保研面试题复习

信源/信道编码的目的和种类？

这个图是每个人在学习通信原理的时候，都会遇到的图。包含了三要素：信源、信道和信宿。这个图直接可以回答最开始的问题，所谓信源编码就是针对信源编码，所谓信道编码就是针对信道编码。

有效性：为了减少冗余，常见的就是哈夫曼编码。这个哈夫曼编码甚至在计算机的课程中会提到，其实本质上的用途都是一样的，只是场景不同。

可靠性：为了减少信号传递中的错误，常见的有典型的纠错码、turbo码以及卷积码等等。

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香农公式对信道和输入信号的要求？(前提条件)

不妨也看看经典教材曹丽娜老师的《现代通信原理与技术》中对香农公式的证明

我们可以得到几个前提条件：

• 首先得是离散信道
• 输入信号和噪声都是高斯分布的，保证离散系统下互信息最大
• 推导中是要求抽样速率是 $2B$

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《教育教学研究》上发表的线性相位FIR滤波器的充分必要条件，重庆三峡学院王仕奎教授写的文章，很具有参考意义，同学们有兴趣可以拜读一番。

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什么是吉布斯效应？

吉布斯现象（又叫吉布斯效应）： 将具有不连续点的周期函数（如矩形脉冲)进行傅立叶级数展开后，选取有限项进行合成。当选取的项数越多，在所合成的波形中出现的峰起越靠近原信号的不连续点。当选取的项数很大时，该峰起值趋于一个常数，大约等于总跳变值的9%

谢惠民的数学分析习题课讲义下册

佩利维纳准则，是滤波器物理可实现的推导，主要目的是为了让滤波器的冲激响应变成因果的。

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什么是符号间干扰？

• 符号内干扰：OFDM符号内含有众多频率，由于信道的频率选择性，同一符号内不同频率分量到达接收端时信号衰减不一样，因此会产生误差。

• ISI：符号间干扰（Symbol Interference）。这里的ISI和之前我们挂在嘴边的码间串扰是两个不同的概念。对于某一个子载波而言，OFDM系统中提到的ISI专指因为多径传输造成的第 $i$ 条路径信号对第1条路径造成的影响。

OFDM中消除多径干扰的方法

ISI：OFDM通过保护间隔来解决ISI。这个保护间隔可以填充ZP(补零)或者CP(循环前缀)或者CS(循环后缀)。

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分集和复用的区别

• 分集：是在多条独立路径上传输相同的数据，接收端通过分集合并技术，抵抗信道衰落，提高传输可靠性，降低误码率
• 复用：是在同一条路径的多个独立子信道上传输不同数据，充分利用系统资源，提高系统容量，即总数据率。

分集技术的分类

宏分集主要用于蜂窝无线系统中

• 主要是用于蜂窝系统的分集技术。在宏分集中，把多个基站设置在不同的地理位置和不同的方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信。只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落，这种办法就可以保证通信不会中断。它是一种减少慢衰落的技术。

微分集是一种减少快衰落影响的分集技术

• 空间分集的基本原理是在任意两个不同的位置上接收同一信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收到的信号衰落是不相关的

• 频率分集的基本原理是频率间隔大于相关带宽的两个信号的衰落是不相关的，因此，可以用多个频率传送同一信息，以实现频率分集。

• 时间分集：快衰落除了具有空间和频率独立性以外，还具有时间独立性，即同一信号在不同时间、区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的

香农公式

• 香农第一定理（可变长无失真信源编码定理)
• 香农第二定理（有噪信道容量定理）
• 香农第三定理（保失真度准则下的有失真信源编码定理）

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5G关键技术

• 毫米波
• Massive MIMO
• UDN，基站小型化、小区密集化、节点多元化和高度协作化，Ultra-Dense Network

5G应用场景

上图可以5G的三大场景，分别是超高清视频带宽，大规模物联网业务，无人驾驶/自动化低延迟服务。

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6G三大愿景

• 太赫兹通信：太赫兹超高速无线网络是一种新型的无线网络，与传统的无线网络不同，它工作在太赫兹频段，并且可支持数10Gbps乃至1Tbps的数据传输速率。太赫兹频段的频段较宽，且大部分尚未被分配使用，能够承载Gbps的数据量。
  
  太赫兹的衰减特性，使太赫兹在几米距离之外通信较为困难，使得太赫兹通信更适合于短距离通信场景。

• 通信感知一体化：一方面，整个通信网络可以作为一个巨大的传感器，网元发送和接收无线信号，利用无线电波的传输、反射和散射，可以更好地感知和理解物理世界。
  
  另一方面，感知所提供的高精度定位、成像和环境重构能力可以帮助提升通信性能，例如波束赋形更准确、波束失败恢复更迅速、终端信道状态信息（Channel State Information，CSI）追踪的开销更低。

• 智能超表面技术：RIS是一种新兴技术，能够定义新的无线传输和传播模式，并控制通信信道（重塑无线信道）。换句话说，RIS是一种包含电子可控和低功耗模拟处理元件的超表面。可实时调整无源反射元件的吸收、反射、折射和相位，从而将入射电磁信号引导到所需方向。

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相干时间和相干带宽

• 相干带宽：相干带宽是描述时延扩展的，相干带宽是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。

• 相干时间：描述多谱勒扩展的，相干时间在时域描述信道时变特性。相干时间与多普勒扩展成反比，是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。如果基带信号的符号周期大于信道的相干时间，则在基带信号的传输过程中信道可能会发生改变，导致接收信号发生失真，产生时间选择性衰落，也称快衰落；如果基带信号的符号周期小于信道的相干时间，则在基带信号的传输过程中信道不会发生改变，也不会产生时间选择性衰落，也称慢衰落。

相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围，相干带宽类似，就是信道保持恒定的最大频率差范围。从分集的角度来理解这个概念比较形象：时间分集要求两次发射的时间要大于信道的相干时间，即如果发射时间小于信道的相干时间，则两次发射的信号会经历相同的衰落，分集抗衰落的作用就不存在了，相干带宽可以从频率分集来理解。

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无线信道衰弱的分类

信号遇到障碍物会使信号发生随机变化，不同位置周围环境差别非常大，从而造成给定距离处信号功率的随机变化。最常用的是用对数正态阴影模型来表征这种随机衰减。

多径信道的衰弱模型

• 瑞利信道：考虑了多径效应的信道衰弱模型，但是没有主要的直射分量

• 莱斯信道：当存在一个主要的（非衰弱的）信道分量时，如视距传播。

• Clarke 和 Nakagami 统计信道模型

通信原理 高斯分布 莱斯分布 瑞利分布 有何联系 有何区别 如何区分? - 通信小r学长的回答 - 知乎

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3G、4G中的关键技术

4G移动通信中的核心技术有MIMO、OFDM、覆盖区域切换技术以及软件无线电技术。

软件无线电技术 SDR 技术：指的是可以利用软件对无线电进行编程、控制、指定的技术。适配于蓝牙、WiFi、GNSS、4G 和 5G等多个标准。

3G的核心技术是CDMA技术，可以实现信号扩频。Code Division Multiple Access。

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FIR、IIR滤波器总结

FIR滤波器的设计方法：窗函数法、频率抽样法、最优化方法（最小二乘法）

IIR滤波器的设计方法：冲激响应不变法、阶跃响应不变法、双线性变化法

稳定性上比较：

• IIR滤波器：传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方，有稳定性的问题
• FIR滤波器：传输函数的极点固定在原点上，不存在稳定性的问题

性能上比较：

• IIR滤波器：高效率（高效性体现在：以较低的阶数达到指标）是以相位的非线性为代价。选择性越好，则相位非线性越严重。如果IIR滤波器要得到线性相位，又要满足幅度滤波的技术要求，必须加全通网络进行相位校正，这样会增加滤波器的阶数
• FIR滤波器：可以得到严格的线性相位

从算法上比较：

• IIR滤波器：无快速算法
• FIR滤波器：冲激响应有限长，可用FFT算法，减小运算量

从结构上比较：

• IIR滤波器：必须采用递归结构，极点位置必须在单位圆内。递归结构中，运算四舍五入处理，有时会引起寄生震荡
• FIR滤波器：主要采用非递归结构，不存在稳定性问题，运算误差也小