除了衰减,还有其他原因降低接收端的信号质量。可以把这些障碍分成三大类:噪声、物理环境引起的失真和多普勒衰落。
3.1.4.1 噪声
噪声是由干扰信号干扰载波(Carrier)引起的。有各种形式的噪声:
1)白噪声:经常被称为热噪声,因为它是温度的函数,并且与电子的热运动有关。白噪声不能消除。此外,当我们也消除其他噪声时,根据式(3-6),载波的容量上限也不会有一个理论上的上限。热噪声与频率无关,因此被称为白噪声。对1Hz的带宽,热噪声是
N0=kT (3-12)
式中,N0表示每1GHz带宽的热噪声(W/Hz);k是玻耳兹曼常数,k=1.3803×10-23J/°K;T是开尔文温度。对一个WHz的带宽,热噪声变为
N=kTW (3-13)
2)互调噪声:在不同频率f1和f2的信号中,可能会产生一个频率为f1+f2的信号和一个频率为f1-f2的信号,或是原频率乘积,比如频率为nfk的信号。
3)串扰:当在多于两个无线传输中有重叠时间,并且它们由相同的天线接收时,它们会互相干扰。这和电话中的串话现象一样,两根电话线无意连在一起,一方可以听到另一方的通话。
4)脉冲噪声:无线信道中观测到的不规律的、出乎意料的非常短的噪声尖峰信号。它们的形成有各种原因,尤其对数字通信有影响。
3.1.4.2 物理环境(www.daowen.com)
树木、建筑等也能引起信号质量的失真,这是因为有波传播现象(见图3-7):
1)反射:当电磁波到达一个光滑平面时,它部分会被吸收,部分会被反射。
2)衍射:如果一个电磁波到达一个锐边时,它的方向会沿着边缘改变。
3)散射:在电磁波传播路径上的物体如柱子和树,会使得电磁波分散许多份。
这些现象也是另一重要传输障碍——多径衰落(Multipath Fading)的形成原因。除了信号源和目的端的直接信号以外,反射信号和散射信号也会到达目的端。因为这些信号比直接信号传播得更远,所以它们到达目的端时会有一个延迟,这对直接信号是一个干扰,会降低接收信号的质量。
图3-7 反射、散射和衍射
3.1.4.3 多普勒衰落
通信过程中,当信号源、目的端或链路的两端移动,它们的相对位置发生变化时,会产生多普勒衰落(Doppler Fading)。随着两端越来越接近,信号传输距离会越来越短,距离变短会使信号频率变得更高。当两端越来越远时,信号频率会降低。这会使接收端以错误的频率对信号采样。
当这些传播障碍导致目的端的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)太低时,接收端就不能恢复信号。知名的拒绝服务攻击称为干扰或阻塞(Jamming),是由这种现象引起的。为了阻塞载波,会产生一个在那个频率有效的有意噪声,这会使在相关频率中链路的信噪比变得比所需水平低。
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