現(xiàn)代移動通信 蔡躍明 第三版 習題參考答案

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1 第一章思考題與習題 1 何為移動通信 移動通信有哪些特點 答 移動通信是指通信的雙方至少有一方在移動中 或者停留在某一非預(yù)定的位置上 進行信息傳輸和交換 這包括移動體 車輛 船舶 飛機和行人 和移動體之間的通 信 移動體和固定點 固定無線電臺和有線用戶 之間的通信 移動通信的特點 1 無線電波傳播復(fù)雜 2 移動臺受到的干擾嚴重 3 無線電頻譜資源有限 4 對移動設(shè)備的要求高 5 系統(tǒng)復(fù)雜 2 單工通信與雙工通信有何特點 各有何優(yōu)缺點 答 單工通信的特點 收發(fā)信機輪流工作 設(shè)備簡單 省電 只允許一方發(fā)送時另一方 進行接收 優(yōu)點 設(shè)備簡單 省電 缺點 通信的時間長 使用不方便 雙工通信的特點 收發(fā)信機可以同時工作 使用方便 電源的消耗大 優(yōu)點 使 用方便 收發(fā)信機可以同時工作 缺點 發(fā)射機總是工作的 電源消耗大 3 常用的移動通信系統(tǒng)包括哪幾種類型 答 蜂窩移動通信系統(tǒng) 無繩電話系統(tǒng) 集群移動通信系統(tǒng) 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 無線 LAN 等 4 移動通信系統(tǒng)由哪些功能實體組成 答 移動通信系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng) SS 操作管理子系統(tǒng) OMS 和基站子系 統(tǒng) BSS 通常包括移動臺 MS 是一個完整的信息傳輸實體 無線接口的主要功能如下 1 用戶與移動網(wǎng)之間的接口 Sm 接口 即人機接口 2 移動臺與基站之間的接口 Um 接口 3 基站與移動交換中心之間的接口 A 接口 4 基站控制器 BSC 與基站收發(fā)信機 BTS 之間的接口 Abis 接口 5 移動交換中心 MSC 與訪問位置寄存器 VLR 之間的接口 B 接口 6 移動交換中心 MSC 與原籍位置寄存器 HLR 之間的接口 C 接口 7 原籍位置寄存器 HLR 與訪問位置寄存器 VLR 之間的接口 D 接口 8 移動交換中心之間的接口 E 接口 9 移動交換中心 MSC 與設(shè)備標志寄存器 EIR 之間的接口 F 接口 10 訪問位置寄存器 VLR 之間的接口 G 接口 5 FDD 和 TDD 的概念和各自優(yōu)勢是什么 答 FDD 在某些系統(tǒng)中 按照頻率劃分上行鏈路和下行鏈路信道的方法 TDD 在某些系統(tǒng)中 上行鏈路和下行鏈路使用相同的頻率 允許上行鏈路在在當前 時隙內(nèi)使用該頻率 而下行鏈路可以在下一時隙內(nèi)使用該頻率的方法 2 FDD 的優(yōu)勢 FDD 系統(tǒng)對于定時同步的要求遠遠低于 TDD 系統(tǒng) 更適用于大功率 遠 距離的通信系統(tǒng) TDD 的優(yōu)勢 不需要使用帶通濾波器 非常適用于可變速率 非對稱帶寬系統(tǒng) 6 簡述移動通信的發(fā)展過程與發(fā)展趨勢 移動通信就正式商業(yè)運營而言 至今已有 30 多年 大致是每十年更新一代 第一代 以模擬蜂窩網(wǎng)為主要特征 第二代以數(shù)字化為主要特征 第三代以多媒體業(yè)務(wù)為主要特 征 第四代以寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸為主要特征 如下圖所示 移動通信將向?qū)拵Щ?分組 化 智能化 業(yè)務(wù)多樣化和融合化的方向發(fā)展 7 移動通信的標準化組織主要有哪些 答 國際無線電標準化組織 歐洲通信標準化組織 北美地區(qū)的通信標準化組織 IEEE 802 標準委員會 中國通信標準化協(xié)會 3 第二章 思考題與習題 1 蜂窩移動通信中的典型電波傳播方式有哪些 答 典型的電波傳播方式有直射 反射 折射 繞射 散射等 當電波的直射路徑上無障礙物時 電波直接到達接收天線 當電波的直射路徑上存 在障礙物時 電波會繞過障礙物遮擋向前傳播形成繞射波 當電波在平坦地面上傳播時 因大地和大氣是不同的介質(zhì)而使入射波在界面上產(chǎn)生反射波 當電波入射到粗糙表面時 反射能量由于散射而散布于所有方向 形成散射波 2 自由空間中距離發(fā)射機距離為 d 的無線接收功率與那些因素有關(guān) 服從什么規(guī)律 答 距發(fā)射機 d 處天線的接收功率 其數(shù)學表達式 Friis 公式 為 其中 Pt 為發(fā)射功率 亦稱有效發(fā)射功率 Pr d 是接收功率 為 T R 距離的冪函 數(shù) Gt 是發(fā)射天線增益 Gr 是接收天線增益 d 是 T R 間距離 L 是與傳播無關(guān)的系統(tǒng) 損耗因子 為波長 其規(guī)律是 與 成反比 距離越遠 衰減越大 2d 與 成正比 與 f2成反比 頻率越高 衰減越大 3 設(shè)發(fā)射機天線高度為 40m 接收機天線高度為 3 m 工作頻率為 1800MHz 收發(fā)天線 增益均為 1 工作在市區(qū) 試畫出兩徑模型在 1km 至 20km 范圍的接收天線處的場強 可用總場強對 E0的分貝數(shù)表示 并給出距離發(fā)射機距離 d 處的無線接收功率的 規(guī)律 解 22 4 3 18 1 1 437 tr trtrhmfMHzhhddd 反 射 波 與 直 射 波 的 路 徑 差 為 因為 又因為 jRe1E0 18051 fHzMzR 所 以 有 37 4 1 2 37 4 2 222 ddddcfd 此時接收到的場強為 e1 1 00 22jjeE GPrtr2 4 4 用分貝表示為 kmdkeEd dj 201 1lg 0 37 1 4 222 用 Matlab 畫出變化曲線 由式 2 29 可知 其規(guī)律是 與 成反比 比自由空間衰減快得多 4d 與頻率成無關(guān) 4 用兩徑模型的近似公式解上題 并分析近似公式的使用范圍 解 用兩徑模型的近似公式 dcfd hrt 14020 此時接收到的場強為 Re1E00 jjeE 用分貝表示為 kmdkdj 21 lg 4 0 此時近似公式必須滿足 hrt 因為 滿 足 條 件 10 43mdMINmhrt 所以以上近似公式可用 5 什么是等效地球半徑 為什么要引入等效地球半徑 標準大氣的等效地球半徑是多 少 答 地球等效半徑是指電波依然按直線方向行進 只是地球的實際半徑 0R 6 37 106m 變成了等效半徑 為了研究大氣折射對電波傳播的影響而引入等效地球半eR 徑 因為等效地球半徑系數(shù) k 4 3 所以等效地球半徑 850eRkm 6 設(shè)發(fā)射天線的高度為 200m 接收天線高度為 20m 求視距傳播的極限距離 若發(fā)射 天線為 100m 視距傳播的極限距離又是多少 解 視線傳播的極限距離為 khRdrte7 6 20 10852 2 若發(fā)射天線的高度為 100m 則視線傳播的極限距離為 kmhRdrte7 59 01 08 2 5 7 為什么說電波具有繞射能力 繞射能力與波長有什么關(guān)系 為什么 答 因為電波在傳輸過程中的波前的所有點都可以作為產(chǎn)生次級波的點源 這些次 級波組合起來形成傳播方向上新的波前 繞射就是由次級波的傳播進入陰影去而形成的 繞射能力與波長存在下面的關(guān)系 即波長越長 繞射能力越弱 這是因12 dh 為阻擋體對次級波的阻擋產(chǎn)生了繞射損耗 僅有一部分能量能繞過阻擋體 這里的繞射 損耗跟電波的頻率有關(guān) 相對于同一個阻擋物來說 頻率越大 繞射損耗越小 繞射能 力就比較強 頻率越小 繞射損耗越大 繞射能力就越弱 8 相距 15km 的兩個電臺之間有一個 50m 高的建筑物 一個電臺距建筑物 10km 兩電臺 天線高度均為 10m 電臺工作頻率為 900MHz 試求電波傳播損耗 解 菲涅爾余隙 86121 30513 9dx 繞射參數(shù) 查表得附加損耗為 18 5dB150 3 則電波傳播損耗為 8 2 4lg1520l9 18 53 fsLdBdBdB 9 如果其它參數(shù)與上題相同 僅工作頻率為 50MHz 1900MHz 試求電波傳輸損耗 各是多少 解 當工作頻率為 50MHz 時 菲涅爾余隙 86121 30514 dx 繞射參數(shù) 查表得附加損耗為 10dB150 4 則電波傳播損耗為 8 32 lg1520l9 1025 fsLdBdBdB 當工作頻率為 1900MHz 時 菲涅爾余隙 86121 3 9 5019xd 繞射參數(shù) 查表得附加損耗為 22dB150 74 9 6 則電波傳播損耗為 18 5 32 40lg152l90 2137 05fsLdBdBdB 10 移動通信信道中電波傳播的基本特點是什么 答 移動通信信道中電波傳播的基本特點是 1 隨信號傳播距離而導(dǎo)致的傳播損 耗 大尺度范圍 2 由地形起伏 建筑物及其它障礙物對電波的遮蔽而引起的損耗 陰影衰落 3 因發(fā)射 繞射和散射等因素造成的多徑傳播而引起的接收信號幅度和 相位的隨機變化 結(jié)果將導(dǎo)致嚴重的衰落 11 設(shè)工作頻率分別為 900MHz 和 2200MHz 移動臺行駛速度分別為 30m s 和 80m s 求 最大多普勒頻移各是多少 試比較這些結(jié)果 解 當工作頻率為 900MHz 行駛速度為 30m s 和 80m s 時的最大多普勒頻移為 61830910 mff Hzc 62824 ff 當工作頻率為 2200MHz 行駛速度為 30m s 和 80m s 時的最大多普勒頻移為 6183010 mff Hzc 62825 7 ff 由以上的計算結(jié)果可以知道 最大多普勒頻移與移動臺的速度和工作頻率有關(guān) 速度越大 最大多普勒頻移越大 頻率越大 最大多普勒頻移 12 設(shè)移動臺速度為 100m s 工作頻率為 1000MHz 試求 1 分鐘內(nèi)信號包絡(luò)衰減至信號 均方根 rms 電平的次數(shù) 平均衰落時間是多少 解 由題 所以 由式 3 56 計算出rmsR 1rmsR 0 915RmNf 而 所以 3 019 8f KHzf3 0 52745 ZNR 所以在 1 分鐘之內(nèi)信號包絡(luò)衰減至信號均方根電平的次數(shù)為 1600次 R 7 平均衰落時間為 其中 RPrN 6321 01 2exp 1 eRdrprprms rmss sNRPrsR 3 52746 0 13 移動臺以勻速行駛 并接收到 900MHz 的載頻信號 測得信號電平低于 rms 電平 10dB 的平均衰落持續(xù)時間為 1ms 問移動臺在 10s 鐘內(nèi)行駛多遠 并求出 10s 鐘內(nèi)信號經(jīng) 歷了多少低于 rms 門限電平的衰落 解 由題中 得210rmsR 0952 1 2exp eRdprprss 因為 sNPRRrmsR95 所以 HZN2 95 由題意的 所以 由式 3 56 計算出rms 1rms 0 915RmNf 所以 由 和104 3795 Rf 3 1098f f 可得 sfm 6812 所以移動臺在 10 秒內(nèi)行駛了 326 812m 在 10s 內(nèi)移動臺經(jīng)歷了低于 rms 門限電平的衰落的次數(shù)為 95210次 RN 14 如果某種特殊調(diào)制在 時能提供合適的誤比特率 BER 試確定下圖 圖 0 1sT P14 所示的無均衡器的最小符號周期 由此可得最大符號率 8 0 d B 1 0 d B 2 0 d B 3 0 d B rP 戶內(nèi) 5 0 7 5 1 0 0 a ns 0 d B 1 0 d B 2 0 d B 3 0 d B rP 戶外 5 1 0 b s 00 圖 2 26 習題 14 的兩個功率時延分布 解 對于 a ns725 01 1 7 2 2222 8 149 0 5 5 0 所以 rms 時延擴展為 ns7 8 1492 由于 即 0 sT nss70 所以最小符號周期 s2min 對于 b 1 5 1 5 4 0 s 2222 2 0 3 1 所以 rms 時延擴展為 235 4 1 5s 由于 即1 0 sT ss 所以最小符號周期 mins 若同時滿足 a 和 b 兩個環(huán)境 則最小符號周期為 15s 15 信號通過移動信道時 在什么樣情況下遭受到平坦衰落 在什么樣情況下遭受到頻 率選擇性衰落 9 答 如果信道相關(guān)帶寬遠大于發(fā)送信號的帶寬 則信號經(jīng)歷平坦衰落 如果信道的相 關(guān)帶寬小于發(fā)送信號帶寬 則信號經(jīng)歷頻率選擇性衰落 16 簡述快衰落 慢衰落產(chǎn)生原因及條件 答 快衰落產(chǎn)生原因 信道的相關(guān) 相干 時間比發(fā)送信號的周期短 且信號的帶 寬 小于多普勒擴展 信道沖擊響應(yīng)在符號周期內(nèi)變化很快 從而導(dǎo)致信號失真 Bs DB 產(chǎn)生衰落 信號經(jīng)歷快衰落的條件是 scD TB 慢衰落產(chǎn)生的原因 信道的相關(guān) 相干 時間遠遠大于發(fā)送信號的周期 且信號的 帶寬 遠遠大于多普勒擴展 信道沖擊響應(yīng)變化比要傳送的信號碼元的周期低很多 Bs 可以認為該信道是慢衰落信道 信號經(jīng)歷慢衰落的條件是 csBT 17 某移動通信系統(tǒng) 工作頻率為 1800 MHz 基站天線高度為 40 m 天線增益為 6dB 移動臺天線高度為 1 m 天線增益為 1 dB 在市區(qū)工作 傳播路徑為準平坦地形 通信距離為 10 km 試求 1 傳播路徑的中值路徑損耗 2 若基站發(fā)射機送至 天線的信號功率為 10W 不考慮饋線損耗和共用器損耗 求移動臺天線接收到的信號 功率 解 1 由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式 32 40lg 20lg fsLdBdkmfMHz 可得自由空間中電波傳播損耗 17 54dB 8l 1l fs 由基站天線高度增益因子圖表可查的 hb 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得 fHm 由準平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得 dBA3 由傳播路徑的中值路徑損耗公式 MfsmbmLfdhHf 可得 BLM54 168435 17 10 2 由 和 MfsmbmLAfdHhf 可得 dmTR LGP dBWLbM 54 1654 180 lg 10 18 設(shè)某系統(tǒng)工作在準平坦地區(qū)的大城市 工作頻率為 900MHz 小區(qū)半徑為 10km 基站 天線高 80m 天線增益為 6dB 移動臺天線高度為 1 5m 天線增益為 0 dB 要使工 作在小區(qū)邊緣的手持移動臺的接收電平達 102dBm 基站發(fā)射機的功率至少應(yīng)為多少 解 1 由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式 32 40lg 20lg fsLdBdkmfMHz 可得自由空間中電波傳播損耗 1 5249dB 9l 1l fs 由基站天線高度增益因子圖表可查的 hb8 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得 fHm3 由準平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得 dBA7 29 由傳播路徑的中值路徑損耗公式 MfsmbmLfdhHf 可得 BLM249 15837 2954 1 2 由 和 fsmbmAfdHhf 可得 dTR LGP dBWPLTmbM 13206249 15 lg 0 lg 10 WT4539 26 19 如果上題中其它參數(shù)保持不變 僅工作頻率改為 1800MHz 計算結(jié)果又是如何 解 1 由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式 32 40lg 20lg fsLdBdkmfMHz 可得自由空間中電波傳播損耗 11 17 54dB 80lg 2 1l 04 32 fsL 由基站天線高度增益因子圖表可查的 hHb8 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得 fm3 由準平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得 dBA7 29 由傳播路徑的中值路徑損耗公式 MfsmbmLfdHhf 可得 BLM245 1837 291 54 2 由 和 fsmbmAfdHhf 可得 dTR LGP dBWPLTmbM 13206245 18 lg 0 lg 10 WT5 87 20 試給出 Jakes 模型的信道仿真結(jié)果 結(jié)果中應(yīng)包括輸出的波形以及響應(yīng)的功率譜 見 matlab 文件 jake1 m 12 第三章 思考題與習題 1 組網(wǎng)技術(shù)包括哪些主要問題 答 1 干擾對系統(tǒng)性能的影響 2 區(qū)域覆蓋對系統(tǒng)性能的影響 3 支撐網(wǎng)絡(luò)有序運行的要素 4 越區(qū)切換和位置管理 5 無線資源的有效共享 2 為何會存在同頻干擾 同頻干擾會帶來什么樣的問題 答 同頻干擾是指所有落在接收機通帶內(nèi)的與有用信號頻率相同的無用信號的干擾 這 些無用信號和有用信號一樣 在超外差接收機經(jīng)放大 變頻而落在中頻通帶內(nèi) 接收系 統(tǒng)無法濾出無用信號 從而產(chǎn)生同頻干擾 同頻干擾會帶來的問題 影響鏈路性能 頻率復(fù)用方案的選擇和系統(tǒng)的容量限制等問 題 3 什么叫同頻復(fù)用 同頻復(fù)用系數(shù)取決于哪些因素 答 在移動通信系統(tǒng)中 為了提高頻率利用率 在相隔一定距離以外 可以使用同的頻 率 這稱為同頻復(fù)用 影響同頻復(fù)用系數(shù)的因素有 一個區(qū)群 簇 中小區(qū)的個數(shù) 區(qū)群的大小 小區(qū)的 大小 形狀等 4 為何說最佳的小區(qū)形狀是正六邊形 答 小區(qū)形狀的設(shè)計要求 小區(qū)無空隙 無重疊的覆蓋整個服務(wù)區(qū)域 全向天線輻射的覆蓋區(qū)為圓形 不能無空隙 無重疊的覆蓋整個區(qū)域 在考慮交疊之后 實際上每個輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形 滿足無空隙 無重疊條件的小區(qū)形狀有 三種 正三角形 正方形和正六邊形 而在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下 正六邊形小區(qū)的 形狀最接近理想的圓形 用它覆蓋整個服務(wù)區(qū)所需的基站數(shù)最少 也就最經(jīng)濟 5 證明對于六邊形系統(tǒng) 同頻復(fù)用系數(shù)為 23QNiji 其 中 證明 同頻復(fù)用系數(shù) 的定義為在同頻些小區(qū)距離 與小區(qū)半徑 的比值 Q D R 同頻小區(qū)的距離也就是兩個同頻小區(qū)的中心距離 對于正六邊形系統(tǒng)它是這樣確 定的 從一個小區(qū)的中心出發(fā) 沿著一邊的中垂線數(shù) 個小區(qū) 在向順時針轉(zhuǎn) 再向前i 06 13 數(shù) 個小區(qū) 起點和終點的兩個小區(qū)的距離就是同頻小區(qū)的距離 由余弦定理可得j 又因為 所以 即得證 RijiD 32 ijiN 2 NRDQ3 6 設(shè)某小區(qū)移動通信網(wǎng) 每個區(qū)群有 4 個小區(qū) 每個小區(qū)有 5 個信道 試用分區(qū)分組 配置法完成群內(nèi)小區(qū)的信道配置 見書上 15 16 頁和 6 頁 答 根據(jù)分區(qū)分組配置法進行信道配置要滿足無三階互調(diào)干擾的要求 利用無三階互調(diào) 干擾的原理可知道只需在無三階互調(diào)干擾的信道組中初選一組信道組 將初選的信道組 進行平移就可以得到 在這里我們選用 1 2 5 11 13 利用上述思想可以得到 第一組 1 2 5 11 13 第二組 8 9 12 18 20 第三組 3 4 7 15 17 第四組 6 10 16 22 23 7 什么叫中心激勵 什么叫頂點激勵 采用頂點激勵方式有什么好處 兩者在信道的 配置上有何不同 答 所謂的 中心激勵 方式是指在每個小區(qū)中 基站可以設(shè)在小區(qū)的中央 用全向天 線形成圓形覆蓋區(qū) 所謂的 頂點激勵 方式是指將基站設(shè)計在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上 每個基 站采用 3 副 扇形輻射的定向天線 分別覆蓋 3 個相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域 每個o120 小區(qū)由 3 副 扇形天線共同覆蓋 采用頂點激勵方式的好處 1 減小系統(tǒng)的同信道干擾 2 在不同的地點采用 多副定向天線可消除小區(qū)內(nèi)障礙物的陰影區(qū) 中心激勵采用的是全向天線來形成圓形覆蓋區(qū) 在信道配置式每個基站只需配置一 組信道 頂點激勵采用的是 3 副 扇形輻射的定向天線 在信道配置時每個基站要配o120 置三組信道 8 試繪出單位無線區(qū)群的小區(qū)個數(shù) N 4 時 3 個單位區(qū) 群彼此鄰接時的結(jié)構(gòu)圖形 假定小區(qū)半徑為 r 鄰近 的無線區(qū)群的同頻小區(qū)的中心間距如何確定 鄰近的無線區(qū)群的同頻小區(qū)的中心間距為 r32 9 設(shè)某蜂窩移動通信網(wǎng)的小區(qū)輻射半徑為 8km 根據(jù)同頻干擾抑制的要求 同頻小區(qū)之 間的距離應(yīng)大于 40 km 問該網(wǎng)的區(qū)群應(yīng)如何組成 試畫出區(qū)群的構(gòu)成圖 群內(nèi)各小 區(qū)的信道配置以及相鄰?fù)诺佬^(qū)的分布圖 14 答 因為 所以有 即 又因為RND3 kmD40 8 403 RN35 且 N 應(yīng)取最小的 所以有 N 3 iji 2 該網(wǎng)的區(qū)群是由三個六邊形的小區(qū)構(gòu)成的 如右圖 采用頂點激勵 每個基站配置三組信道 向三個方向輻射 則每個 區(qū)群需要 9 個信道組 群內(nèi)各小區(qū)的信道配置以及相鄰?fù)诺佬^(qū) 的分布圖如下圖 10 移動通信網(wǎng)的某個小區(qū)共有 100 個用戶 平均每用戶 C 5 次 天 180 秒 次 0t K 15 問為保證呼損率小于 5 需共用的信道數(shù)是幾個 若允許呼損率達 20 共 用信道數(shù)可節(jié)省幾個 解 每個用戶忙時話務(wù)量為 37 3601 8ErlCTKA 這個小區(qū)的總的話務(wù)量為 5U 查 Erl 呼損表可得公用的信道數(shù)為 8 個 若允許的呼損率達 通過查表可得所 20 需的信道數(shù)為 5 個 由此可以節(jié)省三個信道 11 某基站共有 10 個信道 現(xiàn)容納 300 個用戶 每用戶忙時話務(wù)量為 0 03Erl 問此時 的呼損率為多少 如用戶數(shù)及忙時話務(wù)量不變 使呼損率降為 5 求所增加的信道數(shù) 解 該基站總的話務(wù)量為 由于共有 10 個信道 由 Erl 903 ErlA 公式 可得此時的呼損率為 如用戶數(shù)及忙時話務(wù)量不變 使呼損率 niiAB0 816 降為 5 查表可得所需的信道數(shù)為 14 增加了 4 個信道 12 什么叫信令 信令的功能是什么 答 信令是與通信有關(guān)的一系列控制信號 信令可以指導(dǎo)終端 交換系統(tǒng)及傳輸系統(tǒng)協(xié) 同運行 在指定的終端之間建立臨時通信信道 并維護網(wǎng)絡(luò)本身正常運行 13 7 號信令的協(xié)議體系包括哪些協(xié)議 7 號信令網(wǎng)絡(luò)包括哪些主要部分 15 答 7 號信令系統(tǒng)的協(xié)議體系包括 MTP SCCP TCAP MAP OMAP 和 ISDN UP 等部分 7 號信令網(wǎng)絡(luò)是與現(xiàn)行 PSTN 平行的一個獨立網(wǎng)絡(luò) 它由三個部分組成 信令點 SP 信令鏈路和信令轉(zhuǎn)移點 STP 14 通信網(wǎng)中交換的作用是什么 移動通信中的交換與有線通信網(wǎng)中的交換有何不同 答 交換網(wǎng)絡(luò)的作用是在控制系統(tǒng)的控制下 將任一輸入線與輸出線接通 移動通信中的交換具有有線通信網(wǎng)中的交換的三個階段 即呼叫建立 消息傳輸和釋放 移動通信網(wǎng)絡(luò)中使用的交換機與有線網(wǎng)絡(luò)中的交換機的主要不同是除了要完成常規(guī)交換 機的所有功能外 它還負責移動性管理和無線資源管理 包括越區(qū)切換 漫游 用戶位置 登記管理等 15 什么叫越區(qū)切換 越區(qū)切換包括哪些問題 軟切換和硬切換的差別是什么 答 越區(qū)切換是指將當前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當前基站轉(zhuǎn)移到另 一個基站的過程 該過程也稱為自動鏈路轉(zhuǎn)移 越區(qū)切換包括三個方面的問題 越區(qū)切換的準則 也就是何時需要進行越區(qū)切換 越區(qū)切換如何控制 越區(qū)切換時信道分配 硬切換是指在新的鏈路建立之前 先中斷舊的鏈路 而軟切換是指既維持舊的鏈路 又同時建立新的鏈路 并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量 并于新基站建立 可靠連接之后再中斷舊鏈路 16 假設(shè)稱為 Radio Knob 的小區(qū)有 57 個信道 每個基站的有效輻射功率為 32W 小 區(qū)半徑為 10km 呼損率 5 假設(shè)平均呼叫的時間為 2 分鐘 每個用戶每小時平均有 2 次呼叫 而且 假設(shè)小區(qū)已經(jīng)達到了最大容量 必須分裂為 4 個新的微小區(qū)以提供 同區(qū)域內(nèi)的 4 倍容量 a Radio Knob 的當前容量為多少 b 新小區(qū)的半徑和發(fā)射功率為多少 c 為了保持系統(tǒng)內(nèi)的同頻復(fù)用不變 每個新小區(qū)需要多少信道 解 由題中給出的 n 57 通過查 Erl 表可以得到總的話務(wù)量為 50Erl 5 B 因為 C 2 次 小時 T 2 分 次 由此可以得到每個用戶話務(wù)量為 15602ErlA 所以總的用戶數(shù)為 7501 戶 AU a Radio Knob 的當前容量為 戶 34 b 舊的小區(qū)的半徑為 10km 小區(qū)的面積為 282 598 R m S 新的小區(qū)的面積為 405910 新的小區(qū)的半徑為 1k 發(fā)射機功率 P1 Po 16 2W 取 n 4 16 c 若保持 不變 則每個新小區(qū)仍有 57 個信道 NQ3 第四章 思考題與習題 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 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 要盡可能地提高頻譜利用率 占用頻帶要窄 帶外輻射要小 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 同頻復(fù)用的距離小 具有良好的誤碼性能 能提供較高的傳輸速率 使用方便 成本低 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 2exp R tfjtgtsc 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 tgPg 41 cgcgs fffP 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 17 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 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) 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 18 空號對應(yīng)頻率為 5 7133 104 2cbfT 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 bBT 并與 MSK 的相位軌跡進行比較 t t Tb 0 2 2 19 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 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bBT SNR 10dB 得到 10 其信號功率占用百分比為 90 01 log EN 查表得到 0 57 那么帶寬有效性 1 75 bit HzbBbRbRB 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 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 具有選擇地址 用戶 的能力 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 20 比較容易進行數(shù)字加密 防止竊聽 在共用信道中能實現(xiàn)碼分多址復(fù)用 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 抗衰落的能力強 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 直接序列調(diào)制 簡稱直接擴頻 DS 這種方法采用比特率非常高的數(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 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 21 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 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) 遠 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 22 第五章思考題與習題 1 分集技術(shù)的基本思想是什么 答 分集技術(shù)是一項典型的抗衰落技術(shù) 其基本思想是通過查找和利用自然界無線 傳播環(huán)境中獨立的 高度不相關(guān)的多徑信號來提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性 2 合并方式有哪幾種 哪一種可以獲得最大的輸出信噪比 為什么 答 合并方法主要有 選擇合并 最大比合并 等增益合并 最大比合并能獲得最大 信噪比 這是因為合并時對每一支路的信號都加以利用 而且給予不同的加權(quán) 信噪比 大的支路加權(quán)大 這一路在合并器輸出中的貢獻也就大 反之 信噪比小的支路加權(quán)小 貢獻也就小 最大比合并輸出可得到的最大信噪比為各支路信噪比之和 3 要求 DPSK 信號的誤比特率為 時 若采用 的選擇合并 要求信號平均信310 2M 噪比是多少 dB 沒有分集時又是多少 采用最大比值合并時重復(fù)上述工作 解 1 由已知條件可知2310bP 因為二進制 DPSK 誤碼率與信噪比之間符合 012bNbPe 采用 的選擇合并 信號平均信噪比2M 0ln4 1i bdB 2 沒有分集時 310bP 0ln27 93bdBN 3 最大比合并輸出可得到的最大信噪比為各支路信噪比之和 所以每一條支路的 信噪比 1 962i d 4 簡述幾種傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡算法的思想 23 答 1 LMS 自適應(yīng)均衡算法 LMS 算法基于最小均方誤差準則 使均衡器的輸出信號與期望輸出信號之間的均方 誤差 最小 LMS 算法是線性自適應(yīng)濾波算法 一般來說它包含兩個過程 一2 Een 是濾波過程 包括計算線性濾波器輸出對輸入信號的響應(yīng) 通過比較輸出結(jié)果與期望響 應(yīng)產(chǎn)生估計誤差 二是自適應(yīng)過程 根據(jù)估計誤差自動調(diào)整濾波器參數(shù) 這兩個過程一起工作組成一個反饋環(huán) 首先有一個橫向濾波器 該部件的作用在于 完成濾波過程 其次有一個對橫向濾波器抽頭權(quán)重進行自適應(yīng)控制過程的算法 算法的 迭代公式如下 T endn X W12ue 在濾波過程中 給定一個輸入 橫向濾波器產(chǎn)生一個輸出 作為期望響 n x d 應(yīng) 的估計 估計誤差 定義為期望響應(yīng)與實際濾波器輸出之差 估計誤差 dnen 與抽頭輸入向量 都被加到自適應(yīng)控制部分 估計誤差 步長參數(shù) 與抽eX eu 頭輸入 的積為均衡器系統(tǒng)的矯正量 它將在第 次迭代中應(yīng)用于 1n nW 為自適應(yīng)均衡器在時刻 的權(quán)系數(shù)向量 LMS 算法收斂的條件為 nWn 是輸入信號自相關(guān)矩陣的最大特征值 max01 u a 2 RLS 自適應(yīng)均衡算法 RLS 算法基于最小二乘準則 調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)向量 使估計誤差的n 加權(quán)平方和 最小 RLS 算法對輸入信號的自相關(guān)矩陣 的逆21 niiJe xR 進行遞推估計更新 收斂速度快 其收斂性能與輸入信號的頻譜特性無關(guān) 但是 RLS 算法的計算復(fù)雜度很高 所需的存儲量極大 不利于實時實現(xiàn) 倘若被估計的自相關(guān)矩 陣的逆失去了正定特性 這還將引起算法發(fā)散 為了減小 RLS 算法的計算復(fù)雜度 并保 留 RLS 算法收斂速度快的特點 產(chǎn)生了許多改進的 RLS 算法 如快速 RLS Fast RLS 算法 快速遞推最小二乘格型 Fast Recursive Least Squares Lattice 算法等 這些算法的 計算復(fù)雜度低于 RLS 算法 但它們都存在數(shù)值穩(wěn)定性問題 5 碼片均衡的思想是什么 它有什么特點 24 答 碼片均衡的思想是對接收到的碼片波形在解擾 解擴之前進行碼片級的自適應(yīng)均 衡 它的特點是有效恢復(fù)了被多徑信道破壞的用戶之間的正交性 抑制了多址干擾 研 究表明 利用碼片均衡原理實現(xiàn)的碼片均衡器 其性能優(yōu)于 RAKE 接收機 6 RLS 算法與 LMS 算法的主要異同點 答 LMS 算法使均衡器的輸出信號與期望輸出信號之間的均方誤差 最小 2 Een 基于最小均方誤差準則 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單 魯棒性強 其缺點是收斂速度很慢 RLS 算 法基于最小二乘準則 調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)向量 使估計誤差的加權(quán)平方nW 和 最小 RLS 算法對輸入信號的自相關(guān)矩陣 的逆進行遞推21 niiJe xR 估計更新 因此收斂速度快 其收斂性能與輸入信號的頻譜特性無關(guān) 但是 RLS 算法的 計算復(fù)雜度很高 所需的存儲量極大 不利于實時實現(xiàn) 倘若被估計的自相關(guān)矩陣的逆 失去了正定特性 還將引起算法發(fā)散 7 RAKE 接收機的工作原理是什么 答 由于在多徑信號中含有可以利用的信息 所以 CDMA 接收機可以通過合并多徑信 號來改善接收信號的信噪比 其實 RAKE 接收機所作的就是 通過多個相關(guān)檢測器接收多 徑信號中的各路信號 并把它們合并在一起 圖題 5 1 1 所示為一個 RAKE 接收機 它是 專為 CDMA 系統(tǒng)設(shè)計的分集接收器 其理論基礎(chǔ)就是 當傳播時延超過一個碼片周期時 多徑信號實際上可被看作是互不相關(guān)的 0 mt 1 t tr中 頻 或 基 帶 CDMA多 徑 信 號 相 關(guān) 器 1 求 和 積 分 積 分 比 較 輸 出 相 關(guān) 器 2 相 關(guān) 器 L 圖題 5 1 1 RAKE 接收機結(jié)構(gòu)圖 RAKE 接收機利用多個相關(guān)器分別檢測多徑信號中最強的 L 個支路信號 然后對每 個相關(guān)器的輸出進行加權(quán) 以提供優(yōu)于單路相關(guān)器的信號檢測 然后再在此基礎(chǔ)上進 行解調(diào)和判決 25 8 均衡器有哪些類型 答 均衡器按技術(shù)類型可以分為兩類 線性和非線性 兩類均衡器的差別主要在于 均衡器的輸出是否用于反饋控制 均衡器按檢測級別可分為 碼片均衡器 符號均衡器 和序列均衡器三類 均衡器按其頻譜效率可分為可分成三類 基于訓練序列的均衡 盲 均衡 BE Blind Equalization 與半盲均衡 均衡器按其所處位置又可分為兩類 預(yù)均衡 與均衡 均衡器通常都放在接收端 而預(yù)均衡器是放在發(fā)射端 均衡器按照采樣間隔又 可分為符號間隔均衡與分數(shù)間隔均衡器 均衡器按變換域又可分為時域均衡與頻域均衡 9 假定有一個兩抽頭的自適應(yīng)均衡器如圖題 5 1 所示 寫出前三次迭代過程 1Z kysin 2 N 0w 1 k01kxwy kero k2cos dN 圖題 5 1 一個兩抽頭的自適應(yīng)均衡器 解 1 第一次迭代 sin2 kykN 1 1 01 kkkxwyy edx 2 第二次迭代 步長因子為 u00 1 key 11w 0 2 2 2 kkkxywyedx 3 第三次迭代 00 2 2kwuey 26 11 3 2 2kwuey 03 k kxw kkedx 10 假定一個移動通信系統(tǒng)的工作頻率為 900 MHz 移動速度 v 80 km h 試求 1 信道的相干時間 2 假定符號速率為 24 3ks s 在不更新均衡器系數(shù)的情況下 最多可以傳輸多少個 符號 解 1 290 43 20 436 ms6cmcTffvf 2 最多可以傳的符號數(shù) 4 3 2430 6415cNkbsT 11 空時編碼抗衰落的原理是什么 答 空時編碼 STC 是信道編碼設(shè)計和發(fā)送分集的結(jié)合 其實質(zhì)是空間和時間二維信號 處理的結(jié)合 在空間上將一個數(shù)據(jù)流在多個天線上發(fā)射 在時間上把信號在不同的時隙 內(nèi)發(fā)射 從而建立了空間分離信號 空域 和時間分離信號 時域 之間的關(guān)系 27 第六章 思考題與習題 1 試說明多址接入方式的基本原理 以及什么是 FDMA TDMA 和 CDMA 方式 答 多址接入方式的基本原理利用射頻頻段輻射的電磁波來尋找動態(tài)的用戶地址 為了實現(xiàn)多址信號之間互不干擾 無線電信號之間必須滿足正交特性 當以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時 稱為頻分多址 FDMA 方 式 當以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址接入時 稱為時分多址 TDMA 方 式 當以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時 稱為碼分多址 CDMA 方式 2 試說明 FDMA 系統(tǒng)的特點 答 FDMA 系統(tǒng)有以下特點 1 每信道占用一個載頻 相鄰載頻之間的間隔應(yīng)滿足傳輸信號帶寬的要求 2 符號時間與平均延遲擴展相比較是很大的 3 基站復(fù)雜龐大 重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備 4 FDMA 系統(tǒng)每載波單個信道的設(shè)計 使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器允 許指定信道里的信號通過 濾除其它頻率的信號 從而限制鄰近信道間的相互干擾 5 越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難 3 試說明 TDMA 系統(tǒng)的特點 答 TDMA 系統(tǒng)有以下特點 1 突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?遠大于語音編碼速率 每路編碼速率設(shè)為 R bit s 共 N 個 時隙 則在這個載波上傳輸?shù)乃俾蕦⒋笥?NR bit s 這是因為 TDMA 系統(tǒng)中需要較高的 同步開銷 同步技術(shù)是 TDMA 系統(tǒng)正常工作的重要保證 2 發(fā)射信號速率隨 N 的增大而提高 如果達到 100 kbit s 以上 碼間串擾就將加 大 必須采用自適應(yīng)均衡 用以補償傳輸失真 3 TDMA 用不同的時隙來發(fā)射和接收 因此 采用時分雙工時 可不需要雙工器 4 基站復(fù)雜性減小 5 抗干擾能力強 頻率利用率高 系統(tǒng)容量較大 6 越區(qū)切換簡單 4 蜂窩系統(tǒng)采用 CDMA 方式有哪些優(yōu)越性 答 1 CDMA 系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率 2 通信容量大 3 容量的軟特性 4 由于信號被擴展在一較寬頻譜上 所以可減小多徑衰落 5 在 CDMA 系統(tǒng)中 信道數(shù)據(jù)速率很高 28 6 平滑的軟切換和有效的宏分集 7 低信號功率譜密度 5 設(shè)系統(tǒng)采用 FDMA 多址方式 信道帶寬為 25kHz 問在 FDD 方式下 系統(tǒng)同時支持 100 路雙向話音傳輸 則需要多大系統(tǒng)帶寬 解 每一路信號占用一個信道 又由于系統(tǒng)采用的是 FDD 方式 上下行鏈路各采用 一個信道 所以上下行鏈路各需要的系統(tǒng)帶寬為 25102 5kHzMz 6 什么是 m 序列 m 序列的性質(zhì)有哪些 答 m 序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱 它是由帶線性反饋的移存器產(chǎn)生的 周期最長的一種序列 m 序列的性質(zhì) m 序列一個周期內(nèi) 1 和 0 的碼元數(shù)大致相等 1 比 0 只多一個 m 序列中連續(xù)為 1 或 0 的那些元素稱為游程 在一個游程中元素的個數(shù)稱 為游程長度 一個周期 內(nèi) 長度為 1 的游程占總游程數(shù)的 1 2 長度為 2 的游2Pn 程占 1 4 長度為 3 的游程占 1 8 這樣 長度為 k 1 k n 一 1 的游程占總游程數(shù)的 1 2k 在長度為 k 1 k 的游程中 連 1 的游程和 0 的游程各占一半 而且 只有一個包含 n 一 1 個 0 的游程 也只有一個包含 n 個 1 的游程 m 序列和其移位后的序列逐位模 2 加 所得的序列還是 m 序列 只是相位不同 m 序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài) 除全 0 外 其它狀態(tài)在一個周期內(nèi)只 出現(xiàn)一次 7 空分多址的特點是什么 空分多址可否與 FDMA TDMA 和 CDMA 相結(jié)合 為什么 答 空分多址的特點是 a 通過空間的分隔來區(qū)分不同的用戶 b 利用無線的方向性波束將小區(qū)劃分成不同的子空間來實現(xiàn)空間的正交分割 c 可以在不同的用戶方向上形成不同的波束 d 可以增加系統(tǒng)容量 空分多址可以與 FDMA TDMA CDMA 相結(jié)合 因為在不同波束里的用戶 干擾 很小 在同一波束覆蓋范圍的不同用戶就跟一般的蜂窩系統(tǒng)的一個小區(qū)差不多 在這個 覆蓋區(qū)域中 我們可以利于利用和 FDMA TDMA CDMA 相結(jié)合來進一步提高系統(tǒng)的 容量 8 何為 OFDMA 它有何特點 答 OFDMA 是每個用戶分配一個 OFDM 符號中的一個子載波或一組子載波 以子 載波頻率的不同來區(qū)分用戶 是正交頻分多址接入 OFDMA 是一種靈活的多址方式 它具有以下特點 1 OFDMA 系統(tǒng)可以不受小區(qū)內(nèi)的干擾 2 OFDMA 可以靈活地適應(yīng)帶寬的要求 3 當用戶的傳輸速率提高時 直擴 CDMA 的擴頻增益有所降低 這樣就會損失 擴頻系統(tǒng)的優(yōu)勢 而 OFDMA 可與動態(tài)信道分配技術(shù)相結(jié)合 以支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸 9 何為 OFDM TDMA 它有何特點 29 答 OFDM TDMA 是 OFDM 調(diào)制技術(shù)與 TDMA 多址技術(shù)相結(jié)合而用來實現(xiàn)多用戶 OFDM 系統(tǒng) OFDM TDMA 多址接入有如下特點 1 OFDM TDMA 方案在特定 OFDM 符號內(nèi)將全部帶寬分配給一個用戶 該方案 不可避免地存在帶寬資源浪費 頻率利用率較低和靈活性差等不足 2 OFDM TDMA 方案的信令開銷很大程度上取決于是否采用濾除具有較低信噪 比子載波的技術(shù)和自適應(yīng)調(diào)制 編碼技術(shù) 采用這些技術(shù)雖然可以改善性能但也會增加信 令開銷 10 簡述 OFDM 與 CDMA 結(jié)合的必要性 并說明不同結(jié)合形式的原理與特點 答 當用戶的傳輸速率提高時 直擴 CDMA 的擴頻增益有所降低 這樣就會損失擴 頻系統(tǒng)的優(yōu)勢 而 OFDM 可以解決信道的時間彌散性問題 CDMA 技術(shù)和 OFDM 技術(shù) 各有利弊 將二者結(jié)合起來 取長補短 以達到更好的通信傳輸效果 OFDM 與 CDMA 結(jié)合有以下三種形式 1 MC DS CDMA 原理是發(fā)送數(shù)據(jù)序列 假定這個序列已經(jīng)過映射 調(diào)制 首 先經(jīng)過串并變換變成 Nc 路并行輸出 然后并行的每路數(shù)據(jù)由相同的短擴頻碼序列 擴頻 最后對這 Nc 路數(shù)據(jù)進行 OFDM 調(diào)制 特點是每個符號在多載波上傳送 可以應(yīng)用分集合并技術(shù) 比其它多載波擴頻系統(tǒng)的實現(xiàn)更復(fù)雜 2 MT CDMA 發(fā)射設(shè)備也利用給定擴頻序列在時域擴頻 但是 與 MC DS CDMA 不同的是串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)先進行 OFDM 調(diào)制 然后再求和 最后再對 求和信號進行長擴頻序列的時域擴頻 特點是對上行傳輸鏈路比較有利 因為它 不需要用戶間的同步 3 MC CDMA 系統(tǒng)采用頻域擴頻的方式 其基本過程是 每個信息符號由一個特 定的擴頻碼片進行擴頻 然后將擴頻以后的每個符號調(diào)制到一個子載波上 因此 若擴頻碼的長度為 則對應(yīng)的這 個子載波傳輸?shù)氖窍嗤男畔?shù)據(jù) cNc 特點 MC CDMA 具有最佳的頻譜分布 抗干擾能力強 而且發(fā)射機的實現(xiàn)較 簡單 應(yīng)用長擴頻碼在降低自干擾和多址干擾上取得的效果 可以與傳統(tǒng)的 CDMA 系統(tǒng)的特性相比 檢測器可以非相關(guān)地獨立進行 各個子載波在同一物理信道中心部 分的頻譜疊加成分最多 頻譜分布不均勻 導(dǎo)致調(diào)制信號要經(jīng)歷碼間干擾和信道間干 擾 11 如果一個 GSM 時隙由六個尾比特 8 25 個保護比特 26 個訓練比特和 2 組業(yè)務(wù)碼組 組成 其中每一業(yè)務(wù)碼組由 58 比特組成 試求幀效率 解 一個 GSM 時隙長為 比特 每一個時隙68 252156 N 個 傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)碼比特為 116 個 所以幀的效率為 4 708 12 試述 CSMA 多址協(xié)議與 ALOHA 多址協(xié)議的區(qū)別與聯(lián)系 答 ALOHA 協(xié)議是任何一個用戶隨時有數(shù)據(jù)分組要發(fā)送 它就立刻接入信道進行發(fā)送 發(fā)送結(jié)束后 在相同的信道上或一個單獨的反饋信道上等待應(yīng)答 如果在一個給定的時 間區(qū)間內(nèi) 沒有收到對方的認可應(yīng)答 則重發(fā)剛發(fā)的數(shù)據(jù)分組 由于在同一信道上 多 個用戶獨立隨機地發(fā)送分組 就會出現(xiàn)多個分組發(fā)生碰撞的情況 碰撞的分組經(jīng)過隨機 30 時延后重傳 在 CSMA 協(xié)議中 每個節(jié)點在發(fā)送前 首先要偵聽信道是否有分組在傳輸 若信道空閑 沒有檢測到載波 才可以發(fā)送 若信道忙 則按照設(shè)定的準則推遲發(fā)送 在 ALOHA 協(xié)議中 各個節(jié)點的發(fā)射是相互獨立的 即各節(jié)點的發(fā)送與否與信道狀態(tài) 無關(guān) CSMA 協(xié)議是在 ALOHA 協(xié)議的基本原理的基礎(chǔ)上 為了提高信道的通過量 減少碰 撞概率 而出現(xiàn)的一種多址協(xié)議 13 試證明 ALOHA 協(xié)議的最大通過率為