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  • 无噪声情况下信道容量计算公式: C信道容量,W信道带宽,M是电频个数 例子:一个无噪声3000Hz信道,如果采用8电平传输,则该信道可允许 的最大数据传输速率是多少? 解:M=8,W=3000Hz,  则信道容量,即该...

    奈氏准则:在理想条件下,即一个无噪声,宽带为W赫兹的信道,其传码速率最高为

    2W波特

    无噪声情况下信道容量计算公式:

    C=2Wlog_{2}M

    C信道容量,W信道带宽,M是电频个数

    例子:一个无噪声3000Hz信道,如果采用8电平传输,则该信道可允许

    的最大数据传输速率是多少?

    解:M=8,W=3000Hz,

           则信道容量,即该信道可允许的最大数据传输速率

          C=2Wlog_{2}M=18kbit/s

    l例子:如果使用一个无噪声的带宽为4000Hz的话音信道来传输数字数据,采用256相制

    技术,试问信道容量是多少?

    解:W =4000Hz

          M=256, log_{2}256=8比特(一个码元携带8比特的数据)

    C=2Wlog_{2}M=...

    信噪比(dB=10log_{10}(S/N)

    有噪声环境下的极限信息传输速率C(信道容量)可表达为

    香农公式C=Wlog_{2}(1+S/N)b/s

    W为信道的带宽(以Hz为单位);

    S/N为信道内信号和噪声的功率之比;

    例题:若通过一个信噪比为20dB,宽带为3kHz的信道上去传送数字数据,则其数据传信

    速率不会超过多少?

    解:dB = 100

    根据香农公式C=Wlog_{2}(1+S/N)b/s =3000*log_{2}(1+100)=3000*6.66=19.88kbit/s

    该信道的传信速率不会超过19.88kbit/s

    在信道容量不变时增加带宽就允许降低信噪比

     

     

     

     

     

     

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  • 通信仿真时添加噪声的信噪比计算问题 我想请教一个本应该很简单的问题,觉得自己纠结了很久没有头绪。 信噪比的计算公式为: ![图片说明](https://img-ask.csdn.net/upload/201811/23/1542947077_977703.png) ...
  • 码间串扰:接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限 奈氏准则:避免码间串扰, 码元的传输速率的上限值 信噪比 信噪比:信号的平均功率和噪声的平均功率之比,单位:分贝( dB ) 香农公式信道的极限信息...

     物理层的基本概念

        物理层的协议 也为:物理层规程( procedure)

          物理层的特性:

                机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

            计算机内部传输方式:并行传输,如:皇上用膳,公公齐来送饭,不并齐就斩

            通信线路传输方式:串行传输,如:皇上用膳,公公排队送饭,不挺直就斩

    数据通信系统的模型

         数据通信系统三部分:源系统( 发送端、发送方 )、 传输系统( 传输网络 )、目的系统( 接收端、接收方 )

          源系统:

                   源点(源站、信源、source): 源点设备产生要传输的数据,如 键盘输入字符,如:皇上写的妃子招聘

                  发送器:将源点的数据通过 发送器编码后,在到传输系统中进行传输,如 调制器,如:妃子招聘就被公公打包发出去

        目的系统:

                接收器:接收传输系统传送过来的信号 并 转换为 被目的设备处理的信息,如 解调器,如:拿到包的士兵,把包打开

               终点( 目的站、信宿、destination):终点设备从接收器获取传送来的数据, 并把信息输出,如:把妃子招聘贴在城墙上,然后美女们就都知道了

             通信的目的:传送消息( message)

            信号:

              模拟信号:连续信号,消息的参数的取值是连续,调制解调器到调制解调器,如:这途中 让骑马的人拿着包一直跑,没有停下

              数字信号:离散信号,消息的参数的取值是离散,计算机到调制解调器,如:这途中 人人传递包,有停顿

                         码元:不同离散数值的基本波形

     信道的基本概念

          信道:表示向某一个方向传送信息的媒体

        通信的基本方式:

              单向通信( 单工通信 ):一个方向的通信而没有反方向的交互,如:皇上打公公,公公不能打皇上

              双向交替通信( 半双工通信 ):双方都可以发送信息, 但不能双方同时发送,如:皇上打妃子一下,妃子打皇上一下

              双向同时通信( 全双工通信 ):通信的双方可以同时发送和接收信息,传输效率最高,如:皇上和皇后互相打,更激烈

            基带信号( 基本频带信号 ):信源的信号

          为解决不能传输这种低频分量或直流分量,基带信号进行调制( modulation ),如:皇上发现招聘妃子的次数少了就要公公写

          基带调制( 编码、coding ):把数字信号转换为另一种形式的数字信号

           带通调制:模拟信号转换为 模拟信号

       数字信号常用的编码方式:

                 不归零制:正电平:1, 负电平:0

                 归零制:正脉冲:1, 负脉冲:0

                曼彻斯特( Manchester )编码:高到低:1,低到高:0

                差分曼彻斯特编码:开始边界不跳变:1,开始边界跳变:0

              信号波形看:曼彻斯特编码的信号频率比 不归零制 高

              同步能力看:曼彻斯特编码有自同步能力

    最基本的三种调制方法:

               调幅( AM):振幅随基带数字信号而变化,0:无载波,1:有载波输出

               调频( FM):频率随基带数字信号而变化,0:频率 f1,1:频率 f2

               调相( PM):初始相位随基带数字信号而变化,0:0度,1:180度

             如:公公看皇上的招聘妃子,他就一下按这个方法写,一下按那个方法写

    信道的极限容量

          信道能够通过的频率范围

               码间串扰:接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限

               奈氏准则:避免码间串扰, 码元的传输速率的上限值

        信噪比

              信噪比:信号的平均功率和噪声的平均功率之比,单位:分贝( dB )

                                                          dB = 10 log_{10}(S/N)(dB)

        香农公式:信道的极限信息传输速率C:

                                                      C = Wlog_{2}(1 + S/N)(bit/s)

                 W:信道的带宽(单位:Hz)

                S:信道内传输信号的平均功率

                 N:信道内的高斯噪声功率

     

     

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  • 点击蓝字关注我们一、概述功率控制通过动态调整发射功率,维持接收端一定的信噪比,从而保证链路的传输质量,当信道条件较差时需要增加发射功率,当信道条件较好时需要降低发射功率,从而保证了恒定的传输速率。...

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    一、概述

    功率控制通过动态调整发射功率,维持接收端一定的信噪比,从而保证链路的传输质量,当信道条件较差时需要增加发射功率,当信道条件较好时需要降低发射功率,从而保证了恒定的传输速率。功率控制保证了网络覆盖和容量的要求的前提下,可以补偿链路损耗,有效地避免相邻小区用户间的干扰(由于NR采用OFDMA和SC-FDMA这两种多址技术,保证了用户子载波的正交性,因而不存在小区内用户之间的干扰),同时可以降低gNB和UE的能耗。a3ef54ef5efbabe260a8b41b2c9f81b1.png下行干扰示意图a614376ac0bd9e0b8b527cb466df711f.png上行干扰示意图二、LTE下行功率控制先来回顾一下LTE中下行是如何进行下行功控的。在LTE中,下行功率控制主要包括固定功率分配和动态功率分配两种策略,比如PBCH、PCFICH、CRS、PSS/SSS固定采用功率分配的方式,而PDCCH、PDSCH以及PHICH可以采用固定功率分配,也可以采用动态功率分配。固定功率分配:对于固定功率分配,LTE中最最最重要的就是小区参考信号RS功率的计算。
    • RS功率计算公式:
    f842acb5e68cf7624321ae44504333c3.png
    • 把单位统一化成dBm,上式变成:
    70f5caf8c1b36c1e8a6933dc81d1bdad.png简单理解:把单通道的功率分配到所有子载波(12*NRB)上得到每个子载波分配到的功率,再通过(1+PB)修改RS功率的大小。RS功率实际值:对于多天线技术还要考虑到多个物理信号映射到一个天线端口传输的问题,比如对于8T8R,2*2MIMO配置时,4个物理信号映射到一个天线端口传输,那么RS功率的实际值还要加上6dB,比如网管配置RS功率12.2dBm,那么实际值为18.2dBm,实际值会在SIB2中下发。其他信道采用固定功率分配基本上是小区参考信号功率的固定偏置进行功率控制的。比如:广播信道PBCH的功率根据参数PBCHPwr设置其相对于参考信号的功率偏置,参数值越大,PBCH功率越大,PBCH覆盖范围越广。动态功率分配:对于下行动态功率分配的信道一般含有相应的动态功控开关,当开关打开时采用动态功率分配,关闭时采用固定功率分配。比如PHICH根据参数PhichInnerLoopPcSwitch设置是否打开PHCIH动态功控开关。当开关打开时,eNodeB根据UE反馈的CQI去估算SINR值,然后用计算的SINR值与设定的目标SINR值进行比较来判定应该增大或减小PHICH的发射功率。a27cd4ceb271a622e889b7bdeb5cffa9.png三、NR中的下行功率控制与LTE一样,NR下行功率控制同样包括固定功率分配和动态功率分配两种策略。SSB(PBCH+SS)、TRS(跟踪参考信号)采用固定功率分配,PDCCH、PDSCH既可以采用固定功率分配又可以采用动态功率分配。固定功率分配:相对于LTE,NR下行缩减了部分信道及信号,最最最不同的就是NR中去除LTE中一直发送的小区参考信号CRS。5081b8bd70d157a3838314783253617a.png没了CRS,没有了功率的基准值咋办呢?于是3GPP重新定义了一个叫小区基准功率ReferencePwr,NR中的下行信道和信号均可通过设置对ReferencePwr的功率偏置进行功率控制。
    • ReferencePwr功率计算公式:
    f5a8fae3d3099efe2e58481bc3a6b37b.png其中MaxTransmitPower等同于LTE中的P单,即单通道的最大发射功率。单通道的功率分配到所有子载波(12*NRB)上得到每个子载波分配到的功率作为基准功率,比LTE少乘1+Pb要来的更为简单。与LTE一样,SSB和TRS采用的固定功率分配方式是基于ReferencePwr设置相应的功率偏置进行功率分配的。比如SSB功率计算公式为:0a14a098bceabeb919ea043714f35fcc.png其中MaxSSBPwrOffset即相对于ReferencePwr的功率偏置,参数值越大,SSB功率越大,SSB覆盖范围越广。N_RF为物理天线通道的数目,为多个物理信号映射到一个逻辑端口时的增益值,最终得到实际值。TRS功率公式(固定功率分配的基本一致):b3d045f8fc7aceb5435238d4a7090830.png动态功率分配:与LTE一样,对于下行动态功率分配的信道一般含有相应的动态功控开关,当开关打开时采用动态功率分配,关闭时采用固定功率分配。以PDCCH为例,公共PDCCH(传递SI、Paging、RAR的调度信息)仅可采用固定功率分配,计算公式与SSB/TRS基本一致。而专用PDCCH(传递用户数据的调度信息)既可以固定功率分配又可以动态功率控制。PDCCH动态功控是根据PDCCH的误码率来调整其发射功率的。12c648cf16fcbcf37acf465ab1c001c2.png下一期我们将带来5G NR—上行功率控制2cf415ec65b5a36caef17ccf13f00d64.png

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  • 考虑mASK调制格式在AWGN信道下的容量,信道模型为Y=a*X+n。其中X为发送的mASK符号,{±1,±3,...,±2^m-1},n为...互信息的计算公式如下 (1)我的前两篇博文介绍了mASK符号均匀分布情况下的互信息计算。但是均...

    考虑mASK调制格式在AWGN信道下的容量,信道模型为Y=a*X+n。

    其中X为发送的mASK符号,{±1,±3,...,±2^m-1},n为加性高斯白噪声,a为信号扩展因子,Y为接收信号。这里我们假设噪声功率为1,因此可以通过改变扩展因子a的大小改变信噪比。互信息的计算公式如下

                             (1)

    我的前两篇博文介绍了mASK符号均匀分布情况下的互信息计算。但是均匀分布情况下计算得到的互信息与香农容限还是有一定差距的,为了缩短与香农容限的差距,本文通过改变mASK的分布规律来提升互信息,即改变公式(1)中的p(k)来提升互信息。

    引入最大玻尔兹曼分布来作为最优分布,该分布规律满足如下式

                                               (2)

    对于确定的扩展因子a,参数v的取值需收到发射功率限制,即

                                                             (3)

    而信号的平均功率,E[(Xv)^2],是关于v严格单调递减的,因此对于给定的功率P和扩展因子a,v可以唯一确定。本文采用二分法确定v。

    因此只需要在给定的功率下确定扩展因子a,即可计算互信息,问题简化为

                                                        (4)

    而在给定的发射功率下,公式(4)是关于扩展因此a的严格凸函数,即a只有一个取值使其达到最大值,可采用最优化中的黄金分割法寻找最大值。

    具体的mASK在最大玻尔兹曼分布下的容量计算如下:


    局部放大图


    主要参考文献:

    [1] Ungerboeck G. Channel coding with multilevel/phase signals[J]. IEEE transactions on Information Theory, 1982, 28(1): 55-67.

    [2]Böcherer G, Steiner F, Schulte P. Bandwidth efficient and rate-matched low-density parity-check coded modulation[J]. IEEE Transactions on Communications, 2015, 63(12): 4651-4665.

    关于本文的MATLAB源码,为了保护作者的劳动成果,暂不公布。若迫切需要,请在下方留言或私信作者本人(看风景的心情)。

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