星星之火-17: 无线信道对信号的衰减无法避免, 如何应对?检错、纠错、交织与跳频

1. 电磁波衰落现象

在无线通信领域,衰落是指由于信道的变化导致接收信号的幅度发生随机变化的现象,即信号衰落。

2.  衰落类型

传播损耗:电磁波在空间中传播的自然衰耗,这是电磁波常规的损耗。

快衰落:描述了信号幅度的瞬时变化,与多径传播有关,有也可能是突发性的电磁干扰,又被称为短期衰落、小尺度衰落。

慢衰落:描述的是信号幅度的长期变化,是传播环境,在较长时间、较大范围内,发生变化缓慢的结果,因此又被称为长期衰落、大尺度衰落,比如春夏秋冬季节的变化,引发的传播环境的变化。

3. 衰落的直接结果

接收端收到的电磁波信号,在解调、解码后的二进制数据有差错,与发送端发送的二进制不完全一样!

4. 应对方法

(1)物理信道编码

待发送的原始的二进制数增加冗余比特,在接收端利用这些冗余比特对成块的二进制比特进行检错和纠错。

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信道编码的纠错和检错功能,有一个制约条件:就是出错的比特数不能太多,特别是纠错,如果出现大量比特出错,是无法纠错的。如何避免一个成块的二进制比特,在传输过程中有大量比特出错呢?

交织编码就是用来应对这个问题的!

(2)交织编码

把原始的成块的连续的二进制比特打散,分散到不同的时间发送,接收端再把不同时间发送的二进制重新组装在一起。

反过来说,如果网络中有一次突发性干扰,造成成块的二进制比特出错,这个成块的比特,在逻辑上是没有关联的,这些比特隶属于不同的逻辑块。对于每个逻辑块而言,实际上就是个别比特出错而已,可以通过物理信道编码和进行检错和纠错。

交织是通过编码,把逻辑上相邻的比特,分散开来传输,避免遇到干扰是,一批数据“全军覆灭”的风险。

详细可以参看:《图解通信原理与案例分析-15:2G GSM手机语音通话的工作原理--TDMA时分多址与GMSK调制》

(3)跳频技术

调频与交织类似,都是防止逻辑上有关联的成块二进制比特,在传输信道上遇到突发性的干扰,导致出错的比特过多,无法进行纠错。

如果信道有持续的干扰,交织是解决不了的,如下图所示;

但由于信道有持续的干扰,虽然采取了交织技术,接收端,去交织后,2,3,4一样出错,终究无法进行纠错。

跳频就可以很好的解决此问题。

跳频是按照某种预设的规则,在多个载频上,分时(不是同时,否则的话,就是占用多个信道了)错位使用不同的信道进行发送。这里的假设是,多个载波同时有干扰的概率大大降低。

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