哈工大移动通信18章课后答案骄阳书苑.docx

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哈工大移动通信18章课后答案骄阳书苑

Chapter1

3、解：

（1）区别：

单工通信是通信双方交替地进行收信和发信，而双工通信是通信双方收、发信机同时进行。

（2）优缺点：

单工通信收、发信机可以使用同一副天线，而不需要天线共用器，设备简单，功耗小，但是操作不便，在使用过程中往往会出现通话断续现象；双工通信任何一方说话时都可以听到对方的语音，不用按“按-讲”开关，双方通话想室内电话通话一样，但是在使用过程中，不管是否发话，发射机总是工作，电能消耗大。

4、解：

（1）频分双工（FDD）：

特点是利用两个不同的频率来区分收、发信道，及对于发送和接收两种信号，采用不同频率进行传输；与TDD比较优点是基站覆盖面积大于FDD基站；移动台的移动速度高于TDD移动台；发射功率受限小于TDD。

（2）时分双工（TDD）：

特点是利用同一频率但是两个不同的时间段来区分收、发信道，即对于发送和接收两种信号，采用不同时间（间隙）进行传输。

与FDD比较优点是可以比较简单的根据对方的信号估计信道特征；TDD技术可以灵活的设置上行和下行转换时刻，有利于实现上、下行明显不对称的互联网业务；可以利用零碎的频段；不需要手法隔离器，只需要一个开关。

5、解：

（1）第一代蜂窝移动通信系统（1G）：

传输的无线信号为模拟量，利用蜂窝组网技术提高了频率利用率，解决了容量密度低、活动范围受限的问题，但是频率利用率低，通信容量有限，通话质量一般，保密性差，只是太多，标准不统一，互不兼容，不能提供给非话数据业务和自动漫游。

（2）第二代蜂窝移动通信系统（2G）：

具有数字传输的有点，并克服了模拟系统的很多缺点，话音质量、保密性能获得很到的提高，而且可以进行省内、省际自动漫游。

（3）第三代蜂窝移动通信系统（3G）：

第三代系统是第二代的演进和发展，在2G基础上，3G增加了强大的多媒体功能，同时具有较高的频谱利用率，还满足个人通信化要求。

（4）第四代蜂窝移动通信系统（4G）：

4G是3G的进一步演化，在传统基础上不断提高无线通信的网络效率和功能，同时是多项技术的结合包括传统移动通信领域的技术和宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的结合。

8、解：

3G技术的普及正使越来越多的人通过手机上网，4G技术的推荐将使手机上网用户数量产生飞跃。

手机的应用将取代手机的技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将使未来竞争的焦点。

宽带化、智能化、个性化、多媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。

补充题：

移动通信系统中的专网和公网的基本概念是什么？

两者有什么区别？

解：

（1）概念：

专用网是在给定业务范围内，为部门、行业、集团服务的专用移动通信系统。

公网是一个商业形实体，由运营商来运营，向用户提供服务的移动通信系统。

（2）两者之间的区别：

专用网是主要是满足本部门的工作需要而建立的，体现社会效益，公用网在体现社会效益的基础上以体现经济效益为主；专用网的用户只限本部门，公用网用户很广，用户是集团用户；专用网的频率利用率不高，但是公用网集中使用频率，提高了频率利用率。

Chapter2

2、解：

（a）发射功率：

PT（dBm）=10log[PT（mW）]=10log[100*103mW]=50dBm

（b）发射功率：

PT（dBW）=10log[PT（W）]=10log[100W]=20dBm

当d=100m时，接收功率：

PR=

==7*10-6w=-21.5dBm

3、解：

PR=

（1）当d=10m时：

∵

==1dBm，

=c/f

∴（3*108/（5*109*4*π*10））2PT=1dBm

∴PT=5.5*103W

（2）当d=100m时：

∵

==1dBm，

=c/f

∴（3*108/（5*109*4*π*100））2PT=1dBm

∴PT=5.5*105W

6、解：

∵

∴fd=（60/3.6）/[3*108/（800*106）]cos

所以当移动时，

=-π,fd=-44.4Hz

7、解：

（1）原因：

多普勒频移引起的的频谱扩展和多径传播时延引起的时间弥散。

（2）当

时，

8、解：

相关带宽越大，传输信号的带宽越大，多径时延越大带宽越小。

9、解：

（1）信道具有恒定增益和线性相位，并且相关带宽小于发送信号带宽，则此信道

特性会导致接受的信号产生频率选择性衰落。

当信道的相关时间比发送信号的周期短，且基带信道的带宽Bs小于多普勒扩展BD时，信道冲激响应在符号周期内变化很快从而导致信号失真，产生的衰落为快衰落。

（2）原因：

Bs>Bc,信道中发送信号的时间色散引起频率选择性衰减，信号会因色散而产生符号间干扰，从频域来看，接收信号的不同频率会获得不同增益。

Ts>Tc,信道的相关时间比发送信号的周期短，且基带信道的带宽Bs小于多普勒扩展BD时，信道冲激响应在符号周期内变化很快产生快衰减。

10.解：

（1）特性：

路径传输损耗是信道信号随无线电波传输距离变化而变化，是大尺度

衰落，距离增加，衰减增加，衰减缓慢；阴影衰落是传播环境中地形变化、建筑物以及其他障碍物对无线电波的遮挡而引起的衰落，是到大尺度衰落，距离增加，衰减增加，衰减缓慢；多径衰落是无线电波在传播过程中受散射体作用导致接收到的信号是多个路径传来的不同相位、幅度、到达时间的信号的叠加，是小尺度衰落，极短时间极短距离中明显的波动衰落。

（3）模型：

瑞利分布，发射机和接收机之间没有直射波途径；莱斯分布，混合信号

包络近似为瑞利分布，发射机和接收机之间有直射波途径，且当信号中没有主导分量时，莱斯分布转化为瑞利分布，主导信号加强时，趋近于高斯分布；Nakagami-m分布。

对于无线信道的描述具有很好的适应性。

m=1时，称为瑞利分布；m较大时，接近于高斯分布。

11、解：

自由空间传输损耗：

=32.45+20lg400+20lg10=104.49dB

市区准平滑地形损耗中值：

=104.49dB+15dB-（-5dB）+0=124.49dB

12、解：

E（

）=

=4.38us

=21.07us

=

=1.374us

∵

∴

=1/（2πBc）

当Bc=30kHz时，

=1/（2π*30*103）=5.305us>1.374us,AMPS适合。

当Bc=200kHz时，

=1/（2π*200*103）=0.796us<1.374us,GSM适合。

Chapter3

2.解：

（1）语音压缩编码3类：

波形编码、参量编码、混合编码。

（2）混合编码。

3.解：

①速率较低，纯编码速率应低于16kbps。

②在一定编码速率下的音质应尽可能的高。

③编码时延要短，控制在几十毫秒内。

④编码算法应具有较好的抗误扰码性能，计算量小，性能稳定。

⑤算法复杂度适中，编译码器应便于大规模集成。

4.解：

（1）预处理：

语音先进行预处理，即除去直流分量和进行预加重。

（2）LPC分析：

按照线性预编码的原理求预测滤波器的系数，按帧处理，每帧计算一次滤波器系数。

（3）短时分析滤波：

对信号做短时预测分析，产生短时残差信号，即将信号加于预测滤波器，求出预测值

和残差d。

（4）长时预测：

在进行一次长期预测，以去掉其冗余并优化。

（5）规则脉冲编码：

对残差量化编码，简化编码比特且使合成波形失真较小。

5.解：

CELP编码是一种用码本（Codebook）来作为激励的编码方法，即把残差信号可

能出现的各种样值事先储存在储存器中。

在收发两端各有一个码本，再线性预测时，现在对方的码本中检查出与此信号最接近的样值组合的地址码，然后将地址码发送给对方，对方收到这个地址码可从自己的码本中取出这个地址的残差信号加到滤波器上，就可得到重建的话音。

10、解：

（1）编码网格图：

（2）编码输出为：

[111001010101010011111001]，编码输出对应途径见编码网格图中红线。

（3）可能信道：

A、信息序列：

[11010]B、信息序列：

[10100]C、信息序列：

[10010]

12、解：

（1）一般Turbo码有的两个递归卷积码编码器，他们有相同的生成多项式，且有反馈存在，其冲击响应是个无限序列，由于RSC码比一般的非递归卷积码有更大的自由距离，因此有更强的抗干扰能力，误比特率更低。

（2）Turbo码通过迭代绕过了长码计算复杂的问题导致时延，所以对实时性要求很高的场合，Turbo码在实际应用中受到限制。

补充题：

1.码字的最小码距与纠检错能力的关系。

解：

①为检测e个错码，要求最小码距：

②为纠正t个错码，要求最小码距：

③为纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距：

2.试根据Turbo码的编码框图和解码框图简述其编码和解码的过程。

解：

（1）编码：

典型的Turbo码编码器结构下面框图所示：

由两个反馈的编码器（称为成员编码器）通过一个交织器I并行连接而成。

如果必要，由成员编码器输出的序列经过删余阵，从而可以产生一系列不同码率的码。

例如，对于生成矩阵为g=[g1,g2]的（2，1，2）卷积码通过编码后，如果进行删余，则得到码率为1/2的编码输出序列；如果不进行删余，得到的码率为1/3。

一般情况下，Turbo码成员编码器是RSC编码器。

原因在于递归编码器可以改善码的比特误码率性能。

（2）解码：

由于Turbo码是由两个或多个分量码经过不同交织后对同一信息序列进行编码，Turbo码译码算法为了更好利用译码器之间的信息，译码算法所用的应是软判决信息而不是硬判决。

一个由两个分量码构成Turbo码的译码器是由两个与分量码对应的译码单元和交织器组成的，将一个译码单元的软输出信息作为下一个译码单元的输入，为了获得更好的译码性能，将此过程迭代数次。

3.信道交织的原理是什么，主要解决什么问题？

解：

（1）交织就是把码字的b个比特分散到n个帧中，以改变比特间的邻近关系，因此n值越大，传输特性越好，但传输时延也越大，所以在实际使用中必须作折衷考虑。

（2）解决纠正多个突发差错的问题，将一个有记忆的突发信道改造成一个随机独立差错信道。

4.已知信道的相干时间为T=10ms，编码比特的传输速率为R=50kbit/s，对于（7，4）分组码交织器欲使相邻编码比特之间的衰落独立，求平均交织时延及所需要的存储量。

解：

∵Ts=0.02msTc=10msdTs≥Tcd≥500

∴交织演示：

t=dTs=10ms

交织量：

x=d*n=3500

5.对于下面所描绘的格图，已知初始状态为00，信息比特序列为U=[0110101101]，请写出相应的状态序列和编码输出。

解：

（1）状态序列：

 00-00-10-11-01-10-01-10-11-01-10

（2）编码输出：

[ 001101 010010 000101 00]

第四章

二进制信息101101的波形示意图

解：

波形图

OOK信号

OOK是0幅度取为0，另1幅度为非0.

2FSK信号

码元“1”，“0”所对应的频率不同。

2PSK信号

2PSK信号取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”，调制后载波与未调载波反相；而取“1”和“0”时调制后，载波相位差为180°

2DPSK信号

2PDSK信号的载波当前相位与前一时刻的载波相位差值传递信息。

QPSK、OQPSK、π/4APSK调制方式的优缺点，在衰落信道中一般选用哪种调制方式

答：

（1）优缺点：

QPSK：

优点：

具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性能，在电路中容易实现；缺点：

有相位模糊，码元交替处的载波相位会发生突变，使调相波的包络出现零点，从而引起较大的包络起伏，其功率会产生很强的旁瓣分量。

DQPS相比于QPSK相位跳变小，频谱特性好，旁瓣的幅度小一些；

π/4-QPSK：

能够非相干解调，在多径衰落信道中比QPSK性能好，比QPSK具有很好的恒包络性质，但是不如OQPSK。

（2）在衰落信道中通常用π/4-QPSK方式，因为π/4QPSK能够非相干解调的优点，在多径衰落信道中比QPSK性能好。

QPSK、OQPSK、π/4QPSK信号相位跳变在信号星座图上的路径有什么不同

答：

QPSK的星座图过原点，码元间相位跳变是180°

OQPSK的星座图不过原点，相位跳变是0°或90°

π/4-QPSK的星座图不过原点，相位跳变是135°。

8、什么是OFDM信号？

为什么可以有效抵抗频率选择性衰落？

答：

OPDM信号是正交频分复用信号，把高速的数据流通过串并变换，并且分配到多个并行的正交子载波上，同时进行传输。

OFDM信号是将高速串行的数据流通过串并变换，分配到并行的各个子载波上传输，从而使得每个子载波上数据符号持续长度增加，OFDM符号长度远远大于信道的最大时延扩展，可以消除时间弥散信道所带来的符号间干扰，抵抗选择性衰落。

9、OFDM系统中CP的作用是什么？

解：

保护子载波之间的正交性，消除子载波间干扰。

11若4ASK调制的误码率为P4，推到方形16QAM调制的误码率

.解：

4ASK调制的误码率：

即可得到方形16QAM调制的误码率：

。

设有dmin=sqrt

（2）的4ASK星座，求多增加一比特输出且仍然保持dmin不变所需要的能量增加

16（1解：

（2）输出符号序列：

17、解：

（1）、

（2）

（3）

18、

4）8PSK有可能，8QAM不可能。

5）

第五章

简要说明直接序列扩频和解扩的原理

答：

扩频：

待传输信息信号的频谱与高速率的伪噪声码波形相乘后扩展频谱，成为宽频带信号。

解扩：

在接收端产生一个与发信机中伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理。

为什么扩频信号能有效抑制窄带干扰？

答：

因为干扰信号和本地参考伪噪声进行相关处理后，频带被扩展，干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，从而降低了干扰信号的功率谱密度，然后通过相关处理后再通过中频滤波器的通频带很窄，因此绝大部分的干扰信号和噪声信号的功率会被中频滤波器滤除，达到抑制窄带干扰的目的。

6、解释频率跳变扩展系统抵抗宽带干扰和窄带干扰的物理机制

答：

宽带干扰信号的能量分布在较宽的频带上，接收机通过窄带滤波器能将大部分能量滤除；窄带干扰信号，接收机可以通过躲避的办法，不让干扰信号通过接收机中的中频滤波器。

因而宽带干扰，是跳频接收机将干扰信号的能量在较宽的频带上进行了平均；窄带干扰，跳频接收机将干扰信号的能量在较长的时间段内进行了平均。

11、RAKE接收机的工作原理是什么？

答：

RAKE接收机由一组相关器构成，每个相关器和多径信号中的一个不同时延的分量同步，输出的是携带相同信息不同时延的信号，这些信号以适当的时延对齐后按照某种方式进行合并就可以增加信号的能量，从而改善信噪比。

12、分集接受技术的指导思想是什么？

答：

分散传输：

收端获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号；

集中处理：

收到的多个统计独立的衰落信号会进行合并以降低衰落对信号的影响。

13、什么是宏观分集和微观分集？

移动通信中常用哪些微观分集？

答：

宏观分集是用来对抗楼房等物体的阴影效应的分集。

微观分集是用来对抗多径衰落的分集技术。

移动通信通常在多径衰落时用微观分集如空间分集、角度分集、频率分集、角度分集、时间分集。

14、合并方式有哪几种？

哪一种可以获得最大的输出信噪比？

为什么？

答：

合并的方式最大比值合并、等增益合并、选择式合并。

最大比值合并可以获得最大的输出信噪比。

最大比值合并的改善因子的改善效果最佳。

补充题：

证明MAC接收分集中，能使输出信噪比

最大化的加权系数

为

。

同时证明，在该加权系数下

解：

合并后信号：

，信噪比最大，合并后输出为：

，其中

为每条支路上的噪声功率。

本题说明，由于阵列增益的原因，即使没有衰落，分集合并也能带来性能增益。

考虑N支路的分集合并系统，每个支路是信噪比为

的AWGN信道。

假设采用M=4的M-QAM调制，其误码率近似为

，其中

是接收信噪比。

求N=1时的

MRC下，求使

<

的N。

解：

（1）因为

，所以当N=1时，

=0.00135

（2）因为

<

，所以N>2.44,则Nmin=3.

3.下行MIMO技术都包括哪几种，其具体工作原理是什么？

解：

空间复用、波束赋形和传输分集

空间复用：

发射的高速数据被分成几个并行的低速数据流，在同一频带从多个天线同时发射出去。

波束赋形：

一种应用于小间距的天线阵列多天线传输技术，其主要原理是利用空间的强相关性及波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使辐射方向图的主瓣自适应的指向用户来波方向，从而提高性噪比，提高系统容量或者覆盖范围。

传输分集：

发射分集就是在发射端使用多幅发射天线发射相同的信息，接收端获得比单天线高的信噪比。

4.均衡器的分类有哪些。

解：

线性时域均衡器、非线性时域均衡器和单载波频域均衡器、多载波频域均衡器。

第六章

大区制和小区制的主要区别是什么？

分别适用于怎样的场合？

答：

区别：

大区制是由一个基站覆盖整个城市或地区。

大区制的通信容量小；小区制是将整个服务区域划分成多个无线电区，每个小区都由一个基站控制，各个小区可以相互通信，小区制通信容量大。

适用场合：

大区制：

用户密度不大或通信容量小的系统；

小区制：

用户密度较大或通信容量较大的系统。

为什么蜂窝网要采用六边形？

答：

正六边形最接近理想的圆形辐射模式，覆盖面积最大，重叠面积最小，从而使得基站数量最小，无线频率个数最少。

比较顶点激励与中心激励的区别，说明顶点激励的优点

答：

区别：

“顶点激励”采用定点天线，在每个蜂房相间的三个顶角上设置基站；“中心激励”在无线区的中心设置基站，采用全向天线覆盖。

优点：

定点激励可以消除障碍物阴影，从而降低干扰；允许较小的同频复用距离，降低构成小区单位小区簇的无线区数，简化设备，降低成本。

如何选取频分复用因子？

答：

由

，其中Q为同频复用因子，D为同频复用距离，R为小区的辐射半径，NR为小区数量。

可得小的小区簇Q小，同频干扰变大；大的小区簇Q大，同频干扰减小。

解：

因为

可得

=3.71

从而：

N=4.59=5

解：

信道差值阵列：

295342

1114876

1617129

192114

2323

存在相同的两个值，所以不是三阶互调波道组。

无三阶互调波道信道序列直观性强，用其反响的差值序列有些不便且频率利用与不高。

第七章

1.Systemstructureconclude:

MobileStation,BaseTransceiver,BaseStationController,BaseStationSystem,MobileSwitchingCentre,VisitorLocationRegister,HomeLocationRegister,AuthenticationCentre,EquipmentIdentityRegister,OperationsandMaintenanceCentre.

2.GSM采用的是TDMA体制，物理信道是载频上的一个TDMA时隙。

GSM的时隙帧结构由5个层次：

时隙、TDMA帧、复帧、超帧、和超高帧。

时隙：

物理信道的基本单元。

TDMA帧：

由8个时隙组成，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。

复帧：

有两种类型，其一是由26个TDMA帧组成的复帧。

另一种是由51个TDMA帧组成的复帧。

超帧：

由51个26帧组成的复帧或26个由51帧组成的复帧结构。

超高帧：

等于2048个超帧。

3.ＧＳＭ系统对每个物理信道进行“信道复用”，在传输过程中把逻辑信道按照一定指配方法放到相应的物理信道上，这种指配方法即是ＧＳＭ系统中逻辑信道与物理信道间的映射。

（１）ＤＣＨ和ＣＣＣＨ在ＴＳ０上的复用。

一个基站有Ｎ个载频，每个载频有８个时隙。

我们将载波定义为Ｃ０，Ｃ１，……，Ｃ７。

下行链路从Ｃ０的第０个时隙（ＴＳ０）开始，Ｃ０的第０个时隙（ＴＳ０）只用于映射控制信道，Ｃ０也称为广播控制信道。

BCCH和CCCH共占用51个TS0时隙。

尽管只占用了每一帧的TS0时隙，但从时间上讲长度为51个TDMA帧。

作为一种复帧，以每出现一个空闲帧作为此复帧的结束，在空闲帧之后，复帧再从F、S开始进行新的复帧。

以此方法进行重复，即时分复用构成ＴＤＭＡ的复帧结构。

（２）ＳＤＣＣＨ和ＳＡＣＣＨ在ＴＳ１上的复用。

下行链路Ｃ０上的ＴＳ１时隙用来将专用控制信道映射到物理信道上，上行链路Ｃ０上的ＴＳ1与下行链路C0上的TS1具有相同的结构，只是他们在时间上有一个偏移，即意味着对于一个移动台可同时双向接续。

载频上的上行、下行的TS0和TS1供控制逻辑信道使用。

ＳＤＣＣＨ与ＳＡＣＣＨ在ＴＳ１上的复用（下行）

ＳＤＣＣＨ与ＳＡＣＣＨ在ＴＳ１上的复用（上行）

（３）ＴＣＨ在ＴＳ２上的复用

上行链路的ＴＣＨ与下行链路的ＴＣＨ结构完全一样，只是有一个时间的偏移。

时间偏移为３个ＴＳ，也就是说上行的TS2与下行的TS2不同时出现，表明移动台的收发不必同时进行。

TCH的复用

4.GSM系统中的抗干扰技术：

1信道编解码技术：

同时使用了分组码和卷积吗这两种差错控制编码。

2交织编码技术：

采用二交织的方法，信道编码后首先进行内部交织，再进行块间交织。

3跳频技术

5.位置登记：

在MS接入GSM网络时，MSC根据客户发送的IMSI中的H1H2H3消息，向该

客户的归属位置寄存器（HLR）发送新的位置信息，更新MS的位置区别码。

MS非首次开机时的入网更新

6．漫游用户呼叫转移示意图：

7.在通话过程中,移动台不断向所在小区基站报告本小区和相邻小区基站的无线电环境参数。

本小区基站判断是否应该进行越区切换。

当满足越区切换条件时，基站向ＭＳＣ发送越区切换请求，越区切换请求信息包括ＩＭＳＩ和新基站位置码。

ＭＳＣ立刻判断此新基站位置码是否属于本ＭＳＣ辖区，若确认是否属于本ＭＳＣ辖区的ＢＳ，ＭＳＣ则通知ＶＬＲ为其寻找一空闲信道。

ＶＬＲ将找到的信道号及ＩＭＳＩ传送给ＭＳＣ，而ＭＳＣ将信道的频率值及ＩＭＳＩ经过本区的ＢＳ发送给MS，MS根据信道的频率值将工作频率切换到新的频率点上，并进行环路核准。

核准信息经MSC核准后，MSC通知BS释放原信道。

至此，MS完成了一次越区切换。

若环路核准不符，则BS重发，直到核准正确为止。

越区切换流程图:

8.该波道组有三阶互调干扰。

当选用无三阶互调波道组工作时，在占用的频段内，只能使用一部分波道，因而频段利用率低而且用的波道数越多，频段利用率越低。

第八章

1.前向信道包括1个导频信道，1个同步信道，至多7个寻呼信道以及多个前向业务信道。

导频信道：

用于传送导频信息，其作用为：

移动台通过此信道可以快速而精确地捕获信道的定时信息，与之同步，并提取相干载波进行信号的解调。

移动台通过对周围基站的导频信号轻度进行检测和比较，从而决定是否进行越区切换。

同步信道：

用于传输同步信息，各移动台可以利用这些信息进行同步捕获。

同步信道在同步捕捉阶段使用，一旦捕捉成功，一般就不再使用。

其数据速率是固定的，为1200b/s。

寻呼信道：

其功能包括向覆盖区域内的移动台广播系统配置参数，在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息向尚未分配业务信道的移动台