通信基础概念


信道:一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分。

基带信号:就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输。很明显在传输过程中线路中在同一时间内只能存在单一的信号。

宽带信号:则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。基带信号进行调制后,其频谱搬移到较高的频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段,这样做就可以在一条电缆中同时传送许多路的数字信号,因而提高了线路的利用率。就是说经过调制以后不再是用0、1来表示,可以这么理解,他把信号分为0、0.2。0表示真的0,0.2表示1,只要能识别出那些区域内的数据分别是什么,就可以在同一信道上同时传输很多数据。

基带:信源(信息源,也称发射端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号所固有的频带(频率带宽),称为基本频带,简称基带。

     基带和频带相对应。

频带:带宽。对基带信号调制后所占用的频率带宽(一个信号所占有的从最低的频率到最高的频率之差)。在被用来描述信道时,带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。对于模拟信号而言,带宽又称为频宽,以赫兹(Hz)为单位。

带宽:数字信号系统中,带宽用来标识通讯线路所能传送数据的能力,即在单位时间内通过网络中某一点的最高数据率,常用的单位为bps

衰落信道:什么是准静态平坦瑞利衰落信道?_月半 月半的博客-CSDN博客_准静态衰落

复用技术:所谓复用就是指区分在同一频段下通信的不同终端的技术,系统必须能有效区别各终端才能完成通信。一般有以下几种复用方式:

  • 空分复用(SDM):是从空间上将使用同一频率的不同终端区别开来
    • 在移动通信中,能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线,在不同的用户方向上形成不同的波束。
    • 如果把空间的分割来区别不同的用户,就叫做SDMA。每个波束可提供一个无其他用户干扰的唯一信道。
    • 如果把空间的分割来区别同一个用户的不同数据,就叫做MIMO空分复用。如果把空间的分割来区别同一个用户的相同数据,以求更高的增益,就叫做MIMO发射分集。【百度】
  • 频分复用(FDM):是将一个频段分为若干块,不同的终端占用不同块(所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源)
    •  ― 载波带宽被划分为多种不同频带的子信道,每个子信道可以并行传送一路信号。FDM 用于模拟传输过程(百度)
    • 正交频分复用OFDM
  • 时分复用(TDM):是从时间上将终端区别开,不同终端通过占用不同的时间来实现区分(分时不分频)
    • 将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用,每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变,所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定,便于调节控制,适于数字信息的传输;缺点是当某信号源没有数据传输时,它所对应的信道会出现空闲,而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道,因此会降低线路的利用率。【百度】
  • 码分复用(CDM):是通过终端占用的不同的扩频码来区分
  • 波分复用(WDM):光的频分复用。

分集技术:【分集的基本原理是通过多个信道(时间、频率或者空间)接收到承载相同信息的多个副本,由于多个信道的传输特性不同,信号多个副本的衰落就不会相同。接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。如果不采用分集技术,在噪声受限的条件下,发射机必须要发送较高的功率,才能保证信道情况较差时链路正常连接。在移动无线环境中,由于手持终端的电池容量非常有限,所以反向链路中所能获得的功率也非常有限,而采用分集方法可以降低发射功率,这在移动通信中非常重要。【分集技术是用来补偿衰落信道损耗的,它通常通过两个或更多的接收天线来实现。同均衡器一样,它在不增加传输功率和带宽的前提下,而改善无线通信信道的传输质量。在移动通信中,基站和移动台的接收机都可以采用分集技术。】。   常用分集技术有三种,即空间分集、时间分集、频率分集。其都是为了应对无线变参信道而设计的一种干扰平均化的手段。

  • 分集:是指分散传输和集中接收,分散传输是使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。集中接收是接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(选择与组合)以降低衰落的影响。
  • 空间分集:为了克服某一条无线路径的衰落带来的失真,采用接收多条无线信道的方法,使得空间路径带来的干扰平均化。
  • 频率分集:为了克服某个频率的干扰带来的失真,采用调频的方式来使得干扰在几个载频之间平均。
  • 时间分集:将码字的b个比特分散到n个帧中,以改变比特间的临近关系,也被称为交织技术,显然,n值越大,传输特性越好,但传输时延也越大。

频谱利用率:每小区每MHz支持的多少对用户同时打电话;而对于数据业务来讲,定义为每小区每MHz支持的最大传输速率。在这里,小区的频率复用系数f非常重要:f越低,则意味着每小区可选的频率自由度越大。在CDMA系统中,每个小区都可以重复使用同一频带(f=1)。在一个小区内对每个移动台的总干扰是同区内其他移动台干扰加上所有邻区内移动台干扰之和。 

上行链路UL :通常被称作多址接入信道(MAC)
下行链路:则为广播信道(BC)
时分双工系统(TDD)
频分双工(FDD)
波束成形(Beamforming:是通用信号处理技术,用于控制传播的方向和射频信号的接收)
WLAN ( 无线局域网 )
嗅探(sounding)      QoE:体验质量
多天线高斯信道(multi-antenna gaussian channels)
发射天线(Tx)---接收天线(Rx)
LTE:是长期演进技术。是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)技术标准的长期演进
    
? MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)即多用户MIMO,允许1个AP同时和多个终端通信,充分利用空间资源,提升无线吞吐量,是无线通信领域的一种重要的多用户技术。MU-MIMO主要用于蜂窝网络和Wi-Fi(WiFi)网络。  MU-MIMO是指在无线通信系统里,一个基站同时服务于多个移动终端,基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。在多小区多用户MIMO的情形下,小区内可以采用时分、频分、码分等技术来消除干扰,而小区间干扰的消除采用的是一些较为复杂的技术
    ? 上行MU-MIMO: 不同用户使用相同的时频资源进行上行发送(单天线发送),从接收端来看,这些数据流可以看作来自一个用户终端的不同天线,从而构成了一个虚拟的MIMO系统,即上行MU-MIMO
    ? 下行MU-MIMO: 将多个数据流传输给不同的用户终端,多个用户终端以及eNB构成下行MU-MIMO系统; 下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法,分离传输给不同用户的数据流;下行MU-MIMO还可以通过在发送端采用波束赋形的方法,提前分离不同用户的数据流,从而简化接收端的操作。
? MU-MINO的价值/优点:
        ○ MU-MIMO主要用于用户分布密集、多用户大流量并发、终端位置相对固定的场景,例如办公场景、会议中心、电子教学等,能为无线网络带来较大的收益。实现物理空间上的多路并发,适用于大数据包的并行传输(如视频、下载等应用), 提升多空间流的利用率与系统容量,提高单用户的速率,同样能降低时延。但运行状态不够稳定,很容易受终端影响。
        ○ 提升网络吞吐量和频谱利用率:MU-MIMO可有效提升无线网络的吞吐量。使用MU-MIMO的无线网络吞吐量通常比SU-MIMO增加2-3倍,AP的天线数越多,空间资源越多,提升的吞吐量也越多。
        ○ 满足视频等应用的大流量需求:MU-MIMO允许多个终端并发传输数据,让无线网络中数据传输的效率更高,降低了终端在时序上的等待时间,因此可以更好地满足视频、音频和其它大流量、低时延应用的需求。
        ○ 传统Wi-Fi终端也能收益:由于MU-MIMO带来的整体传输效率的提升,使得无线网络有更多的空闲时间或容量来服务传统的Wi-Fi终端(仅支持SU-MIMO),也就是说,传统Wi-Fi终端的应用体验也能随之提升。
? SU-MIMO预编码:为了让接收端直接收到要发送的原始数据,则只要将原始数据代入Y,根据已知的h反向计算就能知道应该发送的数据X是什么,这就是预编码的过程。
? MU-MIMO预编码:MU-MIMO而言,接收端包含多个终端,终端只知道自己收到的Y,不知道其他终端收到的Y,也就无法在接收端计算出h,所以只能由发送端进行计算。发送端需要通过信道测量完成h的计算,过程是将数据X发送给各终端,各终端收到后回复Y给发送端,发送端已知X和Y,计算出h。发送端再根据h对发送给多个终端的数据进行预编码,实现一次发送多个终端的数据。
? 信道分配:
? MIMO系统模型: y=Hx+n
? 信道状态信息:CSI
? 在3GPP LTE与LTE-A的标准中,用eNB来代表基站,与用户UE对应。

参考:

基带、频带、宽带、带宽_xingsongyu的博客-CSDN博客_基带信号带宽

分集技术

什么叫基带什么叫宽带,带宽又是什么鬼 - 申请方 (applysquare.com)

通信原理_国防科技大学_中国大学MOOC(慕课) (icourse163.org)

【计算机网络】信道复用技术