通信系統實戰筆記 無處不在的信號處理

梁敏

本科和硕士毕业于北京邮电大学电信工程学院，本科是电信工程专业，硕士是通信与信息系统专业，连续4年获一等奖学金，是优 秀毕业生。 2000年到2007年，在北京信威通信技术有限公司做研发，终端事业部的技术负责人，参与了SCDMA系统的标准制定，产品从无到商用化的整个开发过程，获得国家技术进步一等奖的第十一人。 2007年到2017年，在创业芯片设计公司，作为CTO，参与GSM和LTE芯片的架构，系统软件算法和协议栈的从无到有的全开发过程。 2017年至今，在创业科技公司，作为CTO，参与自定义物联网协议的标准设计和全系统开发的整个过程。 个人在通信系统，芯片设计方面的发明专利40多项，第 一发明人的20余项。

第 1章　通信系統的基本概念 001

1.1　通信系統的需求：從瞭解問題出發　002

1.2　通信網絡結構：架構是基礎　002

1.3　通信協議層級：瞭解各層級的位置與功能　003

1.4　註冊與漫游：無身份不通信　004

1.5　信息交換過程：有連接或無連接　004

1.6　通信系統架構：同步與異步　005

第　2章 通信系統的底層邏輯　007

2.1　時域與頻域：基礎概念中的基礎　008

2.2　相位：究竟是誰攜帶信息　011

2.3　調制：用合法的車作為載體傳輸　013

2.4　同步：普遍存在並非普遍理解　016

2.4.1　建立同步　016

2.4.2　保持同步　018

2.4.3　實踐案例　018

2.4.4　思路擴展　025

2.5　功率控制：容易被忽視的維度　026

2.5.1　CDMA功率控制案例　028

2.5.2　OFDMA功率控制案例　029

2.6　校準：給你一個可以信任的基石　030

2.6.1　案例1：一個個體在不斷變化的外界條件下要表現一致需要校準　030

2.6.2　案例2：多個個體在同樣的外界條件下盡量表現一致需要校準　031

2.6.3　案例3：多個個體能協調一致地共同滿足某個條件需要校準　032

2.7　實時性：不可延遲　032

2.7.1　案例1：語音信號處理的實時性　032

2.7.2　案例2：GSM的實時性　033

2.7.3　案例3：時分LTE（TD-LTE）實時性　035

2.7.4　處理器和操作系統的實時性問題　039

2.8　小區切換：無切換不移動　041

2.8.1　第 一個關註點：如何檢測信號，確定終端達到小區的邊緣　041

2.8.2　第二個關註點：如何快速地完成在小區邊緣跨界的切換　042

2.8.3　第三個關註點：如何保證切換過程中的語音信號的質量　043

2.8.4　路測看效果　044

2.9　遠距離通信：繞過地平線　045

2.10　靈敏度與信噪比（SNR）：建立通信的信號能量基線　046

2.11　乾擾與多徑：通道總是復雜的　048

2.12　頻率容限：影響通信效果的因素　049

2.13　功耗：真的是一個系統工程　050

2.14　系統吞吐量：系統構建思維的必備點　053

第3章　通信工程的常用算法　055

3.1　相關運算：富含底蘊的乘積累加運算　056

3.1.1　相關運算在GSM中的應用　057

3.1.2　相關運算在CDMA系統中的應用　057

3.1.3　相關運算在LTE網絡中的應用　058

3.1.4　相關運算在CNN中的應用　058

3.1.5　思路擴展　058

3.2　FFT：不僅僅是時頻變換　060

3.2.1　案例1：GSM中的頻率控制塊（FCB）信號的搜索　061

3.2.2　案例2：GPS信號的捕獲　064

3.2.3　案例3：LTE的FFT應用　067

3.2.4　FFT的電路結構　070

3.3　Viterbi：在捲積編碼內外　071

3.3.1　捲積編碼與Viterbi　072

3.3.2　通道均衡與Viterbi　073

3.4　CRC：循環冗餘很有必要　075

3.5　通道估計與均衡：通信接收機必備　076

3.6　信號成形濾波：通道的帶寬總是有限的　079

3.7　語音處理與回聲抵消：隱藏的英雄　081

3.7.1　聲學回聲的形成　082

3.7.2　VoIP的聲學回聲特徵及處理的難點　083

3.7.3　利用聲碼器的參數進行回聲檢測　083

3.7.4　精確定位回聲的算法　086

3.7.5　總結　087

3.8　測距：哪種方法更精確　088

3.8.1　功率測距　088

3.8.2　時間測距　088

3.8.3　相位測距　089

3.8.4　相位測量方向　090

3.8.5　紅外信號測距　091

3.9　跳頻與擴頻：對抗窄帶乾擾的有效措施　093

第4章　通信系統的解析和構建實例　095

4.1　GPS：從另一個角度看定位系統和方法　096

4.1.1　GPS的靈敏度　097

4.1.2　移動通信系統與GPS的對比　099

4.2　5G標準解讀：系統構建的一個實例　101

4.2.1　子載波間隔　101

4.2.2　頻段　104

4.2.3　傳輸帶寬　104

4.2.4　發射功率　105

4.2.5　調制方式　105

4.2.6　偽隨機序列產生　107

4.2.7　OFDM基帶信號生成　109

4.2.8　PUSCH和PDSCH的流程　109

4.2.9　PRACH的生成　111

4.2.10　參考信號　115

4.2.11　同步過程　117

4.2.12　實時性要求分析　118

4.3　芯片架構討論：工程實戰的制高點　121

4.3.1　閱讀通信協議（第 一步）　121

4.3.2　搭建原型機的硬件和軟件（第二步）　122

4.3.3　芯片架構設計（第三步）　123

4.3.4　細節打磨（第四步）　127

第5章　通信工程實戰經驗　129

5.1　理解MAC　130

5.2　匯編與其C語言封裝　134

5.3　SDR　136

5.3.1　發射鏈路處理　136

5.3.2　接收鏈路處理　137

5.3.3　控制面處理　138

5.3.4　思路擴展　139

5.4　嵌入式軟件的實時性　141

5.5　通信系統開發調試經驗小結　142

5.5.1　物理層調試系列—學會看波形　142

5.5.2　物理層調試系列—結合儀器定位問題　152

5.5.3　思路擴展　156

參考文獻　159