2. 无线通信基础

在搭建 MIMO SDR 原型之前，必须先把“数字基带—模拟射频—无线信道—接收机”这条链路中的关键概念打通。很多空口验证失败，并非算法本身错误，而是调制方式、带宽、采样率、射频指标或天线与信道模型之间不匹配。本节从工程视角梳理这些基础量，并说明它们如何共同决定链路能否可靠工作。

一、信号调制：把比特映射到可传输的波形

调制解决的是“如何用电磁波表达信息”。数字调制通常分为幅度键控、相位键控和正交幅度调制。BPSK 只用两个相位，抗噪能力强但速率低；QPSK 每符号 2 bit；16QAM 每符号 4 bit；64QAM 每符号 6 bit。阶数越高，频谱效率越高，但对信噪比和线性度要求也越苛刻。

在 SDR 中，调制通常在数字基带完成，输出 I/Q 两路复数样点。I/Q 表示法把信号写成 s(t)=I(t)+jQ(t)，便于同时控制幅度与相位。OFDM 系统还会把 QAM 符号分配到多个子载波上，再经 IFFT 变换到时域。理解星座图与 EVM 的关系，是判断调制质量的第一步。

二、带宽、采样率与频谱：三者必须协同

带宽决定“能传多快”，采样率决定“数字域能表示多宽”。根据奈奎斯特准则，采样率至少为信号带宽的两倍；实际工程中常取 1.2～2.5 倍，以留出滤波过渡带和保护带。例如 20 MHz LTE 信号，基带采样率常取 30.72 MHz，再经抽取或内插匹配到射频前端。

若采样率不足，会产生混叠，高频分量折叠到低频，星座图发散、EVM 恶化；若采样率过高，则数据量、功耗和接口压力上升。带宽、采样率、FFT 点数、子载波间隔之间也存在固定关系：采样率 = FFT点数 × 子载波间隔。因此配置 SDR 时，不能只改一个参数，必须整链核算。

系统带宽：20 MHz
子载波间隔：15 kHz
FFT 点数：2048
采样率 = 2048 × 15 kHz = 30.72 MHz
有效子载波：约 1200 个
循环前缀：约 4.7 μs（常规 CP）

三、射频指标：决定空口质量的关键量

射频指标描述发射机与接收机的模拟性能。常见指标包括发射功率、EVM、邻道泄漏比 ACLR、接收灵敏度、噪声系数 NF、三阶交调截点 IIP3、镜像抑制和相位噪声。EVM 反映调制精度，通常要求 QPSK 小于 17.5%，64QAM 小于 8%；ACLR 反映对邻道的干扰，一般要求优于 45 dB。

接收灵敏度由噪声系数和带宽决定：灵敏度 = -174 dBm/Hz + 10log(B) + NF + SNR_min。例如带宽 20 MHz、NF 为 5 dB、所需 SNR 为 10 dB 时，灵敏度约为 -174 + 73 + 5 + 10 = -86 dBm。这个数值直接决定小区边缘能否解调。SDR 的 AD9361、AD9371 等射频芯片，其增益、采样率、滤波器配置都会影响上述指标。

四、天线基础与信道传播模型

天线完成电信号与电磁波的转换。关键参数有增益、方向图、极化、驻波比和隔离度。MIMO 系统尤其关注天线间距与相关性：间距过小会导致空间相关性升高，分集增益下降；通常要求半波长以上，基站侧可到 0.5～1 倍波长。极化分集则可在紧凑空间内提供两路低相关信道。

信道传播模型描述信号从发到收的衰减、时延、角度扩展和多普勒。自由空间路径损耗为 PL = 32.44 + 20log(f_MHz) + 20log(d_km)。实际场景还需考虑瑞利衰落、莱斯衰落、对数正态阴影和多径时延扩展。3GPP 的 TDL、CDL 模型以及 WINNER 模型，是 SDR 空口验证中常用的标准化信道模型。

五、案例：一次空口验证的参数复盘

某次 2×2 MIMO 空口测试中，接收端 EVM 始终在 12% 左右，64QAM 无法解调。排查发现：基带采样率设为 20 MHz，而信号带宽为 20 MHz，采样率仅等于带宽，导致混叠；同时射频前端增益过高，功放进入非线性区，ACLR 恶化到 38 dB。调整采样率至 30.72 MHz、降低发射增益 6 dB 后，EVM 降至 4.5%，ACLR 恢复到 47 dB，64QAM 正常解调。

六、核心参数速查清单

掌握上述基础后，后续的 MIMO 预编码、信道估计与空口验证才有可靠的参数底座。建议在每次 SDR 实验前，先按“调制—带宽—采样率—射频指标—天线—信道”顺序逐项核对，形成可复用的检查表。