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2023下半年软考网络规划

article 2024/11/19 21:27:21

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在5G通信系统中，信道编码是提高数据传输可靠性和抗干扰能力的核心技术之一。5G系统使用了两种主要的信道编码方案，分别针对不同的信道条件和数据传输需求：

1. 低密度奇偶校验码（LDPC, Low-Density Parity-Check Code）

应用场景： LDPC主要用于5G的数据信道（即用户数据）传输，尤其是大数据量的场景，如eMBB（增强型移动宽带）。

特点：

纠错性能优异：LDPC码的纠错性能接近香农极限，能够在低信噪比环境下维持较高的传输效率。
高效硬件实现：LDPC码可以通过硬件并行处理进行高效的解码，适用于高速数据传输需求。
大规模应用：LDPC码适合大块数据的编码，特别是在5G中传输高带宽、低时延的场景中广泛应用。

工作原理： LDPC码通过生成一组稀疏的奇偶校验矩阵，在传输时加入冗余数据，以便接收端能够在传输过程中修正一定数量的错误。解码时常采用迭代解码算法，如贝尔方程迭代算法（Belief Propagation）。

2. 极化码（Polar Code）

应用场景： 极化码主要用于5G的控制信道，即用于传输控制信息（如调度、同步和资源分配信息）。

特点：

接近香农极限的性能：极化码是第一种在理论上被证明可以达到香农极限的编码技术，特别适合低速率和低时延场景。
灵活的设计：极化码能够根据信道质量调整码率，适应不同的信道条件。
短码块的优势：极化码在短码块长度下具有较好的性能，非常适合用于5G控制信道中的小数据块传输。

工作原理： 极化码利用一种称为**信道极化（Channel Polarization）**的技术，将信道极化为“良好信道”和“差信道”。通过极化变换，信息比特被映射到良好的信道，而冗余比特被映射到差的信道，以提高抗干扰性能。

3. 码间交织与混合ARQ (HARQ)

除了LDPC码和极化码，5G还结合使用交织技术和**混合自动重传请求（HARQ, Hybrid Automatic Repeat reQuest）**来进一步提高传输的可靠性。

交织技术：通过对数据进行重新排列，可以分散传输中的突发错误，使误码率降低。
HARQ：结合前向纠错和自动重传请求，当接收到的数据有误时，接收端可以通过请求发送端重传部分数据包，并结合前向纠错来纠正错误。

总结：

LDPC码：用于5G数据信道（大数据量传输），具有强大的纠错能力和高效的硬件实现。
极化码：用于5G控制信道，特别适合短数据块的传输，能够实现接近香农极限的性能。
HARQ和交织技术：进一步提高信道的抗干扰能力，确保数据传输的可靠性。

这些信道编码方案的结合，使得5G能够在复杂的无线环境下提供更高的可靠性、低延迟和高效的带宽利用。

HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求）和交织技术是无线通信中常用的技术，尤其在提高传输的可靠性和抗干扰能力方面发挥重要作用。它们通常结合使用，以应对各种信号干扰和传输错误。

1. HARQ（混合自动重传请求）

HARQ 是一种结合了**自动重传请求（ARQ）和前向纠错（FEC）**的错误控制技术。它通过两种机制来确保数据传输的可靠性：

自动重传请求（ARQ）： 当接收端检测到错误时，会请求发送端重传出错的包。传统的ARQ仅依赖重传来纠正错误。
前向纠错（FEC）： 在数据传输中引入冗余数据，使接收端能够纠正部分错误而无需重传。

HARQ的优势在于结合了这两者的优点，不仅能够在错误发生时进行重传，还可以利用前向纠错技术在接收端修正小范围的错误。

工作流程：

初次传输： 发送端传输数据包，接收端进行解码。如果接收到的包没有错误，则发送确认消息（ACK）；如果出现错误，则发送未确认消息（NACK）。
重传机制： 发送端收到NACK后会进行重传，但重传的数据包通常不是简单的重复，而是携带额外的冗余信息，这使得接收端可以结合初次传输的数据来纠正错误（也称为软合并或增量冗余）。
软合并： 接收端在每次接收到的数据上进行软合并，即将多次接收到的冗余数据结合起来进行解码，提高解码成功的概率。

HARQ的类型：

追逐重传（Chase Combining）： 重传时发送与原始数据相同的内容，接收端进行软合并，通过多次接收增加信号的强度。
增量冗余（Incremental Redundancy）： 重传的数据不是原始数据的简单副本，而是补充的冗余信息，这样接收端可以通过结合初次和后续传输的数据更好地纠错。

应用：

HARQ广泛应用于4G和5G等现代无线通信系统中，特别适合需要高可靠性的场景，例如移动数据通信、视频流传输等。

2. 交织技术（Interleaving）

交织技术是一种将数据在时间或频率上重新排列的技术，目的是将传输过程中可能出现的突发错误（burst error）分散开，使得这些错误在接收端更易于处理。

交织的原理：

在数据传输前，发送端将数据块内的比特或符号进行打乱（交织），改变它们的传输顺序。
当数据到达接收端后，再通过解交织将数据恢复为原始顺序。
如果在传输过程中某个时间段内发生了突发干扰，干扰会影响一小部分交织后的数据。当解交织后，这些错误被分散到整个数据块中，使得单个错误更容易被纠错编码所处理。

交织的优势：

对抗突发错误： 在无线环境中，干扰往往不是随机分布的，而是集中在某些时间段或频率范围内（称为突发错误）。通过交织，原本集中在一起的错误可以分散开，使得前向纠错码更容易纠正。
提高系统的鲁棒性： 交织技术与前向纠错技术结合，可以显著提高系统对信号干扰的鲁棒性。

应用场景：

在移动通信、卫星通信和广播系统中广泛应用，特别是对抗信道衰落和多径干扰等突发性信号问题。

HARQ和交织技术的结合

在5G等现代通信系统中，HARQ与交织技术通常是结合使用的，以实现更高的可靠性和抗干扰性。

交织技术分散突发错误，将其转化为随机错误，便于后续的前向纠错。
HARQ在检测到无法纠正的错误时，通过请求重传并利用增量冗余来进一步提高传输的可靠性。

这种组合使得无线通信系统在面对复杂的无线信道条件（如信号衰落、噪声和干扰）时，依然能够提供稳定、高效的数据传输。

总结：

HARQ结合了自动重传和前向纠错，提供高效的错误控制机制，通过软合并和增量冗余等方法提高传输可靠性。
交织技术通过分散突发错误，使其更易于纠正，是对抗信道干扰的重要手段。

类型Type	代码Code	描述
11	1	在数据报组装期间生存时间为0

11	1	在数据报组装期间生存时间为0
5	0	对网络重定向
0	0	回显应答（ping应答）
8	0	请求回显（ping请求）
11	0	传输期间生存时间为0

Paxos 是一种分布式一致性算法，通常用于分布式系统中确保多个副本之间的数据一致性。

1. Proposer（提议者）

职责：Proposer 提出值并尝试让该值在集群中达成一致。Proposer 的目标是协调多个 Acceptor 之间的共识过程。

2. Acceptor（接受者）

职责：Acceptor 是 Paxos 算法中负责选择并接受提议的角色。
它们在多个 Proposer 提出的提议中参与一致性过程，并根据 Paxos 协议的规则做出决策。

3. Learner（学习者）

职责：Learner 是 Paxos 算法中负责得知已选定提议的角色。
Learner 不参与提议选择的过程，它只需要学习哪个提议被大多数 Acceptor 接受并在整个集群中被选定。
行为：当 Acceptor 达成共识后，Learner 会从 Acceptor 接收到的消息中学习已选定的值。

明确覆盖范围‌：确定无线信号需要覆盖的区域，如办公区域、会议室、公共区域等，以及是否包括洗手间、楼道、电梯等特殊区域。
‌

网络质量保障‌：通过无线网络规划设计，保障网络覆盖无盲区、覆盖效果好、上网速度快，提升网络使用体验。

‌

AP部署和选型‌：根据实际施工环境和需求，选择合适的无线接入点（AP）类型和安装位置，考虑信号衰减、障碍物等因素对信号强度的影响。

终端数量‌：考虑一个接入点（AP）能支持的终端数量，以及估算每个覆盖区域的平均终端数量，以便合理规划AP的部署。

‌WIFI速率‌：了解无线网络的传输速率，并考虑到实际使用中的速率可能会因为半双工技术和信号干扰等因素而有所降低。

在5G网络的三大典型应用场景中，**eMBB（增强型移动宽带，Enhanced Mobile Broadband）**是针对高带宽、高速率数据传输的应用场景，支持超高清视频、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、3D等大流量、多媒体类业务。为了满足eMBB场景中的高数据速率和高用户密度需求，5G采用了多种先进的复用技术来提升频谱效率、系统容量和用户体验。

1. OFDM（正交频分复用）

**正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）**是5G eMBB场景中广泛使用的核心技术。它通过将宽带信号分割成多个互不干扰的子载波，每个子载波上承载低速数据流，从而提高抗干扰能力和传输效率。

原理： OFDM将一个宽频带的信道分割为多个正交的窄带子载波，每个子载波上进行独立的调制传输。这些子载波之间的频率互不干扰（正交性），使得它们可以紧密地排列在一起，从而提升频谱利用率。
优势： 高频谱效率、抗多径干扰、支持大带宽传输。适合高速移动场景（如车联网）和高带宽需求场景（如4K/8K视频流）。

应用场景： eMBB中的大流量数据传输，特别是高清视频、AR/VR应用等。

2. MU-MIMO（多用户-多入多出）

**多用户多输入多输出（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output, MU-MIMO）**技术是5G的重要复用技术之一，通过在同一时间和频率资源上为多个用户提供数据传输，从而大幅提高系统容量。

原理： 通过在基站和用户设备上使用多根天线，MU-MIMO可以同时向多个用户传输不同的数据流。每个用户通过独立的空间信道接收数据，实现空分复用。
优势： 提高系统容量、频谱利用率和传输速率，减少干扰，支持大规模用户接入。

应用场景： 高密度用户场景，如体育场馆、大型会议、地铁等，能够有效支持多个用户同时高速上网。

3. Massive MIMO（大规模多输入多输出）

Massive MIMO是eMBB场景中的关键技术，通过在基站上部署大量天线，可以大幅提升传输速率、系统容量和覆盖范围。

原理： 基站利用大规模天线阵列为多个用户设备同时传输不同的数据流，实现空间上的复用。每根天线可以通过波束成形技术聚焦信号能量，减少对其他用户的干扰。
优势： 增强频谱效率、提高网络容量、提高覆盖范围和信号质量，尤其适用于密集城区、城市高楼等场景。

应用场景： 高用户密度的城市中心、大型集会场所等场景。

OFDM（正交频分复用）是一种用于高速数据传输的调制技术。它通过将一个信号分割成多个互不干扰的子载波来提高数据传输效率。下面是OFDM信号如何分割成多个子载波的基本步骤：

信号分割：
- 原始信号被分成多个数据块或符号。每个数据块将被分配到一个特定的子载波上。
子载波生成：
- 使用正交频率来生成多个子载波。每个子载波的频率是基于一个固定的间隔，这些间隔确保了不同子载波之间不会发生干扰，即它们是正交的。
调制：
- 每个子载波会对一个数据块进行调制，通常使用QAM（正交振幅调制）或PSK（相位键控）等调制方式。
IFFT（逆快速傅里叶变换）：
- 使用IFFT将这些频域信号转换成时域信号。IFFT将多个子载波的频域数据转换成一个复合的时域信号，确保各子载波之间的正交性。
加上保护间隔：
- 在每个OFDM符号前加上保护间隔（循环前缀或前导码），以防止多径效应引起的符号间干扰（ISI）。
信号传输：
- 经过IFFT处理和保护间隔的OFDM符号被传输到接收端。
接收端处理：
- 接收端通过去掉保护间隔，使用FFT（快速傅里叶变换）将接收到的信号转换回频域，从而解调每个子载波上的数据块。