无线通信基础

一、无线电波

  无线电波指在自由空间传播的射频（RF）频段的电磁波，其基本原理是导体中电流强度的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波中。当电波通过空间传播到达接收方时，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。再通过解调将信息从电流变化中提取出来，即可实现信息传递。

二、损耗和衰落

 传输过程中的损耗

1. 衰减和衰减失真
2. 自由空间损耗
3. 噪声
4. 大气吸收
5. 多径

 移动环境中的衰落

1. 多径传播：反射、绕射、散射（与信号波长和障碍物尺寸大小相关）
2. 衰落类型（快衰落、慢衰落）

三、调制

  调制指将输入信息变换为适于信道传输的形式。信号源信息通常包含直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号一般不能直接用于传输，需变换为一个远高于基带频率的信号，即已调信号。
  调制过程改变了高频载波即信息载体信号的幅度、相位或频率，使其随基带信号幅度变化而变化。解调过程则将基带信号从载波中提取出来。

 常用调制方式

1. 模拟调制（幅度调制、角度调制）
2. 数字调制（ASK、FSK、PSK）
3. 脉冲调制（指用脉冲序列作为载波，最常用的是脉码调制）

四、扩频

  扩频（Spread Spectrum，SS）是一种重要的通信技术。发送方输入的数据首先进入信道编码器，生成模拟信号，该模拟信号围绕某个中心频率具有相对较窄的带宽。然后使用扩频码或扩展序列进一步调制，通常扩频码由伪噪声或伪随机数产生器产生。调制后传输信号的带宽显著增加，即扩展了频谱。 接收方使用同一扩频码进行解扩。解扩后的信号通过信号解码器，最终还原为数据。

 主流的扩频技术

1. 跳频扩频
   
2. 直接序列扩频
   

五、复用和多址

1. 信道复用：在两点之间的信道中同时传输互不干扰的多个信号，包括频/时/码/空分复用。
2. 多址接入：多点间实现互不干扰的多边通信，包括频/时/码/空分多址。

六、天线

 天线的主要指标

1. 天线增益：输入功率相等时，实际天线与理想辐射单元在空间同一处产生的信号功率密度之比。
2. 方向图：天线辐射电磁场在固定距离上随角坐标的分布图形称为方向图。一般取主平面为E面和H面，归一化方向图取最大值为1。
3. 极化

 天线的关键技术

1. 天线分集技术
2. 赋形波束技术
3. 智能天线技术
     分集是通过多信道（如时间、空间、频率）接收到载有相同信息的多个副本，由于各个信道传输特性不同（各副本在统计上互不相关），各副本衰落相关性较小，即各副本同时出现快衰落的概率较小，从而在接收端将各副本信号进行合并或择优输出，即可提高接收性能。

七、MIMO

  MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）指利用多发射、多接收天线进行空间和时间的分集，利用多天线来抑制信道衰落。
  在发送方，传输信息流经过空时编码形成N个信息子流，由N个天线发射出去，经空间信道后由接收方的M个接收天线接收，多天线接收机再利用空时编码处理分开并解码这些数据子流。多径传输会引起衰落，但MIMO技术充分利用了空间信道的多径因素

 MIMO的关键技术

1. 信道估计（训练序列或导频，在时变信道中周期性发送训练序列）
2. 空时信号处理（空时编码和空间复用）
3. 同步（载波/符号/帧同步，目的是保证子载波间的正交性）
4. 分集（利用空间、时间、频率三种分集技术，有效增加对噪声、干扰和多径的容忍）