高阶数字通信
Advanced Digital Communication
UESTC4028 / UESTCHN4001

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「変へんなお天気てんきね、」 なんつって今日きょうも，

“真是怪天气”说是这么说，

曇くもる空そらを焦こがして叫さけび続つづけてく。

今天那片阴沉的天空 却又炽热了起来 不停地呐喊。

「放課後ボーダーライン」

花譜/神聖かまってちゃん

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Lectures

Lecture 01数字通信系统Digital Communication SystemLecture 01数字通信系统Digital Communication System1-1 通信系统 Communication System / 1-1-1 角色与指标 Roles and Metrics / 通信系统 Communication System / 通信系统 Communication System 通过物理信道 Physical Channel，将信息从 信源 Source 传输到 信宿 Destination。 / 系统性能由一组相互约束的指标共同描述：Lecture 02传输介质Transmission MediaLecture 02传输介质Transmission Media2-1 传输介质与信号 Transmission Medium and Signal / 传输介质 Transmission Medium / 传输介质 Transmission Medium 是发送机与接收机之间承载信号传播的物理路径。 / 与 1-3-6 节的信道相对应，这里关注的是介质的物理性质。实际介质都不是理想的。介质决定了四件事： / 哪些频率可以传播；Lecture 03链路预算Link Budget AnalysisLecture 03链路预算Link Budget Analysis3-1 链路预算的作用 Role of Link Budget / 链路预算 Link Budget / 链路预算 Link Budget 把发射功率、天线增益、各级损耗、噪声与接收灵敏度折算到同一 dB 体系，用来判断给定链路能否建立。 / 链路预算回答的问题： / 接收信号是否足以可靠译码；Lecture 04-05信道编码与错误控制Channel CodingLecture 04-05信道编码与错误控制Channel Coding4-1 错误控制的动机 Motivations for Error Control / 严重传输问题在通信中很常见。陆地移动通信面临多径衰落（反射、绕射、散射）与低信噪比；卫星通信受限于下行方向的发射功率，卫星能源有限。 / 信道编码 Channel Coding / 信道编码 Channel Coding 向信息比特加入受控冗余，使接收端能够检测甚至纠正传输错误，从而提高可靠性。 / 无编码时 k 个信息比特直接发送 k 个比特；编码后发送 n 个比特，n>k。编码质量用误码率 BER 与误帧率 FER 衡量。Lecture 06-07双工、复用与多址Duplexing, Multiplexing and Multiple AccessLecture 06-07双工、复用与多址Duplexing, Multiplexing and Multiple Access6-1 双工 Duplexing / 双工 Duplexing / 双工 Duplexing 让链路两端都能发送与接收，可以同时进行，也可以轮流进行，取决于采用的方式。 / 两个方向各需要一条独立通路。按连接方式可分为三类： / 方式: 特点Lecture 08线路编码Line CodingLecture 08线路编码Line Coding8-1 数字基带传输 Digital Baseband Transmission / 数字数据在进入信道前要先变成电波形。编码器把比特序列映射为电平序列，解码器在接收端还原比特。 / 数据电平 Data Level 是表示数据所用的取值个数，二进制数据有两个取值。信号电平 Signal Level 是表示信号所用的取值个数，两者可以不同：多元信号用多个电平承载多个比特。 / 脉冲 Pulse / 脉冲 Pulse 是发送一个符号所需的最短时间，其倒数为脉冲速率 Pulse Rate，即每秒发送的脉冲数。Lecture 09无线接入网Introduction to Radio Access NetworksLecture 09无线接入网Introduction to Radio Access Networks9-1 移动网络结构 Mobile Network Architecture / 手机到互联网的路径分三段：终端、无线接入网、核心网。 / 用户设备 User Equipment（UE）通过无线链路接入基站；基站属于无线接入网 Radio Access Network；核心网 Core Network 把接入网与外部网络连接起来。三者分工明确，各自负责不同层面的功能。 / 9-1-1 核心网与功能 Core Network and Functions / 核心网 Core NetworkLecture 11Lecture 11解调与检测Demodulation and DetectionLecture 11解调与检测Demodulation and Detection11-1 接收机的两个阶段 Two Receiver Stages / 数字接收机要完成两件事：把波形变成判决统计量，再把这个统计量变成符号。 / 解调 Demodulation：用滤波器把接收波形压缩成一个变量，同时抑制带外噪声； / 检测 Detection：把该变量与门限比较，判定发送的是哪个符号。 / 接收机链路的完整顺序是：频带下变换、中频滤波、均衡（可选）、采样与判决。均衡器用于补偿信道引起的 ISI，通常与解调、检测集成在一起。Lecture 12Lecture 12误码性能BER PerformanceLecture 12误码性能BER Performance12-1 比特信噪比 Eb/N0 / 比特信噪比 Energy per Bit to Noise Density Ratio / 比特信噪比 E_b/N_0 是每比特能量与噪声功率谱密度之比，在不同调制方式与带宽之间可比。 / 数字通信通常用 E_b/N_0 衡量性能。E_b 是每比特能量，N_0 是噪声功率谱密度，两者都不随带宽或符号率变化，因此跨系统可比。 / 比特能量与功率的关系为 E_b=S/R_b，噪声谱密度与噪声功率的关系为 N_0=N/W，其中 S 为信号功率、R_b 为比特率、N 为噪声功率、W 为带宽。代入 SNR 定义得Lecture 13Lecture 13眼图与脉冲成形Eye Diagram and Pulse ShapingLecture 13眼图与脉冲成形Eye Diagram and Pulse Shaping13-1 眼图 Eye Diagram / 眼图 Eye Diagram / 眼图 Eye Diagram 是把数字信号在单个比特区间内反复叠加显示得到的图形，用于直观评估波形质量。 / 构造方法是：示波器以比特周期为单位触发，把连续采样到的波形叠加在同一个单位区间上，所有由低到高、由高到低的跳变组合都会出现。三比特的跳变共有 8 种，叠加后形成中央张开的"眼睛"。 / 噪声与抖动会让迹线变粗，眼睛张开的区域随之缩小。眼图因此同时反映幅度余量、时间余量与码间干扰。Lecture 14Lecture 14信道均衡Channel EqualisationLecture 14信道均衡Channel Equalisation14-1 均衡器的作用 Role of the Equalizer / 信道的频率响应不平坦，符号在时间上被展宽，形成 ISI。均衡器放在解调与检测之间，用一条与信道互补的滤波器抵消这种展宽： / 均衡的目标是让输出在判决时刻的波形尽量恢复原样，即 \hat{s}_i(t)\approx s_i(t)。频域上的解释更直接：均衡器响应与信道响应相乘后应当回到平坦的升余弦谱。 / 均衡器 Equalizer / 均衡器 Equalizer 是补偿信道频率选择性、抑制码间干扰的滤波器，通常与解调、检测集成在一起。Lecture 15正交频分复用OFDMLecture 15正交频分复用OFDM15-1 从多载波到 OFDM Multicarrier and OFDM / 传统 FDMA 为每路传输分配一个独立载频，载频之间留保护带，用带通滤波器分离。多载波调制让一路高速数据分散到多个子载波上并行传输，每个子载波用 PSK 或 QAM 调制。 / OFDM 是多载波调制的一种。它与普通多载波的区别在于子载波频谱相互重叠：普通 FDMA 用滤波器分离，OFDM 靠子载波之间的正交性用 DFT 分离。 / 相同数据率下，单载波占用一个宽而平的频带；多载波分成多个互不重叠的窄带；OFDM 的子载波频谱重叠但正交，因此频谱利用率最高。