通信原理面经_莱斯分布衰减包络是的对称的吗

一、OFDM的工作原理

详细的原理

OFDM即正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是多载波调制的一种，通俗来说就是通过多条互相没有关系的通道传输不同的信息。
OFDM主要思想是：首先，将要传输的高速串行数据流进行串/并变换，变换成N路并行的低速数据流，且将信道分成若干个正交子信道，并分别用N个子载波进行调制，每一路子载波可以采用QPSK或MQAM等数字调制方式，不同的子载波采用的调制方式也可以不同。然后将调制好的各路已调信号叠加在一起构成发送信号。正交信号可以在接收端通过相关解调技术分离各个子载波。由于串/并变换后，高速串行数据流变换成了低速数据流，所传输的符号周期增加到大于多径延时时间后，可有效消除多径干扰。
(值得注意的是，这里的已调信号叠加与传统的频分复用(FDM)不同。在传统的频分复用中，各个子载波上的信号频谱互不重叠，以便接收机能用滤波器将其分离、提取。而OFDM系统中的子载波数n很大，通常可达几百甚至几千，若采用传统的频分复用方法，则复用后信号频谱会很宽，这将降低频带利用率。因此，在OFDM系统中，各个子载波上的已调信号频谱是有部分重叠的，但保持相互正交，因此，称为正交频分复用。)

为什么OFDM可以减少子信道之间的相互干扰(ISI），具有抗多径衰弱的能力？
答：

1. 正交频分复用（OFDM）的基本思想是将数据流分解成若干个独立的低速比特流，从频域上说就是分成多个子载波，然后并行发送出去。这样可以有效地降低高速传输时，由于多径传输而带来的码间干扰。
2. 为了最大程度地消除多径效应和其他因素引起的码间干扰，OFDM技术还在每个信号中设置一段空闲的传输时段，称之为保护间隔，该时间段大于信道最大时延，从而不会对下一个信号产生延时引起的码间干扰。此时尽管由于多径传输发生前后信号的重叠，但由于空闲段的无信号，因此重叠部分不会产生干扰。实际应用中，由于空闲传输时段无波形，此时若为多个载波的重叠部分，则破坏了正交性，会由于多径传输引起信道间干扰（ICI，Inter Channel Interference），为此在空闲时间段也填入信号，称之为循环前缀（将OFDM符号尾部的信号复制到头部构成的），接收时则将此段信号舍弃。
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与传统的单载波调制技术相比，OFDM技术主要具有以下几点优势：

1. 由于允许子载波之间有频谱交叠，因此OFDM系统具有较高的频谱利用率。
2. 通过把信道划分为多个窄带子信道，OFDM系统能够很好地抵抗信道的频率选择性衰落。
3. 通过插入保护间隔和循环前缀，在略微降低系统容量的前提下，可以有效消除多径干扰引起的ISI和ICI。
4. 允许数据在复数域上进行调制或编码，有基于FFT/IFFT的快速算法。

OFDM技术具有下列缺点：

1. 信号的峰均功率比(PAPR)较高（因为OFDM信号是由经过调制的多个子载波相加得到的），因而系统对于放大器、功耗以及A/D、D/A等有较高的要求。
2. OFDM系统每个子信道的带宽较窄，所以OFDM对系统的载波频率偏移较为敏感，接收机需要有更好的调谐器以及更好的定时和频率恢复算法。
3. 插入保护间隔使有效传输率降低了约10%。
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二、解释多径效应、 ISI、ICI、

多径效应（multipath effect）：指电磁波经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。

ISI (Inter Symbol Interference) 符号间干扰：是指同一信号由于多径传播在接收端相互重叠而产生的干扰。与之相反，不同信号间的相关干扰就是码间串扰：由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。
符号间干扰和码间串扰的区别：两个名词的英文缩写都是ISI (InterSymbol Interference) ,码间干扰和符号间干扰都是表述同样的效果，那就是不同时域上前后符号的叠加,造成这样的原因有两个：一个是多径延迟，一个是系统的传播特性不理想导致的；一般符号间干扰指代多径延迟导致的干扰，一般发出去信号都是符号级的，而码间干扰一般指代系统的传播特性不理想导致的，如方波脉冲的频域是无限宽的,过带限的信道就会导致时序信号的扩展。

ICI (Inter Code Interference) 子载波间干扰：OFDM为了克服ISI，增加了保护间隔，但保护间隔会破坏子载波之间的正交性，因此通过增加循环前缀（将每个符号对应的载波后面部分（长度为保护间隔的长度）添加到该载波前面保护间隔的位置，当然原来位置处的载波还保留着。）的方式克服ICI。

三、解释频率选择信道、瑞丽衰落信道和莱斯衰落信道

频率选择信道
一般来说, 多路发射信号到达接收机的时间有先有后,即有相对时延.如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略, 那么当多路信号迭加时, 不同时间的符号就会重叠在一起,造成符号间的干扰. 这种衰落称为频率选择性衰落, 因此这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的，我们将之称为频率选择信道.

瑞丽衰落信道
瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号（LoS，Line of Sight）的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。

莱斯衰落信道
莱斯衰落信道其包络服从莱斯分布（莱斯分布也称作广义瑞利分布），信道存在一个固定的直射分量。

四、信道均衡和信道估计

信道均衡（Channel equalization）是指为了提高衰落信道中的通信系统的传输性能而采取的一种抗衰落措施。它主要是为了消除或者是减弱宽带通信时的多径时延带来的码间串扰（ISI）问题。

信道估计，就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。如果信道是线性的话，那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。需强调的是信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示，而“好”的信道估计则是使得某种估计误差最小化的估计算法。

五、4g上下行的技术分别是什么？

4g上行采用SC-FDMA（Single-Carrir）单载波频分多址，SC-FDMA的过程是，星座映射->DFT到频域->频域移位->IDFT到时域->加CP，等效于直接发射星座映射后的符号（经过频移），这是与传统的单载波调制是等效的，谓之SC，不同用户的频移不一样，谓之FDMA。单载波调制的好处是峰均比低且确定，OFDM的峰均比高。4G上下行调制方式不一样的原因是，基站侧比起终端来说成本不敏感，可以发射高峰均比信号，而终端采用（即上行采用）OFDM的话成本过高，不利于电池的使用寿命，采用SC-FDMA可以提高移动终端的功率发射效率。

4g下行采用的是OFDMA正交频分多址，多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。

OFDM和OFDMA的区别以及OFDMA与SC-FDMA的区别

1. OFDM是调制技术，OFDMA是多址接入策略，两者完全不是一个领域的概念。OFDMA是OFDM技术的演进。在利用OFDM对信道进行子载波正交化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA技术与OFDM技术相比，用户可以选择条件较好的子载波进行数据传输，而不像OFDM技术那样，一个用户在整个频带内发送，从而保证了子载波都被对应信道条件较优的用户使用，获得了频率上的分集增益。在OFDMA中，一组用户可以同时接入到某一子载波。
   OFDMA则可以在同一时隙将不同的子载波分给不同的用户。

2. SC-FDMA的峰均比较低，适用于终端，提高移动终端的功率发射效率，并延长电池的使用时间，降低终端成本。如图所示，SC-FDMA 的过程比OFDM多了DFT和IDFT。

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六、LTE-TDD与LTE-FDD的区别

具体可以参考知乎大神小枣君TDD和FDD，区别到底在哪？

来自小枣君的总结：

TDD相对于FDD，有哪些优势呢？
优势：

能够灵活配置频率，使用FDD不易使用的零散频段；
可以通过调整上下行时隙转换点，灵活支持非对称业务；
具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；
接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度。

缺点：

TDD系统上行链路发射功率的时间比FDD短，因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站；
TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；
为了避免与其他无线系统之间的干扰，TDD需要预留较大的保护带，影响了整体频谱利用效率；
因为高速运动下信道变化快，TDD分时系统导致手机报告的信道消息有所延迟，所以TDD系统在高速场景下不如FDD。

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基本概念：FDD和TDD主要区别就在于采用不同的双工方式，为频分双工(FDD) 和时分双工(TDD) 是两种不同的双工方式。

区别

1. FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD的缺点就是必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD虽然在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。（对称业务就是比如打电话，上行，下行数du据量差不多；
   不对称业务比如上网，一般是下载数据量远远大于上传的数据量(也能也有例外，比如微博上传的数据量有时很大)）
2. TDD用时间来分离接收和发送信道，都在一个信道中进行信号传输。在TDD方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，时间资源在两个方向上进行了分配。在某个时间段由基站发送信号给移动台，而中间的时间间隙由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

从理论上讲，FDD的优势要比TDD大一些，这就让很多潜在4G用户心动，并且下定决心用联通的LTE-FDD，但是就目前形式而言，使用移动或者联通电信的网络其实没有太大影响，网络覆盖率来讲，LTE-TDD的覆盖率要远大于LTE-FDD，对于4G的速度，不管是LTE-TDD还是LTE-FDD，都有很不错的速度，够现在用户的使用，而用户也没有太大必要去为了体验FDD与TDD的区别而选择换运营商。

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七、QPSK、8PSK与16QAM、64QAM

详解IQ调制以及星座图原理

• QPSK：Quadrature Phase Shift Keying 四相相移键控，一个符号代表2bit
• 8PSK：8 Phase Shift Keying 八相相移键控，一个符号代表3bit
• 16QAM：16 Quadrature Amplitude Modulation 16正交幅相调制，一个符号代表4bit
• 64QAM：64 Quadrature Amplitude Modulation 64正交幅相调制，一个符号代表6bit

PSK是相移键控（Phase Shift Keying），是通过相位的变化代表“0”和“1”的。QPSK的“Q”是“Quadrature”的意思，有四个变化状态，如相位上的“+45°（代表00）、-45°（代表11）、+135°（代表10）、-135°（代表01）”，那么一个状态就代表两个比特的信息，如下图所示。同理8PSK的一个状态代表三个比特。

等到QAM调制方式的时候，由于要描述的状态多了，只靠相位区分状态就不够了（相互区别起来有些困难了），需要加入幅度的变化来表示一个状态，就像我们用手指的方向“上下左右”表示“北南东西”的时候，我们同时加上了胳膊伸的长度表示远近，胳膊全伸开表示很远，胳膊伸一半，表示较近。眼神不好的人还真看不出来。所以说对接收机的要求比较高了。16QAM就是状态空间为16，每个状态是4个比特的信息；而64QAM的状态空间是64，每个状态是6个比特的信息。

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六、5G（了解）

（1-5G多址技术）了解

5G科普

1. 什么是NOMA?

• 非正交多址技术（NOMA）的基本思想是在发送端采用非正交发送(功率复用），主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。虽然，采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高，但是可以很好地提高频谱效率。
• 用提高接收机的复杂度来换取频谱效率，这就是NOMA技术的本质。
• 非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 技术以不同功率将多个信息流在时域/频域/码域重叠的信道上传输，在相同无线资源上为多个用户同时提供无线业务。
• 在正交多址技术（OMA）中，只能为一个用户分配单一的无线资源，例如按频率分割或按时间分割，而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。在某些场景中，比如远近效应场景和广覆盖多节点接入的场景，特别是上行密集场景，采用功率复用的非正交接入多址方式较传统的正交接入有明显的性能优势，更适合未来系统的部署。目前已经有研究验证了在城市地区采用NOMA的效果，并已证实，采用该方法可使无线接入宏蜂窝的总吞吐量提高50%左右。非正交多址复用通过结合串行干扰消除或类最大似然解调才能取得容量极限，因此技术实现的难点在于是否能设计出低复杂度且有效的接收机算法。

注意NOMA指的是非正交多址，而不是非正交频分，即NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用（OFDM）技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是多个用户共享，同一子信道上不同用户之间是非正交传输 （即非正交多址），这样就会产生用户间干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行多用户检测的目的。 在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。SIC接收机再根据不同户用信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到了区分用户的目的。

2. NOMA采用的关键技术

• 串行干扰（SIC）详解SIC
  在发送端，类似于CDMA系统，引入干扰信息可以获得更高的频谱效率，但是同样也会遇到多址干扰（MAI）的问题。关于消除多址干扰的问题，在研究第三代移动通信系统的过程中已经取得很多成果，串行干扰删除（SIC）也是其中之一。NOMA在接收端采用SIC接收机来实现多用户检测。

基本原理
串行干扰删除（SIC）的基本原理是采用逐级消除干扰策略，逐步减去最大信号功率用户的干扰，SIC 检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判决出一个用户就同时减去该用户信号造成的多址干扰（MAI），按照信号功率大小的顺序来进行操作，功率较大信号先进行操作。这样一直进行循环操作，直至消除所有的多址干扰为止。

• 功率复用
  SIC在接收端消除多址干扰（MAI），需要在接收信号中对用户进行判决来排出消除干扰的用户的先后顺序，而判决的依据就是用户信号功率大小。基站在发送端会对不同的用户分配不同的信号功率，来获取系统最大的性能增益，同时达到区分用户的目的，这就是功率复用技术。功率复用技术在其他几种传统的多址方案没有被充分利用，其不同于简单的功率控制，而是由基站遵循相关的算法来进行功率分配。

3.其他5G核心技术
multiple MIMO（大规模多天线技术）
大规模天线优点点：

• 波束赋形
  在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向，增强接收信号的强度。
  这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大地提高基站的服务容量。
• 同时同频服务更多用户，提高网络容量
  由于在覆盖空间中对不同用户可形成独立的窄波束覆盖,使得天线系统能够同时传输不同用户的数据,从而可以数十倍地提升系统吞吐量,提高网络容量。
• 有效减少小区间的干扰
  由于天线波束非常窄,并且能精确地为用户提供覆盖,可以大大减少对邻区的干扰。
• 更好的覆盖远、近小区
  波束在水平和垂直方向上的自由度可以带来连续覆盖上的灵活度和性能优势,更好的覆盖小区边缘和小区天线下近点。

D2D（Device-to-De作为面向5G的关键候选技术,设备到设备通信(Device-to-Device, D2D)具有潜在的提高系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信应用的前景,受到广泛关注。vice，D2D）
优势：提高频谱效率；提升用户体验； 扩展通信应用。

5G的优势：传输速率快，低延时，低功率海量连接！
（延迟更多的和中间设备负载量、链路情况、通信距离等相关。）

4. 与传统的CDMA（3G）和OFDM（4G）相比，NOMA的性能又有哪些优势呢？

• 3G的多址技术采用的是直序扩频码分多址（CDMA）技术，采用非正交发送，所有用户共享一个信道，在接收端采用RAKE接收机。非正交传输有一个很严重的问题，就是远近效应，在3G中，人们采用功率控制技术在发送端对距离小区中心比较近的用户进行功率限制，保证在到达接收端每个用户的功率相当。
  （远近效应：远近效应(near-far effect)是指在运动过程中，基站同时接收两个距离不同的移动台发来的信号时，由于距离基站较近的移动台信号较强，距离较远的移动台信号较弱，距离基站近的移动台的强信号将会对另一移动台信号产生严重的干扰。如下图，MS1发送到BS的信号相对于MS2强，此时较强的信号就会对较弱的信号产生干扰。
  功率控制。为了解决远近效应，可以通过调整发射机的发射功率使得信号到达接收机时信号强度基本相等。CDMA系统就采用了这一技术来解决远近问题，可以有效的解决多址干扰问题。）
  

• 4G的多址技术采用的是基于OFDM的正交频分多址（OFDMA）技术，不同用户之间采用正交传输，所以远近效应不是那么明显，功率控制也不再是必需的了。在链路自适应技术上，4G采用了自适应编码（AMC）技术，可以根据链路状态信息自动调整调制编码方式，从而给用户提供最佳的传输速度，但是在一定程度上要依赖用户反馈的链路状态信息。

• 跟CDMA和OFDMA相比，虽然NOMA也是非正交传输，但子信道之间采用正交传输，不会存在跟3G一样明显的远近效应问题，多址干扰（MAI）问题也没那么严重；由于可以不依赖用户反馈的CSI信息，在采用AMC和功率复用技术后，应对各种多变的链路状态更加自如，即使在高速移动的环境下，依然可以提供很好地速率表现；同一子信道上可以由多个用户共享，跟4G相比，在保证传输速度的同时，可以提高频谱效率，这也是最重要的一点。

七、中国3G的故事（了解）

为什么TD-SCDMA经营不好 知乎——TD-SCDMA到底不好在哪儿？

主要原因有两个：一是它不像WCDMA标准那样有2G时代的技术和设备的积累，二是智能天线等核心技术的工程化应用不给力。

1. 缺少技术和设备积累；
2. 智能天线等核心技术的工程化应用不给力；
3. 中国移动的通信优质频率主要被2G占用，TD被强制划分给中国移动后，被分配的频段较高，频率越高损耗越大，意思是所需要建设的基站越多，这就是我们改用中移动的3G时稳定性体验反而不如2G。
4. 产业链不完善，我国的TD网络技术完成后，却没有的到相应的终端厂商支持，当网络商用后大家发现没有什么手机是支持的，在加上iphone4的发布，影响可想而知，至今ipone依然不支持移动3G。
5. .TDSCDMA本身技术的缺陷导致它牛不起来。高速公路想要更大的车流量在移动通信领域有几种办法解决，一将路拓宽并划分出往返双向，从而是用户有条不紊(频分双功)。另一种将路分时段用户一个一个过(时分双功)。TD采用的是第二种，并在此基础上给那个用户贴个标签，即使同一个时间来了两个用户，也能分清楚谁是谁，因此就可以通过更多的用户(码分多址)。但是在实际使用过程中，码分多址几乎起不到作用。在TD的关键技术中还有智能天线等都没有在实际商用中体现出其性能。