場強。 Volcano模型，WaveSight模型以及WinProp模型就是典型的射線追蹤模型。 射線模型需要高精度的三維數(shù)字地圖，至少5m精度，1m精 度更好。由于對地圖精度要求較高，所以用這種方法進行無線環(huán)境建模比較昂貴，一般只在密集城區(qū)使用就可以了。模型預測的準確性和數(shù)字地圖的精確性、站點工 程參數(shù)如天線位置、天線高度、方向角、下傾角等設(shè)置的準確性相關(guān)較大。同時射線跟蹤模型一般不考慮移動的車輛對無線信號傳播的影響，也忽略較高階的反射/衍射波、地面反射波、從建筑物下方穿過的電磁波、透射波、漫反射波等。 Okumura模型
解釋： 最著名的基于測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計的無線傳播模型是Okumura模型，它是Okumura在日本的大量測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上統(tǒng)計出的以曲線圖表示的傳播模型。但它適用范圍窄，應用不十分方便。 在Okumura模型的基礎(chǔ)上，Hata利用數(shù)學回歸分析方法擬合出便于計算機計算的無線傳播經(jīng)驗公式，即Okumura-Hata公式，適用頻率在150～1500MHz的無線傳播，如GSM900。該公式可應用在宏蜂窩(大區(qū))條件下，半徑在1-20km范圍內(nèi)的普通城區(qū)，郊區(qū)，鄉(xiāng)村的無線環(huán)境。 但是隨后出現(xiàn)了DCS1800，而且3G的工作頻率都在2000MHz左右，原來的Okumura-Hata公式又不適用了，COST 231-Hata將Okumura-Hata模型的頻率范圍擴展到2000MHz，但是仍只適用于宏蜂窩條件。 隨著人們對無線通信需求的不斷增長，原來的宏蜂窩組網(wǎng)不能滿足密集城區(qū)人們對無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的高要求，需要通過微蜂窩完善覆蓋，于是有了適用于微蜂窩的Walfisch公式。 人們對無線通信的需求還是不斷增長，室內(nèi)無線用戶日益增多，僅通過室外宏蜂窩覆蓋室內(nèi)不能滿足人們對無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的高要求，需要建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，于是產(chǎn)生了應用于室內(nèi)Keenan-Motley模型。 李氏準則 Lee’s Criteria
鄆哥說得話用通信的語言說就是你的采樣次數(shù)要足夠多，采樣地點要正確。 如何能夠測試無線信號場強，充分的反應無線環(huán)境的特征。William Lee 博士1985年發(fā)表了關(guān)于無線信號場強采樣的著名論文，通過嚴格的數(shù)學推導給出無線信號場強采樣的標準：在40個波長內(nèi)采樣36～50個點。這一標準在無線通信工程中得到了廣泛應用。 理解：假設(shè)我們的無線制式使用的頻率是2000MHz，掃頻儀每秒鐘最多打100個點，那么進行無線環(huán)境測試的車速的上限是多少？ 2000MHz的無線電波波長是0.15m，40個波長就是6m，也就是說6m的距離內(nèi)必須夠50個點。掃頻儀每秒鐘最多打100個點，也就是每秒鐘最多走12米，即車速不能高于12m/s，走得多采樣點就不夠了。 SPM 模型 Standard Propagation Model
無線傳播模型有很多種形式，也有很多適用范圍，由于形式上的不統(tǒng)一，無線工程師使用起來很不方便，對同一無線環(huán)境很難有比較統(tǒng)一的認識。 SPM模型的推出解決了這個問題。SPM模型適用于從150MHz到2GHz比較寬的頻率范圍，也適用于從密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村的各種無線環(huán)境。所以目前應用比較廣泛。 Path Loss= K1+ K2log(d)+ K3log(Htxeff)+ K4Diffration+ K5log(d) log(Htxeff)+ K6(HRxeff ) +Kclutterf(clutter) 其中： d：接收機與發(fā)射機之間的距離(m)； HTxeff：發(fā)射天線的有效高度 (m)； Diffraction loss：經(jīng)過有障礙路徑引起的衍射損耗(dB)； HRxeff：接收天線的有效高度(m)； f(clutter): 因地物所引起的平均加權(quán)損耗； K1：常數(shù) (dB)；. K2：log(d)的系數(shù)； K3：log(HTxeff)的系數(shù)； K4：衍射損耗的系數(shù)； K5: log(HTxeff)log(d)的系數(shù). K6: HRxeff的系數(shù). Kclutter: f(clutter)的系數(shù). 在自由空間傳播模型中，K3、K4、K5、K6、Kclutter都是0，K1=38.45，K2=20。 在一般的無線環(huán)境中，K1和K1取值也是非常重要的，對整個結(jié)果的準確性影響比較大，因為我們在利用傳播模型計算的時候，主要關(guān)注的就是離發(fā)射機不同位置的情況下，我的路損是多少，可以得到的信號場強是多少。而其他因素如天線高度在一定情況下我們認為不變化 峰均比 PAR Peak-to-Average Ratio
解釋：無線信號從時域上觀測是幅度不斷變化的正弦波，幅度并不恒定，一個周期內(nèi)的信號幅度峰值和其他周期內(nèi)的幅度峰值是不一樣的，因此每個周期的平均功率和峰值功率是不一樣的。在一個較長的時間內(nèi)，峰值功率是以某種概率出現(xiàn)的大瞬態(tài)功率，通常概率取為0.01%。在這個概率下的峰值功率跟系統(tǒng)總的平均功率的比就是峰均比。在概率為0.01%處的PAR，一般稱為峰值因子（CF CREST Factor，CF）。 理解峰均比的概念是需要注意以下幾點： 1.由于功率的峰均比是電壓的峰均比的平方，PAR一般是指功率的峰均比，但也有書上把他當做電壓的峰均比來用。 2.如果功率幅值隨時間沒有變化，即“包絡(luò)的大值”與“包絡(luò)的平均值”處處相等，即“恒包絡(luò)”信號的峰均比為1或者是0dB。 3.如果只考慮一個周期的無線信號純正弦波，功率峰均比就是2，即3dB；而其電壓的峰值因子CF就是功率峰均比的平方根1.414。但一般情況下，峰均比很少是指這種情況。 3.調(diào)制技術(shù)、多載波技術(shù)都可能帶來較大的峰均比，峰均比過大不是什么好事，會影響很多射頻器件的應用效率。 CW（Continuous Wave）測試 毛主席教導我們：“沒有調(diào)查，就沒有發(fā)言權(quán)。調(diào)查研究就像十月懷胎，解決問題就像一朝分娩?！痹疾牧系墨@取是正確解決一切問題的前提。同樣的，原始數(shù)據(jù)的獲取是一切數(shù)學建模的最關(guān)鍵一環(huán)。調(diào)查、監(jiān)控、測試是獲取原始數(shù)據(jù)的手段。 無線傳播模型與具體的地形地貌因素密切相關(guān)，通過大量測試對各類場景SPM模型（或者其他模型）的各項K值進行確定的過程叫做模型校正。CW測試（連續(xù)波測試）是獲取無線電波傳播的測試數(shù)據(jù)的重要步驟。CW測試獲取的數(shù)據(jù)是不同位置的接受電平強度，即經(jīng)緯度信息和場強值的對應?？梢宰鳛槟Ｐ托Ｕ臄?shù)據(jù)源。對測試獲取的數(shù)據(jù)要求具備典型性和平衡性，即要求數(shù)據(jù)能夠代表該地區(qū)的無線傳播特性且可以“成比例”的反映該地區(qū)不同地物的無線傳播特性。做CW測試需要避免地理定位時衛(wèi)星遮擋或發(fā)射天線近端有高大建筑物阻擋，以免影響經(jīng)緯度信息的準確性。 射頻 RF RF Radio Frequency
信息在空中傳遞，必須有無線電波作為載體，但是無線電波的頻率低于100 KHz時，電波就會被地物吸收，而且接收裝置也非常復雜。只有達到一定頻率的電波才能在空中遠距離傳送，也容易把信息接收下來。 射頻就是能夠發(fā)射出去的高頻交變電波，頻率范圍從300KHz～30GHz之間。 能夠傳送射頻信號的傳輸電纜就是射頻線，如工程上使用的饋線。經(jīng)過調(diào)制后的高頻無線電波在射頻線中傳輸叫做射頻有線傳輸。射頻線和天線連接，射頻信號通過天線向空中發(fā)射出去或者接收下來。 噪聲 Noise 噪聲是什么？繁忙的街道上人們說話，略微遠一點就無法正常交流了。這時候都受到那些影響了，往來的汽車嘀嘀聲（人類之外的噪聲），人群的嘈雜聲（人類內(nèi)的 噪聲），都是影響人們正常交流的噪聲。這些噪聲隨著環(huán)境的不同，大小不同，影響程度也不同，我們無法對某個具體的噪聲特定時刻的大小進行預測，但其具有統(tǒng) 計概率規(guī)律。 在無線電波信號處理和傳播過程中，也會遇到無法確切預測但有統(tǒng)計概率的干擾信號，這種信號不同于特定頻率的無線電波之間的互相干擾，稱之為噪聲。噪聲分為 系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲和系統(tǒng)外部的噪聲。系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲包括和環(huán)境溫度相關(guān)的熱噪聲、電子管工作時產(chǎn)生的噪聲，信號與噪聲之間的互調(diào)產(chǎn)物等等。系統(tǒng)外的噪聲來自 雷電風雨產(chǎn)生的噪聲、汽車的點火噪聲、其他用電設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。 相位噪聲 Phase Noise
相位噪聲就是指在系統(tǒng)內(nèi)（如各種射頻器件）各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號相位的隨機變化。描述無線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，固定頻率的無線信號波動周期是固定的，正如飛機的正常航班一樣起飛時間是固定的。在頻域內(nèi)一個脈沖信號（頻譜寬度接近0）在時域內(nèi)是一 定頻率的正弦波。 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(nèi)，單位帶寬內(nèi)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(shù)的比例，這個比例越小越好。射頻器件系統(tǒng)內(nèi)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。 SNR Signal to Noise Ratio
信噪比簡單的說就是有用信號和干擾噪聲的比。有用信號在傳輸?shù)倪^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。 高×××的性價比降低了——噪聲系數(shù) NF Noise Factor
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(shù)。 NF=10lg(輸入端信噪比/輸出端信噪比) 噪聲系數(shù)可以衡量接收機、放大器的射頻（RF）性能，表示經(jīng)過射頻器件后，信號有用功率的損失和噪聲功率的放大?；镜脑肼曄禂?shù)大約為3~5dB，而用戶移動臺的噪聲系數(shù)大約為7~9dB。 涓涓細流匯聚成河——加性噪聲 additive noise
加性噪聲是通過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(tǒng)的背景噪聲；從來源來看，加性噪聲可分為無線電噪聲、工業(yè)電噪聲、自然噪聲、射頻器件的內(nèi)部熱噪聲。無線電的干擾頻率是固定的，可以通過加強了無線電頻率的管理盡量規(guī)避。工業(yè)電噪聲來源于各種電氣設(shè)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。自然噪聲來源于閃電、太陽黑子及宇宙射線等。這類噪聲很難避免。內(nèi)部熱噪聲由電子器件不規(guī)則的熱運動引起，在數(shù)學上可以用隨機過程來描述，又可稱為隨機噪聲。 你家的蘋果很好看——失真 Distortion
所謂失真，就是失去真實，或者說真實的東西被歪曲的表現(xiàn)出來。信號經(jīng)過射頻收發(fā)通道的時候，由于有加性噪聲和乘性噪聲引入，多少會有一定程度的對所傳信號的歪曲，這個就是無線信號的失真。無線信號的失真可分為線性失真和非線性失真。 多普勒效應
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(lǐng)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(lǐng)導時，他的心跳頻率逐漸平緩一樣。 當警車的警報聲、×××的發(fā)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(jīng)過時聽出刺耳聲的變化，說明了多普勒效應的存在。 人眼的有效視力范圍——菲涅爾區(qū) Fresnel Zone
我們知道，從電磁波的發(fā)射點到接收點的傳播路徑上，既有直射波，又有反射波和繞射波。直射波和反射波的傳播路徑差不大的情況下，反射波的電場方向正好與直射波相反，相位相差180度，這樣反射波將會減弱直射波的信號強度，對傳播效果產(chǎn)生破壞作用。 這種現(xiàn)象就好比學校里宣傳主基調(diào)“知識就是力量”（理解為直射波），而社會上有另外一種反思潮：讀書無用論（可以理解為相位完全相反的反射波）。如果這種反思潮在學校范圍內(nèi)（類似于一個菲涅爾區(qū)域）存在，將會打擊學生們接收知識的熱情（影響傳播效果）。 從上面兩式可以看出，直射波和反射波的路徑差和帶來相位變化和天線高度、傳播距離有關(guān)系。天線高度較低且距離較遠時，路徑差就會變小，相位變化也會減小，反 射波對直射波的影響就會加大。從這一角度上看，天線高度越高越好，傳播范圍越小越好。因此，在無線工程設(shè)計中，在成本允許的條件下，在干擾可控的條件下， 要求基站的天線盡可能的高。 應用：在無線站址勘測的時候，一定要注意覆蓋范圍是否有大于菲涅爾半徑的阻擋物，尤其要避免大的廣告牌，高樓等障礙物阻擋。 工地的探照燈——雜散輻射 Spurious Emission
射頻發(fā)信機本應該在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)發(fā)送無線信號，即發(fā)射帶內(nèi)信號；正如探照燈應該主要照射工地范圍一樣。由于射頻發(fā)信機內(nèi)部元器件并非理想器件，存在或 多或少的非線性，在發(fā)射無線信號的過程中產(chǎn)生了很多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號，即發(fā)生了雜散輻射；就像探照燈照到了旁邊的生活小區(qū)。發(fā)射機發(fā)射了非自己頻率 范圍內(nèi)的信號，就可能對其他通信系統(tǒng)造成干擾，就像工地的探照燈影響了旁邊小區(qū)居民休息一樣。 雜散輻射可能是一些非線性元器件產(chǎn)生的諧波分量、交調(diào)信號等。為了防止一個系統(tǒng)的雜散輻射對其他無線通信系統(tǒng)造成干擾，需要提高系統(tǒng)的電磁兼容性能。一般 在協(xié)議中都會規(guī)定這個系統(tǒng)的不同帶外頻率范圍的大雜散輻射水平。一般規(guī)定的形式都是一個頻率范圍內(nèi)一定帶寬的大允許的雜散輻射是多少dBm；如協(xié)議上 規(guī)定WCDMA的發(fā)射機在150kHz~30MHz范圍內(nèi)每10kHz帶寬的雜散輻射不能超過-36dBm。 |
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