類比：城市道路上的汽車的車速和什么有關(guān)系？和道路的寬度有關(guān)系，和自己車的動(dòng)力有關(guān)系，也其他干擾因素有關(guān)系（如：車量的多少和紅燈的數(shù)量）。

 

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(hào)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，所支持的單載波最大吞吐量的不同

 

類比：下大雨后，農(nóng)村的土路上中間積滿了水，大家只好沿著路邊排隊(duì)通過。路的有效通過面積由于積水而減少，影響了人們的出行效率。

 

由于導(dǎo)體內(nèi)部的感抗對(duì)交流電的阻礙作用比表面更大，交流電通過導(dǎo)體時(shí),各部分的電流密度不均勻,導(dǎo)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(yīng).交流電的頻率越高,趨膚效應(yīng)越顯著,頻率高到一定程度,可以認(rèn)為電流完全從導(dǎo)體表面流過.實(shí)際應(yīng)用：空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線，節(jié)約材料；在 高頻電路中使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來削弱趨膚效應(yīng)。

 

類比：穿著相同、長(zhǎng)相相似的雙胞胎兄弟同一時(shí)間并排出現(xiàn)，一般人難以區(qū)分。如果他們肩并肩同一動(dòng)作照相，好像一個(gè)人照得有重影，看的人以為自己眼花了。

 

相干時(shí)間就是信道保持恒定的最大時(shí)間差范圍，發(fā)射端的同一信號(hào)在相干時(shí)間之內(nèi)到達(dá)接收端，信號(hào)的衰落特性完全相似，接收端認(rèn)為是一個(gè)信號(hào)。如果該信號(hào)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(shí)間分集要求兩次發(fā)射的時(shí)間要大于信道的相干時(shí)間，即如果發(fā)射時(shí)間 小于信道的相干時(shí)間，則兩次發(fā)射的信號(hào)會(huì)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(gè)chip為時(shí)間長(zhǎng)度為0.78us，也就是碼 片之間的相干時(shí)間是0.78us，同一信號(hào)通過不同路徑到達(dá)接收端的碼片超過這個(gè)時(shí)間，就有多徑分集的效果；否則，形成自干擾。

 

類比：在城市繁忙的交通干線上，有一段路的一半正在整修。由于道路由寬變細(xì)，來往車輛的速度就需要慢下來，有的車被擠到了自行車道上，還有的車索性繞道。

 

相干帶寬是表征多徑信道特性的一個(gè)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(gè)頻率分量都具有很強(qiáng)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(hào)的帶寬小于信道的相干帶寬，則接收信號(hào)會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過程，此時(shí)發(fā)送信號(hào)的頻譜特性在接收 機(jī)內(nèi)仍能保持不變。如果信號(hào)的帶寬大于信道的相干帶寬，則接收信號(hào)會(huì)經(jīng)歷頻率選擇性衰落，此時(shí)接收信號(hào)的某些頻率比其他分量獲得了更大的增益，使接收信號(hào) 產(chǎn)生了失真，從而引起符號(hào)間干擾。

 

類比：當(dāng)想把走在你前面的朋友張華叫住，你喊一聲他的名字：“喂，張華！”發(fā)現(xiàn)他沒聽著，你還會(huì)再提高嗓門喊他的名字。如果張華已經(jīng)聽到你的聲音，他告訴你：“你小聲點(diǎn)，把別人嚇著。”，你就會(huì)降低聲音和他說話。

 

功率控制能保證每個(gè)用戶所發(fā)射功率到達(dá)基站礎(chǔ)保持最小，既能符合最低的通信要求，同時(shí)又避免對(duì)其他用戶信號(hào)產(chǎn)生不必要的干擾，使系統(tǒng)容量最大化。當(dāng)手機(jī)在 小區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，它的發(fā)射功率需要進(jìn)行變化.當(dāng)它離基站較近時(shí)，需要降低發(fā)射功率，減少對(duì)其它用戶的干擾，當(dāng)它離基站較遠(yuǎn)時(shí)，就應(yīng)該增加功率，克服增加了的 路徑衰耗.

 

趣 聞：麥克斯韋后期的生活充滿了煩惱。他的學(xué)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(hù)妻子，他曾經(jīng)整整三個(gè)星期沒有在床上睡 過覺。盡管這樣，他的講演，他的實(shí)驗(yàn)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(jiān)持不懈地宣傳電磁理論。這時(shí)，他的講座只有 兩個(gè)聽眾。一個(gè)是美國(guó)來的研究生，另一個(gè)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(gè)學(xué)生。麥克斯韋夾著講義，照樣步履堅(jiān)定地走上講 臺(tái)，他面孔消瘦，表情嚴(yán)肅而莊重。仿佛他不是在向兩個(gè)聽眾，而是在向全世界解釋自己的理論。1879年11月5日，麥克斯韋患癌癥去世，終年只有49歲。 他的功績(jī)，在他活著的時(shí)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(rèn)他是“牛頓以后世界上最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家”。

 

麥克斯韋方程組Maxwell''s equations描述電場(chǎng)與磁場(chǎng)的四個(gè)基本方程，其中：

 

No.1 方程：描述了電場(chǎng)的性質(zhì)。在一般情況下，電場(chǎng)可以是庫侖電場(chǎng)也可以是變化磁場(chǎng)激發(fā)的感應(yīng)電場(chǎng)，而感應(yīng)電場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，它的電位移線是閉合的，對(duì)封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。

 

No.2 方程：描述了磁場(chǎng)的性質(zhì)。磁場(chǎng)可以由傳導(dǎo)電流激發(fā)，也可以由變化電場(chǎng)的位移電流所激發(fā)，它們的磁場(chǎng)都是渦旋場(chǎng)，磁感應(yīng)線都是閉合線，對(duì)封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。

 

No.3 方程：描述了變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)的規(guī)律。

 

No.4 方程：描述了變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律。

 

趣聞：英國(guó)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(guó)一道風(fēng)景線。然而，近年來，英國(guó)麻雀數(shù)量突然急劇 減少。英國(guó)科學(xué)家對(duì)此百思不得其解。有人認(rèn)為是貓吃了麻雀，有人認(rèn)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(rèn)為是建筑閣樓被 封閉，使得麻雀無法做窩。最近，英國(guó)的科學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家指出，手機(jī)發(fā)出的電磁波是造成麻雀失蹤的罪魁禍?zhǔn)?。英?guó)人從1994年開始大量使用手機(jī)。正是在這 些年中，英國(guó)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(chǎng)來辨別方向。而電磁波會(huì)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(dòng)物的精子數(shù)量和排卵功能。

 

電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變動(dòng)的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)。 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(chǎng)與磁場(chǎng)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(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁波。 除光波外，人們看不見無處不在的電磁波

 

實(shí)例：當(dāng)警車的警報(bào)聲、賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)以一定的速度接近我們的時(shí)候,聲音會(huì)比平常更刺耳.離我們遠(yuǎn)去的時(shí)候，聲音會(huì)緩和一些；同樣的道理，你可以在火車經(jīng)過時(shí)聽出刺耳聲的變化，說明了多普勒效應(yīng)的存在。

 

多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率 變低。天文學(xué)家哈勃應(yīng)用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。醫(yī)學(xué)上應(yīng)用多普勒效應(yīng)來對(duì)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。

 

類比：大家小時(shí)候都玩過泥土，在一個(gè)小土堆的頂端倒水，水從四處流開，很多水都滲在土里或者流到不同方向損失掉了，有部分水流通過不同路徑、不同時(shí)間匯到一個(gè)低洼的地方。

 

無線電波的多徑效應(yīng)是指信號(hào)從發(fā)射端到接收端常有許多時(shí)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(hào)在接受端疊加就會(huì)增大或減小接收信號(hào)的能量的現(xiàn)象

 

類比：當(dāng)舊的用電設(shè)備如收音機(jī)打開后，可能聽到“嗡嗡”的聲音；

 

白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。 所有頻率具有相同能量的隨機(jī)噪聲稱為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應(yīng)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(jī)信號(hào)或隨機(jī)過程。 此信號(hào)在各個(gè)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(shí)世界是不可能存在的，但這讓我們?cè)跀?shù)學(xué)分析上更加方便。一 般，只要一個(gè)噪聲過程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)為是白噪聲。

 

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(gè)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(gè)正交高斯噪聲信號(hào)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(duì)稱，在均值處最大，在一個(gè)方差處為曲線拐點(diǎn)。高斯噪聲的線性組合仍是高斯噪聲。對(duì)獨(dú)立的噪聲源產(chǎn) 生的噪聲求和時(shí), 可按功率直接相加。

 

插曲：比赫茲實(shí)驗(yàn)早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號(hào)，他隨即向英國(guó)皇家協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)斯托克斯匯報(bào)，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，戴維過于迷信權(quán)威，對(duì)于這一天賜良機(jī)未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。

 

赫茲，德國(guó)物理學(xué)家，赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(dòng)電效應(yīng)的傳播速度》一文中。 赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)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(jì)念赫茲，國(guó)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(dòng)重復(fù)次數(shù)的計(jì)量。

 

類比：見“直射波”

 

當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)，無線電波繞過障礙物而傳播的現(xiàn)象稱為繞射。繞射時(shí)，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(duì)無線電波傳輸所引起的損耗 。

 

類比：在臺(tái)球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中，很多規(guī)律很像電磁波的規(guī)律。假若直接撞擊球中心打出去的時(shí)候假使沒有任何阻擋，球?qū)⒀刂本€運(yùn)行；如果打出的球碰到的臺(tái)邊，它就按 照反射角等入射角的規(guī)律運(yùn)行；假若母球和另一個(gè)球相切，根據(jù)力度和方向，它可以繞過視距內(nèi)球，很像繞射；假設(shè)在一個(gè)范圍內(nèi)的很多球的彼此間距不超過一個(gè) 球，當(dāng)母球打到這些球中間，會(huì)激起很多球向不同方向運(yùn)動(dòng)，很像散射。

 

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(dá)接收點(diǎn)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(shí)，可以認(rèn)為是直射波傳播，其能量既不會(huì)被障礙物吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。

 

類比：見“直射波”

 

應(yīng)用：在高速鐵路無線覆蓋選站的時(shí)候，要關(guān)注無線電波的入射角問題。備選站址不能太遠(yuǎn)，否則入射角太大，進(jìn)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(hào)是通過地面或其他障礙物反射到達(dá)接收點(diǎn)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(huì) 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。

 

類比：不久前看到一起車禍，很多車輛在行駛，彼此間距不足以再穿過一個(gè)車?？墒呛竺嬗袀€(gè)車沒有任何減速的從后面沖到眾多車輛中間，現(xiàn)況慘不忍睹。

 

當(dāng)無線電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體，且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí)，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(shí)際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等會(huì)引發(fā)散射。

 

趣事：在工科大學(xué)讀書的時(shí)候，女生很少，大家對(duì)女性的生活感到非常神秘。幸運(yùn)的是，和我們男生宿舍樓成直角的就是一個(gè)女生宿舍樓，而且水房就在靠近男生樓 這一端。夏天的時(shí)候，只能聽到水聲，卻看不到。一個(gè)同學(xué)說：“哎，可惜是非視距傳輸。”過了不多久，就發(fā)現(xiàn)該同學(xué)很創(chuàng)意般的在不遠(yuǎn)的墻上裝了一個(gè)反射鏡， 此君用望遠(yuǎn)鏡每天看半小時(shí)。最終被女生發(fā)現(xiàn)。

 

無線信號(hào)從發(fā)射點(diǎn)到接收端有障礙物阻擋，不能沿直線進(jìn)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。

 

類比：有時(shí)候，我感覺人的眼睛的最有效的視力范圍也是一個(gè)橢球體。橢球體之外的東西雖然也能看到，但是已經(jīng)不是特別的清晰。一個(gè)訓(xùn)練有素的射擊運(yùn)動(dòng)員，他的有效視力范圍一定集中在他和目標(biāo)的半徑非常小的橢球體內(nèi)。

 

應(yīng)用：在無線站址勘測(cè)的時(shí)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(gè)橢球體，收發(fā)天線位于橢球的兩個(gè)焦點(diǎn)上。這個(gè)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(diǎn)輻射到接收點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至中斷通信

 

 

感悟：老子說過：天下難事必作于易；天下大事必作于細(xì)。在很多物理學(xué)現(xiàn)象的研究建模過程中，我們先考慮繁雜現(xiàn)象中最本質(zhì)最簡(jiǎn)單的規(guī)律，然后再考慮一些非本質(zhì)的影響因素。

 

應(yīng)用：在實(shí)際無線環(huán)境中，無線信號(hào)只要在第一菲涅爾區(qū)不受阻擋，就可以認(rèn)為在自由空間傳播。這樣在傳播損耗估算的時(shí)候，就可以非常簡(jiǎn)單。

 

趣聞： 我和一個(gè)同事在北京的街道上走著，他和我開玩笑說：“做無線久了，我能感覺到我走的這個(gè)地方的TD信號(hào)有多大。這里的信號(hào)是-78dBm”。我們看了一下測(cè)試手機(jī)上的信號(hào)大小，是-77.5dBm。我說：“你都快成測(cè)試手機(jī)了！”

 

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(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會(huì)受到衰減，這是由于輻射能量的擴(kuò)散而引起的。

 

自由空間傳播損耗就是發(fā)射點(diǎn)的無線信號(hào)在整個(gè)球面內(nèi)均勻的向外擴(kuò)散，擴(kuò)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(dǎo)出的自由空間傳播公式為

 

L=32.45+20log(dkm)+20log(fMHz)(dB)

 

當(dāng)f=2000MHz的時(shí)候，公式可以簡(jiǎn)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(jiǎn)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(hào)的頻率的時(shí)候，只和距離有關(guān)系。在實(shí)際傳播環(huán)境中，還要考慮環(huán)境因子n，則公式簡(jiǎn)化為L(zhǎng)=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(jiǎn)化的傳播模型，估計(jì)他離TD天線的距離有100米，然后把所在位置的電波強(qiáng)度口算出來。

 

（在每日詞匯中，我盡量少的講解公式，但這個(gè)公式對(duì)從業(yè)的人比較重要，所以一定得講）

 

理解2000MHz時(shí)的電波傳播的簡(jiǎn)化公式時(shí)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(xué)生錯(cuò)認(rèn)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(jí)增加。（有的學(xué)生問每百米自由空間傳播損耗是多少。這個(gè)問題本身是錯(cuò)誤的。因?yàn)闊o線信號(hào)走過的第一個(gè)百米和第二個(gè)百米損耗是不一樣的。

 

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(gè)頻譜內(nèi)劃分為12個(gè)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(yuǎn)，繞 射能力越強(qiáng)。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(shí)現(xiàn)的技術(shù) 難度越大，系統(tǒng)的成本也相應(yīng)提高。

 

移動(dòng)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(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域。

 

參考：長(zhǎng)波通信，波長(zhǎng)為10000～1000米（頻率為30～300千赫）的無線電通信。長(zhǎng)波通信主要用于軍事上，如潛艇通信、地下通信及導(dǎo)航等。在一定 范圍內(nèi)，長(zhǎng)波通信以地波傳播為主，當(dāng)通信距離大于地波的最大傳播距離時(shí)，則靠天波來傳播信號(hào)。長(zhǎng)波通信的優(yōu)點(diǎn)是：通信距離遠(yuǎn)，能透過山體、海水一定的深 度，通信比較穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是：由于波長(zhǎng)超長(zhǎng)，收發(fā)信設(shè)備及天線系統(tǒng)龐大,造價(jià)高；通頻帶窄,不適于多路和快速通信；易受天電干擾。。 　

 

 

類比：和煦的陽光普照大地的時(shí)候，樹木、房屋就有影子，這個(gè)影子不是完全的黑暗，是一種強(qiáng)度減弱很多的光。

 

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(shí)，在阻擋物的后面，會(huì)形成電波信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)較弱的陰影區(qū)。這個(gè)現(xiàn)象就叫做陰影效應(yīng)。

 

類比：在股市下降過程中，雖然其分時(shí)曲線波動(dòng)劇烈，但是5周線變化比較緩慢。

 

無線電波傳播過程中，信號(hào)強(qiáng)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(shí)值加權(quán)平均后的中值，反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化，一般遵從對(duì)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(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)衰落：

 

類比：在股市下降過程中，股價(jià)的分時(shí)瞬時(shí)值變化劇烈，很像快衰落。

 

快衰落就是接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值的瞬時(shí)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(dòng)體引起的多徑傳播信號(hào)在接收點(diǎn)相疊加，由于接收的多徑信號(hào)的 相位不同、頻率、幅度也有所變化，導(dǎo)致疊加以后的信號(hào)幅度波動(dòng)劇烈。在移動(dòng)臺(tái)高速運(yùn)行的時(shí)候，接收到的無線信號(hào)的載頻范圍隨時(shí)間不斷變化，也可引起疊加信 號(hào)幅度的劇烈變化。也就是說多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)可以引起快衰落。

 

一般快衰落可以細(xì)分為：

 

1）多徑效應(yīng)引起空間選擇性衰落，即不同的地點(diǎn)、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(hào)失真，叫做頻率選擇性衰落；

 

3）多普勒效應(yīng)或多徑效應(yīng)可以引起不同信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差不一樣，超過相干時(shí)間，引起的信號(hào)失真叫時(shí)間選擇性衰落。

類比：一個(gè)女生先有一個(gè)帥哥喜歡，過了不久，又有一個(gè)同樣帥的男孩喜歡她，她不知如何選擇。

 

在無線通信中，到達(dá)接收機(jī)的主信號(hào)和其他多徑信號(hào)在空間傳輸時(shí)間差異而帶來的同頻干擾問題。時(shí)間色散可以使來自遠(yuǎn)離接收天線的物體反射的無線信號(hào)到達(dá)接收端比直射信號(hào)慢幾個(gè)符號(hào)的時(shí)間，這樣可能導(dǎo)致互相符號(hào)間干擾。如“1”影響“0”，使接收機(jī)解碼錯(cuò)誤。

 

類比：做蔬菜長(zhǎng)途販運(yùn)生意的人都知道，假若從農(nóng)民手里購(gòu)買的白菜為每斤1毛錢，加上中間環(huán)節(jié)的運(yùn)輸費(fèi)、攤位費(fèi)、稅、包裝費(fèi)等，到了最終消費(fèi)者手中每斤至少得5毛錢。最終賣菜者賺得錢需要從總營(yíng)業(yè)額中減去所有的利潤(rùn)損耗。

 

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(jī)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(jī)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(shí)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(bǔ)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(dá)14dB~20dB.

 

繞射波在繞射點(diǎn)四處擴(kuò)散，擴(kuò)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(gè)dB，也就是無線電波經(jīng)過人體，一半的能量被人體吸收。

 

搞笑類比：一個(gè)私企老板經(jīng)常跟大家強(qiáng)調(diào)：“我要的是 結(jié)果，你給我結(jié)果，我不要過程。”一天一個(gè)數(shù)學(xué)建模專家找這個(gè)老板推銷他的萬能數(shù)學(xué)模型，該模型的特點(diǎn)是能夠給出任何問題的結(jié)果，過程你不用關(guān)心；但前提 是你按要求輸入不超過三組數(shù)據(jù)。公司用這個(gè)模型進(jìn)行銷售預(yù)測(cè)、人力需求預(yù)測(cè)、降低成本預(yù)測(cè)等等，結(jié)果證明都非常正確。于是私企老板想用這個(gè)模型對(duì)自己是個(gè) 什么樣的人有什么樣的發(fā)展做一個(gè)判斷。萬能數(shù)學(xué)模型首先要求輸入他一年來給員工開的工資的數(shù)據(jù)、再次要求他輸入員工上下班的考勤記錄、最后要求他輸入的情 人個(gè)數(shù)，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半小時(shí)的計(jì)算，模型給出了計(jì)算結(jié)果：請(qǐng)不要拿不下蛋的鐵公雞來開玩笑。

 

實(shí)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(chǎng)強(qiáng)中值變化規(guī)律非常復(fù)雜，很難用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式來計(jì)算。通過理論或者實(shí)測(cè)的方式建立的無線電波傳播 損耗的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為傳播模型。有兩個(gè)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(diǎn)到接收點(diǎn)的電磁波得出傳播損耗的數(shù)學(xué)規(guī)律；另外一個(gè)是在 大量測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)分析出傳播損耗的數(shù)學(xué)規(guī)律。

 

感 悟：人類總是想用數(shù)學(xué)的手段為紛繁蕪雜的社會(huì)、自然現(xiàn)象建立模型，以此得出一些數(shù)學(xué)的規(guī)律來指導(dǎo)我們的工作和生活。但遺憾的是，任何數(shù)學(xué)模型都是對(duì)事物發(fā) 展變化的普遍規(guī)律的近似表達(dá)，而不能完全符合實(shí)際。如果經(jīng)濟(jì)模型管用，那金融危機(jī)就不會(huì)爆發(fā)；如果管理模型管用，就不會(huì)有公司倒閉；如果無線傳播模型絕對(duì) 準(zhǔn)確，無線網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)有弱覆蓋。

 

類 比：每天有成千上萬的人從北京出發(fā)去往全國(guó)各地，假若現(xiàn)在想知道每天有多少乘客從北京出發(fā)到上海。理論上我們只要把每天從北京到上海所有可能的交通工具包 括飛機(jī)、火車、汽車所能運(yùn)輸?shù)娜思悠饋肀憧梢粤?。但是你有可能少考慮一部分人，他們可能跑步到上海，或者先乘火車到天津，再做輪船到上海。但這樣的人畢竟 少數(shù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不大。

 

射線跟蹤模型的基本原理分析某種場(chǎng)景下無線電波從發(fā)射點(diǎn)傳播到接收點(diǎn)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(diǎn)信號(hào)矢量疊加，計(jì)算得出接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。

 

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(duì)地圖精度要求較高，所以用這種方法進(jìn)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(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和數(shù)字地圖的精確性、站點(diǎn)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(zhǔn)確性相關(guān)較大。同時(shí)射線跟蹤模型一般不考慮移動(dòng)的車輛對(duì)無線信號(hào)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。

 

類比：一位美國(guó)社會(huì)學(xué)家研究過人受教育的程度和工作后年收入的關(guān)系。經(jīng)過對(duì)大量履歷上的學(xué)歷和目前工作的收入數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，博士生年收入比碩士生多$XXXX，碩士生年收入比本科生多$ XXXX，本科生年收入比未上大學(xué)的多$XX XX。 這個(gè)社會(huì)學(xué)家雖然開創(chuàng)了研究教育程度和年收入關(guān)系的先河，但是在很多情況下這種基于實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析出來的關(guān)系模型并不成立。這個(gè)關(guān)系無法解釋工作多年的 本科年收入比碩士還可能多，沒有考慮不同行業(yè)待遇的差距，不同職務(wù)待遇的差距。于是后來的社會(huì)學(xué)家建模又考慮進(jìn)去了工齡、行業(yè)、職務(wù)對(duì)收入的影響，進(jìn)一步 完善了學(xué)歷和收入的關(guān)系模型，這個(gè)關(guān)系模型變得更加復(fù)雜了。但是還是有一種情況不能適用，很多企業(yè)創(chuàng)始人他們的收入和他們的學(xué)歷、工齡沒有這么直接的關(guān) 系。于是再后來的社會(huì)學(xué)家又在研究這個(gè)方向上發(fā)表了論文，修正了上述關(guān)系，使它應(yīng)用于企業(yè)創(chuàng)始人群體。

 

 

最著名的基于測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的無線傳播模型是Okumura模型，它是Okumura在日本的大量測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出的以曲線圖表示的傳播模型。但它適用范圍窄，應(yīng)用不十分方便。

 

在Okumura模型的基礎(chǔ)上，Hata利用數(shù)學(xué)回歸分析方法擬合出便于計(jì)算機(jī)計(jì)算的無線傳播經(jīng)驗(yàn)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(yīng)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(kuò)展到2000MHz，但是仍只適用于宏蜂窩條件。

 

隨著人們對(duì)無線通信需求的不斷增長(zhǎng)，原來的宏蜂窩組網(wǎng)不能滿足密集城區(qū)人們對(duì)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(duì)無線通信的需求還是不斷增長(zhǎng)，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(duì)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(yīng)用于室內(nèi)Keenan-Motley模型。

 

類 比：話說鄆哥告訴武大潘金蓮和西門慶偷情的事，武大賣完炊餅后早回去兩次沒有碰著，和鄆哥說，“我娘子是正經(jīng)人家的女子，怎么會(huì)有這種事？”鄆哥提醒 他：“做這種事怎么會(huì)在你賣完炊餅后呢？也不可能在你的家里，抓這種事就得在合適的時(shí)間多回來幾次才能碰著，而且王婆家你也要去看看。”

 

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(diǎn)要正確。

 

如何能夠測(cè)試無線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，充分的反應(yīng)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(hào)場(chǎng)強(qiáng)采樣的著名論文，通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)給出無線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)采樣的標(biāo)準(zhǔn)：在40個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)采樣36～50個(gè)點(diǎn)。這一標(biāo)準(zhǔn)在無線通信工程中得到了廣泛應(yīng)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(gè)點(diǎn)，那么進(jìn)行無線環(huán)境測(cè)試的車速的上限是多少？

 

2000MHz的無線電波波長(zhǎng)是0.15m，40個(gè)波長(zhǎng)就是6m，也就是說6m的距離內(nèi)必須夠50個(gè)點(diǎn)。掃頻儀每秒鐘最多打100個(gè)點(diǎn)，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(diǎn)就不夠了。

 

類比：在先秦時(shí)代，各諸侯國(guó)的文字是不統(tǒng)一的，不同國(guó)家的人交流起來十分不方便。最后秦始皇告訴天下人，他用的字就是標(biāo)準(zhǔn)字，大家統(tǒng)一用這種文字。

 

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(duì)同一無線環(huán)境很難有比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

 

SPM模型的推出解決了這個(gè)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(yīng)用比較廣泛。

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

 

其中：

 

 

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(duì)整個(gè)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響比較大，因?yàn)槲覀冊(cè)诶脗鞑ツＰ陀?jì)算的時(shí)候，主要關(guān)注的就是離發(fā)射機(jī)不同位置的情況下，我的路損是多少，可以得到的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)是多少。而其他因素如天線高度在一定情況下我們認(rèn)為不變化

 

 

一個(gè)村子里面有比較富裕的人家，也有比較窮的人家，但大多數(shù)都是收入中等的普通人家，我們最有錢的人家的財(cái)富和村子戶平均財(cái)富的比或者最窮人家的財(cái)富和戶平均財(cái)富的比，可以衡量出村子貧富兩極分化的程度。

 

但從全國(guó)來看，用排在胡潤(rùn)排行榜上第一名的財(cái)富來和中國(guó)家庭的平均收入來比就顯得不那么合適，不能全面衡量中國(guó)的貧富差距現(xiàn)象。如果用1%的中國(guó)富裕階層的平均財(cái)富和中國(guó)家庭的平均收入，就可以說明一些問題。假若中國(guó)家庭平均年收入是3萬元，而最有錢的富豪家庭的年收入為30億，30億和3億一比，就是10萬倍，如果用dB表示，就是50dB。

 

如果我們研究全國(guó)各自然村富翁的財(cái)富的分布情況，以說明不同省份經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，也可以用峰均比的概念，即最有錢的村富翁的財(cái)富和所有村富翁財(cái)富的平均值相比。也就是說，峰均比一定要指出是什么樣的峰值和均值的比，單位是絕對(duì)的比值還是dB值。

 

解釋：無線信號(hào)從時(shí)域上觀測(cè)是幅度不斷變化的正弦波，幅度并不恒定，一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)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(gè)周期的平均功率和峰值功率是不一樣的。在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，峰值功率是以某種概率出現(xiàn)的最大瞬態(tài)功率，通常概率取為0.01%。在這個(gè)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(diǎn)：

 

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(dāng)做電壓的峰均比來用。

 

2.如果功率幅值隨時(shí)間沒有變化，即“包絡(luò)的最大值”與“包絡(luò)的平均值”處處相等，即“恒包絡(luò)”信號(hào)的峰均比為1或者是0dB。

 

3.如果只考慮一個(gè)周期的無線信號(hào)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。

 

4.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(huì)影響很多射頻器件的應(yīng)用效率。

 

 

毛主席教導(dǎo)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。”原始材料的獲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(xué)建模的最關(guān)鍵一環(huán)。調(diào)查、監(jiān)控、測(cè)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(cè)試對(duì)各類場(chǎng)景SPM模型（或者其他模型）的各項(xiàng)K值進(jìn)行確定的過程叫做模型校正。CW測(cè)試（連續(xù)波測(cè)試）是獲取無線電波傳播的測(cè)試數(shù)據(jù)的重要步驟。CW測(cè)試獲取的數(shù)據(jù)是不同位置的接受電平強(qiáng)度，即經(jīng)緯度信息和場(chǎng)強(qiáng)值的對(duì)應(yīng)?？梢宰鳛槟Ｐ托Ｕ臄?shù)據(jù)源。對(duì)測(cè)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(cè)試需要避免地理定位時(shí)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(zhǔn)確性。

 

類比：人若想在空中遨游，可以用飛機(jī)作為載體。飛機(jī)升空的條件是必須有一定的速度，通過一定長(zhǎng)度的機(jī)場(chǎng)跑道才能把速度提上去。

 

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(shí)，電波就會(huì)被地物吸收，而且接收裝置也非常復(fù)雜。只有達(dá)到一定頻率的電波才能在空中遠(yuǎn)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(hào)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(hào)通過天線向空中發(fā)射出去或者接收下來。

 

 

噪聲是什么？繁忙的街道上人們說話，略微遠(yuǎn)一點(diǎn)就無法正常交流了。這時(shí)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(duì)某個(gè)具體的噪聲特定時(shí)刻的大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，但其具有統(tǒng) 計(jì)概率規(guī)律。

 

在無線電波信號(hào)處理和傳播過程中，也會(huì)遇到無法確切預(yù)測(cè)但有統(tǒng)計(jì)概率的干擾信號(hào)，這種信號(hào)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(shí)產(chǎn)生的噪聲，信號(hào)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(fēng)雨產(chǎn)生的噪聲、汽車的點(diǎn)火噪聲、其他用電設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。

 

類比：從北京飛往上海的航班排好后，每天按照固定的時(shí)刻起飛降落，周而復(fù)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(duì)正常時(shí)間都有所延誤。

 

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(hào)相位的隨機(jī)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(hào)波動(dòng)周期是固定的，正如飛機(jī)的正常航班一樣起飛時(shí)間是固定的。在頻域內(nèi)一個(gè)脈沖信號(hào)（頻譜寬度接近0）在時(shí)域內(nèi)是一 定頻率的正弦波。

 

但實(shí)際情況是信號(hào)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(yuǎn)處也有該信號(hào)的功率，正如有延誤1個(gè)小時(shí)以上的航班一樣。偏離中心頻率的很 遠(yuǎn)處的信號(hào)叫做邊帶信號(hào)，邊帶信號(hào)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(shí)間從而對(duì)其造成影響。所以這個(gè)邊帶信號(hào)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(hào)功率的比，單位為dBc/Hz。正如要評(píng)估某一天天氣對(duì)航班的影響，可以 定義晚點(diǎn)1個(gè)小時(shí)以上的航班和航班總數(shù)的比例，這個(gè)比例越小越好。射頻器件系統(tǒng)內(nèi)的熱噪聲可能導(dǎo)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。

 

 

悟空問八戒：“你要找什么樣的女朋友？”八戒回答：“當(dāng)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(wǎng)的速度？”沙僧回答：“當(dāng)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(gè)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(jié)道：“要得到好處的時(shí)候，你一定會(huì)付出代價(jià)。你要考慮的是，你得到好處和付出的代價(jià)相比是否合適，也就是性價(jià)比的問題。不是好處越多越好，而是性價(jià)比越高越好。”

 

信噪比簡(jiǎn)單的說就是有用信號(hào)和干擾噪聲的比。有用信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中，必然會(huì)引入各種噪聲，最起碼有熱噪聲。一個(gè)射頻器件如放大器把有用信號(hào)功率放大的同時(shí)，必然會(huì)放大相應(yīng)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(yīng)用：信噪比（電壓）低于80dB的音箱和MP3不建議購(gòu)買。

 

高小姐的性價(jià)比降低了——噪聲系數(shù)（Noise Factor）

 

 

話說八戒和高小姐結(jié)婚幾年后，悟空問八戒：“怎么樣，小日子不錯(cuò)吧！”八戒一臉苦相，說：“別提了，高小姐性價(jià)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(fèi)。”高小姐婚前的性價(jià)比比婚后的性價(jià)比高出很多倍，這個(gè)倍數(shù)可以稱為婚姻魔盒系數(shù)，可以描述婚姻質(zhì)量。

 

射頻器件本身就會(huì)加入噪聲，輸入端信噪比會(huì)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)。

 

 

噪聲系數(shù)可以衡量接收機(jī)、放大器的射頻（RF）性能，表示經(jīng)過射頻器件后，信號(hào)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(dòng)臺(tái)的噪聲系數(shù)大約為7~9dB。

 

 

類比：萬里黃河是由高山雪水形成的涓涓細(xì)流逐漸匯聚而成的，比較重要的源頭有三個(gè)：一是扎曲，二是約古宗列渠，三是卡日曲。扎曲干涸的時(shí)候，卡日曲還有充足的水流。

 

加性噪聲是通過功率直接疊加的方式作用于有用信號(hào),它的存在卻獨(dú)立于有用信號(hào)，不管有沒有有用信號(hào)，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(jī)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)引起，在數(shù)學(xué)上可以用隨機(jī)過程來描述，又可稱為隨機(jī)噪聲。

 

 

類比：大家比較熟悉皇帝新裝的故事，成年人 都夸皇帝的衣服好漂亮，而只有孩子說：其實(shí)他什么也沒穿。小孩剛會(huì)說話的時(shí)候，看到鄰居家的蘋果，自己想吃，哭著鬧著要吃蘋果，真實(shí)地表達(dá)自己的意圖。等 長(zhǎng)到六七歲的時(shí)候，還是想吃鄰居家的蘋果，卻說：“你家的蘋果很好看。”等長(zhǎng)大成人后，雖然想吃鄰家的蘋果，為了說明自己不缺蘋果，卻推托說：“我不吃， 真的不吃。” 孩子真實(shí)地說出自己看到情況或說出自己的真實(shí)想法，這叫童真；而成年人掩飾了自己的真實(shí)所見和真實(shí)想法，這叫失去童真（率真），或者失真。

 

所謂失真，就是失去真實(shí)，或者說真實(shí)的東西被歪曲的表現(xiàn)出來。信號(hào)經(jīng)過射頻收發(fā)通道的時(shí)候，由于有加性噪聲和乘性噪聲引入，多少會(huì)有一定程度的對(duì)所傳信號(hào)的歪曲，這個(gè)就是無線信號(hào)的失真。無線信號(hào)的失真可分為線性失真和非線性失真。

 

 

類比：鐘端（終端的化名）剛參加工作的時(shí)候，非常害怕領(lǐng)導(dǎo)姬占（基站的化名）問及工作相關(guān)的問題。當(dāng)鐘端以一定的速度走近姬占的時(shí)候，感覺到心跳頻率加快（頻偏為正）；當(dāng)他離開姬占的時(shí)候，心跳就逐漸平緩下來了（沒有頻偏）。這個(gè)過程類似多普勒頻移效應(yīng)。

 

多普勒效應(yīng)是指無線電波在波源快速移向觀察者時(shí)接收頻率變高，類似于鐘端靠近時(shí)領(lǐng)導(dǎo)時(shí)他的心跳頻率的增加；而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低，好像鐘端遠(yuǎn)離領(lǐng)導(dǎo)時(shí)，他的心跳頻率逐漸平緩一樣。

 

當(dāng)警車的警報(bào)聲、賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)以一定的速度接近我們的時(shí)候,聲音會(huì)比平常更刺耳；離我們遠(yuǎn)去的時(shí)候，聲音會(huì)緩和一些；同樣的道理，你可以在火車經(jīng)過時(shí)聽出刺耳聲的變化，說明了多普勒效應(yīng)的存在。

 

 

 

類比：有時(shí)候，我感覺人的眼睛的最有效的視力范圍也是一個(gè)橢球體。橢球體之外的東西雖然也能看到，但是已經(jīng)不是特別的清晰。一個(gè)訓(xùn)練有素的射擊運(yùn)動(dòng)員，他的有效視力范圍一定集中在他和目標(biāo)之間半徑非常小的橢球體內(nèi)，這中間不能有阻擋。

 

我們知道，從電磁波的發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)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(chǎng)方向正好與直射波相反，相位相差180度，這樣反射波將會(huì)減弱直射波的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)傳播效果產(chǎn)生破壞作用。

 

這種現(xiàn)象就好比學(xué)校里宣傳主基調(diào)“知識(shí)就是力量”（理解為直射波），而社會(huì)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(xué)校范圍內(nèi)（類似于一個(gè)菲涅爾區(qū)域）存在，將會(huì)打擊學(xué)生們接收知識(shí)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(yuǎn)時(shí)，路徑差就會(huì)變小，相位變化也會(huì)減小，反 射波對(duì)直射波的影響就會(huì)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(jì)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(yīng)用：在無線站址勘測(cè)的時(shí)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。

 

 

現(xiàn)象類比：我們的生活小區(qū)旁邊有一個(gè)工地，徹底燈火明亮。安裝探照燈主要目的是為了便于巡查從而避免工地的各種物資丟失（工作帶寬范圍內(nèi)輻射就可以了）?？墒翘秸諢籼亮?，輻射到了我們小區(qū)（雜散輻射），影響了我們小區(qū)很多人的休息（雜散輻射必然帶來干擾）。

 

射頻發(fā)信機(jī)本應(yīng)該在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)發(fā)送無線信號(hào)，即發(fā)射帶內(nèi)信號(hào)；正如探照燈應(yīng)該主要照射工地范圍一樣。由于射頻發(fā)信機(jī)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(hào)的過程中產(chǎn)生了很多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，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(jī)發(fā)射了非自己頻率 范圍內(nèi)的信號(hào)，就可能對(duì)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(hào)等。為了防止一個(gè)系統(tǒng)的雜散輻射對(duì)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(huì)規(guī)定這個(gè)系統(tǒng)的不同帶外頻率范圍的最大雜散輻射水平。一般規(guī)定的形式都是一個(gè)頻率范圍內(nèi)一定帶寬的最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(jī)在150kHz~30MHz范圍內(nèi)每10kHz帶寬的雜散輻射不能超過-36dBm。