現(xiàn)代移動通信 蔡躍明 第三版思考題與習(xí)題參考答案 chapter_4

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1、第四章 思考題與習(xí)題 1. 移動通信對調(diào)制技術(shù)的要求有哪些？ 在移動通信中，由于信號傳播的條件惡劣和快衰落的影響，接收信號的幅度會發(fā)生急劇的變化。因此，在移動通信中必須采用一些抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高的調(diào)制技術(shù)，盡可能地提高單位頻帶內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的比特速率以適用于移動通信的要求。 具體要求： ①抗干擾性能要強，如采用恒包絡(luò)角調(diào)制方式以抗嚴重的多徑衰落影響； ②要盡可能地提高頻譜利用率； ③占用頻帶要窄，帶外輻射要??； ④在占用頻帶寬的情況下，單位頻譜所容納的用戶數(shù)要盡可能多； ⑤同頻復(fù)用的距離小； ⑥具有良好的誤碼性能； ⑦能提供較高的傳輸速率，使用方便，成

2、本低。 2. 已調(diào)信號的帶寬是如何定義的？ 信號帶寬的定義通常都是基于信號功率譜密度(PSD)的某種度量，對于已調(diào)（帶通）信號，它的功率譜密度與基帶信號的功率譜密度有關(guān)。假設(shè)一個基帶信號： 其中的是基帶信號，設(shè)的功率譜密度為，則帶通信號的功率譜密度如下： 信號的絕對帶寬定義為信號的非零值功率譜在頻率上占據(jù)的范圍；最為簡單和廣泛使用的帶寬度量是零點-零點帶寬；半功率帶寬定義為功率譜密度下降到一半時或者比峰值低3dB時的頻率范圍；聯(lián)邦通

3、信委員會(FCC)采納的定義為占用頻帶內(nèi)有信號功率的99%。 3. QPSK、OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖有何差異？ 如圖所示 I Q (+1, +1) (-1, +1) (-1, -1) (+1, -1) QPSK相位星座圖 OPSK相位星座圖 QPSK信號的相位有900突變和1800突變。OQPSK信號的相位只有900跳變，而沒有1800的相位跳變。 4. QPSK和OQPSK的最大相位變化量分別為多少？各自有哪些優(yōu)缺點？ OPSK的最大相位變化量為1800，OPSK最大相位變化量為

4、900。發(fā)送QPSK信號時常常經(jīng)過帶通濾波，帶限后的QPSK已不能保持恒包絡(luò)，相鄰符號之間發(fā)生1800相移時，經(jīng)帶限后會出現(xiàn)包絡(luò)過零的現(xiàn)象。反映在頻譜方面，出現(xiàn)旁瓣和頻譜加寬現(xiàn)象。OQPSK因為沒有的1800相位跳變，相對于QPSK出現(xiàn)的旁瓣較小。但是，OQPSK信號不能接受差分檢測,這是因為OQPSK在差分檢測中會引入碼間干擾。 5. 簡述MSK調(diào)制和FSK調(diào)制的區(qū)別與聯(lián)系。 最小頻移鍵控(MSK)是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控(CPFSK)。事實上MSK是2FSK的一種特殊情況，它是調(diào)制系數(shù)為0.5的連續(xù)相位的FSK。它具有正交信號的最小頻差，在相鄰符號的交界處保持連續(xù)。

5、 6. 設(shè)輸入數(shù)據(jù)為16kbps，載頻為32kHz，若輸入序列為{0010100011100110}，試畫出MSK信號的波形，并計算其空號和傳號對應(yīng)的頻率。 空號對應(yīng)頻率為= 5.7133×104 傳號對應(yīng)頻率為= 6.8673×103 7. 設(shè)輸入序列為{00110010101111000001}，試畫出GMSK在=0.2時的相位軌跡，并與MSK的相位軌跡進行比較。 圖中，實線為MSK的相位軌跡，虛線為GMSK的相位軌跡，很顯然，MSK的相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時刻有相位轉(zhuǎn)折點；而GMSK通過引入可控的碼間串擾，平滑了相位路徑。 8

6、. GMSK與MSK信號相比，其頻譜特性得以改善的原因是什么？ MSK信號可由FM調(diào)制器產(chǎn)生，由于輸入二進制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜，從而導(dǎo)致已調(diào)信號的帶外衰減慢。GMSK信號首先將輸入的信息比特流經(jīng)過高斯低通濾波以后再送入FM調(diào)制，經(jīng)過高斯濾波改善已調(diào)信號的帶外特性，使其衰減速度加快。GMSK通過高斯濾波引入可控的碼間干擾（即部分響應(yīng)波形）來達到平滑相位路徑的目的，它消除了MSK相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時刻的相位轉(zhuǎn)折點。 9. 已知GSM系統(tǒng)SNR＝10dB，試求其帶寬有效性。 題目改為在GMSK調(diào)制方式下=0.25，SNR=10dB,試求其帶寬有效性 SNR=10dB,得到=

7、10，其信號功率占用百分比為90%。 查表得到=0.57，那么帶寬有效性=1.75 bit/Hz 10. 在正交振幅調(diào)制中，應(yīng)按什么樣的準則來設(shè)計信號結(jié)構(gòu)？ 對于QAM調(diào)制而言，如何設(shè)計QAM信號的結(jié)構(gòu)不僅影響到已調(diào)信號的功率譜特性，而且影響已調(diào)信號的解調(diào)及其性能。常用的設(shè)計準則是在信號功率相同的條件下，選擇信號空間中信號點之間距離最大的信號結(jié)構(gòu)，當然還要考慮解調(diào)的復(fù)雜性。 11. 方型QAM星座與星型QAM星座有何異同？ 星型QAM星座的振幅環(huán)要比同等進制的方型QAM星座要少，相位種數(shù)也比方型少，改善了性能。有利于接收端的自動增益控制和載波相位跟蹤。 12.

8、擴頻調(diào)制有哪些特點？擴頻調(diào)制有哪幾類？分別是什么？ 擴頻調(diào)制系統(tǒng)具有許多優(yōu)良的特性，系統(tǒng)的抗干擾性能非常好，特別適合于在無線移動環(huán)境中應(yīng)用。擴頻系統(tǒng)有以下一些特點： ① 具有選擇地址（用戶）的能力。 ② 信號的功率譜密度較低，所以信號具有較好的隱蔽性并且功率污染較小。 ③ 比較容易進行數(shù)字加密，防止竊聽。 ④ 在共用信道中能實現(xiàn)碼分多址復(fù)用。 ⑤ 有很強的抗干擾性，可以在較低的信噪比條件下保證系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。 ⑥ 抗衰落的能力強。 ⑦ 多用戶共享相同的信道，無須進行頻率規(guī)劃。 目前，最基本的展寬頻譜的方法有兩種： ① 直接序列調(diào)制，簡稱直接擴頻(DS)，這種方法采用比特

9、率非常高的數(shù)字編碼的隨機序列去調(diào)制載波，使信號帶寬遠大于原始信號帶寬； ② 頻率跳變調(diào)制，簡稱跳頻(FH)，這種方法則是用較低速率編碼序列的指令去控制載波的中心頻率，使其離散地在一個給定頻帶內(nèi)跳變，形成一個寬帶的離散頻率譜。對于上述基本調(diào)制方法還可以進行不同的組合，形成各種混合系統(tǒng)，比如跳頻/直擴系統(tǒng)等。 13. PN序列有哪些特征使得它具有類似噪聲的性質(zhì)？ 雖然PN序列是確定的，但是具有很多類似隨機二進制序列的性質(zhì)，例如0和1的數(shù)目大致相同，將序列平移后和原序列的相關(guān)性很小，任意兩個序列的互相關(guān)函數(shù)很小等。 14. 簡要說明直接序列擴頻和解擴的原理。 直接序列擴頻的

10、實質(zhì)是用一組編碼序列調(diào)制載波，其調(diào)制過程可以簡化為將信號通過速率很高的偽隨機序列進行調(diào)制將其頻譜展寬，再進行射頻調(diào)制（通常多采用PSK調(diào)制），其輸出就是擴展頻譜的射頻信號，最后經(jīng)天線輻射出去。 而在接收端，射頻信號經(jīng)過混頻后變?yōu)橹蓄l信號，將它與發(fā)送端相同的本地編碼序列反擴展，使得寬帶信號恢復(fù)成窄帶信號，這個過程就是解擴。解擴后的中頻窄帶信號經(jīng)普通信息解調(diào)器進行解調(diào)，恢復(fù)成原始的信碼。 15. 簡要說明跳頻擴頻和解擴的原理。 跳頻擴頻技術(shù)通過看似隨機的載波跳頻達到傳輸數(shù)據(jù)的目的，而這只有相應(yīng)的接收機知道。跳頻系統(tǒng)用信源數(shù)據(jù)去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的載頻，得到射頻信號。頻率合成器產(chǎn)生的載

11、頻受偽隨機碼的控制，按一定規(guī)律跳變。 在接收端，接收到的信號與干擾經(jīng)寬帶濾波送至混頻器。接收機的本振信號也是一頻率跳變信號，跳變規(guī)律是相同的，兩個合成器產(chǎn)生的頻率相對應(yīng)，但對應(yīng)的頻率有一頻差fI，正好為接收機的中頻。只要收發(fā)雙方的偽隨機碼同步，就可以使收發(fā)雙方的跳頻源—頻率合成器產(chǎn)生的跳變頻率同步，經(jīng)混頻后，就可得到一不變的中頻信號，然后對此中頻信號進行解調(diào)，就可恢復(fù)出發(fā)送的信息。 16. 比較分析直接序列擴頻和跳頻的優(yōu)缺點。 (1) 抗強固頻干擾。兩種系統(tǒng)抗干擾的機理不同，直擴系統(tǒng)靠偽隨機碼的相關(guān)處理，降低進入解調(diào)器的干擾功率來達到抗干擾的目的；而跳頻系統(tǒng)是靠載頻的隨機跳變，將

12、干擾排斥在接收通道之外達到抗干擾目的。因此，跳頻系統(tǒng)抗強固頻干擾能力優(yōu)于直擴系統(tǒng)。 (2)抗衰落特別是抗選擇性衰落直擴優(yōu)于跳頻。直擴系統(tǒng)的射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號嚴重畸變，而跳頻系統(tǒng)將導(dǎo)致部分頻率受到影響。 (3)抗多徑。由于直擴系統(tǒng)要用偽隨機碼的相關(guān)接收，只要多徑時延大于一個偽隨機碼的切普寬度，這種多徑不會對直擴形成干擾，甚至可以利用多徑分量。而跳頻抗多徑的惟一辦法是提高跳頻速率，而實現(xiàn)高速跳頻速率是較困難的。 (4)“遠－近”效應(yīng)?！斑h－近”效應(yīng)對直擴系統(tǒng)影響很大，而對于跳頻系統(tǒng)的影響就小得多。這是因為接收機由于距離關(guān)系，干擾信號可能比有用信號要強得多，如果超過干擾容限

13、就會干擾接收機正常工作。而跳頻采用躲避的方法，不在同一頻率，接收機前端對干擾的衰減很大。 (5)同步。由于直擴系統(tǒng)的偽隨機碼速率比跳頻的偽隨機碼速率高地多，而且碼也長得多，因此直擴系統(tǒng)的同步精度要求高，同步時間長，入網(wǎng)慢。而跳頻則快得多。 17. 為什么擴頻信號能夠有效地抑制窄帶干擾？ 擴頻系統(tǒng)通過相關(guān)接收，將干擾功率擴展到很寬的頻帶上去，使進入信號頻帶內(nèi)的干擾功率大大降低，提高了解調(diào)器輸入端的信干比，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 18. 多載波調(diào)制的基本原理是什么？ 多載波調(diào)制的基本原理是：它將高速率的信息數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換，分割為若干路低速數(shù)據(jù)流，然后每路低速數(shù)據(jù)流采用一個獨立的載波調(diào)制并迭加在一起構(gòu)成發(fā)送信號。在接收端用同樣數(shù)量的載波對發(fā)送信號進行相干接收，獲得低速率信息數(shù)據(jù)后，再通過并/串變換得到原來的高速信號。 19. 為什么需要采用自適應(yīng)編碼調(diào)制？ 實際的無線信道具有兩大特點：時變特性和衰落特性。因此，無線信道的信道容量也是一個時變的隨機變量，要最大限度地利用信道容量，只有使發(fā)送速率也是一個隨信道容量變化的量，也就是使編碼調(diào)制方式具有自適應(yīng)特性。自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）根據(jù)信道的情況確定當前信道的容量，根據(jù)容量確定合適的編碼調(diào)制方式等，以便最大限度地發(fā)送信息，實現(xiàn)比較高的傳輸速率。