现代移动通信蔡跃明题参考答案

第一章思考题与习题1.何为移动通信移动通信有哪些特点答：移动通信是指通信的双方至少有一方在移动中（或者停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机和行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台和有线用户）之间的通信。移动通信的特点：（1）无线电波传播复杂（2）移动台受到的干扰严重（3）无线电频谱资源有限（4）对移动设备的要求高（5）系统复杂2.单工通信与双工通信有何特点各有何优缺点答：单工通信的特点：收发信机轮流工作、设备简单、省电、只允许一方发送时另一方进行接收；优点：设备简单、省电。缺点：通信的时间长、使用不方便。双工通信的特点：收发信机可以同时工作、使用方便，电源的消耗大；优点：使用方便、收发信机可以同时工作。缺点：发射机总是工作的，电源消耗大。3.常用的移动通信系统包括哪几种类型答：蜂窝移动通信系统，无绳电话系统，集群移动通信系统，卫星移动通信系统，无线LAN等4.移动通信系统由哪些功能实体组成答：移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作管理子系统（OMS）和基站子系统（BSS）（通常包括移动台（MS）），是一个完整的信息传输实体。无线接口的主要功能如下：（1）用户与移动网之间的接口（Sm接口），即人机接口。（2）移动台与基站之间的接口（Um接口）。（3）基站与移动交换中心之间的接口（A接口）。（4）基站控制器（BSC）与基站收发信机（BTS）之间的接口（Abis接口）。（5）移动交换中心(MSC)与访问位置寄存器（VLR）之间的接口(B接口)。（6）移动交换中心(MSC)与原籍位置寄存器(HLR)之间的接口(C接口)。（7）原籍位置寄存器（HLR）与访问位置寄存器（VLR）之间的接口(D接口)。（8）移动交换中心之间的接口(E接口)。（9）移动交换中心（MSC）与设备标志寄存器（EIR）之间的接口（F接口）。（10）访问位置寄存器VLR之间的接口（G接口）。5.FDD和TDD的概念和各自优势是什么答：FDD：在某些系统中，按照频率划分上行链路和下行链路信道的方法；TDD：在某些系统中，上行链路和下行链路使用相同的频率，允许上行链路在在当前时隙内使用该频率，而下行链路可以在下一时隙内使用该频率的方法；FDD的优势：FDD系统对于定时同步的要求远远低于TDD系统，更适用于大功率、远距离的通信系统；TDD的优势：不需要使用带通滤波器，非常适用于可变速率、非对称带宽系统6.简述移动通信的发展过程与发展趋势。移动通信就正式商业运营而言，至今已有30多年，大致是每十年更新一代。第一代以模拟蜂窝网为主要特征，第二代以数字化为主要特征，第三代以多媒体业务为主要特征，第四代以宽带高速数据传输为主要特征，如下图所示。移动通信将向宽带化、分组化、智能化、业务多样化和融合化的方向发展。7.移动通信的化组织主要有哪些答：国际无线电标准化组织、欧洲通信标准化组织、北美地区的通信标准化组织、IEEE802标准委员会、中国通信标准化协会第二章思考题与习题1蜂窝移动通信中的典型电波传播方式有哪些答：典型的电波传播方式有直射、反射、折射、绕射、散射等。当电波的直射路径上无障碍物时，电波直接到达接收天线；当电波的直射路径上存在障碍物时，电波会绕过障碍物遮挡向前传播形成绕射波；当电波在平坦地面上传播时，因大地和大气是不同的介质而使入射波在界面上产生反射波；当电波入射到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。2自由空间中距离发射机距离为d的无线接收功率与那些因素有关服从什么规律答：距发射机d处天线的接收功率，其数学表达式（Friis公式）为：其中，Pt为发射功率，亦称有效发射功率；Pr(d)是接收功率，为T-R距离的幂函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；λ为波长。其规律是:—与成反比→距离越远，衰减越大。—与成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。3设发射机天线高度为40m，接收机天线高度为3m，工作频率为1800MHz，收发天线增益均为1，工作在市区。试画出两径模型在1km至20km范围的接收天线处的场强。（可用总场强对E0的分贝数表示），并给出距离发射机距离d处的无线接收功率的规律。解：因为又因为此时接收到的场强为用分贝表示为用Matlab画出变化曲线。由式（2-29）可知，其规律是:—与成反比→比自由空间衰减快得多。—与频率成无关。4用两径模型的近似公式解上题，并分析近似公式的使用范围。解：用两径模型的近似公式此时接收到的场强为用分贝表示为此时近似公式必须满足因为所以以上近似公式可用5什么是等效地球半径为什么要引入等效地球半径标准大气的等效地球半径是多少答：地球等效半径是指电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径×106m)变成了等效半径。为了研究大气折射对电波传播的影响而引入等效地球半径。因为等效地球半径系数k＝4/3，所以等效地球半径。6设发射天线的高度为200m，接收天线高度为20m，求视距传播的极限距离。若发射天线为100m，视距传播的极限距离又是多少解：视线传播的极限距离为若发射天线的高度为100m，则视线传播的极限距离为7为什么说电波具有绕射能力绕射能力与波长有什么关系为什么答：因为电波在传输过程中的波前的所有点都可以作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前，绕射就是由次级波的传播进入阴影去而形成的。绕射能力与波长存在下面的关系即波长越长，绕射能力越弱。这是因为阻挡体对次级波的阻挡产生了绕射损耗，仅有一部分能量能绕过阻挡体，这里的绕射损耗跟电波的频率有关，相对于同一个阻挡物来说，频率越大，绕射损耗越小，绕射能力就比较强；频率越小，绕射损耗越大，绕射能力就越弱。8相距15km的两个电台之间有一个50m高的建筑物，一个电台距建筑物10km，两电台天线高度均为10m，电台工作频率为900MHz，试求电波传播损耗。解：菲涅尔余隙绕射参数，查表得附加损耗为则电波传播损耗为：9如果其它参数与上题相同，仅工作频率为①50MHz；②1900MHz，试求电波传输损耗各是多少 解：当工作频率为50MHz时， 菲涅尔余隙 绕射参数，查表得附加损耗为10dB 则电波传播损耗为：当工作频率为1900MHz时 菲涅尔余隙 绕射参数，查表得附加损耗为22dB 则电波传播损耗为：10移动通信信道中电波传播的基本特点是什么答：移动通信信道中电波传播的基本特点是：1）随信号传播距离而导致的传播损耗（大尺度范围），2）由地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波的遮蔽而引起的损耗（阴影衰落），3）因发射、绕射和散射等因素造成的多径传播而引起的接收信号幅度和相位的随机变化，结果将导致严重的衰落。11设工作频率分别为900MHz和2200MHz，移动台行驶速度分别为30m/s和80m/s，求最大多普勒频移各是多少试比较这些结果。解：当工作频率为900MHz，行驶速度为30m/s和80m/s时的最大多普勒频移为： 当工作频率为2200MHz，行驶速度为30m/s和80m/s时的最大多普勒频移为： 由以上的计算结果可以知道，最大多普勒频移与移动台的速度和工作频率有关，速度越大；最大多普勒频移越大，频率越大，最大多普勒频移。12设移动台速度为100m/s，工作频率为1000MHz，试求1分钟内信号包络衰减至信号均方根（rms）电平的次数。平均衰落时间是多少解：：由题，所以，由式（3-56）计算出而，所以所以在1分钟之内信号包络衰减至信号均方根电平的次数为平均衰落时间为其中：13移动台以匀速行驶，并接收到900MHz的载频信号。测得信号电平低于rms电平10dB的平均衰落持续时间为1ms，问移动台在10s钟内行驶多远并求出10s钟内信号经历了多少低于rms门限电平的衰落。解：由题中得因为所以由题意的，所以，由式（3-56）计算出所以由和可得所以移动台在10秒内行驶了在10s内移动台经历了低于rms门限电平的衰落的次数为14如果某种特殊调制在时能提供合适的误比特率(BER)，试确定下图（图P14）所示的无均衡器的最小符号周期(由此可得最大符号率)。图2-26习题14的两个功率时延分布解：对于（a），所以rms时延扩展为:由于，即所以最小符号周期对于（b），所以rms时延扩展为:由于，即所以最小符号周期若同时满足（a）和（b）两个环境，则最小符号周期为。15信号通过移动信道时，在什么样情况下遭受到平坦衰落在什么样情况下遭受到频率选择性衰落答：如果信道相关带宽远大于发送信号的带宽，则信号经历平坦衰落；如果信道的相关带宽小于发送信号带宽，则信号经历频率选择性衰落。16简述快衰落、慢衰落产生原因及条件。答：快衰落产生原因：信道的相关（相干）时间比发送信号的周期短，且信号的带宽小于多普勒扩展，信道冲击响应在符号周期内变化很快，从而导致信号失真，产生衰落。信号经历快衰落的条件是：慢衰落产生的原因：信道的相关（相干）时间远远大于发送信号的周期，且信号的带宽远远大于多普勒扩展，信道冲击响应变化比要传送的信号码元的周期低很多，可以认为该信道是慢衰落信道。信号经历慢衰落的条件是：17某移动通信系统，工作频率为1800MHz，基站天线高度为40m，天线增益为6dB，移动台天线高度为1m，天线增益为1dB；在市区工作，传播路径为准平坦地形，通信距离为10km。试求:（1）传播路径的中值路径损耗；（2）若基站发射机送至天线的信号功率为10W，不考虑馈线损耗和共用器损耗，求移动台天线接收到的信号功率。解：（1）由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式可得自由空间中电波传播损耗由基站天线高度增益因子图表可查的由移动台天线高度增益因子图表可查得由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得由传播路径的中值路径损耗公式可得（2）由和可得：18设某系统工作在准平坦地区的大城市，工作频率为900MHz，小区半径为10km，基站天线高80m，天线增益为6dB，移动台天线高度为，天线增益为0dB，要使工作在小区边缘的手持移动台的接收电平达-102dBm，基站发射机的功率至少应为多少解：（1）由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式可得自由空间中电波传播损耗由基站天线高度增益因子图表可查的由移动台天线高度增益因子图表可查得由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得由传播路径的中值路径损耗公式可得（2）由和可得：19如果上题中其它参数保持不变，仅工作频率改为1800MHz，计算结果又是如何解：（1）由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式可得自由空间中电波传播损耗由基站天线高度增益因子图表可查的由移动台天线高度增益因子图表可查得由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得由传播路径的中值路径损耗公式可得（2）由和可得：20试给出Jakes模型的信道仿真结果，结果中应包括输出的波形以及响应的功率谱。见matlab文件第三章思考题与习题1.组网技术包括哪些主要问题答：（1）干扰对系统性能的影响；（2）区域覆盖对系统性能的影响；（3）支撑网络有序运行的要素；（4）越区切换和位置管理；（5）无线资源的有效共享。2.为何会存在同频干扰同频干扰会带来什么样的问题答：同频干扰是指所有落在接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰，这些无用信号和有用信号一样，在超外差接收机经放大、变频而落在中频通带内，接收系统无法滤出无用信号，从而产生同频干扰。同频干扰会带来的问题：影响链路性能、频率复用的选择和系统的容量限制等问题3.什么叫同频复用同频复用系数取决于哪些因素答：在移动通信系统中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用同的频率，这称为同频复用。影响同频复用系数的因素有：一个区群（簇）中小区的个数（区群的大小），小区的大小，形状等。4.为何说最佳的小区形状是正六边形答：小区形状的设计要求：小区无空隙、无重叠的覆盖整个服务区域。全向天线辐射的覆盖区为圆形，不能无空隙、无重叠的覆盖整个区域。在考虑交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。满足无空隙、无重叠条件的小区形状有三种：正三角形、正方形和正六边形。而在服务区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个服务区所需的基站数最少，也就最经济。5.证明对于六边形系统，同频复用系数为。证明：同频复用系数的定义为在同频些小区距离与小区半径的比值。同频小区的距离也就是两个同频小区的中心距离，对于正六边形系统它是这样确定的，从一个小区的中心出发，沿着一边的中垂线数个小区，在向顺时针转再向前数个小区，起点和终点的两个小区的距离就是同频小区的距离。由余弦定理可得，又因为所以即得证。6.设某小区移动通信网，每个区群有4个小区，每个小区有5个信道。试用分区分组配置法完成群内小区的信道配置（见上15，16页和6页）答：根据分区分组配置法进行信道配置要满足无三阶互调干扰的要求，利用无三阶互调干扰的原理可知道只需在无三阶互调干扰的信道组中初选一组信道组，将初选的信道组进行平移就可以得到。在这里我们选用1，2，5，11，13，利用上述思想可以得到第一组1，2，5，11，13第二组8，9，12，18，20第三组3，4，7，15，17第四组6，10，16，22，237.什么叫中心激励什么叫顶点激励采用顶点激励方式有什么好处两者在信道的配置上有何不同答：所谓的“中心激励”方式是指在每个小区中，基站可以设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。所谓的“顶点激励”方式是指将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用3副扇形辐射的定向天线，分别覆盖3个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由3副扇形天线共同覆盖。采用顶点激励方式的好处：（1）减小系统的同信道干扰；（2）在不同的地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区中心激励采用的是全向天线来形成圆形覆盖区，在信道配置式每个基站只需配置一组信道；顶点激励采用的是3副扇形辐射的定向天线，在信道配置时每个基站要配置三组信道。8.试绘出单位无线区群的小区个数N＝4时，3个单位区群彼此邻接时的结构图形，假定小区半径为r，邻近的无线区群的同频小区的中心间距如何确定邻近的无线区群的同频小区的中心间距为。9.设某蜂窝移动通信网的小区辐射半径为8km，根据同频干扰抑制的要求，同频小区之间的距离应大于40km。问该网的区群应如何组成试画出区群的构成图、群内各小区的信道配置以及相邻同信道小区的分布图。答：因为，，所以有即，又因为且N应取最小的，所以有N=3。该网的区群是由三个六边形的小区构成的，如右图采用顶点激励，每个基站配置三组信道，向三个方向辐射，则每个区群需要9个信道组，群内各小区的信道配置以及相邻同信道小区的分布图如下图：10.移动通信网的某个小区共有100个用户，平均每用户C＝5次/天，＝180秒/次，K＝15％。问为保证呼损率小于5％，需共用的信道数是几个若允许呼损率达20％，共用信道数可节省几个解：每个用户忙时话务量为：这个小区的总的话务量为查Erl呼损表可得公用的信道数为8个，若允许的呼损率达，通过查表可得所需的信道数为5个，由此可以节省三个信道。11.某基站共有10个信道，现容纳300个用户，每用户忙时话务量为，问此时的呼损率为多少如用户数及忙时话务量不变，使呼损率降为5％，求所增加的信道数解：该基站总的话务量为，由于共有10个信道，由Erl公式可得此时的呼损率为，如用户数及忙时话务量不变，使呼损率降为5％，查表可得所需的信道数为14，增加了4个信道。12.什么叫信令信令的功能是什么答：信令是与通信有关的一系列控制信号；信令可以指导终端、交换系统及传输系统协同运行，在指定的终端之间建立临时通信信道，并维护网络本身正常运行。13.7号信令的体系包括哪些协议7号信令网络包括哪些主要部分答：7号信令系统的协议体系包括MTP、SCCP、TCAP、MAP、OMAP和ISDN-UP等部分7号信令网络是与现行PSTN平行的一个独立网络。它由三个部分组成：信令点（SP）、信令链路和信令转移点（STP）。14.通信网中交换的作用是什么移动通信中的交换与有线通信网中的交换有何不同答：交换网络的作用是在控制系统的控制下，将任一输入线与输出线接通。移动通信中的交换具有有线通信网中的交换的三个阶段，即呼叫建立、消息传输和释放。移动通信网络中使用的交换机与有线网络中的交换机的主要不同是除了要完成常规交换机的所有功能外，它还负责移动性管理和无线资源管理(包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等)。15.什么叫越区切换越区切换包括哪些问题软切换和硬切换的差别是什么答：越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移。越区切换包括三个方面的问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制；越区切换时信道分配；硬切换是指在新的链路建立之前，先中断旧的链路。而软切换是指既维持旧的链路，又同时建立新的链路，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，并于新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。16.假设称为“RadioKnob”的小区有57个信道，每个基站的有效辐射功率为32W，小区半径为10km，呼损率5%。假设平均呼叫的时间为2分钟，每个用户每小时平均有2次呼叫。而且，假设小区已经达到了最大容量，必须分裂为4个新的微小区以提供同区域内的4倍容量。（a）“RadioKnob”的当前容量为多少（b）新小区的半径和发射功率为多少（c）为了保持系统内的同频复用不变，每个新小区需要多少信道解：由题中给出的，n=57，通过查Erl表可以得到总的话务量为50Erl；因为C=2次/小时，T=2分/次，由此可以得到每个用户话务量为所以总的用户数为（a）“RadioKnob”的当前容量为(b)旧的小区的半径为10km小区的面积为新的小区的面积为新的小区的半径为发射机功率P1=Po/16=2W（取n=4）（c）若保持不变，则每个新小区仍有57个信道。第四章思考题与习题1.移动通信对调制技术的要求有哪些在移动通信中，由于信号传播的条件恶劣和快衰落的影响，接收信号的幅度会发生急剧的变化。因此，在移动通信中必须采用一些抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的调制技术，尽可能地提高单位频带内传输数据的比特速率以适用于移动通信的要求。具体要求：①抗干扰性能要强，如采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响；②要尽可能地提高频谱利用率；③占用频带要窄，带外辐射要小；④在占用频带宽的情况下，单位频谱所容纳的用户数要尽可能多；⑤同频复用的距离小； ⑥具有良好的误码性能；⑦能提供较高的传输速率，使用方便，成本低。2.已调信号的带宽是如何定义的信号带宽的定义通常都是基于信号功率谱密度(PSD)的某种度量，对于已调（带通）信号，它的功率谱密度与基带信号的功率谱密度有关。假设一个基带信号：其中的是基带信号，设的功率谱密度为，则带通信号的功率谱密度如下：信号的绝对带宽定义为信号的非零值功率谱在频率上占据的范围；最为简单和广泛使用的带宽度量是零点-零点带宽；半功率带宽定义为功率谱密度下降到一半时或者比峰值低3dB时的频率范围；联邦通信委员会(FCC)采纳的定义为占用频带内有信号功率的99%。3.QPSK、OQPSK的星座图和相位转移图有何差异如图所示IQ(+1,+1)(-1,+1)(-1,-1)(+1,-1)QPSK相位星座图OPSK相位星座图QPSK信号的相位有900突变和1800突变。OQPSK信号的相位只有900跳变，而没有1800的相位跳变。4.QPSK和OQPSK的最大相位变化量分别为多少各自有哪些优缺点OPSK的最大相位变化量为1800，OPSK最大相位变化量为900。发送QPSK信号时常常经过带通滤波，带限后的QPSK已不能保持恒包络，相邻符号之间发生1800相移时，经带限后会出现包络过零的现象。反映在频谱方面，出现旁瓣和频谱加宽现象。OQPSK因为没有的1800相位跳变，相对于QPSK出现的旁瓣较小。但是，OQPSK信号不能接受差分检测,这是因为OQPSK在差分检测中会引入码间干扰。5.简述MSK调制和FSK调制的区别与联系。最小频移键控(MSK)是一种特殊的连续相位的频移键控(CPFSK)。事实上MSK是2FSK的一种特殊情况，它是调制系数为的连续相位的FSK。它具有正交信号的最小频差，在相邻符号的交界处保持连续。6.设输入数据为16kbps，载频为32kHz，若输入序列为{000}，试画出MSK信号的波形，并计算其空号和传号对应的频率。空号对应频率为=×104传号对应频率为=×1037.设输入序列为{0000001}，试画出GMSK在=时的相位轨迹，并与MSK的相位轨迹进行比较。图中，实线为MSK的相位轨迹，虚线为GMSK的相位轨迹，很显然，MSK的相位路径在码元转换时刻有相位转折点；而GMSK通过引入可控的码间串扰，平滑了相位路径。8.GMSK与MSK信号相比，其频谱特性得以改善的原因是什么MSK信号可由FM调制器产生，由于输入二进制非归零脉冲序列具有较宽的频谱，从而导致已调信号的带外衰减慢。GMSK信号首先将输入的信息比特流经过高斯低通滤波以后再送入FM调制，经过高斯滤波改善已调信号的带外特性，使其衰减速度加快。GMSK通过高斯滤波引入可控的码间干扰（即部分响应波形）来达到平滑相位路径的目的，它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点。9.已知GSM系统SNR＝10dB，试求其带宽有效性。题目改为在GMSK调制方式下=，SNR=10dB,试求其带宽有效性SNR=10dB,得到=10，其信号功率占用百分比为90%。查表得到=，那么带宽有效性=bit/Hz10.在正交振幅调制中，应按什么样的准则来设计信号结构对于QAM调制而言，如何设计QAM信号的结构不仅影响到已调信号的功率谱特性，而且影响已调信号的解调及其性能。常用的设计准则是在信号功率相同的条件下，选择信号空间中信号点之间距离最大的信号结构，当然还要考虑解调的复杂性。11.方型QAM星座与星型QAM星座有何异同星型QAM星座的振幅环要比同等进制的方型QAM星座要少，相位种数也比方型少，改善了性能。有利于接收端的自动增益控制和载波相位跟踪。12.扩频调制有哪些特点扩频调制有哪几类分别是什么扩频调制系统具有许多优良的特性，系统的抗干扰性能非常好，特别适合于在无线移动环境中应用。扩频系统有以下一些特点：①具有选择地址（用户）的能力。②信号的功率谱密度较低，所以信号具有较好的隐蔽性并且功率污染较小。③比较容易进行数字加密，防止窃听。④在共用信道中能实现码分多址复用。⑤有很强的抗干扰性，可以在较低的信噪比条件下保证系统的传输质量。⑥抗衰落的能力强。⑦多用户共享相同的信道，无须进行频率规划。目前，最基本的展宽频谱的方法有两种：①直接序列调制，简称直接扩频(DS)，这种方法采用比特率非常高的数字编码的随机序列去调制载波，使信号带宽远大于原始信号带宽；②频率跳变调制，简称跳频(FH)，这种方法则是用较低速率编码序列的指令去控制载波的中心频率，使其离散地在一个给定频带内跳变，形成一个宽带的离散频率谱。对于上述基本调制方法还可以进行不同的组合，形成各种混合系统，比如跳频/直扩系统等。13.PN序列有哪些特征使得它具有类似噪声的性质虽然PN序列是确定的，但是具有很多类似随机二进制序列的性质，例如0和1的数目大致相同，将序列平移后和原序列的相关性很小，任意两个序列的互相关函数很小等。14.简要说明直接序列扩频和解扩的原理。直接序列扩频的实质是用一组编码序列调制载波，其调制过程可以简化为将信号通过速率很高的伪随机序列进行调制将其频谱展宽，再进行射频调制（通常多采用PSK调制），其输出就是扩展频谱的射频信号，最后经天线辐射出去。而在接收端，射频信号经过混频后变为中频信号，将它与发送端相同的本地编码序列反扩展，使得宽带信号恢复成窄带信号，这个过程就是解扩。解扩后的中频窄带信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码。15.简要说明跳频扩频和解扩的原理。跳频扩频技术通过看似随机的载波跳频达到传输数据的目的，而这只有相应的接收机知道。跳频系统用信源数据去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号。频率合成器产生的载频受伪随机码的控制，按一定规律跳变。在接收端，接收到的信号与干扰经宽带滤波送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应，但对应的频率有一频差fI，正好为接收机的中频。只要收发双方的伪随机码同步，就可以使收发双方的跳频源—频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一不变的中频信号，然后对此中频信号进行解调，就可恢复出发送的信息。16.比较分析直接序列扩频和跳频的优缺点。(1)抗强固频干扰。两种系统抗干扰的机理不同，直扩系统靠伪随机码的相关处理，降低进入解调器的干扰功率来达到抗干扰的目的；而跳频系统是靠载频的随机跳变，将干扰排斥在接收通道之外达到抗干扰目的。因此，跳频系统抗强固频干扰能力优于直扩系统。(2)抗衰落特别是抗选择性衰落直扩优于跳频。直扩系统的射频带宽很宽，小部分频谱衰落不会使信号严重畸变，而跳频系统将导致部分频率受到影响。(3)抗多径。由于直扩系统要用伪随机码的相关接收，只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度，这种多径不会对直扩形成干扰，甚至可以利用多径分量。而跳频抗多径的惟一办法是提高跳频速率，而实现高速跳频速率是较困难的。(4)“远－近”效应。“远－近”效应对直扩系统影响很大，而对于跳频系统的影响就小得多。这是因为接收机由于距离关系，干扰信号可能比有用信号要强得多，如果超过干扰容限就会干扰接收机正常工作。而跳频采用躲避的方法，不在同一频率，接收机前端对干扰的衰减很大。(5)同步。由于直扩系统的伪随机码速率比跳频的伪随机码速率高地多，而且码也长得多，因此直扩系统的同步精度要求高，同步时间长，入网慢。而跳频则快得多。17.为什么扩频信号能够有效地抑制窄带干扰扩频系统通过相关接收，将干扰功率扩展到很宽的频带上去，使进入信号频带内的干扰功率大大降低，提高了解调器输入端的信干比，从而提高系统的抗干扰性能。18.多载波调制的基本原理是什么多载波调制的基本原理是：它将高速率的信息数据流经串/并变换，分割为若干路低速数据流，然后每路低速数据流采用一个独立的载波调制并迭加在一起构成发送信号。在接收端用同样数量的载波对发送信号进行相干接收，获得低速率信息数据后，再通过并/串变换得到原来的高速信号。19.为什么需要采用自适应编码调制实际的无线信道具有两大特点：时变特性和衰落特性。因此，无线信道的信道容量也是一个时变的随机变量，要最大限度地利用信道容量，只有使发送速率也是一个随信道容量变化的量，也就是使编码调制方式具有自适应特性。自适应调制和编码（AMC）根据信道的情况确定当前信道的容量，根据容量确定合适的编码调制方式等，以便最大限度地发送信息，实现比较高的传输速率。第五章思考题与习题1.分集技术的基本思想是什么答：分集技术是一项典型的抗衰落技术，其基本思想是通过查找和利用自然界无线传播环境中独立的,高度不相关的多径信号来提高多径衰落信道下的传输可靠性。2.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：合并方法主要有：选择合并、最大比合并、等增益合并。最大比合并能获得最大信噪比，这是因为合并时对每一支路的信号都加以利用，而且给予不同的加权，信噪比大的支路加权大，这一路在合并器输出中的贡献也就大；反之，信噪比小的支路加权小，贡献也就小，最大比合并输出可得到的最大信噪比为各支路信噪比之和。3.要求DPSK信号的误比特率为时，若采用的选择合并，要求信号平均信噪比是多少dB没有分集时又是多少采用最大比值合并时重复上述工作。解：(1)由已知条件可知因为二进制DPSK误码率与信噪比之间符合采用的选择合并,信号平均信噪比(2)没有分集时（3）最大比合并输出可得到的最大信噪比为各支路信噪比之和，所以每一条支路的信噪比4.简述几种传统的自适应均衡算法的思想。答：（1）LMS自适应均衡算法LMS算法基于最小均方误差准则，使均衡器的输出信号与期望输出信号之间的均方误差最小。LMS算法是线性自适应滤波算法，一般来说它包含两个过程：一是滤波过程，包括计算线性滤波器输出对输入信号的响应，通过比较输出结果与期望响应产生估计误差。二是自适应过程，根据估计误差自动调整滤波器参数。这两个过程一起工作组成一个反馈环。首先有一个横向滤波器，该部件的作用在于完成滤波过程；其次有一个对横向滤波器抽头权重进行自适应控制过程的算法。算法的迭代公式如下：在滤波过程中，给定一个输入，横向滤波器产生一个输出作为期望响应的估计。估计误差定义为期望响应与实际滤波器输出之差。估计误差与抽头输入向量都被加到自适应控制部分。估计误差、步长参数与抽头输入的积为均衡器系统的矫正量，它将在第次迭代中应用于。为自适应均衡器在时刻的权系数向量。LMS算法收敛的条件为：，是输入信号自相关矩阵的最大特征值。(2)RLS自适应均衡算法RLS算法基于最小二乘准则，调整自适应滤波器的权系数向量，使估计误差的加权平方和最小。RLS算法对输入信号的自相关矩阵的逆进行递推估计更新，收敛速度快，其收敛性能与输入信号的频谱特性无关。但是，RLS算法的计算复杂度很高，所需的存储量极大，不利于实时实现；倘若被估计的自相关矩阵的逆失去了正定特性，这还将引起算法发散。为了减小RLS算法的计算复杂度，并保留RLS算法收敛速度快的特点，产生了许多改进的RLS算法。如快速RLS（FastRLS）算法，快速递推最小二乘格型（FastRecursiveLeastSquaresLattice）算法等。这些算法的计算复杂度低于RLS算法，但它们都存在数值稳定性问题。5.码片均衡的思想是什么它有什么特点答：码片均衡的思想是对接收到的码片波形在解扰/解扩之前进行码片级的自适应均衡。它的特点是有效恢复了被多径信道破坏的用户之间的正交性，抑制了多址干扰。研究表明，利用码片均衡原理实现的码片均衡器，其性能优于RAKE接收机。6.RLS算法与LMS算法的主要异同点答：LMS算法使均衡器的输出信号与期望输出信号之间的均方误差最小，基于最小均方误差准则，优点是结构简单，鲁棒性强，其缺点是收敛速度很慢。RLS算法基于最小二乘准则，调整自适应滤波器的权系数向量，使估计误差的加权平方和最小。RLS算法对输入信号的自相关矩阵的逆进行递推估计更新，因此收敛速度快，其收敛性能与输入信号的频谱特性无关。但是RLS算法的计算复杂度很高，所需的存储量极大，不利于实时实现；倘若被估计的自相关矩阵的逆失去了正定特性，还将引起算法发散。7.RAKE接收机的工作原理是什么 答：由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。其实RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。图题所示为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的分集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。图题　RAKE接收机结构图RAKE接收机利用多个相关器分别检测多径信号中最强的L个支路信号，然后对每个相关器的输出进行加权，以提供优于单路相关器的信号检测，然后再在此基础上进行解调和判决。8.均衡器有哪些类型答：均衡器按技术类型可以分为两类：线性和非线性。两类均衡器的差别主要在于均衡器的输出是否用于反馈控制。均衡器按检测级别可分为：码片均衡器、符号均衡器和序列均衡器三类。均衡器按其频谱效率可分为可分成三类：基于训练序列的均衡、盲均衡BE（BlindEqualization）与半盲均衡。均衡器按其所处位置又可分为两类：预均衡与均衡。均衡器通常都放在接收端，而预均衡器是放在发射端。均衡器按照采样间隔又可分为符号间隔均衡与分数间隔均衡器。均衡器按变换域又可分为时域均衡与频域均衡。9.假定有一个两抽头的自适应均衡器如图题所示，写出前三次迭代过程。图题　一个两抽头的自适应均衡器解：（1）第一次迭代（2）第二次迭代，步长因子为（3）第三次迭代10.假定一个移动通信系统的工作频率为900MHz，移动速度v=80km/h,试求：（1）信道的相干时间；（2）假定符号速率为s，在不更新均衡器系数的情况下，最多可以传输多少个符号解：（1）（2）最多可以传的符号数11.空时编码抗衰落的原理是什么答：空时编码（STC）是信道编码设计和发送分集的结合，其实质是空间和时间二维信号处理的结合，在空间上将一个数据流在多个天线上发射，在时间上把信号在不同的时隙内发射，从而建立了空间分离信号（空域）和时间分离信号（时域）之间的关系。第六章思考题与习题1.试说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频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，为了实现多址信号之间互不干扰，无线电信号之间必须满足正交特性。当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址(FDMA)方式；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址(TDMA)方式；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址(CDMA)方式。2.试说明FDMA系统的特点。答：FDMA系统有以下特点：（1）每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。（2）符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。（3）基站复杂庞大，重复设置收发信设备。（4）FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其它频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。（5）越区切换较为复杂和困难。3．试说明TDMA系统的特点。答：TDMA系统有以下特点：（1）突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为Rbit/s，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于NRbit/s。这是因为TDMA系统中需要较高的同步开销。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证。（2）发射信号速率随N的增大而提高，如果达到100kbit/s以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡，用以补偿传输失真。（3）TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此，采用时分双工时，可不需要双工器。（4）基站复杂性减小。（5）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量较大。（6）越区切换简单。4．蜂窝系统采用CDMA方式有哪些优越性答：（1）CDMA系统的许多用户共享同一频率。（2）通信容量大。（3）容量的软特性。（4）由于信号被扩展在一较宽频谱上，所以可减小多径衰落。（5）在CDMA系统中，信道数据速率很高。（6）平滑的软切换和有效的宏分集。（7）低信号功率谱密度。5．设系统采用FDMA多址方式，信道带宽为25kHz。问在FDD方式下，系统同时支持100路双向话音传输，则需要多大系统带宽解：每一路信号占用一个信道，又由于系统采用的是FDD方式，上下行链路各采用一个信道，所以上下行链路各需要的系统带宽为6．什么是m序列m序列的性质有哪些答：m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m序列的性质①m序列一个周期内“1”和“0”的码元数大致相等(“1”比“0”只多一个)。②m序列中连续为“1”或“0”的那些元素称为游程。在一个游程中元素的个数称为游程长度。一个周期内，长度为1的游程占总游程数的1/2；长度为2的游程占1/4；长度为3的游程占1/8；这样，长度为k(1≤k≤n一1)的游程占总游程数的1/2k。在长度为k(1≤k≤)的游程中，连“1”的游程和“0”的游程各占一半，而且只有一个包含n一1个“0”的游程，也只有一个包含n个“1”的游程。③m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。④m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。7．空分多址的特点是什么空分多址可否与FDMA、TDMA和CDMA相结合，为什么答：空分多址的特点是：a)通过空间的分隔来区分不同的用户b)利用无线的方向性波束将小区划分成不同的子空间来实现空间的正交分割c)可以在不同的用户方向上形成不同的波束d)可以增加系统容量空分多址可以与FDMA、TDMA、CDMA相结合，因为在不同波束里的用户，干扰很小，在同一波束覆盖范围的不同用户就跟一般的蜂窝系统的一个小区差不多，在这个覆盖区域中，我们可以利于利用和FDMA、TDMA、CDMA相结合来进一步提高系统的容量。8．何为OFDMA它有何特点答：OFDMA是每个用户分配一个OFDM符号中的一个子载波或一组子载波，以子载波频率的不同来区分用户，是正交频分多址接入。OFDMA是一种灵活的多址方式，它具有以下特点：（1）OFDMA系统可以不受小区内的干扰。（2）OFDMA可以灵活地适应带宽的要求。（3）当用户的传输速率提高时，直扩CDMA的扩频增益有所降低，这样就会损失扩频系统的优势，而OFDMA可与动态信道分配技术相结合，以支持高速率的数据传输。9．何为OFDM-TDMA它有何特点答：OFDM-TDMA是OFDM调制技术与TDMA多址技术相结合而用来实现多用户OFDM系统。OFDM-TDMA多址接入有如下特点：（1）OFDM-TDMA方案在特定OFDM符号内将全部带宽分配给一个用户，该方案不可避免地存在带宽资源浪费、频率利用率较低和灵活性差等不足。（2）OFDM-TDMA方案的信令开销很大程度上取决于是否采用滤除具有较低信噪比子载波的技术和自适应调制/编码技术，采用这些技术虽然可以改善性能但也会增加信令开销。10.简述OFDM与CDMA结合的必要性，并说明不同结合形式的原理与特点。答：当用户的传输速率提高时，直扩CDMA的扩频增益有所降低，这样就会损失扩频系统的优势，而OFDM可以解决信道的时间弥散性问题。CDMA技术和OFDM技术各有利弊，将二者结合起来，取长补短，以达到更好的通信传输效果。OFDM与CDMA结合有以下三种形式:(1)MC-DS-CDMA原理是发送数据序列（假定这个序列已经过映射、调制）首先经过串并变换变成Nc路并行输出，然后并行的每路数据由相同的短扩频码序列扩频，最后对这Nc路数据进行OFDM调制。特点是每个符号在多载波上传送，可以应用分集合并技术；比其它多载波扩频系统的实现更复杂。(2)MT-CDMA发射设备也利用给定扩频序列在时域扩频。但是，与MC-DS-CDMA不同的是串并转换后的数据先进行OFDM调制，然后再求和，最后再对求和信号进行长扩频序列的时域扩频。特点是对上行传输链路比较有利，因为它不需要用户间的同步(3)MC-CDMA系统采用频域扩频的方式。其基本过程是：每个信息符号由一个特定的扩频码片进行扩频，然后将扩频以后的每个符号调制到一个子载波上，因此，若扩频码的长度为，则对应的这个子载波传输的是相同的信息数据。特点：MC-CDMA具有最佳的频谱分布，抗干扰能力强，而且发射机的实现较简单，应用长扩频码在降低自干扰和多址干扰上取得的效果，可以与传统的CDMA系统的特性相比，检测器可以非相关地独立进行；各个子载波在同一物理信道中心部分的频谱叠加成分最多，频谱分布不均匀，导致调制信号要经历码间干扰和信道间干扰。11.如果一个GSM时隙由六个尾比特，个保护比特，26个训练比特和2组业务码组组成，其中每一业务码组由58比特组成，试求帧效率。解：一个GSM时隙长为比特，每一个时隙传输的业务码比特为116个，所以帧的效率为12.试述CSMA多址协议与ALOHA多址协议的区别与联系。答：ALOHA协议是任何一个用户随时有数据分组要发送，它就立刻接入信道进行发送。发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方的认可应答，则重发刚发的数据分组。由于在同一信道上，多个用户独立随机地发送分组，就会出现多个分组发生碰撞的情况，碰撞的分组经过随机时延后重传。在CSMA协议中，每个节点在发送前，首先要侦听信道是否有分组在传输。若信道空闲(没有检测到载波)，才可以发送；若信道忙，则按照设定的准则推迟发送。在ALOHA协议中，各个节点的发射是相互独立的，即各节点的发送与否与信道状态无关。CSMA协议是在ALOHA协议的基本原理的基础上，为了提高信道的通过量，减少碰撞概率，而出现的一种多址协议。13.试证明ALOHA协议的最大通过率为1/(2e)。证明：在稳定条件下，吞吐量S与网络G的关系为我们在这里假设是泊松到达，所以到达间隔时间的概率密度为其中的为平均到达率，所以有再结合式可得再联立式可得最后的吞吐量为当时，已到达最大值，所以纯ALOHA协议的吞吐量最大可达到即ALOHA协议的最大通过率为14.减少CDMA系统各用户间干扰的方法主要有那些答：减少CDMA系统各用户间干扰的方法主要有：功率控制、分集、扩频技术和多用户检测技术等。15.CDMA容量的计算：W＝1MHz，R＝2Mbps，最小可接受的Eb/N0为10dB，求出分别使用（a）和（b）两种技术在一个单小区CDMA系统中时，所能支持的最大用户数。（a）全向基站天线和没有语音激活检测，（b）在基站有3个扇区和α＝的语音激活检测。假设系统是干扰受限的。解：（a）由CDMA系统单小区容量公式：和题中已知条件可得：(b)由CDMA系统多小区容量公式：和题中已知条件可得第七章思考题与习题1.GSM系统采取了哪几种抗衰落、抗干扰的技术措施答：GSM系统采取了自适应均衡、跳频、纠错码、分集、扩频、采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列等抗衰落、干扰的技术措施2.TDMA系统可以采用移动台辅助越区切换，而FDMA系统则不能，为什么答：移动台辅助切换法其主要指导思想是把越区切换的检测和处理等功能部分地分散到各个移动台，即由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测得的结果送给MSC进行分析和处理，从而作出有关越区切换的决策。而TDMA系统在一帧分为多个时隙，而移动台最多占用两个时隙分别进行发射和接收，在其余的时隙内，可以对周围基站的BCCH进行信号强度的测量。当移动台发现它的接收信号变弱，达不到或已接近于信干比的最低门限值而又发现周围某个基站的信号很强时，它就可以发出越区切换的请求，由此来启动越区切换过程。切换能否实现还应由MSC根据网中很多测量作出决定。如果不能进行切换，BS会向MS发出拒绝切换的信令。而FDMA是用频率来划分的，并不能空出一定的时间来对周围的信号进行检测，不能够发出越区切换的请求。3.试画出GSM系统的总体结构图。4.试画出GSM系统话音处理的一般框图。5.GSM系统为什么要采用突发发射方式都有哪几种突发格式普通突发携带有哪些信息试画出示意图说明。答：GSM采用TDMA接入方式，一个用户在一帧中仅在某些时隙工作，所以必须采用突发方式。它有以下几种突发格式：常规突发、频率校正突发、同步突发、接入突发。常规突发又称为普通突发，携带有6位尾比特、26位训练比特、位保护比特、1位表示此数据的性质是业务信号或控制信号和116位信息比特。可用下图表示：6.常规突发中的训练序列有何作用为何将训练比特放在帧中间位置答：常规突发中的训练序列用来消除多径效应产生的码间干扰；将训练序列放在两段信息的中间位置，是考虑到信道会快速发生变化，这样做可以使前后两部分信息比特和训练序列所受信道变化的影响不会有太大的差别。7.何谓TDMA系统的物理信道和逻辑信道那么多种逻辑信道又是如何组合道物理信道之中传输的请举例说明。答：TDMA系统的物理信道指的是BTS与MS之间的无线传输通道。TDMA系统的逻辑信道指的是根据BTS与MS之间传递信息种类不同而定义的信道。多种逻辑信道是通过将公共控制信道复用（即在一个或两个物理信道上复用公共控制信道）来组合物理信道之中传输的。例如：BCCH和CCCH在TS0上的复用：BCCH和CCCH共占用51个TS0时隙，尽管只占用了每一帧的TS0时隙，但从时间上讲长度为51个TDMA帧。作为一种复帧。以出现一个空闲作为复帧的结束，在空闲帧之后，复帧再从F、S开始进行新的复帧。依此方法进行重复。8.简述GSM系统的鉴权中心产生鉴权三参数的原理以及鉴权原理答：GSM系统的鉴权中心产生鉴权三参数时首先，产生一个随机数（RAND）；通过密钥算法（A8）和鉴权算法（A3），用RAND和Ki分别计算出密钥（Kc）和符号响应（SRES）；RAND、SRES和Kc作为一个三参数组一起送给HLR。鉴权的原理：当MS发出入网请求时，MSC/VLR就向MS发送RAND，MS使用该RAND以及与AUC内相同的鉴权键Ki和鉴权算法A3，计算出符号响应SRES，然后把SRES回送给MSC/VLR，验证其合法性。9.突发中的尾比特有何作用接入突发中的保护期为何要选得比较长答：在无线信道上进行突发传输时，起始时载波电平必须从最低值迅速上升到额定值；突发脉冲序列结束时，载波电平又必须从额定值迅速下降到最低值（例如-70dB）。有效的传输时间是载波电平维持在额定值的中间一段，在时隙的前后各设置3bit尾比特，允许载波功率在此时间内上升和下降到规定的数值。当移动台在RACH信道上首次接入时，基站接收机开始接收的状况往往带有一定的偶然性。它既不知道接收电平、频率误差、MS和BS之间的传播时延，也不知道确切的接收时间。因此，为了提高解调成功率，AB序列的训练序列及始端的尾比特都选择得比较长。10.试说明MSISDN、MSRN、IMSI、TMSI的不同含义及各自的作用。答：MSISDN：移动台国际ISDN号码；MSISDN为呼叫GSM系统中的某个移动用户所需拨的号码。MSRN：移动台漫游号码；用于建立通信路由。IMSI：国际移动用户识别码；在GSM系统中，每个用户均分配一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI）。此码在所有位置（包括在漫游区）都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时，需要使用IMSI。TMSI：临时移动用户识别码；考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI。11.试画出一个移动台呼叫另一个移动台的接续流程。12.GPRS系统在GSM系统的基础上主要增加了哪些功能单元选用移动通信频段的依据是什么答：GPRS系统在GSM系统的基础上主要增加了PCU（PacketControlUnit）是分组控制单元；SGSN（ServingGPRSSupportingNode）是服务GPRS支持节点；GGSN（GatewayGPRSSupportingNode）是网关GPRS支持节点；DNC为域名服务器；BG为边界网关；CG为计费网关。13.说明GPRS的业务种类。答：GPRS的业务有：短消息业务、通用无线分组业务、高速电路型数据业务。14.简述SGSN、GGSN的功能和作用。答：SGSN的主要功能是：负责GPRS与无线端的接入控制、路由选择、加密、鉴权、移动管理；完成它与MSC、SMS、HLR、IP及其它分组网之间的传输与网络接口；SGSN可以看作为一个无线接入路由器。作用：类似于MSC，专管分组。GGSN的主要功能是：是与外部因特网及分组网连接的网关，GGSN可看作提供移动用户IP地址的网关路由器；还可以包含防火墙Firewall）和分组滤波器等；提供网间安全机制。另外，GGSN根据移动台的位置，为其指定一个SGSN。其作用类似于GMSC。15.简述慢跳频在GSM系统中的作用。答：跳频技术改善了无线信号的传