无线电接取技术

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1、Chapter2無線電接取技術RadioAccessTechnologies1課程目標這個章節針對行動通訊中無線電傳輸的基本原理、電磁波運作的特性與方式，進行入門的介紹。內容包括：比較類比信號（analogsignal）與數位信號（digitalsignal）的傳輸方式討論無線電波傳輸的情形以及模型的建立簡介調變（modulatoin）技術。就電磁波干擾問題的解決方案，針對通道編碼（channelcoding）與交錯放置（interleaving）加以介紹。2章節目錄3Section2.1簡介Introduction4無線電的傳輸無線電傳輸的原理在於藉由變動的電場及磁場交互感應而產生的電磁

2、波，傳遞至遠端。電磁波的傳遞無需介質，真空中也可以傳送。在行動通訊系統中，無線電傳輸所扮演的功能便是手機與基地台之間的資訊傳遞。無線電波的傳遞可能會暫時受障礙物的屏蔽，導致通訊品質不良。為了能在傳輸情況難以控制的大自然環境中，確保傳遞內容的正確性與有效性，許多相關技術被發展出來以解決問題。5圖2-1無線電傳輸在個人行動通訊網路的關係不友善的無線電傳輸環境6Section2.2類比與數位信號AnalogandDigitalSignal7類比訊號在大自然中的信號，均以類比的型態存在。類比信號的特色是信號在時間軸上連續，也就是在任何時間點上，都會有對應的信號值。若在傳遞的過程中信號衰減或是受到環

3、境的干擾，造成了波形的改變，稱為失真。傳送類比的信號，必須小心保持它的波形，因為波形一旦失真後，不易回復成原始的形狀。8數位化(1/2)數位化（Digitalize）：將大自然存在之類比信號，轉換成一群0與1的序列信號。圖2‑3類比信號的數位化9數位化(2/2)當通訊系統傳送0與1的數位信號時，由於0與1傳送時的波形是固定的有規則的，如遇雜訊干擾而變形，可用先進的通訊技術將其回復成原來形狀，或能偵測出錯誤而要求重新傳送。故利用數位技術傳送信號漸漸成為電信的主流。類比信號的數位化過程基本上分為三部分：取樣（sampling）、量化（quantization）、及編碼（coding）。10圖2

4、‑2類比信號經取樣量化及編碼將其數位化11取樣連續的類比信號每隔固定的時間，取出一個值，稱為取樣。原本在時間軸上連續的信號，在取樣後變成非連續的信號，被稱作離散信號（discretesignal）。在單位時間內取樣的次數，稱為取樣頻率（samplingrate）。例如每秒取8000個數值，則取樣頻率為8000Hz。12取樣定理取樣定理（SamplingTheorem，即NyquistTheorem）：取樣頻率需高於所欲取樣之類比信號的最高頻率的2倍，才能還原成原始的類此信號。若以人類聲音為例，其頻率範圍約在300至3400Hz之間，因此PSTN電話系統的語音信號取樣頻率為每秒8000次。1

5、3量化若要以有限長度0和1字串表示離散信號的振幅數值，就只能表現出有限數目的振幅數值，每個可表現的數值稱為量化準位（level）。例如用4bit就只能表現16個量化準位。對於每一個取樣點的振幅，分別以最接近的量化準位來代表之，這個動作稱為量化（quantization）。其取樣點與量化準位之間的差距，稱為量化誤差（quantizationerror）。14編碼編碼（coding）：以一組欲先設定的0或1所組成的數字字串，來表示所規劃的所有的量化準位。以PSTN常用之脈碼調變（PulseCodeModulation，PCM）為例，是使用8位元編碼，共256個準位來表示人的聲音。取樣頻率為8K

6、Hz，意味著每秒傳輸64,000個位元，換言之，資料量的傳輸速率為64,000bps。15Section2.3無線電波的傳輸與模型RadioTransmissionandModeling16電磁波的傳遞影響電磁波在空氣介質中傳送形態的三個機制反射（reflection）繞射（diffraction）散射（scattering）為了能猜測環境對電磁波的影響，許多的傳輸模型被提出，希望能預測電磁波傳輸時的特性。17傳播損失（PropagationLoss）當電磁波遇到障礙物（包括空氣與水氣）時，會造成能量消耗。大規模的影響因素傳播的影響因素是針對收發機之間距離遠近，以及受到外在傳輸環境變動情形

7、下的影響。主要是預測這個無線電波平均信號的強度，在時間軸上取得一個平均的信號強度進行比較。小規模的信號強度比較分析在很短暫的時間內，信號強弱改變的情況。可能是因為週遭物體的移動，或者是如雷雨等自然環境改變所造成的情形。18圖2‑4電磁波信號強弱變化的情形橫向表示距離的移動縱向表示信號的強弱大小粗線的部分是大規模信號強弱變化細線的部分是小規模信號強弱變化19影響無線電波信號強弱的三大類因素路徑衰減（pathloss）慢速擾