本课程先修课程信号与系统，数字信号处理，概率论，通信信号处理随机过程，通信原理，等。

1本课程讲什么？针对无线通信的物理层，学习相关的通信信号处理通信信号处理技术。

1）调制理论和调制检测技术；2）性能提升技术；3）MIMO 技术；4）空时信号处理技术；5）多载波通信等。

2通信信号处理参考书目：1.刘祖军，田斌，易克初译.《通信信号处理》，电子工业出版社.2. 其他学术论文。

3第一章无线主题1.1 无线标准综述1.2带通信号/系统的表示45GWhat will5G be？n时间维n空间维n频率维5语音通信发射机的原理框图图1.1 典型的发送功能框图n时间维n空间维n频率维6图1.6 时隙结构图1.7 MSK信号星座图表1.2 一些GSM 系统参数的简介每个用户的数据速率是33.85 kbps 。

GSM 系统采用GMSK 调制方式，GMSK 调制方式具有一些好处，处包括恒包络、频谱效率高和优异的误比特率（BER）性能。

7n图1.9 逻辑信道的划分逻辑信道分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。

n TCH在上行链路和下行链路中承载话音或者数据信息样本。

n CCH将承载控制信息，即信令或者同步样本。

8IS-95/CDMA2000IS-95CDMA系统的高层技术细节包括•1.5-MHz的信道间距•在全球定位系统（GPS）的支持下实现基站的时间同步•具有用于相干检测的公共导频信道（码分复用的）•码片速率＝1.2288 Mcps•调制方式＝QPSK/OQPSK•20ms的帧长•变速率语音编码（9600，4800，2400和1200 bps）91.2.5 IEEE 802.11 无线局域网WLAN模式：1）ad hoc模式，即所有的设备允许相互通信并像接入点一样工作，2）基础架构(infrastructure)模式，即以单个WLAN设备作为接入点，其它的设备与该接入点相连。

IEEE802.11b此系统设备在2.4G频带上互相通信。

媒体接入协议允许基站支持不同的数据速率集。

基本的数据速率集是工作在直接序列扩频系统（DSSS）中的1 Mbps和2 Mbps。

高数据速率扩展将数据速率扩展到了5.5 Mbps 和11 Mbps。

为了提供更高的数据速率，采用了补码键控(CCK)调制方式。

美国，加拿大和欧洲 2.4－2.4835 GHz日本 2.471－2.497 GHz法国 2.4465－2.4835西班牙 2.445－2.475 GHz101.2.5 IEEE 802.11 无线局域网IEEE802.11a.n 5 GHz 频带n 正交频分复用（OFDM ）物理层。

支持的数据速率有6，9，12，18，24，36，48和54 Mbps ，其中，6，12和24 Mbps 是强制性的。

n 采用BPSK/QPSK ，16-QAM(正交幅度调制)，和64-QAM ，n 利用FEC 技术进行卷积编码11IEEE802.11g.n WLAN 系统进一步扩展了数据速率，n 工作在2.4GHz 频带。

支持的数据速率有1，2，5.5，11，6，9，12，18，24，36，48和54 Mbps ，其中1，2，5.5，11，6，9，12和24 Mbps 是强制支持的。

n 支持的操作模式有：a. 基于DSSS/CCKb. 基于OFDMc. DSSS-OFDM(任选)——这是将DSSS 前导码和头域与OFDM 载荷合并起来的混合调制方式。

第一个领域是保证某些已经成功部署、但是即将或已经无法满足日益增长的容量和业务需求的标准能够继续使用，同时用户数据速率需要支持这些业务或应用。

第二个领域是创造新标准（尽管一些是建于现有的标准）来满足人们所期望的全球范围的容量增长，以及多媒体业务所需要的数据速率的增加。

这也可被称为演进。

技术驱动？or 业务驱动？13o5G 目标n更高用户数据速率n更高的区域吞吐率n大量的连接设备的适应性n更高可靠性和延时n更佳的覆盖n能量效率o但这些目标不能同时最大化141.2随机信号处理知识回顾n概率论和统计信号处理的知识n描述和分析各种信号特性以及信号处理功能15一个随机变量可由累积分布函数（CDF）来描述，其定义为这里规定0≦F(x)≦1，F(-∞)=0, F(∞)=1。

CDF的导数可由概率密度函数（PDF）来描述，其定义为16随机变量X的均值或期望值定义为E{g}是随机变量g的期望值。

求数学期望是个线性运算，具有以下性质（假设K是常量）：随机变量的方差定义为17一种常用的随机变量是高斯或者正态随机变量。

其PDF定义为其CDF定义为其中，erf(x)是误差函数，其定义为CDF也可以用互补误差函数定义，即这里，erfc(x)函数的定义以及与之前定义的误差函数的关系如下：18随机过程X(t)的自相关是两个时间变量t1和t2的函数。

假设τ＝t1-t2，则自相关也可以表示如下：我们来观察线性滤波器对随机过程的影响。

在图1.48中，随机变量X(t)输入到脉冲响应为h(t)的滤波器中。

图1.48 滤波器卷积的例子19滤波器输出在时域上可用滤波器的冲激响应与输入信号的卷积表示。

在频域，输入的功率谱密度（PSD）（单位是Watts/Hz）为现在将以上结论运用到由高斯白噪声N(t)激励的线性时不变滤波器情况下。

白噪声的PSD表示如下，其图示见图1.49。

图1.49 白噪声的功率谱密度为了获得自相关函数，采用逆傅立叶变换，我们可简单地得到21其中，是狄拉克函数，只有当t=0时，其值为1。

自相关函数的图示见图1.50。

其逆傅立叶变换给出了自相关函数，如下1. 如何设计通信系统？Design(Algorithm)2. 通信系统在数学上如何描述？Formulation3. 如何评估设计的方法和算法？Evaluation4. 描述与实际设计的硬件的关系？Implementation24带通信号的标准形式或者现在g(t)的复包络可写为注意，被称为“复包络”，有时也称为“解析信号”。

在g(t)的定义中，通过与载波相量相乘后取实部可以得到其复包络。

g(t)的希尔伯特变换的定义为上式也可以写为对上式作傅立叶变换，则有因此，希尔伯特变换可由g(t)通过图1.51给出的滤波器得到，其中符号函数定义为27式（1.47）的傅立叶变换为这一操作将G(f)的正数部分幅度加倍，将负数部分置0。

28作为例子，我们研究图1.52中的实信号g(t)的频率响应。

图1.52 实信号g(t)的频率响应包络的频谱如图1.53所示。

图1.53 实信号g(t)包络的频率响应29复包络可以通过将预包络的频谱向下搬移到DC（直流）或者零IF（中频）得到图1.54 实信号g(t)的复包络频率响应301.5.1 复包络理论与硬件的关系.输入到正交调制器的信号是复包络。

同样，正交解调器的输出也是接收到的复包络信号。

图1.55 利用正交调制器进行上下变频图1.56 利用复包络理论进行上下变频31带通系统特别是带通滤波器的基带表示，我们有其复包络是该式可重写为带限系统输出信号的复包络是系统脉冲响应与输入带通信号复包络的卷积。

为了完整的进行说明，我们给出实BPF和它的复包络表示。

图1.57 BPF的复包络表示33基带输出信号的数学表达式为进行复数运算后，我们得到上式说明实值BPF，h(t)，可利用图1.58中的框图通过其解析（复包络）形式等效建模。

图1.58 BPF，的复包络表示PSK 信号M 进制符号的PSK 调制波形（M 个）为：2(1)/2()Re[]1,2,...,c j m M j f t m s t Aem M p p -+==22()cos[(1)]cos(2)sin[(1)]sin(2)()cos(2)()sin(2)m c c c c s c s t A m f t A m f t M Mg t f t g t f t p p p p p p =--- =-QAM信号的复包络。

或者用同样的方式，我们可以写出QAM信号的复包络如下或者36更进一步，采用笛卡尔坐标表示式为以及采用极坐标表示式，我们有正交调制器，即发送信号是复包络乘以一个复载波信号。

图1.59 正交调制器框图37接收机正交调制器，这样一种操作通常被称作“零中频（ZIF）”或者“直接变频接收机（DCR）”。

假设除了加性高斯白噪声n(t)外，信道没有引入任何其它干扰，接收信号可写为由于n(t)在接收机中已经通过了BPF，我们将它作为带通信号，因此可得正交解调器的工作原理如图1.61所示。

图1.61 正交解调器框图38利用一些基本的三角恒等式，可得到如下接收信号的数学表达式将接收信号代入上式，可得低通滤波器滤除了高频分量，因此有39如果没有其它的信号损伤，噪声的同相分量将添加到信号的同相分量中，这一点非常重要。

类似地，正交分量如下（通过LPF之后）如果发送的是QAM信号，则有以及40仿真评估中——如何加噪声？等效低通噪声具有功率密度谱：带通噪声功率密度谱：411.5.5 TX和RX功能概括图1.63 通用的调制方式发射机图1.64 通用调制方式接收机42BER定义为错误比特个数除以发送的总比特数，是信噪比（SNR）的函数。

定义接收到的SNR如下：其中，S是信号功率，N是噪声功率。

进入接收机判决器的噪声量取决于信道选择滤波器的BW，因此有其中，Eb/N0是每比特能量与噪声PSD的比值。

这也称为由比特速率归一化后的SNR。

43考虑二进制信号的例子，采用等价接收滤波器响应为SRC的滤波器，于是有Why？最后，令式（1.96）和（1.97）相等，可得它可用dB形式表示如下：45。