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空中接口学园技术学习教材 → 领读笔记《LTE教程:原理与实现》2.2干扰下的移动通信
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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。

[此贴子已经被作者于2018-7-25 18:05:48编辑过]
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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。
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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。
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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:
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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)。

[此贴子已经被作者于2018-8-7 21:35:01编辑过]
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