通信技术原理考试题_通信中在上行链路上 老马是用于基站区分来自不同小区的用户

1、指出FDMA与OFDMA两者有何差异
OFDMA，强调的是在OFDM这种调制方式下的多址。

FDMA，强调的是频分的多址方式，与之对应的是TDMA和CDMA。
因为OFDMA系统中的多址方式可以是FDMA,TDMA甚至CDMA(这个比较少)等多种方式的结合。
在几乎所有的频分复用方案中，子载波都是相互正交的。而OFDM的特殊之处，是在保持子载波正交的条件下，达到最小的子载波间隔。
其余频分方案中被浪费的子载波间隔，就是保护间隔。(严格来说不算浪费，因为没有这个保护间隔，其他频分方式可能做不到子载波相互正交。)
因为在时域有了不同的OFDM符号，而频域有不同的子载波。OFDM的可用资源形成了一个栅格，
每个QAM调制符号都可以放在上面的一个格子当中，而每一个格子可以用一对坐标来表示(k, m)。

2、何为顶点激励？采用小区顶点激励方式有何优点？
顶点激励是将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射定向天线，分别覆盖三个相邻小区的个1/3区域，每个小区由三副定向天线共同覆盖。
与顶点激励对应的是中心激励，即在每个小区中基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。
采用顶点激励方式，所接收的同频干扰功率仅为全向天线系统的1/3，因此可以减少系统的通道干扰，另外，在不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区。

3、试分析为什么小区分裂能提高蜂窝系统容量？
小区分裂使用蜂窝移动系统的目的在于提高频谱效率。用户密度高的，小区划的小，单位面积上的频道数增加。在总频率不增加的情况下，
小区分裂使原小区范围内的使用频道数增加，以增大系统容量和容量密度。使用蜂窝移动系统的目的在于提高频谱效率。频率复用是一种概念，而小区分裂是另一种概念。
当业务量密度开始增加时，每个小区Ci内的信道Fi已不能提供足够的移动台呼叫时，便可将最初的小区分裂成更小的小区。通常，分裂出的新小区半径只有原小区的一半。
用户密度高的，小区划的小，单位面积上的频道数增加。如果还不够的话，还可以增加频道。如GSM系统，共有12组频率，每组有4个频道，当采用N=7的复用方式时
，7组频率可从12组中任选，但相邻频率尽量不在相邻的小区中使用，业务量较大的小区可借用剩余的频率组。采用小区分裂的方法，有限的频谱资源通过缩小同频复用距离，
使单位面积的波道数增多，系统容量增大。
在原基站上分裂
在原小区的基础上，将中心设置基站的全向覆盖区分为几个定向天线的小区。
为了支持从无方向性天线到扇形分区和小区分裂的过渡，在建立无方向性天线辐射前必须有一个频率分配计划，使可能在不改变现有系统频道分配、无须关闭、增设系统和重新调谐组合器和收发信机的情况下，通过增设频道使服务区容量增加。
在原基站上分裂的优点：
1.增加了小区数目，却不增加基站数量。
2.重叠区小，有利于越区切换。
3.利用天线的定向辐射性能，可以有效的降低同频干扰。
4.减小维护工作量和基站建设投资。
增加新基站的分裂
分裂的方法
分裂的方法
将小区半径缩小，增加新的蜂窝小区，并在适当的地方增加新的基站。此时，原基站的天线高度适当降低，发射功率减小。
在总频率不增加的情况下，小区分裂使原小区范围内的使用频道数增加，以增大系统容量和容量密度。
实际使用时，可以先进行1:3分裂，然后将三叶草形小区再进行1:4分裂，这就是1×3×4式二次分裂。

4、试述WCDMA系统物理层SCH信道消息是如何发送的。
SCH是同步信道，不进行扩频和加扰，它包括PSCH和SSCH两个在时间上并行的子信道，且在每个时隙的前256个chips上发送。
PSCH信道上发送的是一个长度为256个chips的调制码（PSC）组成，PSC每个时隙重复一次，其图案在所有小区都是相同的。
SSCH信道则发送一组15个长度为256chips的调制码（SSC），每个时隙发送其中的一个，这组码每帧重复一次，其图案由当前小区主扰码所属的扰码组决定。
PSCH信道用于小区搜索中的第一步，时隙同步;
SSCH信道用于小区搜索中的第二步，帧同步和码组识别。

5、WCDMA系统物理层中下行扰码的作用是什么？其长度为多少个码片？8192个下行码是如何分配到小区NodeB的？
WCDMA 系统中下行链路共有512个主扰码，每个小区分配一个主扰码作为该小区的识别参数之一。当小区的数量超过512个时，可重复分配一个主扰码给一个小区，
只要保证使用相同主扰码的小区之间的距离足够大，使得接收信号在另外一个使用同一主扰码的小区覆盖范围内低于门限电平即可。所以扰码规划的主要思想是确定两个
使用相同扰码的小区的最小无线传播距离。与GSM 频率规划中一样，这个距离称为复用距离。
在WCDMA 系统中，下行扰码的功能是用于区分不同的小区，扰码序列也是采用和上行链路一样的Gold 序列作为长码，共有218-1=262,143 个，但不使用短码。
为了缩短移动台搜索小区的时间，下行链路的主扰码限制为512 个，分成64 组。每个小区仅分配一个主扰码，一般所讲的扰码规划就是指下行扰码的规划。
通常下行链路的扰码规划是由网络规划软件来完成的。

6、5G在无线技术领域的创新主要包括那几个方面？
5G的这些特性将会对我们的工业生产和日常生活带来重要的影响，下面通过几个行业应用来介绍一下5G是如果应用和促进产业发展的。

1. 沉浸式娱乐 Immersive entertainment
   对于不断增长的移动视频需求，5G网络的支持至关重要。
   同时，消费者对沉浸式媒体，即互动性、多感官、数字化体验的热情不断高涨，借助VR和AR等技术，5G无与伦比的数据容量速度和低延迟特性也将有助
   于实现全新的沉浸式娱乐。这些技术通过AR游戏和互动游戏等创新，帮助提升体育和其他直播事件的粉丝体验，而VR则帮助在家中和移动设备上重新创造现场体验。
   2.车联网 Connected Vehicles
   5G对于自动驾驶的未来至关重要。这些联网车辆将需要检测障碍物，与智能标志（比如交通灯）信息交互，精确地图导航，并相互通信，甚至与其他制造商
   生产的汽车进行通信。
   为了确保乘客安全，大量的数据需要实时的传输和处理，只有5G能够提供将数百万辆自动驾驶汽车带入道路所需的容量，速度，低延迟和安全性。
   自动驾驶汽车不仅具有减少污染和拥堵并提高乘客安全的潜力，而且还可以开拓一个全新的市场。随着驾驶员成为乘客，他们将获得额外的空闲时间，
   这可能会带来针对特定旅行时间量身定制的全新平台和模式。英特尔将这个崭新的领域称为“客运经济 Passenger Economy”，并预测到2050年其价值将达到7万亿美元。
2. 物联网（IoT）
   物联网（IoT）已经处于快速发展阶段，随着5G的引入，它的基础设施能够将数十亿设备连接到互联网。
   家庭物联网中越来越多的设备为硬件制造商提供了巨大的机会，但真正的潜力在于工业物联网。在全球范围内，到2023年，
   工业连接基础将超过消费者物联网连接。根据GSMA Intelligence的数据，2017年至2025年，全球IoT连接（蜂窝和非蜂窝）的数量将增长三倍多（从7.5增至251亿）。
   这项技术已经彻底改变了包括制造业，农业和零售业在内的各个领域。互联家庭，互联汽车和智慧城市解决方案正在获得真正的动力，智能能源和医疗保健也有
   望成为物联网的重要领域。在医疗保健领域，物联网可以提供全新的治疗方式，基于可穿戴设备传感器的数据，5G能够实现一系列创新，例如远程机器人手术和个性化医疗。
   同时，这种高精确的健康监控能力很可能会对保险业产生重大影响，其保费价格将取决于客户的生活方式。
   5G创新技术
   5G里面引入了很多技术创新，主要包括无线技术和网络技术两方面。在无线技术领域，大规模天线阵列（Massive MIMO）、毫米波（mmWave）、
   载波技术（Carrier Aggregation）、新型多址接入等技术是提升5G性能的重要手段；在网络技术领域，基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）
   的新型网络架构以及多接入边缘计算（Multi-Access Edge Computing - MEC）和网络切片（Network Slicing）将会是5G的重点关注领域。下面具体介绍一下MEC和Network Slicing。
   边缘计算
   5G需要处理场景的多样性，因此它需要一个更加自适应的无线和核心网，它的极端低时延(1ms)需求对LTE的基础架构是一个挑战
   对于端到端时延 (核心网-终端), 传输距离影响非常大 (对照表见下图)。为了最大发挥空口1ms优势，也要控制基站到核心网之间的传输时间控制在1ms以内，
   那么就需要把基站到核心网之间的传输距离控制在几十公里以内。5G里实现的方案叫做MEC (Multi-Access Edge Computing)，本质上就是把核心网的用户面(UPF[4])下沉，
   把它放到离基站非常近的地方，甚至可以放到跟基站同一个机房，这样的话从基站到核心网的用户面之间的距离就会变得非常的短，这段时延会大大缩小。
   多接入边缘计算（MEC）是5G里的一项新技术，目前已在ETSI[5]中进行标准化。通过MEC，实现核心网用户面下沉，把核心网处理网络节点放到网络边缘，
   MEC在移动网络的边缘，无线接入网（RAN）内以及紧邻移动用户的位置提供IT服务环境及电信级的运算和存储资源，通过将业务处理本地化，降低回传链路距离，
   减小业务的传输时延，确保高效的网络运行和服务交付，提供更好的用户体验。
   MEC的环境具有低延迟，邻近用户，高带宽以及实时了解无线网络信息和位置感知的特点。所有这些都可以转化为价值，并可以为移动运营商，应用和内容提供商创造机会，
   使他们能够更好地从移动宽带体验中获利。
   AR 增强现实
   我们以AR场景为例，来描述一下它是如何利用MEC的特性来改善自身性能，促进行业发展的。
   VR/AR是新一代信息技术相互融合的产物，它对渲染能力、互动体验和移动性有很高的要求。过去的AR/VR产品因为带宽和时延的问题导致它的渲染能力等不足，
   阻止了其在消费领域的大规模生产，是遏制其行业发展的一块短板。高质量的VR/AR对带宽和时延要求非常高，例如对于AR来说，它需要达到200Mbps以上带宽
   和5ms以下的延时，才能保证其用户体验。这在4G时代是没有办法实现的，而5G刚好解决了这些痛点。

7、干扰随机化通常有哪几种方法？说明各自的实验原理。
对于0FDMA的接人方式，来自外小区的干扰数目有限，但干扰强度较大，干扰源的变化也比较快，不易估计，于是采用数学统计的方法来对干扰进行估计就成为一
种比较简单可行的方法。干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰，因此又称为“干扰白化”。
干扰随机化的方法主要包括小区专属加扰和小区专属交织。
a)小区专属加扰，即在信道编码后，对干扰信号随机加扰。对小区A和小区B，在信道编码和交织后，分别对其传输信号进行加扰。如果没有加扰，
用户设备(UE)的解码器不能区分接收到的信号是来自本小区还是来自其他小区，它既可能对本小区的信号进行解码，也可能对其他小区的信号进行解码，使得性能降低。
小区专属加扰可以通过不同的扰码对不同小区的信息进行区分，让UE只针对有用信息进行解码，以降低干扰。加扰并不影响带宽，但是可以提高性能。
b)小区专属交织，即在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织。如图2所示，对于小区A 和小区B，在信道编码后分别对其干扰信号进行交织。小区专属交织的模式
可以由伪随机数的方法产生，可用的交织模式数(交织种子)是由交织长度决定的，不同的交织长度对应不同的交织模式编号， UE端通过检查交织模式的编号决定使用何种
交织模式。在空间距离较远的小区间，交织种子可以复用，类似于蜂窝系统中的频分复用。对于干扰的随机化而言，小区专属交织和小区专属加扰可以达到相同的系统性能。

8、试述4G LTE/LET-A系统中的小区搜索过程。
在LTE/LET-A无线系统中，物理层是非常的复杂的，复杂同时也非常重要。由于无线的信道环境不断的变化，导致需要不断的调整系统参数。
当终端开机、重新激活时，这时需要与系统重新建立连接。还有就是当终端需要移动时，也需要实现切片和漫游。这些都需要物理层的参与，从而完成各种配置重调；
小区搜索是属于下行的，通过小区搜索过程，终端与服务小区实现下行信号时间和频率的同步，并且确定小区的物理层ID。
小区搜索过程中，用户UE需要达到以下3个目的：
1、下行同步；
2、小区标识好的获取；
3、广播信道(BCH)的解调信息获取；
小区搜索的信道、信号及步骤
LTE的UE在完成小区搜索的过程时主要涉及以下的信号机信道：
同步信号
主同步信号（PSS）和从同步信道（SSS）
参考信号
RS
广播信号
BCH
这几个信号和信道中的信息对于UE来说非常重要，UE需要完整、准确地解调出来，以便完成小区搜索；
在小区搜索过程中遵循下面的先后顺序：
1、先同步，再收听广播；
2、先同步，再进行微调；
小区搜索过程分成以下的4个步骤，如下图；
第1步：从PSS（主同步信道）信号上获取小区的组内ID（汇报给归属位置的服务器）。
第2步：从SSS（从同步信道）信号上获取小区组号；
所以UE把PSS和SSS接收下来后，就可以确定物理小区标识PCI。
第3步：UE接收下行信号RS，用来进行精确的时频同步；
下行参考信号是UE获取信道估计信息的提示灯。对于频率偏差、时间提前量、链路衰路情况，UE通过RS可以了解清楚，然后时间和频率上与基站保持同步。
第4步：UE接收小区广播信息；
基站的广播消息是面向小区所有UE发送的，有需要的UE就去接收解调。完成前面3步后，UE与基站已经完成了时频同步，可以收听广播并解调煮消息块(MIB)，
从而获取下行系统带宽参数，天线配置参数，以及小区的系统帧号；

9、4G LTE/LET-A系统中为什么上行链路要采用不同的多址技术？这两种多址技术在传输数据符号时各自处理方式有何不同？
多址技术是指实现小区内多用户共享无线信道的技术。LTE中，上下行采用了不同的多址技术。
（1）下行：OFDM
（2）上行：SC-FDMA
OFDM能够提高频率利用率，提高下行速率，但较高的峰均比导致对发送端的器件要求较高，导致较高的功耗和成本。
因此LTE的上行（终端一侧发送），采用的是SC-FDMA复用技术，即普通的频分多址。
LTE 的上行多址技术SC-FDMA
多个连续的15K的子载波，形成一个更大带宽的子载波块，整个子载波块作为一个大带宽的载波信号，分配个某一个用户，进行调制与解调。子载波块之间有一定的保护带，避免子载波块之间的干扰。
这种多址称为单载波频分复用SC-FDMA.
SC-FDAM是FDMA技术在LTE的小区内部，上行复用中的应用。
特点：子载波是连续的、成块的分配。
缺点：频谱利用率低
优点：器件的功耗低、器件的成本低

LTE的下行多址技术OFDM
（1）子载波的正交性
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，
LTE的小区内部，下行复用，采用的是OFDM多址技术
优点：频谱利用率高
（2）OFDM的多用户复用
优点：灵活的、动态的、离散的子载波的分配策略。
（3）OFDM的缺点：较高的峰均比
峰均比导致功放的范围大，利用率低，导致功放的成本高、能量损耗大等特点。
（4）OFDM的缺点：时域上，相邻两个符号之间的干扰
频谱上，每个15K子载波是正交的，因此不存在干扰。
然后时域上，由于多径问题，导致时域上，相邻两个符号之间的干扰。应对办法：在每个时域OFDM符号前增加循环前缀CP
发送端：在信号的前端，增加CP传输时间，传输的内容是整个OFDM符号的尾部信号。