宽带无线通信学习笔记
一、彩蛋
- 通信工程上常用的功率单位\(dBm\)
- 通信专业牢记核心公式：\(10\lg(2) \approx 3\ \mathrm{dB}\)
- 热噪声关键参数记忆点：\(20\)摄氏度，1Hz带宽的热噪声功率是\(-174dBm\)
二、物理层信号处理完整流程
1. 发射链路总流程
二进制信源 → 比特级数据处理 → 基带调制星座映射 → 空时频信号处理（输出I路、Q路多通道信号）→ 中射频(IF&RF)模块（数字中频 → D/A转换 → 射频）→ 多天线发射
补充定义：
- I路：In-phase component 同相分量
- Q路：Quadrature component 正交分量
2. 比特级数据处理子流程
二进制数据 → CRC校验 → 信道编码 → 速率匹配 → 物理层交织 → 帧格式重组 → 二进制数据
3. 基带调制(星座映射)子流程
二进制数据 → 比特组合 → 星座映射 → 符号级数据
星座图说明：四相星座，正交基函数为\(\phi_1(t)\)、\(\phi_2(t)\)，星座点\(s_1、s_2、s_3、s_4\)均匀分布在单位圆上。
4. 空时频信号处理子流程
符号级数据 → 扩频处理（可选）→ 多载波处理（可选）→ 空时信号处理 → 多通道输出I路、Q路信号
5. 数字中频子流程
I路、Q路两路信号输入 → 脉冲成型 → 数字正交调制 → 中频信号输出
6. 射频发射子流程
中频信号 → D/A转换 → 滤波 → 载波调制 → 滤波 → 功放 → 射频信号 → 多天线发射
三、收发机硬件架构
1. 通用完整收发机架构
硬件芯片采用1~5Si或SiGe芯片，整体划分为RF射频部分、IF中频部分、基带部分；配套分立元件、集天线、分集开关、收/发开关。
发射通路
本振 → 混频器 → 滤波器 → 放大器 → I支路、Q支路 → AD转换器 → 基带
接收通路
天线接收信号 → 低噪声放大器 → 混频器 → 滤波器 → 放大器 → 混频器（搭配本振）→ 滤波器、放大器 → I支路、Q支路 → AD转换器 → 基带
2. 分频段接收机架构（2412MHz~2462MHz系统）
整体分为RF射频段、IF中频段、基带段三部分：
- RF射频部分（2412MHz~2462MHz）
天线 → 波段选择滤波器 → 低噪声放大器 → 放大器 → 混频器（本振：2038MHz~2088MHz）
- IF中频部分（374MHz）
信道选择滤波器 → 放大器 → 混频器（本振374MHz）
- 基带部分（0MHz）
低通滤波器 → AD转换器
四、无线传输信道核心知识
1. 完整无线通信链路
发基带单元 → 发中射频单元 → 发天线单元 → 无线传播信道 → 收天线单元 → 收中射频单元 → 收基带单元
信道设计两大核心目标：
- 适配信道固有规律完成发射端信号设计
- 在接收端求解发射信号的逆运算，还原原始数据
2. 信道数学模型
公式：\(Y = Hx + n\)
- \(H\)：信道对应的幅度、相位衰减因子
- \(n\)：信道叠加的噪声
3. 信道六大核心影响要素
- 电磁波传播方式
- 电磁波传播损耗
- 噪声与干扰
- 多径效应
- 多普勒效应
- 信道模型与仿真
4. 传输路径分类定义
- LOS：Line Of Sight，直射路径信道
- NLOS：Non-Line Of Sight，无直射路径信道
- 非自由空间定义：空间存在反射物、障碍物；接收机随机移动/摆放时，发射信号需经过多次反射、散射、绕射、穿透才能抵达接收端。
5. 噪声干扰分类
噪声干扰是无线通信链路必然存在的干扰，分为两大类：
- 无意噪声干扰（固有干扰）
- 外部干扰：近地噪声、太阳系噪声、宇宙噪声
- 内部干扰：天线噪声、馈线噪声、收发开关噪声、前端低噪声放大器噪声、其他器件噪声
- 有意噪声干扰：人为主动产生的噪声干扰
6. 衰落基础概念
（1）衰落定义
信道衰落(fading)：无线信道特征发生变化，导致接收机接收信号强度随时间、频率产生起伏变化的现象。
（2）衰落产生两大根源
- 多径(Multiple Path)效应
- 多普勒(Doppler)效应
（3）深衰落定义
接收信号强度远低于平均强度（差值≥10dB）的时间段，称为深衰落。
7. 衰落与时频参数对应关系
- 频率衰落 ↔ 相干带宽 ↔ 多径延迟扩展
- 时间衰落 ↔ 相干时间 ↔ 多普勒扩展
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