哈工大电信学院移动通信第二次作业教材.docx

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哈工大电信学院移动通信第二次作业教材

第四章调制技术

4.1设发送的二进制信息为1011001，分别画出OOK、2FSK、2PSK及2DPSK信号的波形示意图，并注意观察其时间波形上各有什么特点。

4.3QPSK、OQPSK与p/4-QPSK调制方式的各自优缺点是什么？

在衰落信道中一般选用哪种调制方式更合适？

为什么？

答：

（1）QPSK、DQPSK、π/4-QPSK的优缺点：

优点：

QPSK：

具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性能，同时在电路中容易实现；

DQPSK：

最多只能有90度相位的跳变，相位跳变较小，旁瓣的幅度较小一些，而且没有包络零点。

缺点是；

π/4-QPSK：

具有能够非相干解调的优点，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。

既能够非相干解调，又能够非相干解调，也可以非线性放大，可得到高效率的功放。

并且多径衰落信道中比QPSK性能更好，是适于数字移动通信系统的调制方式之一。

缺点：

QPSK：

有相位模糊问题，在其码元交替处的载波相位突变，产生的180°的载波跃变会使调相波的包络上出现零点，引起较大的包络起伏，其功率将产生很强的旁瓣分量。

DQPSK:

没有实现相位跳变的连续变化，且信号的动态范围较小。

π/4-QPSK：

是最大相位跳变为135°，恒包络特性不如OQPSK。

（2）在衰落信道中一般采用π/4-QPSK的调制方式更合适，因为多径衰落使得相干

检测十分困难，从而采用差分检测，在差分检测中，OQPSK性能较QPSK差，为了兼顾频带效率高，包络幅度小和能采用差分检测，从而选择π/4-QPSK。

4.4QPSK、OQPSK与/4-QPSK信号相位跳变在型号星座图上的路径有什么不同？

答：

（1）.QPSK的星座图过原点，相邻码元间转变的相移路径的相位变化为90°或180°，如从（1,1）变到（0,1），相移路径从（1,1）点旋转90°到（0,1）点；从（1,1）变到（0,0），相移路径（1,1）点旋转180°到00点。

（2）.OQPSK的星座图不过原点，相邻码元间转变的相移路径的相位变化为0°或90°，如从（1,1）变到（0,1），相移路径从（1,1）点旋转90°到（0,1）点；从（1,1）变到（0,0），相移路径（1,1）点旋转0°到（0,0）点。

（3）.π/4-QPSK的星座图不过原点，相邻码元间转变的相移路径与前有很大不同两个不同，它是通过两次跳变才跳转到目的码元，且码元间的相位跳变是135°。

4.8什么是OFDM信号？

为什么它可以有效的抵抗频率选择性衰落？

答：

OFDM可以看作是MFSK和另一种多进制数字调制（如MPSK或QAM）的结合：

首先，有多个载频，各载频两两相互正交。

其次，每个载频都采用多进制传输。

高速的数据流经OFDM后被串并变换，分配到多个并行的正交子载波上，同时进行数据传输。

高速的数据流经过OFDM后被串并转换，分配到多个并行的正交子载波上，同时进行数据传输。

假设系统总带宽为B，被分为N个子信道，则每个子信道带宽为B/N，每路数据的传输速率为系统总的传输率的1/N，及符号周期为原来的N倍，远大于信道的最大延迟拓展。

所以OFDM系统将宽带信道转化为许多并行的正交子信道的同时实现了将频率选择性信道转化为一系列频率平坦衰落信道的，减轻了码间干扰。

由于OFDM系统各个子载波频谱相互重叠，提高了频谱利用效率。

同时可以通过在OFDM系统中引入循环前缀（CP）来消除时间弥散信道的影响。

只要CP长度大于信道最大时延，就可以完全消除符号间干扰和子载波间干扰。

4.9OFDM系统中CP的作用是什么？

答：

CP是用来消除时间弥散信道的影响。

只要CP长度大于信道最大时延，就可以完全消除符号间干扰和子载波间干扰。

为了保持原信息传输速率不变，信号的抽样速率应提高到原来的1+N/g倍。

4.11若4ASK调制的误码率为P4，试推导方形16QAM调制的误码率。

解：

由4ASK调制的误码率：

得到方形16QAM调制的误码率为：

。

4.13设有dmin=sqrt

（2）的4ASK星座，求增加1比特输出（8ASK）且仍然保持dmin不变（即误码率不变）所需要的能量增量。

解：

4.16对于差分8PSK，列出格雷编码时比时序列和相位变化的对应关系，然后给出比特序列101110100101110对应的调制输出的符号序列，设信息从第k个码元时间开始发送，且第（k+1）个码元时间发送的符号为s（k-1）=Ae

解：

（1）

二进制

000

001

010

011

100

101

110

111

格雷码

000

001

011

010

110

111

101

100

0

（2）输出符号序列：

4.17

/4-QPSK调制可以看做两个QPSK系统，它们的星座图相对旋转了

/4。

（1）、画出/4-QPSK的信号空间图。

（2）、安格雷规则标出每个星座点对应的比特序列。

（3）、切比特序列010*********通过/4-QPSK基带调制发送的符号序列。

解：

（1）、

（2）

（3）10101101100111

4.18考虑下图所示的八星制星座图

（1）、若8QAM中星座点间的最小距离为A，求内圆与外圆半径a、b。

（2）、若8PSK中相邻坐标点的间距A，求半径r。

（3）、求这两种星座图的平均发送功率，并作比较。

这两个星座图相对的功率增益是多少？

（4）、对于这两个星座图，有无可能使相邻星座点表示的三比特中只相差一比特？

（5）、如果比特率为90Mbps，求符号速率。

解：

（1）a=

/2A

b=（

）a=

A

（2）

（3）

8QAM：

8PSK：

（8PSK和8QAM）相对的功率增益：

（4）8PSK有可能，8QAM不可能。

（5）

第五章链路性能增强技术

5.1简要说明直接序列扩频和解扩的原理。

答：

直接序列扩频原理：

直接用具有高码片速率的扩频码序列去扩展数字信号的频谱。

在接收端，用相同的扩频码序列将频谱展宽的扩频信号还原为原始信号。

直接序列扩频通信系统的原理图如下：

由信源产生的信息流{an}变换为二进制数字信号的d（t）。

d（t）与一个高速率的二进制伪噪声码c（t）相乘，得到复合信号d（t）c（t）,这就扩展了传输信号的带宽。

频谱扩展后的复合信号d（t）c（t）对载波cos（2f0t）进行调制，得到射频信号s（t）,然后通过发射机和天线送入信道中传输。

解扩原理：

在接收端，接收到的射频信号经过下变频后得到中频信号，通常中频信号是由N个发射信号和干扰及噪声组成的混合信号。

它与和发射端同步的参考伪噪声码所调制的本地扩频码进行扩频解调，将宽带信号变为窄带信号，当这两个信号相关性很好时，得到最大的相关峰值。

窄带信号经数据检测器恢复成原始信号。

5.2、为什么扩频信号能够有效抑制窄带干扰？

答：

扩频信号能够有效的抑制窄带干扰是因为在接收机同时接收到窄带噪声和多径干扰和有用信号时，窄带噪声和干扰信号与本地参考伪噪声码不相关，在进行相关处理时，其频带被扩展，也就是干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，降低了干扰信号的电平（单位频率内的能量或功率）。

但是由于有用信号和本地参考伪噪声码有良好的相关性，在通过相关处理后被压缩到中心频率为fIF、带宽为Bb的频带内，因为相关器后的中频滤波器通频带很窄，通常为Bb=2Rb，所以中频滤波器只输出被基带信号调制的中频信号和落在滤波器铜带内的那部分干扰信号和噪声，而绝大部分的干扰信号和噪声功率被中频滤波器滤除，这样就大大地改善了系统的输出信噪比。

5.6、试解释频率跳变扩频系统有效抵抗宽带干扰和窄带干扰的物理机制。

答：

跳变扩频系统抵抗宽带干扰和窄带干扰的物理机理为：

假设：

对于所有的k，上式都成立。

上式的物理含义是，书上式（5-28）中的第二项（混频后的和频）的所有信号分量都远远地落在了中频滤波器的通带之外。

因此第二项为0。

Bb是信息信号d（t）的带宽（单边）。

由闸门函数的定义知：

因而有：

从上式可看出，跳频信号已经被解扩（解跳）。

由于d（t）的带宽为Bb。

上式表明，只要

，解跳后的中频信号可以无失真地通过中频滤波器，经解调器解调后，即可恢复出发射端传来的信息信号d（t-Td）。

对于宽带干扰，由于干扰信号的能量分布在一个较宽的频带上，接收机通过窄带滤波器讲大部分能量滤除；而对于窄带干扰信号，接收机通过躲避的办法，在大部分时间内不让干扰信号通过接收机中的中频滤波器。

5.11、RAKE接收机的工作原理是什么？

答：

RAKE接收机的工作原理：

对接收机接到那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻能够对齐，并按照某种方法合并，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果，提高信号的信噪比。

RAKE接收机主要由一组相关器构成，每个相关器和多径信号中的一个不同时延的分量同步，输出的就是携带相同信息时延不同的信号，把这些信号以适当的时延对齐，然后按照某种方式合并，就可以增加信号的能量，改善信噪比。

5.12分集接收技术的指导思想是什么？

答：

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，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（包括选择和组合）以降低衰落的影响，所以分集接收技术的指导思想是在接收端把多径信号分离出来，使其互不相干，同时利用收到的

个分集信号来减小衰落的影响。

5.13、什么是宏观分集和微观分集？

在移动通信中常用哪些微观分集？

答：

1.用来对抗多径衰落的分集技术叫做微分集，如：

用来对抗楼房等物体的阴影效应的分集。

以克服长期衰落为目的，用来对抗楼房等物体的阴影效应的分集叫做宏分集。

2.在移动通信中常用的微分集有频率分集、极化分集、场分量分集、角度分集、时间分集。

5.14、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：

（1）合并方式有选择式合并、最大比值合并和等增益合并。

（2）最大比值合并方式能够获得最大的输出信噪比，因为最大比值合并的改善因子的改善效果最佳。

最大比值合并方式的输出信噪比（SNR）等于各支路的SNR之和，所以，即使每路信号都比较差，没有一路信号可以单独解出来时，最大比值算法仍有可能合成一个达到SNR要求的可解调信号。

附加题：

1、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

证明：

合并后信号：

，信噪比最大，合并后输出为：

，

为每条支路上的噪声功率。

又因为输出信噪比和各支路信噪比：

：

；

所以

所以

当且仅当

，C为常数，时等号成立

所以

所以

2、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。

（a）求N=1时的

（b）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？

答：

下行MIMO技术包括空间复用、波束赋形和传输分集技术。

（1）、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。

（2）、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。

（3）、传输分集：

利用多条传输相同信息且具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰响，只要几个信号之间是相互独立的，经恰当的合并就能得到最大的信号增益。

4.均衡器的分类有哪些。

答：

均衡器分为线性均衡器，非线性均衡器,自适应均衡器

线性均衡器分为横向均衡器和线性反馈均衡器。

非线性均衡器分为判决反馈均衡器和最大似然估计均衡器。

第六章移动通信网技术

6.1、大区制和小区制这两种区域覆盖方式的主要区别是什么？

分别适用于怎样的应用场合？

答：

1.主要区别：

相同地理面积架设的基站，大区制是由一个基站覆盖整个城市或地区且通信容量小；小区制则是将整个服务区域划分成多个无线电区，每个区有一个基站控制，同时各个小区又在统一控制下可以通信且通信容量大。

2.场合：

大区制适用于用户密度不大或通信容量较小的系统；小区制主要用于在用户密度较大或通信容量较大的情况下。

6.2、威慑呢蜂窝网要采用正六边形？

答：

在服务区面积一定的情况下，与正三角形，正方形相比，正六边形的小区最接近理想的圆形辐射模式，覆盖面积最大，他们之间的重叠面积最小，可用最少数目的小区就能覆盖整个地理区域，因此用正六边形覆盖整个服务区所需要的基站数最少，无线频率个数最少。

6.3、比较顶点激励与中心激励的区别，并说明顶点激励的优点。

答：

区别：

中心激励：

基站位于无限区的中心，采用全向天线实现无线区的覆盖。

顶点激励：

每个蜂房相间的三个顶角上设置基站，并采用三个互成120°扇形覆盖的定向天线来实现小区覆盖。

优点：

由于顶点激励方式采用定向天线，除了对消除障碍物阴影有利外，对来自120°主瓣之外的同信道干扰信号，天线方向性能提供一定的隔离度，消除障碍物阴影，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，进一步提高了频率复用率，简化了设备，降低了成本。

6.5、如何选取复用因子？

答：

同频复用因子Q为同频复用距离与小区半径的比值，即Q=D，

，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。

小的小区簇Q小，同频干扰大；大的小区簇Q大，同频干扰小。

Q值的选取往R

往是综合考虑用户容量和服务质量的结果，Q值越大，话音质量就越好，因为此时的同频干扰越小；Q值越小，则容量越大，相同小区半径下同频干扰将越大。

因此选取的Q值往往是二者的折中。

6.6、在正六边形小区组成的小区簇内，个小区的半径相同，基站功率相同冰之在小区中心。

为保证此蜂窝系统具有良好的性能，要求接受信干比SIR=15dB，并假设带来同频干扰的小区主要是第一层的六个同频小区。

求当路径损耗n=4时，要获得最大的容量需要多大的频率复用因子Q和簇大小N？

解：

∵

∴

∴

=3.71

∴N=4.59=5

求得：

N=4.59取N=5

6.7、检验波道信号为1、3、12、17、20、24、26的波道组是否为无三阶波道组？

选用无三

阶互调波道组工作的利弊如何？

答：

信道差值阵列：

295342

1114876

1617129

192114

2323

因为存在相同的两个值，所以不是三阶互调波道组。

选用三阶互调波道组，信道序列直观性强，但是用其反响的差值序列有些不便且频率利用

与不高，可以避免产生三阶互调干扰频率，提高通信质量。

但是占用频道数增加，从而降

低频道利用率。