移动通信复习提纲.docx

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移动通信复习提纲

2014年移动通信复习提要

题型：

一、术语解释题Technicaltermsexplanation（10题，30分）

二、问答题Answerthefollowingquestions（6题，40分）

三、综合题Comprehensivequestions（3题，30分）

章节：

内容分布

第1讲概述

第2讲移动通信电波传播

第3讲信源编码与调制技术

第4讲抗衰落分集技术

第5讲蜂窝组网技术

第6讲GSM系统与GSM增强移动通信系统

第7讲第三代移动通信系统与增强技术

第8讲无线移动通信未来发展

！

系统的复习内容见课件，以下为必需掌握的英文内容。

名词解释：

Mobilecommunications：

移动通信：

通信双方至少有一方处在移动情况下（或临时静止）的相互信息传输和交换。

Spectrumefficiency:

频带利用率，单位频率单位时间系统所能承载的最大比特数，即没Hz每秒所能传输的最大bit数。

CellularSystems

多址技术：

实现不同地点、不同用户接入网络的技术。

OFDM

TDMA

LTE

TD-LTE即TimeDivisionLongTermEvolution（时分长期演进）

通信概率：

通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话（达到规定通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率。

射频（RF）防卫度：

达到主观上规定的接收质量时，所需的有用射频信号电平与同频干扰信号电平的比值。

区群（簇）：

邻接的、使用不同信道的全部小区叫做一个区群。

系统中区群复制得越多，则系统容量越大，频率的利用率越高。

信道的映射：

就是把各种逻辑信道装载到物理信道上去。

HLR：

HomeLocationRegister，归属地位置寄存器

VLR：

VisitingLocationRegister，访问地位置寄存器

SpreadSpectrum

PathLoss

Shadowing

MultipathFading

Dopplershift

FadeMargin：

衰落储备：

为防止因衰落而引起通信的中断，在信道设计时，必须使信号电平保留足够的余量，以使中断率小于规定值。

这个电平余量称为衰落储备=中值－最小必需电平

Diversity:

分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。

它有两重含义：

一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。

ISM：

IndustrialScientificMedicalBand，工业、科学以及医学无线电频段

Diversitygain（分集增益）：

通过采用基于MIMO的空间分集技术，在分集合并后，系统取得与不采用空间分集的SISO系统相比，达到同样BER所需要的SNR减少的分贝数

Softhandoff

Hardhandoff

第1讲概述

EvolutionofCurrentSystems

1.Wirelesssystemstoday

3GCellular:

~200-300Kbps.

WLANs:

~450Mbps（andgrowing）.

NextGenerationisintheworks

4GCellular:

OFDM/MIMO

4GWLANs:

Wideopen

2.CurrentWirelessSystems

CellularSystems

WirelessLANs

Wimax

SatelliteSystems

Bluetooth

Zigbeeradios

3.CellularSystems:

Reusechannelstomaximizecapacity

Geographicregiondividedintocells【ThecellularconceptsareproposedbyBellLabs】

Frequency/timeslots/codes/reusedatspatially-separatedlocations.

4.3GCellularDesign:

VoiceandData

Dataisbursty,whereasvoiceiscontinuous

Typicallyrequiredifferentaccessandroutingstrategies

3G“widensthedatapipe”:

384Kbps（802.11nhas100sofMbps）.

StandardbasedonwidebandCDMA

Packet-basedswitchingforbothvoiceanddata

5.4G/LTE/IMTAdvanced

Muchhigherpeakdatarates（50-100Mbps）

Greaterspectralefficiency（bits/s/Hz）

Flexibleuseofupto100MHzofspectrum

Lowpacketlatency（<5ms）.

Increasedsystemcapacity

Reducedcost-per-bit

Supportformultimedia

3G的目标：

（1）实现全球无缝覆盖；

（2）提高通信速率，即：

室内至少2Mbps，室外步行至少384kbps，室外车辆至少144kbps；（3）实现多媒体通信。

第2讲移动通信电波传播

RadioEnvironment:

PathLoss

ShadowFading

Multipath

Interference

InfraredVersusRadio

DopplerSpread

1.试简述移动信道中电波传播的方式及其特点。

答：

电波的传播方式有三种：

地波，天波，空间波。

现代移动通信系统广泛使用VHF、UHF频段，地波可以忽略。

在实际移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象，它们对直射波会引起干涉，即产生多径衰落现象。

主要特点有：

●衰落：

快衰落——多径传播

慢衰落——地形地物的遮挡——阴影效应

●多径时散——多径传播

●多普勒效应——移动台的运动

●多径传播和移动中的通信

在移动信道中接收点的信号将产生如下的特点：

1.具有三类不同层次的损耗

路径传播损耗

慢衰落损耗。

快衰落。

快衰落又可分为：

空间选择性快衰落、频率选择性快衰落与时间选择性快衰落。

2.四种主要效应

阴影效应：

由大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。

远近效应：

由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。

通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基站较远的用户产生掉话（通信中断）现象，通常称这一现象为远近效应。

多径效应：

由于接收者所处地理环境的复杂性、使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射过来的多条不同路径信号。

而且它们到达时的信号强度，到达时间以及到达时的载波相位都是不一样的。

所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多径效应。

多普勒效应：

它是由于接收用户处于高速移动中比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。

LinkPerformanceMeasuresEfficiency:

SpectralEfficiency:

ameasureofthedatarateperunitbandwidthforagivenbiterrorprobabilityandtransmittedpower

PowerEfficiency:

ameasureoftherequiredreceivedpowertoachieveagivendatarateforagivenerrorprobabilityandbandwidth

HOWDOWEOVERCOMETHELIMITATIONSIMPOSEDBYTHERADIOCHANNEL?

FlatFadingCountermeasures

-FadeMargin

-Diversity

-CodingandInterleaving

-AdaptiveTechniques

DelaySpreadCountermeasures

-Equalization

-Multicarrier

-SpreadSpectrum

-AntennaSolutions

Powerfalloffwithdistanceisproportionaltod2infreespace,d4intwopathmodel

Empiricalmodelsusedin2Gsimulations

1）Okumuramodel

2）Hatamodel

AnalyticalapproximationtoOkumuramodel

3）Cost231Model:

ExtendsHatamodeltohigherfrequency（2GHz）

4）Walfish/Bertoni:

Cost231extensiontoincludediffractionfromrooftops

Randomattenuationduetoshadowingmodeledaslog-normal（empiricalparameters）[Theshadowingfadingsatisfieslog-normal对数正态distribution.]

Needtocombatflatandfrequency-selectivefading

Coherencebandwidth：

相干带宽，是一个在信号频谱可能出现的所有频率范围内信道可以近似认为近似恒定的最大带宽，即以在没一个这样大的带宽范围内，信道对信号的增益都可以近似为一个常数。

如果带宽大于了这个相干带宽，信号就会出现频率选择性衰落。

Dopplerspreadonlyimpactsdifferentialmodulationcausinganirreducibleerrorflooratlowdatarates

Dopplershift：

由于无线通信的两端存在相对运动所引起的接收信号频率出现漂移的现象称为多普勒频移。

运动速率越大，多普勒频率越大。

场强中值——具有50%概率的场强值称为场强中值

☆☆☆设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。

这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。

这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。

这里的信号中值是长区间中值。

Okumura模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于VHF和UHF频段。

该模型的特点是：

以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。

Okumura模型中准平坦地形大城市地区的中值路径损耗（dB）由下式给出

上式各部分的含义。

若某发射机发射功率、载波频率、通信距离给定，已知发射机的天线增益，求出在自由空间中的接收功率为多少dBm?

若某发射机发射功率为100W（瓦），请将其换算成dBm和dBW。

解：

100W=20dBw=50dBm

自由空间损耗L=32.45+20lgF+20lgD（注意公式中频率、距离等各部分的单位）

自由空间中距离天线d处的接收功率=PT–L

例2-1某一移动信道，工作频段为450MHz,基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为10km。

试求：

（1）传播路径损耗中值；

（2）若基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动台天线得到的信号功率中值。

解

（1）根据已知条件，自由空间传播损耗

[Lbs]=32.44+20lgf+20lgd

=32.44+20lg450+20lg10

=105.5dB

可得传播路径损耗中值为（需查图表，见PPT）

LA=LT=105.5+27+12=144.5dB

（2）中等起伏地市区中接收信号的功率中值

第3讲信源编码与调制技术

TheQPSKsysteminAWGNprovidesthesameBERwiththatofaBPSKsystem.

TheQPSKsysteminAWGNprovidesdifferentSERwiththatofaBPSKsystem.

ThespectrumefficiencyofQPSKinpass-bandis1bps/Hz.

Thespectrumefficiencyof16QAMinpass-bandis2bps/Hz.

Variable-RateVariable-PowerMQAM

In16QAMmode，every4bitsaremappedtoacomplexsymbol.

In64QAMmode，every6bitsaremappedtoacomplexsymbol.

ThefullspellingofOFDMisOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing.

ThefullspellingofOFDMAis_OrthogonalFrequencyDivision_MultipleAccess_.

OFDMefficientlyimplementedusingIFFTs/FFTs

OFDMsystemsshowhighspectrumefficiencycomparedtocorrespondingsinglecarriersystems.

Pleasepointout3advantagesoftheOFDMtechnique.

（1）高的频谱效率；

（2）能有效抵抗频率选择性衰落；（3）适合于自适应资源分配。

PleaseexplaintheprinciplethattheOFDMtechniquecanbeusedtocombatagainst（抑制）frequencyselectivefading.

答：

由于在OFDM系统中，基带调制映射后的复数数据流经过串并转换，经过OFDM调制，被加载在多个（假设为N个）互相正交的子载波上并行传输，对每路子载波，信号的带宽降低到了串并转换前的1/N，从而可以使得每个子载波的带宽小于信道的相干带宽，避免频率选择性衰落。

OFDMchallenges:

PAPR（Peak-to-AveragePowerRatio）;timing/frequencyoffset;fadingacrosssubcarriers

OFDMsystemsshowhighPAPR（峰均功率值比）comparedtosinglecarriersystems.

4GCellular,Wimax,802.11nalluseOFDM+MIMO

OFDMremovesISI,MIMOgivesdiversity/multiplexing

Codinggain：

在其他条件相同的情况下，编码后系统达到与未编码系统相比，取得相同的误码率所需的SNR减少的分贝数。

LDPCisakindoflinearblockcode（线性分组码）.

HARQ：

混合自动重传是基于CRC的检错重传机制与前向纠错编码混合的一种差错控制机制。

其基本的方法是在发射机对加CRC后的二进制序列进行纠错编码，在接收机完成纠错译码后，采用CRC校验后控制自动重发请求。

HARQ在3G后的系统中均得到了应用。

第4讲抗衰落分集技术IntroductiontoDiversity

1.什么是分集接收？

分集技术如何分类？

答：

是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。

它有两重含义：

一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。

分集接收是有效的抗衰落技术，分为宏分集和微分集两类，一般地常用的分集方法包括空间分集、时间分集、频率分集、极化分集、场分量分集和角度分集。

合并方式：

选择式（开关式）合并、最大比值合并（信噪比）和等增益合并。

Diversitygain（分集增益）：

通过采用基于MIMO的空间分集技术，在分集合并后，系统取得与不采用空间分集的SISO系统相比，达到同样BER所需要的SNR减少的分贝数。

（1）BasicIdea

Sendsamebitsoverindependentfadingpaths

Independentfadingpathsobtainedbytime,space,frequency,orpolarizationdiversity

Combinepathstomitigatefadingeffects

（2）CombiningTechniques:

合并技术

1）SelectionCombining（SC）

Fadingpathwithhighestgainused

2）MaximalRatioCombining（MRC）

AllpathscophasedandsummedwithoptimalweightingtomaximizecombineroutputSNR

3）EqualGainCombining（EC）

Allpathscophasedandsummedwithequalweighting

（3）Array/Diversitygain

Arraygainisfromnoiseaveraging（AWGNandfading）

DiversitygainischangeinBERslope（fading）

（4）MIMORXdesigntradescomplexityforperformance

Adaptationrequiresfast/accuratechannelestimation

2.Pleaseexplaintheprincipleofspatialdiversity.

答：

在MIMO系统中，通过采用多个发射天线和/或多个接收天线，利用多天线间距足够大时，不同的发射天线到同一根接收天线的信道在衰落上的相互独立性，或者1个发射天线到多个接收天线信道之间的相互独立性，在接收机采用优化的分集合并技术，使得合并后的系统，与不采用分集的SISO系统相比，能取得更好的通信质量或者说取得有效的分集增益。

3.Spatialmultiplexing：

空间复用是一种用于提高传输速率或者频谱效率的MIMO技术。

其基本原理是在发射机采用多个发射天线，每个发射天线发射一路独立的符号序列，相当于实现了多路独立数据的并行传输。

由于多个发射天线到同一接收天线的信道是相互独立的，这样在接收机可以采用某种有效信道均衡算法提取每个发射天线发射的符号。

当然均衡算法不同，多个发射天线到同一接收天线的信道相互干扰抑制能力也不同。

Spatialmultiplexing（空间复用）techniqueinMIMOsystemscanprovidehigherratecomparedtoaSISOsystem

Spatialdiversity（空间分集）inMIMOsystemscanprovidelowerBERcomparedtoaSISOsystem.

4.ISIcanbemitigatedthroughequalization,multicarriermodulation（MCM）orspreadspectrum

MCMsplitschannelintoNBflatfadingsubchannels

Channelequalization（信道均衡）：

在无线通信中，接收信号除开存在AWGN外，受信道传输的影响，信号的幅度和相位都会产生畸变。

在接收机通过估计信道，采用估计的信道在某种优化准则下，对接收信号的畸变相位进行补偿并对接收信号幅度进行调整的技术称为信道均衡。

典型的算法有迫零均衡和MMSE均衡算法等。

☆☆☆5.RAKEReceiver

利用各多径信号分量的能量，改善接收信号的质量

信号的频谱扩展使信号获得了频率分集的好处

多径信号的分离接收也是一种时间分集

RAKE接收机的原理图如下

6.PleaseexplaintheprincipleoftheRAKEreceiverinCDMAsystems.

答：

在宽带移动通信中，当系统存在频率选择性衰落时，接收机能够分辨多个传播路径，在接收机采用与发射机相同的PN序列做滑动相关，利用PN序列好的自相关性可以实现对每条多径传播信号的同步，对每路同步信号再进行信道均衡后基于某种优化的合并准则进行合并，便可以达到有效利用所有路径的信号能量，提高接收性能。

【接收机图】

1）Multibranchreceiver

BranchessynchronizedtodifferentMPcomponents

2）Thesecomponentscanbecoherentlycombined

UseSC,MRC,orEGC

3）RAKEreceiverscombineenergyofallMP

Usesamediversitycombiningtechniquesasbefore

第5讲蜂窝组网技术

1.Theuseofcellularstructureistorealizefrequencyreuse频率复用.

2.什么叫做位置区？

移动台位置登记有哪几种情