移动通信原理与关键技术学习（3）

news2024/11/16 7:49:52

1.什么是相干解调？什么是非相干解调？各自的优缺点是什么？

相干解调需要在接收端有一个与发送端一样的载波（同样的频率和相位），在接收端的载波与发送端载波进行互相关操作，去除载波的影响。相干解调复杂，难以实现，但性能更好。（相干解调适用于PSK，FSK，ASK）

非相干解调不需要在接收端有一个与发送端一样的载波，非相干解调简单，易于实现，性能差，固定 3dB 性能损失。（非相干解调适用于DPSK，FSK）

2.调制的过程是根据所需传送的数字信息改变载波上的一个或多个参数（幅度、频率、相位）；

基础载波： $A\cos [\omega t+\phi ]$

AM（ASK）： $s_i(t)=A_ig(t)\cos [2\Pi f_ct+\theta _c]$

ASK (Amplitude Shift Keying)表现出较差的性能，因为它受到噪声、衰落和干扰的严重影响,很少单独使用。

PM（PSK）： $s_i(t)=A_cg(t)\cos [2\Pi f_ct+\theta _c+\phi _i]$

$\phi _i$ 为载波信息，每个符号代表 $\log _2M$ bits

当M=2时，则为特殊情况BPSK： $s_i(t)=A_cg(t)\cos [2\pi f_ct+\theta _c+(i-1)\pi]$

当M=4时，则为QPSK： $s_i(t)=A_cg(t)\cos [2\pi f_ct+\theta _c+(i-1)\frac{\pi}{2}]$

M	2	4	8	16	32	64
$\eta _B=R_b/B$	0.5	1	1.5	2	2.5	3
$E_b/N_0$ for BER=10^-6	10.5	10.5	14	18.5	23.4	28.5

QPSK可以理解为时两个独立的BPSK系统（一个在I信道，一个在Q信道），因此具有相同的性能，但却有两倍的频谱效率。

QAM (Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度调制

$s_i(t)=A_ig(t)\cos [2\pi f_ct+\theta _c+\varphi _j]$

因为QAM可以同时利用幅度和香味来携带信息，因此其带宽利用率很高。

M=M1*M2：2^1*2^1=4,2^2*2^2=16,2^3*2^3=64 etc...

4QAM，16QAM，64QAM

M越大，其带宽利用率越高，受干扰影响越大。

M	4	16	64	256	1024	4096
$\eta _B$	1	2	3	4	5	6
$E_b/N_0$ for BER=10^-6	10.5	15	18.5	24	28	33.5

在功率效率方面，QAM要优于M进制PSK方式

FM（FSK）： $s_i(t)=A_cg(t)\cos [2\pi f_it+\theta _c]$

M	2	4	8	16	32	64
$\eta _B$	0.4	0.57	0.55	0.42	0.29	0.18
$E_b/N_0$ for BER=10^-6	13.5	10.8	9.3	8.2	7.5	6.9

非线性调制：带宽效率低，但是功率效率高且不需要昂贵的线性放大器；

将正交特性MFSK->OFDM可以作为提供高功率信令的一种方式。

QPSK、OQPSK、π/4QPSK比较
QPSK	OQPSK	π/4 QPSK
+-90和+/-180度的相位变化	+-90的相位变化	最大相位变化+/-45和+/-135
线性放大器作为非线性放大器的要求，由于两位的突变+/-180度跃迁同时改变相位，导致光谱再生长。	对线性放大器的要求较低，可以使用高效的非线性放大器，而且不会引起很大的频谱再生，因为其中一个比特每次改变相位，在符号周期内发生两次，其强度只有 QPSK的一半。	相变避免过零这将消除放大器的设计缺陷，可以使用非线性放大器。

3.高斯白噪声AWGN的噪声功率一般为 $\frac{N_0}{2}$

由下图知，ASK在AWGN信道下，M越大，抗干扰能力越强[2,16]

由下图知，PSK在AWGN信道中，M在2和4性能相仿，8，16，32抗干扰性能逐步增加。

由下图知，QAM在AWGN信道中，M从4至64抗干扰能力逐步增强。

由下图知，FSK在AWGN信道中，M从2至64抗干扰能力逐步减弱。

由于相干解调能够更好地利用信道的相位信息、抑制噪声和抵抗多径效应，因此在Rayleigh信道中的性能相对于非相干解调提高了大约3dB。

4.为什么需要分集？分集的基本原理是什么？举一个具体的分集技术的例子。

答：

为改善系统性能，降低系统信号传输的误码率；

通过在发射端多次发送信号或者接收端多次接收信号，增加信号冗余信息，如天线分集（收发）、频率分集、极化分集、时间分集、多径分集；

基于信道差异，分集课对抗信道衰落，分集可改善系统性能，降低系统信号传输的误码率。

分集合并方式：最大比合并Maximal ratio combining (MRC)、选择合并Selection combining (SC)、开关式合并Switching combining

接收端有不相关的多根天线同时接收信号，实现天线分集，对多根天线的接收信号进行合并，以提高系统信号检测性能（BER）

MRC最大比合并可提供最好的SNR

频率选择性引入码间千扰(ISI)

ISI的存在给系统引入了不可降低的误码率。

5.画出发送信号通过AWGN信道到达接收端的系统框图，并给出接收信号表达式

r(t)=s(t)+n(t) ,n(t)为0均值复高斯

6.画出发送信号通过单径Rayleigh信道到达接收端的系统框图，并给出接收信号表达式

$r(t)=\alpha \cdot s(t)+n(t)$ ,n(t)为0均值复高斯

7.什么是MRC？它能提供什么样的性能？

答：最大比合并（Maximum Ratio Combining，MRC）是一种分集合并技术中的最优选择，其基本原理是通过给分集的N路不同信号乘上不同的系数，实现信号的合并。系数的确定与N路分支的衰落系数有关。在接收端使用某种算法，对各接收路径上的信号进行加权汇总，信号好的路径分配最高的权重，实现接收端的信号改善。当多条路径上信号都不太好时，通过MRC技术能够获得较好的接收信号。

相对于选择合并和等增益合并，MRC可以获得最好的性能，其性能提升是由阵列增益带来的更高的信噪比，进而带来更好的误码率特性。具体来说，MRC通过给分集的N路不同信号乘上不同的系数进行信号的合并，系数的确定与N路分支的衰落系数有关。性能的提升是由阵列增益（即发射的信号的功率增益）带来的更高的信噪比，进而带来更好的误码率特性。

最大比合并是一种有效的抗干扰技术，可以提高信号的接收质量。在无线通信、卫星通信、雷达和声呐等领域中，由于信道的多径效应和噪声干扰等因素，信号传输质量往往受到限制。在这些领域中应用最大比合并技术，可以提高信号的信噪比和抗干扰能力，从而提高通信系统的性能和可靠性。

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