通信原理面经
一、OFDM的工作原理
詳細的原理
OFDM即正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是多載波調制的一種，通俗來說就是通過多條互相沒有關系的通道傳輸不同的信息。
OFDM主要思想是：首先，將要傳輸的高速串行數據流進行串/并變換，變換成N路并行的低速數據流，且將信道分成若干個正交子信道，并分別用N個子載波進行調制，每一路子載波可以采用QPSK或MQAM等數字調制方式，不同的子載波采用的調制方式也可以不同。然后將調制好的各路已調信號疊加在一起構成發送信號。正交信號可以在接收端通過相關解調技術分離各個子載波。由于串/并變換后，高速串行數據流變換成了低速數據流，所傳輸的符號周期增加到大于多徑延時時間后，可有效消除多徑干擾。
(值得注意的是，這里的已調信號疊加與傳統的頻分復用(FDM)不同。在傳統的頻分復用中，各個子載波上的信號頻譜互不重疊，以便接收機能用濾波器將其分離、提取。而OFDM系統中的子載波數n很大，通常可達幾百甚至幾千，若采用傳統的頻分復用方法，則復用后信號頻譜會很寬，這將降低頻帶利用率。因此，在OFDM系統中，各個子載波上的已調信號頻譜是有部分重疊的，但保持相互正交，因此，稱為正交頻分復用。)
為什么OFDM可以減少子信道之間的相互干擾(ISI），具有抗多徑衰弱的能力？
答：
原文鏈接
與傳統的單載波調制技術相比，OFDM技術主要具有以下幾點優勢：
OFDM技術具有下列缺點：
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二、解釋多徑效應、 ISI、ICI、
多徑效應（multipath effect）：指電磁波經不同路徑傳播后，各分量場到達接收端時間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使得原來的信號失真，或者產生錯誤。
ISI (Inter Symbol Interference) 符號間干擾：是指同一信號由于多徑傳播在接收端相互重疊而產生的干擾。與之相反，不同信號間的相關干擾就是碼間串擾：由于系統傳輸總特性不理想，導致前后碼元的波形畸變、展寬，并使前面波形出現很長的拖尾，蔓延到當前碼元的抽樣時刻上，從而對當前碼元的判決造成干擾。
符號間干擾和碼間串擾的區別：兩個名詞的英文縮寫都是ISI (InterSymbol Interference) ,碼間干擾和符號間干擾都是表述同樣的效果，那就是不同時域上前后符號的疊加,造成這樣的原因有兩個：一個是多徑延遲，一個是系統的傳播特性不理想導致的；一般符號間干擾指代多徑延遲導致的干擾，一般發出去信號都是符號級的，而碼間干擾一般指代系統的傳播特性不理想導致的，如方波脈沖的頻域是無限寬的,過帶限的信道就會導致時序信號的擴展。
ICI (Inter Code Interference) 子載波間干擾：OFDM為了克服ISI，增加了保護間隔，但保護間隔會破壞子載波之間的正交性，因此通過增加循環前綴（將每個符號對應的載波后面部分（長度為保護間隔的長度）添加到該載波前面保護間隔的位置，當然原來位置處的載波還保留著。）的方式克服ICI。
三、解釋頻率選擇信道、瑞麗衰落信道和萊斯衰落信道
頻率選擇信道
一般來說, 多路發射信號到達接收機的時間有先有后,即有相對時延.如果多路信號的相對時延與一個符號的時間相比不可忽略, 那么當多路信號迭加時, 不同時間的符號就會重疊在一起,造成符號間的干擾. 這種衰落稱為頻率選擇性衰落, 因此這種信道的頻率響應在所用的頻段內是不平坦的，我們將之稱為頻率選擇信道.
瑞麗衰落信道
瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一種無線電信號傳播環境的統計模型。這種模型假設信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，即“衰落”，并且其包絡服從瑞利分布。瑞利衰落只適用于從發射機到接收機不存在直射信號（LoS，Line of Sight）的情況，否則應使用萊斯衰落信道作為信道模型。
萊斯衰落信道
萊斯衰落信道其包絡服從萊斯分布（萊斯分布也稱作廣義瑞利分布），信道存在一個固定的直射分量。
四、信道均衡和信道估計
信道均衡（Channel equalization）是指為了提高衰落信道中的通信系統的傳輸性能而采取的一種抗衰落措施。它主要是為了消除或者是減弱寬帶通信時的多徑時延帶來的碼間串擾（ISI）問題。
信道估計，就是從接收數據中將假定的某個信道模型的模型參數估計出來的過程。如果信道是線性的話，那么信道估計就是對系統沖激響應進行估計。需強調的是信道估計是信道對輸入信號影響的一種數學表示，而“好”的信道估計則是使得某種估計誤差最小化的估計算法。
五、4g上下行的技術分別是什么？
4g上行采用SC-FDMA（Single-Carrir）單載波頻分多址，SC-FDMA的過程是，星座映射->DFT到頻域->頻域移位->IDFT到時域->加CP，等效于直接發射星座映射后的符號（經過頻移），這是與傳統的單載波調制是等效的，謂之SC，不同用戶的頻移不一樣，謂之FDMA。單載波調制的好處是峰均比低且確定，OFDM的峰均比高。4G上下行調制方式不一樣的原因是，基站側比起終端來說成本不敏感，可以發射高峰均比信號，而終端采用（即上行采用）OFDM的話成本過高，不利于電池的使用壽命，采用SC-FDMA可以提高移動終端的功率發射效率。
4g下行采用的是OFDMA正交頻分多址，多址接入系統將傳輸帶寬劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集，將不同的子載波集分配給不同的用戶實現多址。
OFDM和OFDMA的區別以及OFDMA與SC-FDMA的區別
OFDM是調制技術，OFDMA是多址接入策略，兩者完全不是一個領域的概念。OFDMA是OFDM技術的演進。在利用OFDM對信道進行子載波正交化后，在部分子載波上加載傳輸數據的傳輸技術。OFDMA技術與OFDM技術相比，用戶可以選擇條件較好的子載波進行數據傳輸，而不像OFDM技術那樣，一個用戶在整個頻帶內發送，從而保證了子載波都被對應信道條件較優的用戶使用，獲得了頻率上的分集增益。在OFDMA中，一組用戶可以同時接入到某一子載波。
OFDMA則可以在同一時隙將不同的子載波分給不同的用戶。
SC-FDMA的峰均比較低，適用于終端，提高移動終端的功率發射效率，并延長電池的使用時間，降低終端成本。如圖所示，SC-FDMA 的過程比OFDM多了DFT和IDFT。
六、LTE-TDD與LTE-FDD的區別
具體可以參考知乎大神小棗君TDD和FDD，區別到底在哪？
來自小棗君的總結：
TDD相對于FDD，有哪些優勢呢？
優勢：
能夠靈活配置頻率，使用FDD不易使用的零散頻段；
可以通過調整上下行時隙轉換點，靈活支持非對稱業務；
具有上下行信道一致性，基站的接收和發送可以共用部分射頻單元，降低了設備成本；
接收上下行數據時，不需要收發隔離器，只需要一個開關即可，降低了設備的復雜度。
缺點：
TDD系統上行鏈路發射功率的時間比FDD短，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站；
TDD系統收發信道同頻，無法進行干擾隔離，系統內和系統間存在干擾；
為了避免與其他無線系統之間的干擾，TDD需要預留較大的保護帶，影響了整體頻譜利用效率；
因為高速運動下信道變化快，TDD分時系統導致手機報告的信道消息有所延遲，所以TDD系統在高速場景下不如FDD。
基本概念：FDD和TDD主要區別就在于采用不同的雙工方式，為頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙工方式。
區別
不對稱業務比如上網，一般是下載數據量遠遠大于上傳的數據量(也能也有例外，比如微博上傳的數據量有時很大)）
從理論上講，FDD的優勢要比TDD大一些，這就讓很多潛在4G用戶心動，并且下定決心用聯通的LTE-FDD，但是就目前形式而言，使用移動或者聯通電信的網絡其實沒有太大影響，網絡覆蓋率來講，LTE-TDD的覆蓋率要遠大于LTE-FDD，對于4G的速度，不管是LTE-TDD還是LTE-FDD，都有很不錯的速度，夠現在用戶的使用，而用戶也沒有太大必要去為了體驗FDD與TDD的區別而選擇換運營商。
七、QPSK、8PSK與16QAM、64QAM
詳解IQ調制以及星座圖原理
- QPSK：Quadrature Phase Shift Keying 四相相移鍵控，一個符號代表2bit
- 8PSK：8 Phase Shift Keying 八相相移鍵控，一個符號代表3bit
- 16QAM：16 Quadrature Amplitude Modulation 16正交幅相調制，一個符號代表4bit
- 64QAM：64 Quadrature Amplitude Modulation 64正交幅相調制，一個符號代表6bit
PSK是相移鍵控（Phase Shift Keying），是通過相位的變化代表“0”和“1”的。QPSK的“Q”是“Quadrature”的意思，有四個變化狀態，如相位上的“+45°（代表00）、-45°（代表11）、+135°（代表10）、-135°（代表01）”，那么一個狀態就代表兩個比特的信息，如下圖所示。同理8PSK的一個狀態代表三個比特。
等到QAM調制方式的時候，由于要描述的狀態多了，只靠相位區分狀態就不夠了（相互區別起來有些困難了），需要加入幅度的變化來表示一個狀態，就像我們用手指的方向“上下左右”表示“北南東西”的時候，我們同時加上了胳膊伸的長度表示遠近，胳膊全伸開表示很遠，胳膊伸一半，表示較近。眼神不好的人還真看不出來。所以說對接收機的要求比較高了。16QAM就是狀態空間為16，每個狀態是4個比特的信息；而64QAM的狀態空間是64，每個狀態是6個比特的信息。
六、5G（了解）
（1-5G多址技術）了解
5G科普
1. 什么是NOMA?
- 非正交多址技術（NOMA）的基本思想是在發送端采用非正交發送(功率復用），主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除（SIC）接收機實現正確解調。雖然，采用SIC技術的接收機復雜度有一定的提高，但是可以很好地提高頻譜效率。
- 用提高接收機的復雜度來換取頻譜效率，這就是NOMA技術的本質。
- 非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 技術以不同功率將多個信息流在時域/頻域/碼域重疊的信道上傳輸，在相同無線資源上為多個用戶同時提供無線業務。
- 在正交多址技術（OMA）中，只能為一個用戶分配單一的無線資源，例如按頻率分割或按時間分割，而NOMA方式可將一個資源分配給多個用戶。在某些場景中，比如遠近效應場景和廣覆蓋多節點接入的場景，特別是上行密集場景，采用功率復用的非正交接入多址方式較傳統的正交接入有明顯的性能優勢，更適合未來系統的部署。目前已經有研究驗證了在城市地區采用NOMA的效果，并已證實，采用該方法可使無線接入宏蜂窩的總吞吐量提高50%左右。非正交多址復用通過結合串行干擾消除或類最大似然解調才能取得容量極限，因此技術實現的難點在于是否能設計出低復雜度且有效的接收機算法。
注意NOMA指的是非正交多址，而不是非正交頻分，即NOMA的子信道傳輸依然采用正交頻分復用（OFDM）技術，子信道之間是正交的，互不干擾，但是一個子信道上不再只分配給一個用戶，而是多個用戶共享，同一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸 （即非正交多址），這樣就會產生用戶間干擾問題，這也就是在接收端要采用SIC技術進行多用戶檢測的目的。 在發送端，對同一子信道上的不同用戶采用功率復用技術進行發送，不同的用戶的信號功率按照相關的算法進行分配，這樣到達接收端每個用戶的信號功率都不一樣。SIC接收機再根據不同戶用信號功率大小按照一定的順序進行干擾消除，實現正確解調，同時也達到了區分用戶的目的。
2. NOMA采用的關鍵技術
- 串行干擾（SIC）詳解SIC
在發送端，類似于CDMA系統，引入干擾信息可以獲得更高的頻譜效率，但是同樣也會遇到多址干擾（MAI）的問題。關于消除多址干擾的問題，在研究第三代移動通信系統的過程中已經取得很多成果，串行干擾刪除（SIC）也是其中之一。NOMA在接收端采用SIC接收機來實現多用戶檢測。
基本原理
串行干擾刪除（SIC）的基本原理是采用逐級消除干擾策略，逐步減去最大信號功率用戶的干擾，SIC 檢測器在接收信號中對多個用戶逐個進行數據判決，判決出一個用戶就同時減去該用戶信號造成的多址干擾（MAI），按照信號功率大小的順序來進行操作，功率較大信號先進行操作。這樣一直進行循環操作，直至消除所有的多址干擾為止。
- 功率復用
SIC在接收端消除多址干擾（MAI），需要在接收信號中對用戶進行判決來排出消除干擾的用戶的先后順序，而判決的依據就是用戶信號功率大小。基站在發送端會對不同的用戶分配不同的信號功率，來獲取系統最大的性能增益，同時達到區分用戶的目的，這就是功率復用技術。功率復用技術在其他幾種傳統的多址方案沒有被充分利用，其不同于簡單的功率控制，而是由基站遵循相關的算法來進行功率分配。
3.其他5G核心技術
multiple MIMO（大規模多天線技術）
大規模天線優點點：
- 波束賦形
在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能跟據手機的移動而轉變方向，增強接收信號的強度。
這種空間復用技術，由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。 - 同時同頻服務更多用戶，提高網絡容量
由于在覆蓋空間中對不同用戶可形成獨立的窄波束覆蓋,使得天線系統能夠同時傳輸不同用戶的數據,從而可以數十倍地提升系統吞吐量,提高網絡容量。 - 有效減少小區間的干擾
由于天線波束非常窄,并且能精確地為用戶提供覆蓋,可以大大減少對鄰區的干擾。 - 更好的覆蓋遠、近小區
波束在水平和垂直方向上的自由度可以帶來連續覆蓋上的靈活度和性能優勢,更好的覆蓋小區邊緣和小區天線下近點。
D2D（Device-to-De作為面向5G的關鍵候選技術,設備到設備通信(Device-to-Device, D2D)具有潛在的提高系統性能、提升用戶體驗、擴展蜂窩通信應用的前景,受到廣泛關注。vice，D2D）
優勢：提高頻譜效率；提升用戶體驗； 擴展通信應用。
5G的優勢：傳輸速率快，低延時，低功率海量連接！
（延遲更多的和中間設備負載量、鏈路情況、通信距離等相關。）
4. 與傳統的CDMA（3G）和OFDM（4G）相比，NOMA的性能又有哪些優勢呢？
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3G的多址技術采用的是直序擴頻碼分多址（CDMA）技術，采用非正交發送，所有用戶共享一個信道，在接收端采用RAKE接收機。非正交傳輸有一個很嚴重的問題，就是遠近效應，在3G中，人們采用功率控制技術在發送端對距離小區中心比較近的用戶進行功率限制，保證在到達接收端每個用戶的功率相當。
（遠近效應：遠近效應(near-far effect)是指在運動過程中，基站同時接收兩個距離不同的移動臺發來的信號時，由于距離基站較近的移動臺信號較強，距離較遠的移動臺信號較弱，距離基站近的移動臺的強信號將會對另一移動臺信號產生嚴重的干擾。如下圖，MS1發送到BS的信號相對于MS2強，此時較強的信號就會對較弱的信號產生干擾。
功率控制。為了解決遠近效應，可以通過調整發射機的發射功率使得信號到達接收機時信號強度基本相等。CDMA系統就采用了這一技術來解決遠近問題，可以有效的解決多址干擾問題。）
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4G的多址技術采用的是基于OFDM的正交頻分多址（OFDMA）技術，不同用戶之間采用正交傳輸，所以遠近效應不是那么明顯，功率控制也不再是必需的了。在鏈路自適應技術上，4G采用了自適應編碼（AMC）技術，可以根據鏈路狀態信息自動調整調制編碼方式，從而給用戶提供最佳的傳輸速度，但是在一定程度上要依賴用戶反饋的鏈路狀態信息。
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跟CDMA和OFDMA相比，雖然NOMA也是非正交傳輸，但子信道之間采用正交傳輸，不會存在跟3G一樣明顯的遠近效應問題，多址干擾（MAI）問題也沒那么嚴重；由于可以不依賴用戶反饋的CSI信息，在采用AMC和功率復用技術后，應對各種多變的鏈路狀態更加自如，即使在高速移動的環境下，依然可以提供很好地速率表現；同一子信道上可以由多個用戶共享，跟4G相比，在保證傳輸速度的同時，可以提高頻譜效率，這也是最重要的一點。
七、中國3G的故事（了解）
為什么TD-SCDMA經營不好 知乎——TD-SCDMA到底不好在哪兒？
主要原因有兩個：一是它不像WCDMA標準那樣有2G時代的技術和設備的積累，二是智能天線等核心技術的工程化應用不給力。
總結
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