哈工大電信學院移動通信第二次作業(yè)

1、第四章調制技術4.1設發(fā)送的二進制信息為1011001，分別畫出OOK、2FSK、2PSK及2DPSK信號的波形示意圖，并注意觀察其時間波形上各有什么特點。0111100OOK2FSK2DPSK2PSKtttt4.3 QPSK、OQPSK與p/4-QPSK調制方式的各自優(yōu)缺點是什么？在衰落信道中一般選用哪種調制方式更合適？為什么？答：（1）QPSK、DQPSK、/4-QPSK的優(yōu)缺點：優(yōu)點：QPSK：具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性能，同時在電路中容易實現(xiàn)；DQPSK：最多只能有90度相位的跳變，相位跳變較小，旁瓣的幅度較小一些，而且沒有包絡零點。缺點是；/4-QPSK：具有能夠非相干解調

2、的優(yōu)點，在多徑衰落信道中比QPSK性能好，比QPSK具有很好的恒包絡性質，但是不如OQPSK。既能夠非相干解調，又能夠非相干解調，也可以非線性放大，可得到高效率的功放。并且多徑衰落信道中比QPSK性能更好，是適于數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調制方式之一。缺點：QPSK：有相位模糊問題，在其碼元交替處的載波相位突變，產(chǎn)生的180°的載波躍變會使調相波的包絡上出現(xiàn)零點，引起較大的包絡起伏，其功率將產(chǎn)生很強的旁瓣分量。DQPSK: 沒有實現(xiàn)相位跳變的連續(xù)變化，且信號的動態(tài)范圍較小。/4-QPSK：是最大相位跳變?yōu)?35°，恒包絡特性不如OQPSK。 （2）在衰落信道中一般采用/4-QPSK

3、的調制方式更合適， 因為多徑衰落使得相干 檢測十分困難，從而采用差分檢測， 在差分檢測中，OQPSK性能較QPSK差， 為了兼顧頻帶效率高，包絡幅度小和能采用差分檢測，從而選擇/4-QPSK。4.4 QPSK、OQPSK與p/4-QPSK信號相位跳變在型號星座圖上的路徑有什么不同？答：(1).QPSK的星座圖過原點，相鄰碼元間轉變的相移路徑的相位變化為90°或180°，如從（1,1）變到（0,1），相移路徑從(1,1)點旋轉90°到(0,1)點；從（1,1）變到（0,0），相移路徑(1,1)點旋轉180°到00點。(2).OQPSK的星座圖不過原點，相鄰

4、碼元間轉變的相移路徑的相位變化為0°或90°，如從（1,1）變到（0,1），相移路徑從(1,1)點旋轉90°到(0,1)點；從（1,1）變到（0,0），相移路徑(1,1)點旋轉0°到(0,0)點。(3)./4-QPSK的星座圖不過原點，相鄰碼元間轉變的相移路徑與前有很大不同兩個不同，它是通過兩次跳變才跳轉到目的碼元，且碼元間的相位跳變是135°。4.8什么是OFDM信號？為什么它可以有效的抵抗頻率選擇性衰落？ 答：OFDM可以看作是MFSK和另一種多進制數(shù)字調制（如MPSK或QAM）的結合：首先，有多個載頻，各載頻兩兩相互正交。其次，每個載頻都

5、采用多進制傳輸。高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)OFDM后被串并變換，分配到多個并行的正交子載波上，同時進行數(shù)據(jù)傳輸。高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過OFDM后被串并轉換，分配到多個并行的正交子載波上，同時進行數(shù)據(jù)傳輸。假設系統(tǒng)總帶寬為B，被分為N個子信道，則每個子信道帶寬為B/N，每路數(shù)據(jù)的傳輸速率為系統(tǒng)總的傳輸率的1/N，及符號周期為原來的N倍，遠大于信道的最大延遲拓展。所以OFDM系統(tǒng)將寬帶信道轉化為許多并行的正交子信道的同時實現(xiàn)了將頻率選擇性信道轉化為一系列頻率平坦衰落信道的，減輕了碼間干擾。由于OFDM系統(tǒng)各個子載波頻譜相互重疊，提高了頻譜利用效率。同時可以通過在OFDM系統(tǒng)中引入循環(huán)前綴（CP）來消除時間彌散信道的

6、影響。只要CP長度大于信道最大時延，就可以完全消除符號間干擾和子載波間干擾。4.9 OFDM系統(tǒng)中CP的作用是什么？答：CP是用來消除時間彌散信道的影響。只要CP長度大于信道最大時延，就可以完全消除符號間干擾和子載波間干擾。為了保持原信息傳輸速率不變，信號的抽樣速率應提高到原來的1+N/g倍。4.11若4ASK調制的誤碼率為P4，試推導方形16QAM調制的誤碼率。解：由4ASK調制的誤碼率： 得到方形16QAM調制的誤碼率為：。4.13 設有dmin=sqrt(2)的4ASK星座，求增加1比特輸出（8ASK）且仍然保持dmin不變（即誤碼率不變）所需要的能量增量。解：4.16 對于差分8PSK

7、，列出格雷編碼時比時序列和相位變化的對應關系，然后給出比特序列101110100101110對應的調制輸出的符號序列，設信息從第k個碼元時間開始發(fā)送，且第（k+1）個碼元時間發(fā)送的符號為s(k-1)=Ae解：（1）二進制000001010011100101110111格雷碼0000010110101101111011000（2）輸出符號序列： 4.17p/4-QPSK調制可以看做兩個QPSK系統(tǒng)，它們的星座圖相對旋轉了/4。 （1）、畫出p/4-QPSK的信號空間圖。（2）、安格雷規(guī)則標出每個星座點對應的比特序列。（3）、切比特序列0100100111100101通過p/4-QPSK基帶調制發(fā)

8、送的符號序列。解：（1）、（2） （3）101011011001114.18 考慮下圖所示的八星制星座圖（1）、若8QAM中星座點間的最小距離為A，求內圓與外圓半徑a、b。（2）、若8PSK中相鄰坐標點的間距A，求半徑r。（3）、求這兩種星座圖的平均發(fā)送功率，并作比較。這兩個星座圖相對的功率增益是多少？（4）、對于這兩個星座圖，有無可能使相鄰星座點表示的三比特中只相差一比特？（5）、如果比特率為90Mbps，求符號速率。解：（1） a=/2Ab=()a=A(2) (3)8QAM：8PSK：（8PSK和8QAM）相對的功率增益： (4) 8PSK有可能， 8QAM不可能。 (5) 第五章鏈路性能

9、增強技術5.1 簡要說明直接序列擴頻和解擴的原理。答：直接序列擴頻原理：直接用具有高碼片速率的擴頻碼序列去擴展數(shù)字信號的頻譜。在接收端，用相同的擴頻碼序列將頻譜展寬的擴頻信號還原為原始信號。直接序列擴頻通信系統(tǒng)的原理圖如下：由信源產(chǎn)生的信息流an 變換為二進制數(shù)字信號的d(t)。d(t)與一個高速率的二進制偽噪聲碼c(t)相乘，得到復合信號d(t)c(t),這就擴展了傳輸信號的帶寬。頻譜擴展后的復合信號d(t)c(t)對載波cos(2pf0t)進行調制，得到射頻信號s(t),然后通過發(fā)射機和天線送入信道中傳輸。解擴原理：在接收端，接收到的射頻信號經(jīng)過下變頻后得到中頻信號，通常中頻信號是由N個發(fā)

10、射信號和干擾及噪聲組成的混合信號。它與和發(fā)射端同步的參考偽噪聲碼所調制的本地擴頻碼進行擴頻解調，將寬帶信號變?yōu)檎瓗盘?，當這兩個信號相關性很好時，得到最大的相關峰值。窄帶信號經(jīng)數(shù)據(jù)檢測器恢復成原始信號。5.2、為什么擴頻信號能夠有效抑制窄帶干擾？答：擴頻信號能夠有效的抑制窄帶干擾是因為在接收機同時接收到窄帶噪聲和多徑干擾和有用信號時，窄帶噪聲和干擾信號與本地參考偽噪聲碼不相關，在進行相關處理時，其頻帶被擴展，也就是干擾信號的能量被擴展到整個傳輸頻帶之內，降低了干擾信號的電平（單位頻率內的能量或功率）。但是由于有用信號和本地參考偽噪聲碼有良好的相關性，在通過相關處理后被壓縮到中心頻率為fIF、帶

11、寬為Bb的頻帶內，因為相關器后的中頻濾波器通頻帶很窄，通常為Bb=2Rb，所以中頻濾波器只輸出被基帶信號調制的中頻信號和落在濾波器銅帶內的那部分干擾信號和噪聲，而絕大部分的干擾信號和噪聲功率被中頻濾波器濾除，這樣就大大地改善了系統(tǒng)的輸出信噪比。5.6、試解釋頻率跳變擴頻系統(tǒng)有效抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機制。答： 跳變擴頻系統(tǒng)抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機理為：假設：對于所有的k，上式都成立。上式的物理含義是，書上式（5-28）中的第二項（混頻后的和頻）的所有信號分量都遠遠地落在了中頻濾波器的通帶之外。因此第二項為0。Bb是信息信號d(t)的帶寬（單邊）。由閘門函數(shù)的定義知：因而有：從上式可

12、看出，跳頻信號已經(jīng)被解擴（解跳）。由于d(t)的帶寬為Bb。上式表明，只要，解跳后的中頻信號可以無失真地通過中頻濾波器，經(jīng)解調器解調后，即可恢復出發(fā)射端傳來的信息信號d(t-Td)。對于寬帶干擾，由于干擾信號的能量分布在一個較寬的頻帶上，接收機通過窄帶濾波器講大部分能量濾除；而對于窄帶干擾信號，接收機通過躲避的辦法，在大部分時間內不讓干擾信號通過接收機中的中頻濾波器。5.11、RAKE接收機的工作原理是什么？答： RAKE接收機的工作原理：對接收機接到那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對它進行延時和相位校正，使之在某一時刻能夠對齊，并按照某種方法合并，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效

13、果，提高信號的信噪比。RAKE接收機主要由一組相關器構成，每個相關器和多徑信號中的一個不同時延的分量同步，輸出的就是攜帶相同信息時延不同的信號，把這些信號以適當?shù)臅r延對齊，然后按照某種方式合并，就可以增加信號的能量，改善信噪比。5.12 分集接收技術的指導思想是什么？答：分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號，集中處理，即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并（包括選擇和組合）以降低衰落的影響，所以分集接收技術的指導思想是在接收端把多徑信號分離出來，使其互不相干，同時利用收到的個分集信號來減小衰落的影響。5.13、什么是宏觀分集和微觀分集？在移動通信中常用哪些微觀

14、分集？答：1.用來對抗多徑衰落的分集技術叫做微分集，如：用來對抗樓房等物體的陰影效應的分集。以克服長期衰落為目的，用來對抗樓房等物體的陰影效應的分集叫做宏分集。 2.在移動通信中常用的微分集有頻率分集、極化分集、場分量分集、角度分集、時間分集。5.14、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：（1）合并方式有選擇式合并、最大比值合并和等增益合并。（2）最大比值合并方式能夠獲得最大的輸出信噪比，因為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輸出信噪比（SNR）等于各支路的SNR之和，所以，即使每路信號都比較差，沒有一路信號可以單獨解出來時，最大比值算法仍有可能

15、合成一個達到SNR要求的可解調信號。附加題：1、 證明MAC接收分集中，能使輸出信噪比最大化的加權系數(shù)為。同時證明，在該加權系數(shù)下 證明：合并后信號：，信噪比最大，合并后輸出為：，為每條支路上的噪聲功率。又因為輸出信噪比和各支路信噪比： ；所以 所以 當且僅當，C為常數(shù)，時等號成立 所以 所以2、 本題說明，由于陣列增益的原因，即使沒有衰落，分集合并也能帶來性能增益。考慮N支路的分集合并系統(tǒng)，每個支路是信噪比為的AWGN信道。假設采用M=4的M-QAM調制，其誤碼率近似為，其中是接收信噪比。（a） 求N=1時的（b） MRC下，求使<的N。 解： (1) 因為，所以當N=1時，=0.00

16、135（2）因為<，所以N>2.44,則Nmin=3. 3.下行MIMO技術都包括哪幾種，其具體工作原理是什么？ 答：下行MIMO技術包括空間復用、波束賦形和傳輸分集技術。(1)、空間復用：發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在同一頻帶從多個天線同時發(fā)射出去。(2)、波束賦形：一種應用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術，其主要原理是利用空間的強相關性及波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適應的指向用戶來波方向，從而提高性噪比，提高系統(tǒng)容量或者覆蓋范圍。(3)、傳輸分集：利用多條傳輸相同信息且具有近似相等的平均信號強度和相互獨立衰響，只要幾個信號之間是相互獨

17、立的，經(jīng)恰當?shù)暮喜⒕湍艿玫阶畲蟮男盘栐鲆妗?4.均衡器的分類有哪些。 答：均衡器分為線性均衡器，非線性均衡器, 自適應均衡器線性均衡器分為橫向均衡器和線性反饋均衡器。非線性均衡器分為判決反饋均衡器和最大似然估計均衡器。第六章移動通信網(wǎng)技術6.1、大區(qū)制和小區(qū)制這兩種區(qū)域覆蓋方式的主要區(qū)別是什么？分別適用于怎樣的應用場合？ 答：1.主要區(qū)別：相同地理面積架設的基站，大區(qū)制是由一個基站覆蓋整個城市或地 區(qū)且通信容量?。恍^(qū)制則是將整個服務區(qū)域劃分成多個無線電區(qū)，每個區(qū)有一 個基站控制，同時各個小區(qū)又在統(tǒng)一控 制下可以通信且通信容量大。2.場合：大區(qū)制適用于用戶密度不大或通信容量較小的系統(tǒng)；小區(qū)制主

18、要用于在用戶密度較大或通信容量較大的情況下。6.2、威懾呢蜂窩網(wǎng)要采用正六邊形？ 答：在服務區(qū)面積一定的情況下，與正三角形，正方形相比，正六邊形的小區(qū)最接近理想的圓形輻射模式，覆蓋面積最大，他們之間的重疊面積最小，可用最少數(shù)目的小區(qū)就能覆蓋整個地理區(qū)域，因此用正六邊形覆蓋整個服務區(qū)所需要的基站數(shù)最少，無線頻率個數(shù)最少。6. 3、比較頂點激勵與中心激勵的區(qū)別，并說明頂點激勵的優(yōu)點。答：區(qū)別：中心激勵：基站位于無限區(qū)的中心，采用全向天線實現(xiàn)無線區(qū)的覆蓋。頂點激勵：每個蜂房相間的三個頂角上設置基站，并采用三個互成120°扇形覆蓋的定向天線來實現(xiàn)小區(qū)覆蓋。優(yōu)點：由于頂點激勵方式采用定向天線，除了對消除障礙物陰影有利外，對來自120°主瓣之外的同信道干擾信號，天線方向性能提供一定的隔離度，消除障礙物陰影，降低干擾，允許較小的同頻復用距離，降低構成小區(qū)單位小區(qū)簇的無線區(qū)數(shù)，進一步提高了頻率復用率，