現(xiàn)代數(shù)字通信

一.通信系統(tǒng)的基本框圖，每個框圖寫2行。1.信源編碼：信號一般首先經(jīng)過AD變換，將模擬信號采樣量化變成數(shù)字信號，便于傳輸，再去除信源信號中的冗余成分，提高傳輸?shù)挠行?，提高效率?.信道編碼：信道編碼通過增加冗余，提高傳輸?shù)目煽啃?，具有檢錯和糾錯功能；與交織器共同對抗多徑衰落3．交織器與解交織器：本身不具有糾錯功能，只是將數(shù)據(jù)重新排列。交織器主要用于對抗突發(fā)錯誤，將突發(fā)錯誤在時間上分散開，使其變?yōu)殡S機錯誤。必須與糾錯編碼技術相結合，才能對抗移動衰落信道的不利影響。利用了緩存技術，會引起時間上的延遲，需要增加延遲和存儲空間。4.調(diào)制器經(jīng)典調(diào)制技術的功能主要是信號的頻譜搬移，實現(xiàn)有效傳輸。在現(xiàn)代通信技術中，信號處理和集成電路技術的發(fā)展使頻譜搬移與其他部分分離。調(diào)制的概念有所擴展和延伸，好的調(diào)制器調(diào)制出的信號需要有較高的頻譜效率、較低的誤碼率、較低的峰均比、較低的接收機復雜度或者能夠?qū)狗蔷€性帶來的頻譜擴散，抑制對相鄰頻帶的干擾。經(jīng)典調(diào)制技術延拓為空時編碼、擴頻調(diào)制和OFDM等5.射頻發(fā)射：對信號進行放大、濾波，經(jīng)由天線發(fā)送出去6.射頻接收：對從天線接收的信號進行濾波、低噪聲放大7.解調(diào)器：經(jīng)典調(diào)制技術中，解調(diào)器的主要作用是對接收信號進行頻譜搬移，從射頻搬移到基帶。在現(xiàn)代通信技術中，解調(diào)器需要完成同步、信道估計、檢測的任務，并且軟輸出，是的解碼器能夠工作在軟判決狀態(tài)，對抗信道衰落，提高誤碼率，以正確接收信號9.信道解碼：檢測錯誤或糾正錯誤10.信源解碼：恢復出信源編碼前的信息二.移動通信信道的特點、缺陷，以及抵抗這些缺陷的措施（1）多徑傳輸環(huán)境信號到達接收機的傳輸時間不同，將導致時延擴展。時延差小于時間分辨率時，不可分辨的多徑疊加，造成衰落。時延差較大時，可分辨的多徑，就會造成碼間干擾或多址干擾。（2）時變傳輸環(huán)境a.終端的移動會造成多普勒頻偏，這反映了信道隨時間變化的速率，信道傳輸函數(shù)為時變函數(shù)。b.衰落快慢是相對于觀察時間而言的，信道在一個碼元時間內(nèi)保持不變，則稱為慢衰落，否則則稱為快衰落。一般均假設信道為慢衰落（把碼元時間切得很短），對于OFDM系統(tǒng)，通常假設信道在一個OFDM符號內(nèi)不變。（3）用戶之間的相互干擾a.由于每個用戶不獨占傳輸媒體和介質(zhì)，需要動態(tài)分配資源，這就產(chǎn)生了同頻干擾或多址干擾。b.CDMA系統(tǒng)中各用戶在頻率上和時間上是重疊的。對抗措施：（要不要每種措施都具體解釋一下？）（1）針對衰落的技術a.分集接收技術：時間分集、頻率分集、空間分集、發(fā)送分集以及接收分集，發(fā)送分集可以有效對抗單徑慢衰落b.糾錯編碼+交織技術c.功率控制技術：克服遠近效應，對抗慢衰落有效d.智能天線技術，時空編碼技術（與發(fā)送分集配合使用，對抗慢衰落）c.擴頻、跳頻與OFDM調(diào)制技術（2）針對時變信道的技術a.把每個碼元切得很短，對應的持續(xù)時間很短，就可以把系統(tǒng)近似成線性移不變系統(tǒng)，并且誤差在容忍范圍內(nèi)。b.信道估計技術：通過導頻信號進行信道估計，其他點上進行插值。從而估計出整個信道的參數(shù)，便于解調(diào)。（3）針對碼間干擾的技術自適應均衡技術，線性均衡器、DFE均衡器、MLSE均衡器、MAP均衡器預均衡（預編碼）線性均衡器實際上是逆濾波器，在一直多徑干擾的同時會放大噪聲。DFE均衡器（判決反饋均衡器）存在錯誤傳播問題。判決反饋均衡器（DFE）是一種非線性均衡器。由前饋部分(由FIR濾波器組成)和反饋部分(由IIR濾波器組成)組成，前饋部分可以抵消在時間上超前的碼間干擾和在時間上滯后的碼間干擾(由中心抽頭的位置決定),反饋部分可以抵消在時間上滯后的碼間干擾。MLSE（最大似然序列估計）均衡器可以一直錯誤傳播，但不提升噪聲，只能得到序列級信息，得不到碼元級信息，因此提取碼元級信息比較困難。MAP均衡器在碼元級判決與MLSE等價。（4）針對多址干擾的技術多用戶檢測技術：MLSE的應用需要有足夠多的候選用戶。需要知道所有用戶的信道信息。需要良好的，計算復雜度低的資源管理與調(diào)度算法。5.H-ARQ支持獨立解碼的遞增冗余HARQ采用多進程控制的HARQ(SW)優(yōu)點：既可以減少自動重傳的平均次數(shù)、降低包數(shù)據(jù)的傳輸時延，同時也能夠減少每次傳輸過程中信道編碼的冗余信息量，提高編碼速率。缺點：需要在物理層實現(xiàn)存儲、解碼和重傳調(diào)度六．發(fā)射機預失真技術（干什么用的？目的？什么情況下使用？）非線性功放通過預失真可以看成線性功放。由于非線性功放實現(xiàn)簡單，在信號進入非線性功放之前，人為的加入一個特性與之恰好相反的系統(tǒng)，進行相互補償矯正，使得系統(tǒng)整體可以看成一個線性功放。這樣發(fā)射機功放的線性范圍就可以做的很大。七．HARQ物理層HARQ和L2層HARQ的區(qū)別物理層HARQ采用stop-waitARQ，發(fā)送端每發(fā)出一幀數(shù)據(jù)后，等待接收端的確認，只有收到ACK時，才繼續(xù)發(fā)送下一幀，如果收到NACK，則進行重發(fā)。采用多進程提高焦慮兩種典型用法：最大比合并，重復發(fā)收錯的數(shù)據(jù)，chasecombiningCodecombining遞增冗余比較短的幀接收端需要緩存LTE中的HARQ技術：采用遞增冗余的方法，每一次傳送帶打孔后的編碼數(shù)據(jù)可以獨立解碼?？紤]到2次傳輸?shù)恼伎倐鬏敱壤^大，第2次重傳后已構成低于1/2碼率接近1/3碼率的糾錯碼。后續(xù)重傳補充1/3碼率所需糾錯位，剩余的是重復傳輸。采用ARQ技術的原因：傳輸過程中，由于干擾和信道不完善導致傳輸錯誤高速數(shù)據(jù)業(yè)務對誤碼率要求比較高與FEC相比實現(xiàn)簡單，可獲得很高的系統(tǒng)可靠性缺點：需要BackChannel，時延大HARQ技術（HybridARQ）HARQ-I型：直接將ARQ與FEC技術結合，F(xiàn)EC糾錯能力大大減少了重發(fā)的次數(shù)。ARQ在協(xié)議層，F(xiàn)EC在物理層。HARQ-II型：系統(tǒng)根據(jù)信道當前的具體情況，自適應調(diào)整碼速率；錯幀不被丟棄，而是存儲在接收端，并與重發(fā)的幀合并起來形成更可靠的數(shù)據(jù)幀。H-ARQII型（具體展開）1.糾錯位重傳，第一次發(fā)送檢錯位，如果傳輸不成功，則再把剩下的糾錯位發(fā)送過去，這就變成了H-ARQII型2.合并技術：分集合并和碼字合并（軟判決算法）3.遞增冗余：通過遞增發(fā)送碼字的冗余度，以增大正確譯碼的概率，從而增加數(shù)據(jù)的吞吐量4.自適應遞增冗余：因為移動通信信道是時變信道，比特錯誤情況隨信噪比等因素的變化而變化，所以應采用自適應的編碼速率以適配信道條件5.鏈路自適應：自適應調(diào)制與自適應編碼提供一種鏈路自適應方法，CDMA系統(tǒng)的快速功率控制就是一種鏈路自適應方法。H-ARQIII型1.基于CPC（互補的打孔卷積碼）的混合III型ARQ2.每個已發(fā)分組與重發(fā)分組都能進行自解碼（籠統(tǒng)的說）HARQ技術充分利用前向糾錯和自動重傳請求的優(yōu)點，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院拖到y(tǒng)吞吐量。HARQ基于信道條件提供精確的編碼速率調(diào)節(jié)，自動適應瞬時信道變化，且對時延和誤差不敏感。采用HARQ技術既可以減少自動重傳的平均次數(shù)、降低包數(shù)據(jù)的傳輸時延，同時也能夠減少每次傳輸過程中信道編碼的冗余信息量，提高編碼速率。LTE中的HARQ支持獨立解碼的遞增冗余HARQ采用多進程控制的HARQ每一次傳送帶打孔后的編碼數(shù)據(jù)都可以獨立解碼（還有一些沒來得及記）八．同步位同步、幀同步的特點同步技術，可分為四類：載波同步、位同步、幀同步、群同步載波同步早期的通信系統(tǒng)要求接收機精確恢復載波頻率和相位，以實現(xiàn)相干解調(diào)，一般用鎖相環(huán)實現(xiàn)采用頻率合成計技術，產(chǎn)生一個與發(fā)送端誤差較小的載波（不需要同頻同相），該頻率合成計由基帶的頻偏估計器提供的誤差信號降低頻偏。殘余頻偏和終端移動造成的多普勒頻偏由信道估計器估計出后，通過數(shù)字方法加以校正。位同步（定時同步）早期的通信系統(tǒng)位同步采用鎖相環(huán)實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)的采樣時鐘同樣采用頻率合成計技術，與載波發(fā)生器鎖在同一個參考源上，當載波誤差符合系統(tǒng)要求。定時誤差已滿足系統(tǒng)需求位同步和載波同步不同，不僅采樣頻率要準確，還尋找最佳采樣時刻，單載波移動通信系統(tǒng)，目前通過采用過采樣信號信道估計，選取最大信干比點實現(xiàn)采樣時刻選取的。幀同步早期的有線通信系統(tǒng)采用幀同步字實現(xiàn)幀同步的。移動通信系統(tǒng)采用的是較為復雜的多步復合方式實現(xiàn)幀同步的。其中包含了載波能量搜索，載波頻率校正，時隙同步，位同步等。不同的系統(tǒng)采用的幀同步方式不同，最終都是采用廣播信息接收正確來最終確定幀同步是否完成的。由于采樣時鐘存在誤差，幀同步隨著時間會漂移，所以必須采用跟蹤技術確保幀同步。同步跟蹤也可以看成是位同步。數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的同步移動通信系統(tǒng)的同步分為上行同步和下行同步。考慮到通信質(zhì)量，小區(qū)切換及宏分集等因素，移動通信系統(tǒng)是一個以基站為基準的同步（或準同步）通信系統(tǒng)。移動終端的載波和定時均鎖定在所在小區(qū)的基站的載波和定時上。下行同步一般通過基站發(fā)出的同步信道，導頻信號和訓練序列來實現(xiàn)。上行同步基站只是在一定的時延和頻差范圍內(nèi)完成信道估計和信號的接收，不調(diào)整基站頻率和定時。某些時候通過信令調(diào)整移動臺發(fā)射定時。移動終端的初始同步移動終端的初始同步一般分為三步。（1）系統(tǒng)頻點搜索。通過性能良好的訓練序列或?qū)ьl，接收機相關接收判斷系統(tǒng)是否工作在此頻點。（2）時隙同步或子幀同步（同時開始頻率定時校正）（3）幀同步：移動終端建立系統(tǒng)幀定時。幀同步是否建立是以系統(tǒng)廣播的同步信道信道信息是否接收正確為依據(jù)。不同系統(tǒng)采用不同策略實現(xiàn)同步，但一般導頻的設立不僅僅用于同步，還要輔助參數(shù)測量和信道估計。實際系統(tǒng)的同步，詳見課件九．通信系統(tǒng)的重要指標，用處為什么在第二代移動通信系統(tǒng)中采用誤幀率，而在LTE中采用通過率？2G、3G誤幀率為10-210-3，到LTE變成10-1？（1）信噪（干）比：通常既是評價指標又是參數(shù)，在標準中常定義在接受天線的輸入端口，最常用的是Eb/N0。一般在接受濾波器之后做信噪比的統(tǒng)計。（2）通過率：單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)恼_的包包含的bit數(shù)。LTE中采用通過率作為指標是因為在使用了HARQ技術，降低了誤幀率，但由于HARQ需要多次重傳，耗費更多的時間，因此采用單位時間內(nèi)正確傳輸?shù)腷it數(shù)，即通過率更能正確反映系統(tǒng)的傳輸性能。（3）誤幀率FER：解碼后的有誤碼的幀數(shù)占總幀數(shù)的比例。誤比特率，誤碼率，誤幀率或誤塊率，BER、SER、FER之間成一定比例關系，在不同信干比、不同幀長度下有差別，BER與FER一般成正比，而BER與SER不一定成比例。（4）均方誤差：通常作為均衡器和信道估計器的評價指標。均方誤差通常會作為以個中間指標，與誤幀率和誤比特率相比，它可以從少量的樣本點迅速的看出性能。（4）平穩(wěn)度指標：如定時精度、頻率穩(wěn)定度等等（5）接入成功率（時隙ALOHA），捕獲概率，虛警概率（6）接受靈敏度，接收機動態(tài)范圍，最大發(fā)射功率，干擾抑制，帶外雜散（濾波器帶外特性），峰均比。接收靈敏度不僅取決于前段噪聲，而且和后端接受技術有關，是整機指標；最大發(fā)射功率是指線性功放的最大發(fā)射功率。（7）算法復雜度，計算資源與存儲資源占用（性價比），硬件實現(xiàn)的可并行度。（8）收斂速度（自適應算法），魯棒性，系統(tǒng)容量、Qos（誤幀率，延時，抖動，掉話率等）十.談談通信系統(tǒng)仿真中的注意事項、注意問題結合自己的經(jīng)驗（4~5句）注意事項：（1）過采樣和噪聲濾波器。過采樣時，噪聲譜不再是平的，所以不能直接加白噪聲，而應讓白噪聲通過接收端的升余弦濾波器（2）仿真時不僅要有熒光屏輸出結果，還要有file文件每隔一段時間輸出一次，保存中間結果。（3）要有良好的測試向量與測試序列，編程的時候，要把測試口、測試的量都保留。（4）仿真矯正：與理論計算曲線比，與文獻中他人的結果、曲線比，從AWGN信道過渡到多徑信道，從已知信道過渡到估計的信道，借助于通信仿真軟件和輔助工具進行校正。（5）定點化時，對某一個中間量進行飽和截取時，可以把FER的中間結果輸出，先通過比較前30個FER的中間結果來大致確定飽和截取的位數(shù)范圍，然后再跑足夠多的幀來完全確定具體的位數(shù)。======================下面是以前的題目吧，就不刪了=======================四.糾錯編碼，LDPC碼的優(yōu)缺，與其他編碼如Turbo碼等對比，LDPC碼的解碼算法的優(yōu)缺點LDPC碼的優(yōu)點：（1）糾錯性能優(yōu)越，無Turbo碼在高信噪比、低誤碼率（）時的“盆底效應”（errorfloor）（2）高碼率時性能優(yōu)越（編碼效率高、冗余少）（3）利于并行實現(xiàn)編解碼器，利于高速數(shù)據(jù)傳輸，且便于ASIC設計要設計卷積碼和Turbo碼的高速并行解碼結構，需采用串/并轉(zhuǎn)換+overlap（4）即便采用硬判決算法也能取得不錯的糾錯性能（5）通過校驗式可知解碼是否成功，或是否存在不可糾的錯誤，有些應用中不必另外加入CRC，對解碼動態(tài)終止或誤幀統(tǒng)計十分方便。（6）可望用于光通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等很多領域，目前已經(jīng)在數(shù)字電視、深空通信等通信系統(tǒng)有應用（7）在知識產(chǎn)權上和專利上不再有麻煩缺點：（1）硬件資源需求比較大，全并行的譯碼結構對計算單元和存儲單元的需求都很大（2）編碼比較復雜，更好的編碼算法還有待研究。同時，由于需要在碼長比較長的情況下才能充分體現(xiàn)性能上的優(yōu)勢，所以編碼時延