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宽带无线数字通信概论

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• 通常可以采用时分的方法达到多用户容量域的 多面体表面的任意点
• 还可以通过速率分配的方法来达到多用户容量 域方法，将一个用户的容量拆成两个流，分别 传输和分配功率，同样也可以达到多用户容量 域
• 思考这种达到多用户容量域的方法有什么用
第01讲 概论
宽带无线数字通信
清华大学 信息技术研究院
LDPC的编码
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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软实时业务的无线传输
• 软实时业务
– 除点对点话音通信外，很多业务允许一定时延，例 如上网浏览、下载视频
– 大量的用户关心相同的内容，采用广播或组播会明 显提高效率
– 无线通信具有广播本质
• 问题
– 描述这种主动“推”内容的无线传输系统 – 通过组织广播的内容使得一个区域频谱使用效率最
• 收发通信双方可以准确测量信道，根据信道特 性来设计发射信号，侦听方由于无法获得信道 的特性而无法截获信息
• 例如：在CDMA系统中采用功率控制，使得到 达接收机的信号刚好满足最低信噪比，这样如 果到达侦听点的路径损耗大于到达接收机的路 径损耗，侦听者无法准确接收
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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• LDPC的译码器非常适合并行处理，可以很容 易的实现非常高速的译码器，随着通信速率的 不断提高，其应用越来越广泛，但LDPC的编 码器相对于其它信道编码显得非常复杂
• 分析采用一般线性码编码方法的编码器复杂度 • 查阅文献，寻找较简单的编码方法
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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• 比较的结果非常依赖假设条件，所以要注意将假设条件描述清楚 (例如, 信道编码, 调制方案, 工作点, 多普勒频展, 时延扩展等)
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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多址接入的容量
• 顺序译码（successive decoding）可以达到SISO多址接入信道容量 域，而正交的多址方式只能达到次优的容量域。这个题目研究上 述问题推广到SIMO系统的结果。SIMO系统可能是多接收天线或 考虑邻小区干扰的多小区环境。
– 求网络消耗总能量的最小值 – 求单个节点的最电池电量的最小值
第01讲 概论
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多用户多天线预编码方案
• 多用户多天线预编码方案
– 线性编码，优化信噪比 – 非线性编码，DPC
第01讲 概论
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码书
• 参考802.20标准中codebook • 码书设计方法 • 码书的性能
和周围节点的距离 • 利用这些距离进行定位
– 已知3个点的绝对坐标 – 计算均方误差最小的节点坐标
第01讲 概论
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考虑信道估计下的MIMO系统容量
• MIMO系统信道变复杂，信道估计的开 销变大
• 随着天线数增加，系统容量增加的同时， 导频等开销也增加
• 如果信道是时变的，在考虑信道估计后 系统的容量
宽带无线数字通信
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教学大纲
• 概述 • 大尺度信道模型 • 小尺度信道模型 • 分集 • 信道容量 • 均衡
• MIMO • 基于环境学习的
信道预测
• 基站协作
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考核方法
• 开题
– 第5周
• 答辩
– 考试周之前
• 报告
• 如何写文章、 做报告
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迭代（Turbo）
• 编码，Turbo code、LDPC • 均衡和编码迭代 • 多用户检测中的迭代 • MIMO检测中的迭代 • 多径干扰消除的迭代
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定位
• 接收机的时间分辨率为带宽的倒数 • 一个Adhoc网络中每个节点都可以测量到
物理层安全
• 根据信道特性，发送有源干扰 • 按照安全容量来分析
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利用信道特征产生密钥
• 收发信道只有接收完全获得 • 利用信道互易性，在TDD通信中利用信
道特性产生双方通信的密钥
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稀疏信道建模
• 培养分析仿 真的基本能 力
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传感器网络的能量效率
• 通常传感器网络需要利用最小的能量将每个节 点的信息汇聚到一个接入点，假设时间和带宽 都无限的情况下，存在一种总能量消耗最小的 方案。
• 假设路径损耗率为4，接入点位于网络中心，N 个节点均匀分布在半径为R的圆内，第k个节点 所传输的比特数为nk，热噪声谱密度为N0。
• 题目 1：比较GSM和IS95系统的上行系统容量 • 题目 2：比较CDMA系统（TDS－CDMA）在采用干扰
抵消技术后的系统容量 • 题目 3：目前新的无线通信标准大多采用OFDM，但是
同时由不希望采用严格的正交资源划分，你有什么建 议
•
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另一种达到多用户容量域的方法
广播中的信道编码
• 特点
– 单向的 – 无起点无终点 – 共享
• 例如
– RA码 – Fountain code
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基站协作
• 解决小区边缘容量问题 • 3G LTE中重要提案
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利用信道特性进行保密通信
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多用户检测的算法和MIMO中的 BLAST算法的比较
• 共同点 • 不同点 • 分集和复用 • BLAST算法和线性MMSE算法
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Goldsmith的网络信息论
• 和物理层的关系 • 和MAC层的关系 • 和资源调度的关系 • 和路由的关系
• 题目 2: 评估线性MMSE干扰抵消MIMO检测算法在不同条件下的 性能，（例如不同的工作点，逐天线速率控制或天线见联合编码）
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宽带无线数字通信
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资源划分机制
• 在蜂窝移动通信中，不同的小区之间的上下行传输会 互相干扰，早期的移动通信系统（如：GSM）采用正 交的资源划分，通过频率规划来避免干扰。
均衡
• 注水OFDM和预编码加MMSE-DFE都可以达到ISI信道的容量。但 是，实践中OFDM还是单载波均衡优劣不能一概而论。例如，在 弱编码系统中线性的FDE可能都比OFDM系统好。本题目比较 OFDM和FDE在不同环境下的性能，假设发端没有信道边信息
• 题目 1: 比较线性均衡和OFDM的性能 • 题目 2: 比较线性均衡和判决反馈均衡器
第01讲 概论
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简单的协作通信
• 通常终端受空间限制很难获得相关性很低的多 个天线，利用周围的终端进行转发可以获得较 多的独立信道。终端转发后会占用更多频率资 源，当发射功率较低时，形成的干扰范围很小
– 建立一个新的评价方法来评价这种系统 – 分析单用户峰值速率 – 分析系统频谱利用效率
David Tse
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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开课目的
• 近十几年来宽带无线通信的发展很快，新技术 不断涌现
• 既《通信原理》和《无线通信工程》后，奠定 在无线通信领域尤其传输方面开展深入研究的 基础
• 围绕两条线索，无线信道和信道容量 • 培养系统分析能力、开展学术性研究能力
• MIMO信道的独立参数为收发天线乘积 • 有限多径下，MIMO信道可以用稀疏信
道建模
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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宽带无线数字通信
概论
第01讲 概论
宽带无线数字通信
清华大学 信息技术研究院
• 赵明/周春晖
– 清华大学信息技术研究院 – FIT 4-408 – Zhaoming/zhouch@
• 参考书
– 宽带无线数字通信，许希斌，赵明等译 – Fundamentals of Wireless Communication，
• 题目描述：比较TDMA，FDMA和CDMA（在有无干扰抵消情况 下）在SIMO系统下的容量域 – 这个问题的结果很依赖假设，请描述清楚你的假设，例如： 功率限制，系统工作点，其它小区的干扰模型，干扰抵消的 模型等等 – 新的想法和算法可以帮助我们提高正交或非正交多址的可达 速率，例如资源分配机制的一些考虑
第01讲 概论
宽带无线数字通信
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多天线技术的仿真评估
• MIMO系统的性能增益很大取决于信道条件，不同的假设可能导 致完全向背的结果。通过下面的仿真评估给出不同信道环境下系 统设计时的建议。
• 题目 1: 假设发射机无法获得信道状态信息，而接收机处具有准确 的信道状态信息，通过仿真给出天线见存在相关性时，系统的容 量.
– OFDM、OFDMA – MIMO – SC-FDE
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宽带化
• 占用带宽的宽带化
– 频率分集
大尺度衰落

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通信技术发展概况

通信技术发展概况

1834年高斯和韦伯制造出电磁式电报机。 1838年摩尔斯发明有线电报并编制电码——“摩尔斯电码”， 有线电报的出现开创了人类信息交流的新纪元。1842年实现摩 尔斯电报通信。我国最早使用摩尔斯电码在1879年。 1864年麦克斯韦出版《电学与磁学》提出电磁辐射方程。 1866年横跨欧美的海底电缆安装成功。 1876年贝尔发明有线电话。 1887年赫兹做电磁辐射实验成功。
数字与数据通信概论
3.卫星通信
卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线 电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。自从1957年10 月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星以来，世界许多国 家相继发射了各种用途的卫星。这些卫星广泛应用于科学研 究，宇宙观测，气象观测，国际通信等许多领域。目前使用 的国际通信卫星系统的三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和 印度洋上空。与其它通信手段相比，卫星通信具有许多优点： 一是电波覆盖面积大，通信距离远，可实现多址通信。二是 传输频带宽，通信容量大。三是通信稳定性好、质量高。卫 星通信是军事通信的重要组成部分。目前，一些发达国家和 军事集团利用卫星通信系统完成的信息传递，约占其军事通 信总量的 80% 。
数字与数据通信技术
数字与数据通信概论
通信技术发展概况
1.1 通信发展简史
自从有了人类，人们在各种社会活动中采用各种不同的方法 进行互通消息。早期的通信方式比较简单，通信内容单一，而 且受通信环境条件等限制不能长距离、大范围、快速通信。
1800年意大利物理学家发明伏特发明原电池，人类就试图用 电来进行通信。
数字与数据通信概论
2．光纤通信 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一。光纤电缆以玻璃作介 质代替铜，使一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相等于 一条饭桌般粗大的铜“线”。它彻底改变了人类通讯的模式， 为目前的信息高速公路奠定了基础，使“用一条电话线传送一 套电影”的幻想成为现实。自1977年世界上第一个光纤通信系 统在芝加哥投入运行以来，光纤通信发展极为迅速，由于因特 网、IP数据业务和各种新兴业务的推动，全球通讯容量正在发生 爆炸性的增长，并促使光纤技术达到更大的容量、更高的可靠 性和更经济的解决方案。新器件、新工艺、新技术不断涌现， 使其性能日臻完善。对需要迅速传输大量数据的应用来说，光 纤通道系统是理想的选择，如跨越SAN的远程复制、内存数据 库、视频流点播、医学成像、数据挖掘、数据仓库、以及支持 实时交易处理的大型数据库 (OLTP)等。在我国近几年来光纤通 信已得到了快速发展，我国已不再敷设同轴电缆，新的工程将 全部采用光纤通信新技术。
通信概论试题及答案

通信概论试题及答案

通信概论试题及答案第一部分：选择题1. 通信是指通过什么方式进行信息传输？A. 电话B. 电子邮件C. 无线电波D. 手写信件正确答案：C2. 通信中的“编码”是指什么？A. 将信息转化为数字或其他形式的表示方法B. 将信息进行加密保护C. 将信息传输到接收方D. 将信息转化为有意义的语言或文字正确答案：A3. 以下哪种通信技术可以实现远距离通信？A. 光纤通信B. 蓝牙通信C. 局域网通信D. 微波通信正确答案：A4. 通信中的“信道”是指什么？A. 发送方和接收方之间的物理连接B. 信息的载体，如电线或光纤C. 通信设备之间的连接D. 信号的传输介质正确答案：D5. 在通信中，以下哪项是保障信息传输安全的重要技术？A. 数据压缩B. 错误检测与纠正C. 数据加密D. 信号调制解调正确答案：C第二部分：填空题1. 在计算机网络中，IP地址包括___位。

答案：322. 传输层中常用的协议有___和___。

答案：TCP和UDP3. 以下是常见的无线通信技术：___、___和___。

答案：蓝牙、Wi-Fi和4G4. 通信协议中的CRC是指___。

答案：循环冗余校验码5. 在移动通信中，GSM是指___。

答案：全球移动通信系统第三部分：论述题1. 请简要介绍数字通信与模拟通信的区别。

数字通信与模拟通信是两种不同的信号传输方式。

模拟通信是通过连续的模拟信号来传输信息，而数字通信则通过离散的数字信号来传输信息。

具体区别如下：首先，数字通信具有更好的抗干扰能力。

由于数字信号具有离散的特性，相比于模拟信号，传输过程中受到的干扰对信号的影响较小，因此数字通信能够更好地抵抗噪声和干扰。

其次，数字通信具有更高的可靠性。

数字通信在传输过程中能够使用纠错码等技术来检测和纠正错误，从而提高了通信的可靠性。

而模拟通信在信号传输过程中不具备纠错能力，一旦受到干扰或信号衰减，可能导致信息传输错误。

另外，数字通信具有更灵活的功能。

数字通信概论

数字通信概论


主要用途举例 广播 立体声广播 载波通信、无线电台、数传 电视广播、数传、传真 微波中继、卫星通信、广播 中间调制方式 数据传输 数据传输 数据传输、数字微波、空间通信 （提高频带利用率）数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测 中间调制方式 遥测、光纤传输 市话、卫星、空间通信 军用、民用电话 电视电话、图像编码 中、低速数字电话
信源编码是对信源发出的模拟信号进行 模数转换，得到相应的数字信号，去除冗余 （不需要的）信息。
信源编码的作用是用来提高传输有效性 而对信号采取的处理功能。
加密与解密是为了实现保密通信而设置 的，通过加密可以产生密码，人为地把待传 输的数字序列扰乱。
这种编码可以采用周期非常长的伪随机 码序列等，在接收端根据已知的解密方法对 接收的序列进行解密。
通常，将通信信道分为功率受限信道和 带宽受限信道，电话线路是一个典型的带宽 受限的例子，而卫星信道则是典型的功率受 限信道。
1.2 数字通信与数字通信系统
1.2.1 数字通信 1.2.2 数字通信系统
1.2.1 数字通信
数字通信的基本特征是，它的消息或信 号是离散的或数字的，因而使数字通信具有 许多特殊的性质。
学习重点
模型
通信系统的一般模型及数字通信系统
数字通信的优点 数字通信系统的性能度量及相关计算
1.1 通信的概念和通信系统的一般模型
1.1.1 通信系统模型 1.1.2 通信系统的分类和通信方式 1.1.3 主要通信资源
无论是古代的“烽火连三月，家书抵万 金”，还是现代的“动感地带”，都是人类 相互通信交流的重要手段。
现在，“通信”与“电信”几乎是同义 词了（本书中信息，而信息的传输 是利用通信系统来实现的。
通信系统是指完成通信过程的全部设备 和传输介质。
数字通信概述

数字通信概述

第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。

2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。

4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。

5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。

6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。

7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。

8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。

为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。

9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。

10。

数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。

二．数字通信系统的模型。

1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。

2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。

（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。

4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。

5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。

6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。

若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。