-- 发布时间：2018-07-24 10:11:01
2.2 干扰下的移动通信
2.1介绍的是理想情况下的无线通信，现实中的移动通信在无线电波传播的过程中，不可避免的会掺杂着噪声和干扰
目录
2.2.1 噪声与干扰
2.2.2 移动信道特点
2.2.3 信道编码：优化传输性能
2.2.4 信道的容量
今天跟大家介绍 2.2.1 噪声与干扰
噪声
噪声来源于接收设备内部，由两部分组成：信道热噪声和器件热噪声。信道热噪声通常有高斯随机过程的统计来描述，热噪声功率叠加到有用信号上，称为AWGN信道。
信道热噪声的功率Pt与接收带宽和温度有关，计算公式为：Nrs=K*T*B，K*T定义为热噪声密度，在290K（相当于16.85°C）时，取值-174dBm/Hz，B为信道带宽。
如果信道带宽20MHz，则信道热噪声为-101dBm，均分到每个子载波为-134.8 dBm。
器件热噪声跟每个厂家的设备有关，一般主流厂家，基站的噪声系数可以做到3dB左右，终端的噪声系数可以做到7dB。
干扰
实际系统的干扰来源于：有用信号自身带来的干扰、系统内的其他设备和系统外工业产生的干扰。系统内的其他设备，在后面章节有详细介绍。系统外工业产生的干扰由无委来管理。
有用信号自身带来的干扰由多普勒效应和多径干扰组成。多普勒效应与相对移动速率有关，一般情况下行频偏较小，可以不用考虑。但是如果遇到飞机、高速列车，采用地面站来覆盖，就需要考虑了。
多径干扰是各种移动通信系统都面临的一个难题，多径干扰来源于多径效应，接收机除了接受直射波还有反射波，由于传播路径不一样，在时间上叠加，就会产生干扰。移动信道通常会遇到两种衰落：瑞利衰落和莱斯衰落，统称为快衰落，其衰落量与时间有关。
面对多径效应的问题，各种移动通信系统的解决办法多种多样。GSM采用了均衡技术，WCDMA采用了Rake接收技术，LTE采用了CP技术。
信号质量
有用信号与干扰信号之间强度的差距反应了信号的质量，有用信号由发射机的功率、天线增益、接头损耗、路径损耗、穿透损耗、接收灵敏度等所决定的。干扰是由噪声N和干扰I构成，其中噪声N是确定的，在有用信号大于噪声10dB以上，就可以忽略不计。LTE中的干扰I可以通过估算得到，详见《LTE教程：结构与实施》2.3.3参考信号信噪比：RS-SINR。
两个问题：
1、为什么有用信号比噪声大10dB，噪声就可以忽略不计？
dB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10log（甲功率/乙功率）。有用信号比噪声大10dB，代表有用信号的功率是噪声的10倍。
当两个信号，归一化以后，一个是10dB，一个是0dB，加起来是10.4dB，增量只有0.4，所以可以忽略不计。而且两个信号差值越大，增量越小。
2、噪声与干扰的本质区别是什么？
噪声是自然界存在的，无法规避的；而干扰是人为产生的，有存在的条件，是可以规避的。
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-25 09:44:26
两个问题：
1、为什么有用信号比噪声大10dB，噪声就可以忽略不计？
2、噪声与干扰的本质区别是什么？
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-25 09:48:51
第一个问题：dB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10log（甲功率/乙功率），如果采用两者的电压比计算，要用20log（甲电压/乙电压）。有用信号比噪声大10dB，代表有用信号的功率是噪声的10倍。
当两个信号，归一化以后，一个是10dB，一个是1dB，加起来是10.5dB，增量只有0.5，所以可以忽略不计。两个信号差值越大，增量越小。
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-25 09:50:24
第二个问题：噪声是自然界存在的，是无法规避的；而干扰时人为造成的，有它存在的条件，是可以规避的。
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-25 19:49:56
2.2.2 移动信道特点
移动通信是一种无线通信，利用电磁波来传递信息。移动信道跟有线信道相比有以下特点：
1、易衰减
无线电波在信道中传播时，信号的强度跟传播距离的高次幂成反比；而有线信道中，信号的强度跟传播距离的成反比。可想而知，传播相同的距离，移动信道与有线信道相比，信号上的损耗要大很多。
2、干扰强
移动信道与有线信道相比，更容易引入干扰。在有线信道中，可以保证信号的功率远远大于噪声；而无线信道中，由于自然环境的干扰、工业干扰还有其他系统的干扰，使得移动信道中信号的强度与干扰强度处于同一级别，甚至更低。
3、不稳定
由于用户在移动中通信，无线环境不断变化，导致信号传输质量非常不稳定，随着时间波动。移动信道与传播环境有关，在城市/郊区/农村不同的传播环境下，移动信道的传输特性差异也很大。
想要在恶劣的环境下保持可以接受的信号质量，必须采用各种抗衰落技术，也就是下一节要介绍的信道编码。
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-26 10:15:18
2.2.3 信道编码：优化传输性能
为了抵抗移动信道的易衰减、干扰强、不稳定的特点，我们需要对数字信号进行编码，以控制差错。这里的编码有别于前面所讲的信源编码，信道的编码就是将信号改头换面。
移动通信系统采用的信道编码有循环冗余校验、卷积、Turbo编码、交织和加扰。
循环冗余校验用来检错，通常用CRC校验码。
卷积和Turbo编码用来纠错，其中卷积编码有码率和约束长度两个关键指标，编码后的输出数据不仅与当前的输入数据有关，还与之前的输入数据有关。Turbo编码能做到接近理论极限的纠错性能，具有很强的抗差错能力，但是由于译码复杂且时延大，比较适合数据业务。
交织用来对抗连续性的差错，交织后的数据顺序被打乱，即使发生连续性的错误也会被分割成一小段，落入纠错的范围。
加扰用来减少连1或者0码，以保证定时恢复，实现同步。接收端用同样的码可以还原出原始数据。
-- 作者：jzdwxz
-- 发布时间：2018-07-27 21:15:10
2.2.4 信道的容量
信道上最多能传送多少信息，可以通过香农公式计算。C=Blb(1+S/N)，式中，C代表信道容量；B代表带宽；S/N代表信噪比，lb代表以2底的对数。
香农公式的另一种解读如果信息速率高于信道容量C，那么解调后的信号质量无保障；如果信息速率小于信道容量C，那么解调后的信号可以实现无差错。
香农公式有成立的条件，就是基于AWGN信道，意味着不存在干扰。这种理想的条件一般只有在实验室能够实现，不过我们可以推广香农公式的使用范围。根据香农公式，可以计算出指定带宽和信噪比下的理论信道容量。
如果把C/B定义为信道利用率K，根据香农公式K=lb(1+S/N)，可以得到信噪比与信道利用率K的关系。如下图所示：
从图中可以看出S/N大于0时，S/N与信道利用率K呈线性关系，当信噪比S/N小于0时，信道利用率K逐渐接近0。
信道利用率与调制效率和信道编码方式相关，当不考虑信道编码时，信道利用率就是调制效率，64QAM为6，16QAM为4，QPSK为2,。正常情况下需要考虑信道编码，由于冗余比特的增加。一方面信道利用率将会下降，另外一方面所需S/N也会下降。
香农公式的推广，把S/N改成SINR，SINR等于S除以噪声N和干扰I的总和。香农公式可以变化为：C= Blb(1+SINR)。
-- 作者：tom
-- 发布时间：2019-05-19 16:28:11
| 以下是引用jzdwxz在2018-07-24 10:11:01的发言： 两个问题： 1、为什么有用信号比噪声大10dB，噪声就可以忽略不计？ dB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10log（甲功率/乙功率）。有用信号比噪声大10dB，代表有用信号的功率是噪声的10倍。 [此贴子已经被作者于2018-7-25 18:05:48编辑过] |
应该是干扰信号，而不是有用信号
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