南邮移动通信部分重点讲义&钱学荣通信原理学习指导(绝版)

chenyangnjit · 发表于 2013-8-24 09:30

本帖最后由 chenyangnjit 于 2013-8-30 23:16 编辑

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通信

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移动通信重点内容

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信号

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钱学荣通信原理学习指导(绝版)

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外部噪声、干扰和移动通信信道

1外部噪声
2 邻道干扰
3 远近效应
4 同频干扰
5 互调干扰

6 移动通信信道多径干扰

知识点
1) 外部噪声
2) 干扰
3) 移动通信信道、传输特性
4) 重点及难点：
5) 干扰定义、判别及改善的措施

要求
掌握：                               了解：
几种干扰定义                         噪声
干扰的判别                            移动信道
改善的措施                            传输特性

移动通信系统是一个干扰受限系统，噪声和干扰是通信性能变坏的重要因素。
噪声：接收机内部噪声（固有噪声、电阻热噪声等）
接收机外部噪声（天电、宇宙和各种人为）
干扰：
邻道干扰
同频干扰
远近效应
互调干扰
码间干扰多址干扰和多径干扰
移动通信信道

一. 外部噪声
) --3GHz的移动通信系统中起主要噪声作用
) 1. 种类：自然噪声（大气、太阳和银河噪声）
人为噪声（电力、工业设备、高频电器
和汽车发动机点火噪声）
) 2. 特点：噪声是一种随机过程，不能用确定性函数来
表达。
) 自然噪声主要分布在100MHz 以下
人为噪声在30MHz 见图3-2所示
) 3. 影响结果：使接收机输出载噪比C/N 下降，导致实
际灵敏度降低。

各种噪声功率与频率的关系

二. 邻道干扰
邻道干扰是一种来自相邻或相近频道的干扰。（P53）
是不可以避免的，只可以减小。
1. 引入因素
发信机边带扩展（发射辐射漏到邻道）
发信机边带噪声（宽带噪声延伸到很远）
发信机的杂散辐射（本振谐波、互调等落到邻道）
来自蜂窝内的邻道干扰（频距较小所引发的）

OFDM那些事

OFDM的定义。在百度百科中，找到了如下描述：

“OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。”

嗯，这个定义写的很全面，这么好的材料，不放到毕设论文的背景介绍中，实在是太可惜了。其实OFDM的原理就是这样，楼主的讲解就到此结束吧，谢谢大家~

哎哟，哪里丢来的臭鸡蛋？还有板砖！*&%……%￥#@@！…

呵呵，跟大家开个玩笑。其实读了上面的描述后，我们一定还有很多的疑问：什么叫“正交子信道”？怎么做才能“把高速数据信号转换成并行的低速子数据流”？为什么“子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽时，可以消除符号间干扰”？而“相关带宽”、“符号间干扰”又是什么呢？

在接下来的几篇文章中，我们就来一起探究这些问题。今天，我们先做个“热身”。既然OFDM可以消除符号间干扰（ISI，Inter-Symbol Interference），我们就来看看什么是符号间干扰。

想象下面的场景：一个男孩和一个女孩隔山相望。男孩要向女孩表白，喊出那摄人心魄的三个字。在他们远处，有另一座大山，能够将他们的喊话形成回声。就是说，男孩喊出的话，会经过两条路径传到女孩的耳朵里，一个原声，一个回声。当女孩听到男孩喊出的“我”字的时候，“我”字的回音还在路上。然而下一时刻，当“爱”字的原音到达女孩那里时，“我”字的回音恰好也到了。两个声音同时到达，混在了一起。我们假设“我”和“爱”两个音混在一起会形成“讨”字的音（这个假设实在是太坏了）。所以这一时刻，女孩听到的是“讨”字。同样，再下一时刻，女孩会听到“你”字的原音和“爱”字的回音混叠在一起的声音，假设这次她听到的是“厌”字。最后，女孩听到了“你”字的回音，转身就走了。

图1 “回音”的例子

好好的一句“我爱你”却因为回声的存在，被活活“翻译”成了“我讨厌你”，让相爱变成了分手。在现实无线通信中，“符号间干扰”就扮演着“回声”的角色。在发送端和接收端之间，常常存在着不止一处的反射物，发出的信号经过这些物体的反射、折射，会经过不同的路径到达接收端，也就是我们常说的“多径传播”。路径不同，传播的距离自然不同，信号到达接收端的时间也就不尽相同。如果这一时刻发出的符号因为多径，延迟到了下一时刻才到达，就会与下一时刻的符号发生混叠，造成符号无法正确解出，这就是“符号间干扰”，也叫“码间串扰”。

通过上面简单的例子，我们已经感性的了解了“回声”干扰“原声”的成因。而且也能直观的感觉到，要想避免两个声音的干扰，男孩只要放慢喊话的速度就好了，等一个字的所有回声都传递到了女孩耳朵里，再喊出第二个。这样一来，女孩听到的就是“我，我…，爱，爱…，你，你…”，无非是多听了几个重复的字而已，不会因为出现字和字之间的干扰而造成误会。但是，我们回看百科中OFDM的定义，却发现它是这么写的：“当信号带宽小于信道的相关带宽时，可以消除符号间干扰”。我们已经找到了从时间上避免符号间干扰的方法，那么，它和“信号带宽”，“相关带宽”之间又是什么关系呢？

不要忘了带宽的单位是赫兹（Hz），而赫兹代表的数学含义是秒分之一（1/s）,就是一秒钟发生的次数。所以当我们说一个信号的带宽是10Hz，从离散域来看，可以理解为每秒有10个采样点，换句话说，每隔0.1秒，就会到来一个采样符号。现在我们把带宽的意义转换到时间域，再来解释码间串扰发生的条件，就好理解许多。既然每隔0.1秒就会到来一个符号，那么如果多径造成的最大时延小于这0.1秒，自然不会对下一个符号形成干扰；但如果多径时延大于了0.1秒，就会引起码间串扰。码间串扰发生的条件，就和多径时延对应上了。而这0.1秒，就是码间串扰发生的临界条件。

图2 “码间串扰”的形成条件

我们不妨假设时延恰好在符号发出0.1秒后到达，这样，时延发生的频率，也是10Hz，而“时延的频率（准确的说是最大时延的频率）”就是“相关带宽”。显而易见，当“相关带宽”等于“信号带宽”时，恰好会发生码间串扰。如果时延很短，比如0.01秒后就到达，对应的“相关带宽”是100Hz，大于“信号带宽”，码间串扰就不会发生；如果时延很长，在符号发出后0.2秒才到达，“相关带宽”是5Hz，小于“信号带宽”，码间串扰将不可避免。

图3 具有多径时延的传播环境

有了这些基本概念，我们重新考虑一下之前找到的从时域上规避码间串扰的方法。依然假设信号的带宽是10Hz，这次假设有两个反射体，分别将信号延时0.1秒和0.2秒。我们可以设计这样的发送策略，即每隔0.2秒才发出一个新符号，这样，前一个符号就不会对下一个符号造成干扰了。而且，每发出一个符号，我们可以在之后的0.1秒和0.2秒分别收到该符号的两个副本，这不就相当于利用多径做了一次“纯天然”的分集么？在“犹抱琵琶半遮面--MIMO信道中隐藏的秘密”中，我们提到过，如何充分利用各种资源，实现“变废为宝”，实乃一大学问。在这里，原本讨厌的多径又一次帮了我们的忙，“免费的”对发送符号进行了分集处理（注，多径带来的分集，从本质上讲，是一种“频率分集”）。但是别忘了，天下没有白吃的午餐，我们来仔细盘算一下享受免费“多径分集”的背后，付出的代价是什么。

图4 频率分集

为了躲避码间串扰，并且获得多径分集，我们每隔0.2秒（即每0.3秒）才发出一个符号，这不就相当于把原信号的带宽从10Hz降到了约3.33Hz（1/0.3）么。而相关带宽是5Hz（1/0.2），哦，原来这种发送策略的实质是人为的让信号带宽小于相关带宽，来避免码间串扰的发生啊。这么做虽然能获得一些分集增益，但原来每秒能传10个符号，现在只能传不到4个，牺牲了太多的系统速率，实在有些不划算。

图5 躲避“码间串扰”的代价

看来，要想在充分利用资源的条件下，还获得分集增益，码间串扰是想躲也躲不掉了。我们只有一条路可以走，那就是“干掉”码间串扰！