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1、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 Technical terms explanation（10题，30分）二、问答题 Answer the following questions（6题，40分）三、综合题 Comprehensive questions（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：Mobile

2、communications：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。Spectrum efficiency: 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。Cellular Systems多址技术：实现不同地点、不同用户接入网络的技术。OFDMTDMALTETD-LTE 即 Time Division Long Term Evolution（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

3、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：Home Location Register，归属地位置寄存器VLR：Visiting Location Register，访问地位置寄存器Spread SpectrumPath LossShadowingMultipath FadingDoppler shiftFade Margin：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

4、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：Industrial Scientific Medical Band，工业、科学以及医学无线电频段Diversity gain (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

5、集的SISO系统相比，达到同样BER所需要的SNR减少的分贝数Soft handoffHard handoff第1讲 概述Evolution of Current Systems1. Wireless systems today3G Cellular: 200-300 Kbps.WLANs: 450 Mbps (and growing).Next Generation is in the works4G Cellular: OFDM/MIMO4G WLANs: Wide open2. Current Wireless SystemsCellular SystemsWireless LANsWi

6、maxSatellite SystemsBluetoothZigbee radios3. Cellular Systems: Reuse channels to maximize capacityGeographic region divided into cells【The cellular concepts are proposed by Bell Labs】Frequency/time slots/codes/ reused at spatially-separated locations.4. 3G Cellular Design: Voice and DataData is burs

7、ty, whereas voice is continuousTypically require different access and routing strategies 3G “widens the data pipe”:384 Kbps (802.11n has 100s of Mbps).Standard based on wideband CDMAPacket-based switching for both voice and data5. 4G/LTE/IMT Advanced Much higher peak data rates (50-100 Mbps)Greater

8、spectral efficiency (bits/s/Hz)Flexible use of up to 100 MHz of spectrumLow packet latency (5ms).Increased system capacityReduced cost-per-bitSupport for multimedia3G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Radio Environment:Path LossShadow FadingMult

9、ipathInterferenceInfrared Versus RadioDoppler Spread1. 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

10、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

11、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。Link Performance Measures Efficiency:Spectral Efficiency: a measure of the data rate per unit bandwidth for a given bit error probability and

12、 transmitted powerPower Efficiency: a measure of the required received power to achieve a given data rate for a given error probability and bandwidthHOW DO WE OVERCOME THE LIMITATIONS IMPOSED BY THE RADIO CHANNEL? Flat Fading Counter measures - Fade Margin - Diversity - Coding and Interleaving - Ada

13、ptive Techniques Delay Spread Counter measures - Equalization - Multicarrier - Spread Spectrum - Antenna SolutionsPower falloff with distance is proportional to d2 in free space, d4 in two path modelEmpirical models used in 2G simulations1) Okumura model2) Hata modelAnalytical approximation to Okumu

14、ra model3) Cost 231 Model: Extends Hata model to higher frequency (2 GHz)4) Walfish/Bertoni:Cost 231 extension to include diffraction from rooftopsRandom attenuation due to shadowing modeled as log-normal (empirical parameters) The shadowing fading satisfies log-normal 对数正态 distribution.Need to comb

15、at flat and frequency-selective fadingCoherence bandwidth：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。Doppler spread only impacts differential modulation causing an irreducible error floor at low data ratesDoppler shift：由于无线通信的两端存在相对运动所引起

16、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

17、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

18、) 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The QPSK system in AWGN provides the same BER with that of a BPSK system.The QPS

19、K system in AWGN provides different SER with that of a BPSK system.The spectrum efficiency of QPSK in pass-band is 1 bps/Hz.The spectrum efficiency of 16QAM in pass-band is 2 bps/Hz.Variable-Rate Variable-Power MQAMIn 16QAM mode，every 4 bits are mapped to a complex symbol.In 64QAM mode，every 6 bits

20、are mapped to a complex symbol.The full spelling of OFDM is Orthogonal Frequency Division Multiplexing.The full spelling of OFDMA is _Orthogonal Frequency Division _Multiple Access_.OFDM efficiently implemented using IFFTs/FFTsOFDM systems show high spectrum efficiency compared to corresponding sing

21、le carrier systems.Please point out 3 advantages of the OFDM technique.（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。Please explain the principle that the OFDM technique can be used to combat against (抑制) frequency selective fading.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

22、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。OFDM challenges:PAPR(Peak-to-Average Power Ratio ); timing/frequency offset; fading across subcarriersOFDM systems show high PAPR (峰均功率值比) compared to single carrier systems.4G Cellular, Wimax, 802.11n all use OFDM+MIMOOFDM removes ISI, MIMO giv

23、es diversity/multiplexingCoding gain：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。LDPC is a kind of linear block code (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Introduction to Diversity1. 什么是分集接收？分集

24、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。Diversity gain (分集增益)：通过采用基于MIMO的空间分集技术，在分集合并后，

25、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） Basic IdeaSend same bits over independent fading pathsIndependent fading paths obtained by time, space, frequency, or polarization diversityCombine paths to mitigate fading effects（2） Combining Techniques:合并技术1) Selection Combining (SC)Fading path with

26、highest gain used2) Maximal Ratio Combining (MRC)All paths cophased and summed with optimal weighting to maximize combiner output SNR3) Equal Gain Combining (EC)All paths cophased and summed with equal weighting（3） Array/Diversity gainArray gain is from noise averaging (AWGN and fading)Diversity gai

27、n is change in BER slope (fading)（4） MIMO RX design trades complexity for performanceAdaptation requires fast/accurate channel estimation2. Please explain the principle of spatial diversity.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

28、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. Spatial multiplexing：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。Spatial multiplexing (空间复用) technique in MIM

29、O systems can provide higher rate compared to a SISO systemSpatial diversity (空间分集) in MIMO systems can provide lower BER compared to a SISO system .4. ISI can be mitigated through equalization, multicarrier modulation (MCM) or spread spectrum MCM splits channel into NB flat fading subchannelsChanne

30、l equalization (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. RAKE Receiver 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. Please explain the principle of the RAKE receiver in

31、CDMA systems.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) Multibranch receiverBranches synchronized to different MP components2) These components can be coherently combinedUse SC, MRC, or EGC3) RAKE receivers combine energy of all MPUse same diversity combining techniques as before第5讲 蜂窝组网技术1. The use of cellular structure is to realize frequency reuse频率复用.2. 什么叫做位置区？移动台位置登记有哪几种情