通信八股总结for普联

一.信息论

1.香农公式

1.1 香农公式的内容

$C = B\cdot log_2(1+\frac{S}{N})$

$C$ ：信道容量(bps)

$B$ ：信道带宽(Hz)

$\frac{S}{N}$ ：信噪比（dB）。

1.2 香农公式的意义

揭示了在有噪声的通信信道中，信息传输速率的理论上限。

可以通过改进编码或者调制技术来解决这个理论极限。

1.3 如何增加信道容量/提高通信速率？

增加信道带宽（提高通信频段的范围，或者采用更先进的多路复用技术）：但是对信道容量的提升是有极限的，因为带宽越大，噪声也越大。
提高信噪比（提高信号功率：提升发射功率。降低噪声功率：采用好的噪声抑制技术等等）：对信道容量的提升是没有极限的，SNR越大，信道容量也越大。
使用高级调制：比如64QAM甚至更高阶的调制技术；使用OFDM，高效的利用频谱资源。
使用高阶纠错码，比如LDPC码和Polar码等等。
使用MIMO技术：比如Massive MIMO，被使用在5G技术；
减少多径干扰和信号衰落：使用波束成形或者信道均衡技术可以减少多径效应。
提高数据压缩效率：通过压缩数据，可以在相同带宽和传输时间内传输更多的有效信息。比如，视频领域有H.264编码。
光纤通信：光纤具有大带宽高速率的优势。在光纤上可以实现数百Gbps甚至Tbps的传输速率。
超高频通信：即5G中使用的毫米波通信。该频段可以提高非常高的带宽。

1.4 为什么提高SNR和提升带宽都可以提高容量，现在通信系统的发展普遍去提升带宽而不是提高SNR呢？

提升SNR的难度和代价高：
1. 功率限制：发射功率受限于电力消耗、发热和硬件限制。并且发射功率过高会产生电磁干扰，对其他通信系统造成影响；
2. 噪声不可避免；
带宽提升技术很成熟，容易实现：
1. 通信系统1G~5G不断的使用更高的频段来扩展带宽；
2. OFDM等多载波技术和MIMO等技术，可以细分频谱资源，提升带宽利用率。
从提升效果看：带宽B的增长会线性增加信道容量；而SNR的增加对信道容量C的影响是对数增加，对数增长是很慢的，因此增加带宽的效果更显著。

二、通信原理

1.天线的传输距离跟什么因素有关？

发射功率：功率越高，能够覆盖的距离也就越远。为了提高发射功率，可以使用功率放大器；
接收灵敏度：接收机灵敏度高，就可以接受较弱的信号，提高传输距离。为了提高接收灵敏度，可以在收端安装低噪声放大器；
天线增益：增益越高，信号的定向性越强，传输距离越远；
信号频率：低频信号传输距离远，且穿透能力强；高频信号衰减迅速，主要用于短距离高带宽通信，如5G毫米波；
环境影响：障碍物、建筑物和大气条件等等也会影响信号的传输距离；
天线的高度：提高天线高度可以减小地面阻挡和多径效应，从而增加信号的传播距离。
天线的极化方式：确保发射天线和接收天线使用相同的极化方式（如同为水平极化或垂直极化）可以提高信号的传输效率和距离。

2.多径效应的影响

符号间干扰ISI：多径效应导致多个路径的信号到达时间不同，从而导致时延扩展，时延扩展产生符号间干扰。
1. 时延扩展：最大传输时延和最小传输时延的差值。实际上就是脉冲展宽的时间。
2. 符号间干扰和码间串扰，貌似是一个东西。
频率选择性衰落：多径效应在频域上表现为频率选择性衰落，即信号在某些频率处的衰减比其他频率处更严重。
1. 影响：频域失真，收端需要使用复杂的均衡技术来恢复信号，增加系统复杂度。
2. 应对方法：在 OFDM 系统中，通过频域均衡技术可以有效地对抗频率选择性衰落。
信号衰落：常导致快速衰落和慢速衰落现象。
相位偏移和信号失真：多径效应会导致不同路径的信号的相位不同步，这可能导致信号失真。信号失真会影响调制解调过程。

3. 如何解决符号间干扰ISI？

在OFDM等多载波通信系统中，增加循环前缀，即CP。当时延扩展小于循环前缀的长度时，延迟的信号分量只会影响前导的循环前缀，而不会影响有效的符号部分，因而可以避免ISI。
均衡技术，包括线性均衡和自适应均衡；
编码：使用纠错码提高系统抗干扰能力；
信号预处理：使用脉冲成形滤波器（如根升余弦滤波器）来控制信号波形，减少带宽中的高频分量，从而降低ISI。
接收算法：最大似然序列检测，通过综合考虑完整序列来优化解码。

4. OFDM抵抗ISI方式

加CP

5.CP序列能否换成全零序列

不行，因为无法做到抵抗ISI，因为全零序列不能有效地与 OFDM 符号的周期性进行对齐。

6.介绍一下时延拓展

时延扩展是指信号在传播过程中由于多径效应导致的多个传播路径到达接收端的时间差异。不同的多径路径导致接收到的信号在时间上存在扩展，这种扩展称为时延扩展。
时延扩展是多径效应导致的；
时延扩展会导致符号间干扰，并且提高系统复杂性，因为接受端需要采用均衡器和滤波器来减少干扰；
应对时延扩展：在OFDM系统，给每个符号前加CP，循环前缀。在收端使用均衡器。

7.OFDM怎么实现定时同步和频率同步？

时间同步：基于导频、前导码或者自动相关技术。
频率同步：基于导频、符号间干扰检测、相位跟踪和频率补偿技术。

8.瑞利和莱斯信道

8.1 瑞利信道

定义：瑞利信道（Rayleigh Fading Channel）是一种无线通信信道模型，用于描述多径传播条件下信号的衰落特性，特别是都是在没有直视路径（Line-of-Sight, LOS）即非Los径时的信道环境。
瑞利信道和瑞利分布：瑞利信道的得名于接收信号的包络服从瑞利分布。
瑞利信道的场景，包括，
1. 城市环境：信号通过建筑物、车辆等反射和散射后到达接收端。
2. 室内通信：在复杂的室内环境中，信号被墙壁、家具等反射，形成多径传播。
3. 移动通信：当移动设备（如手机）在快速移动时，信道的多径特性会快速变化，导致信号频繁衰落。

8.2 莱斯信道定义

莱斯信道定义：是一种无线通信信道模型，用于描述多径传播情况下信号的衰落特性，尤其是在存在Los径的环境中。
莱斯信道得名于接收信号的振幅服从莱斯分布。
莱斯信道的场景，包括
1. 卫星通信：卫星和地面站之间一般存在Los径；
2. 室外微波通信：当发射端和接收端通过微波链路通信时，通常有直视路径。
3. 移动通信中的开阔环境：在开阔场所，如乡村或开阔的城市区域，移动设备与基站之间通常有明确的直视路径。

9.波束赋形的原理

波束赋形通过控制多个天线单元发射或接收信号的相位和幅度，使得信号在特定方向上产生相干增强，而在其他方向上则发生相消或减弱。

10.一个信号从发送到接收经历了那些过程，使用了OFDM。/OFDMA的通信过程。

发端：数据源->信道编码->调制->串并转换->IFFT->加CP，循环前缀->DAC，数模转换->射频调制和传输
收端：射频解调->ADC->去CP->FFT->信道均衡->解调->信道解码
OFDM的关键步骤包括：频域调制、IFFT/FFT、循环前缀的使用和信道均衡等。

11.如何提升通信系统的吞吐量

增加信道带宽：比如移动通信系统从1G到5G不断的使用更高的频段来扩展带宽
采用高级调制技术：比如256QAM来提升传输通信速率；
使用Massive MIMO也可以提高吞吐量；
使用高性能的信道编码技术；
采用多址技术：比如OFDMA通过将子载波分配给不同用户，实现多用户接入，提升系统的吞吐量。
除了物理层，还可以采用
1. 高效的MAC协议和只能调度算法。
2. 负载均衡技术，优化网络流量分配，防止单一节点过载；

12.OFDM系统中带宽载波间隔符号长度之间的关系

子载波间隔（ $\Delta f$ ）=符号长度的倒数（ $T$ ）； $\Delta f = \frac{1}{T}$
带宽=子载波数量（ $N$ ）*子载波间隔。 $B = N \times \Delta f$

13. 2.4G和5GWiFi信号哪个穿透力更强

2.4G信号，因为频率较小，因此波长较长，具有较好的穿透能力。

14. OFDM的原理框图

出处：给“小白”图示讲解OFDM的原理（受益匪浅，OFDM小白强推）_直观图解ofdm原理-CSDN博客

15.多址接入技术及其优缺点

多址接入，让多个用户共享频谱资源。主要技术包括，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、正交频分多址（OFDMA）和空间多分址（SDMA）
总体来说，
1. FDMA和TDMA：适合低速率、用户较少的系统
2. CDMA和OFDMA:适合高速率、大量用户的场景，尤其在现代蜂窝通信（如 4G、5G）中，OFDMA 被广泛应用。
3. SDMA：是结合多天线的技术，在5G有应用。

16.MIMO技术的分类

分集技术和空间复用技术。

17.MMSE和LS的优劣

MMSE，最小均方误差估计
1. 优点：误差较小，考虑噪声的统计特性
2. 缺点：复杂度高，对模型依赖性强，如果信号或噪声的统计特性无法准确建模，MMSE 的表现会大幅下降。
LS，最小二乘估计：
1. 优点：简单，不需要先验信息，适用性广泛。
2. 缺点：不考虑噪声统计特征，因此在非高斯噪声场景下，估计精度不好。对噪声敏感，容易受到噪声的干扰。

三、计算机网络

1. 为什么四次握手需要多一次握手？

四次握手发生在TCP连接断开时。

四次握手比三次握手多了一次通信，主要是因为TCP连接的关闭过程是双向的，需要确保双方都完成了数据传输。

大概过程是，

客户端发送Finish报文，请求停止传输；
服务器端回应ACK报文，意思是知道客户端要停止发送；
服务器端发送Finish报文，意思是服务器也没有要发送的了，请求通知；
客户端回应ACK，之后等待一段时间，保证服务器端收到，然后正式关闭连接。

多一次握手，是第三步，服务器也要发送停止报文。

2.TCP有什么缺点？举例一些场景下需要对TCP做哪些改进？

TCP缺点：
1. 开销大：TCP为了可靠性，引入了大量机制，比如三次三次握手、拥塞控制、流量控制、确认机制、重传等。
2. 传输延迟：三次握手会导致延迟；
3. 拥塞控制保守：TCP的拥塞控制虽然可以避免网络拥塞，但是在高带宽场景，没法充分利用带宽资源。
4. 网络中断时，TCP会重连，可以导致超时。
5. 队头阻塞：TCP的数据包必须按顺序到达客户端，如果一个数据包丢失，后续数据包即使已经到达，也要等待重传的丢失数据包，这会导致不必要的延迟。
改进：
1. 高带宽-时延积（BDP）场景
  1. 场景：卫星通信、海底光缆等远距离传输，高带宽和高延迟同时存在
  2. 问题：CP的拥塞控制机制（如慢启动）在高BDP网络中无法快速达到带宽上限，导致无法充分利用带宽。
  3. 改进：
    1. CUBIC TCP：CUBIC是TCP的一个拥塞控制算法，特别适合高BDP场景，它使用非线性函数调节拥塞窗口的增长速度，比传统的TCP Reno更快达到最大带宽。
    2. BBR (Bottleneck Bandwidth and RTT)：BBR通过测量带宽和延迟来控制流量，而非传统的丢包信号，更适合高BDP环境，能够更高效地利用带宽。
2. 无线网络
  1. 场景：移动设备在蜂窝网络、Wi-Fi等无线环境下的传输，网络质量不稳定，丢包率高，时延波动大。
  2. 问题：TCP在无线网络下的高丢包率可能误判为网络拥塞，触发拥塞控制，导致性能下降
  3. 改进：快速恢复和快速重传机制优化：改进丢包后的重传策略，例如增加冗余信息或通过更快的重传确认机制应对无线链路的高丢包率。
3. 实时应用（视频会议、语音通话、在线游戏）
  1. 场景：需要低延迟的实时应用，比如视频通话、语音通话、在线游戏等。
  2. 问题：TCP的重传机制导致延迟增加，影响实时性。对于实时应用来说，部分数据丢失可能比重传引入的延迟更可接受。
  3. 改进：
    - UDP + 自定义可靠性机制：使用UDP传输，然后在应用层根据需要实现自己的丢包处理或错误恢复机制。例如，实时音视频可以选择不重传丢失的数据包，而是优先保证低延迟。
    - QUIC协议：QUIC协议相对于TCP来说具有更低的连接建立时延，并且能够避免TCP的队头阻塞，减少实时应用中的延迟。