哈工大移动通信 作业答案

双工通信是指通信双方，收发信机均同时工作。

单工通信，收发信机可使用同一副天线，而不需要天线共用器，设备简单，功耗小，但操作不方便。在使用过程中，往往会出现通话断续现象。而且由于收发皆用一个频率，当附近有邻近频率的电台工作时，就会造成强干扰。

双工通信，不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗大。，使用方便，不需收发控制操作。

1.4有两种双工制式，即频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。

FDD利用两个不同的频率来区分收、发信道。即对于发送和接受两种信号，采用不同频率进行传输。

抗快衰落性能好，支持移动速率较高。收发信道不同频率，可借助频率选择性进行干扰隔离。网络规划和优化技术更简单。

TDD利用同一频率但两个不同的时间段来区分收、发信道。即对于发送和接收两种信号，采用不同时间（时隙）进行传输。

能够灵活配置频率。可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好的支持非对称业务。具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用射频单元，降低了设备成本。接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度。具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术。

1.6

1. 第一代蜂窝移动通信系统

第一代蜂窝移动通信系统（1G）是双工的基于频分多址的模拟制式系统，其传输的无线信号为模拟量，因此人们称此时的移动通信系统为模拟通信系统。

第一代系统利用蜂窝组网技术以提高频率资源利用率，采用蜂窝网络结构，客服大区制容量密度低、活动范围受限的问题。但它也存在很多缺点：频谱利用率低；通信容量有限；通话质量一般，保密性差；制式太多，标准不统一，互不兼容；不能提供非话类数据业务，不能提供自动漫游等。

2. 第二代蜂窝移动通信系统

第二代系统是数字移动通信。多址方式由FDMA转向TDMA和CDMA，FDD双工模式，基于AMPS改进。

保密性获得很大提高，而且可以进行省内、省际自动漫游。容量大，覆盖范围广。话音质量提高，但应用有限。宽带受限，无法实现移动的多媒体业务。不支持全球漫游。

3. 第三代蜂窝移动通信系统

   第三代系统是第二代的演进和发展，而不是重新建设一个移动网。

   在2G的基础上，3G增加了强大的多媒体功能，不仅能接收和发送语音、数据信息，而且还能接收和发送静、动态图像及其他数据业务；而且3G克服了多径、时延扩展、多址干扰、远近效应、问题等技术难题，具有较高的频谱利用率，解决全世界存在的系统容量问题；系统设备价低，业务服务高质、低价，满足个人通信化要求。

4. 蜂窝移动通信系统

   4G是3G技术的进一步演化，是在传统通信网络和技术的基础上不断提高无线通信的网络效率和功能。同时，它包含的不仅仅是一项技术，而是多种技术的融合。不仅仅包括传统移动通信领域的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技术。

   适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作的需要。

1.10 在实现人与互联网的互联之后，人类将迎来人与物、物与物之间互联的物联网时代，一个无所不连的时代即将到来。“随时、随地、无所不在”将成为移动通信的基本特征，手机的应用将取代手机的技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将是未来竞争的焦点。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。

2.2 （a）发射功率

        (dBm)=10lg[]=10lg[100]=50dBm

     (b) 发射功率

        (dBW)=10lg[]=10lg[100]=20dBW

     L=32.45+20lg(f)+20lg(d)=32.45+20log900+20lg0.1=71.53

     由=L , 得=-21.5dBm

2.5  

2.6 多径衰落的原因是因为平面波以随机相位从不同的方向达到，并且在接受天线上进行适量合成。多径延时越大，相关带宽越窄。

2.7 当输入信号的带宽远小于信道相关带宽，则输出信号频谱中。谱分量幅度与相位关系就是确定的（不同时间可以有不同的常数因子）；反之，如输入信号的带宽大于信道相关带宽，则会引起输出信号的失真，对于数字通信将会引起误码。

多径延时越大，相关带宽越窄，信道容许传输的不失真频带就越窄；反之，多径延时越小，相关带宽越宽，信道容许传输的不失真频带就越宽。

2.8  频率选择性衰落是由信道中发送信号的时间色散引起的，信号会因色散而产生符号间干扰。域中接收信号的不同频率会获得不同增益。产生原因：

通常认为若，该信道是频率选择性的，不过这一范围还依赖于所使用的调制类型。

当信道的相关时间比发送信号的周期短，且基带信道的带宽小于多普勒扩展，信道冲激响应在符号周期内变化很快，从而导致信号失真，产生衰落，此衰落为快衰落。产生条件为：

2.9  （1）计算自由空间的传输损耗

     （2）市区准平滑地形的损耗中值

2.10  平均附加时延（）

==

30kHz<116.17kHz , AMPS业务合适。

200kHz>116.17kHz, GSM业务合适。

路径传输损耗由自由空间传播损耗，环境因素，天线因素，和地形因素决定。

阴影衰落特点是衰落与无线电波传播的地形和地物的分布、高度有关。阴影衰落近似服从于对数正态分布。

多径衰落损耗因为同相叠加和反相叠加，接收包络波长的某些部分能够出现大约30到40dB的变化。其一般服从于瑞利衰落或莱斯衰落。

多径衰落有瑞利分布模型，莱斯分布模型，和Nakagami-m分布模型

瑞利分布：对于多径信道，当发射机与接收机之间没有直射波路径并且有大量发射路径存在，且到达接收机天线的方向角是随机的（0到2均匀分布），各个反射波的幅度和相位都是统计的。

莱斯分布：当存在一个主要的稳定的（非衰落）信号分量时，这种情况下，从不同路径随机到达的多径分量叠加在稳定的主要信号上。

Nakagami-m分布：通过基于场测试的实验方法，用曲线拟合，达到近似分布。

 , 

时，

=32.45+20lg5000+20lg0.01=66.43dB

=5.538kW

d=100m时，

=32.45+20lg5000+20lg0.1=86.43dB

=553.8kW

3.5 语音压缩编码有波形编码，参量编码，混合编码。移动通信中主要采用混合编码。

3.7  （1）预处理，即去直流分量和进行预加重。

    （2）LPC分析，这部分就是按线性预测编码的原理求预测滤波器系数。

     （3）短时分析滤波，这部分对信号做短时预测分析，产生短时残差信号。

     （4）长时预测，进行一次长期预测，以去掉其冗余并优化。

     （5）规则脉冲编码，用一组位置上和幅度上都优化的脉冲序列来代替残差信号。

3.14  （1）

（2）编码输出为[11 10 11 01 01]

（3）最有可能发送的信息序列为10011

3.15 （1）串行级联、迭代译码、在迭代译码中交换的是外部信息和概率译码。

     （2） Turbo码通过迭代绕过了长码的计算复杂的问题，但是这样做付出的代价就是时延，因为迭代译码必然会产生时延。所以对实时性要求很高的场合，Turbo码的应用受到。

1  1）速率较低，纯编码速率应低于16kb/s;

   2）在一定编码速率下的音质应尽可能的高；

   3）编码时延要段，控制在几十毫秒内；

   4）编码算法应具有较好的抗误码性能，计算量小，性能稳定；

   5）算法复杂度适中，编译码应便于大规模继承。

2        CELP是一种用码本（Codebook）来作为激励的编码方法。即把残差信号可能出现的各种样值组合按一定规则排列，存在存储器中，有如字典一样，每一样值组合一地址码，故这个存储器成为码本。在收、发双方各有一个同样的码本。在线性预测时，对于残差信号传输时并不传输它本身，而是先在本方的码本中，检查出与这信号最接近的样值组合的地址码，然后将这个码本中取出这个地址的残差信号来加到滤波器上，就可得到重建的话音。

3 （1）为检测e个错误，要求最小码距

  （2）为纠正t个错码，要求最小码距

  （3）为纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距

4编码：Turbo码在编码端将两个子编码器通过交织器相连；并行编码，然后再对三路信号复用；进而传输、此处交织器的采用，消除了两个子编码器件的相关性，从此实现了编码的随机性。

译码：

（1）输入信息位、信息位校验位、信息位交织后的校验位

（2）在第一次迭代时，由于第二分量译码器无输出，所以在第一分量译码器输入全为零的数。

（3）将全为零的比特位、信息位和信息位校验位输入第一分量译码器进行译码，输出为信息位的译码结果。

（4）将信息位的译码结果进行交织得到信息位译码结果的交织、将信息位进行交织得到信息位的交织结果。

（5）将信息位译码结果的交织、信息位的交织和信息位交织后的校验位输入第二分量译码器进行译码。得到信息位交织的译码结果。

（6）将信息位交织的译码结果进行解交织和判决，得到译码结果，然后利用编码前曾添加的CRC校验位进行校验，如果无错则输出，否则将（5）得到的信息位交织的译码结果进行解交织送到第一分量译码器的输入端。

（7）重复（3）-（6） 直至编码正确或迭代次数达到初始设定的的次数。

5 信道交织的原理就是把码字的b个比特分散到n个帧中，以改变比特间的邻近关系。 “按行写，按列读出”。

  主要解决衰落带来的突发差错。

6 符号传输速率=50kbit/s

  符号周期为= =2 s

  相干时间=10ms

  欲使相邻编码比特之间衰落

 最小码距为3，能纠正一位错码，突发错误经过交织后的间隔是d，如果突发长度为d，解交织后每个码字只有一个符号错误，可以被纠正。故存储量为500.

时延

7 状态序列：00-00-10-11-01-10-01-10-11-01-10

  编码输出    [00 11 01 01 00 10 00 01 01 00]

4.1

4.2  QPSK存在180°的相位跳变，OQPSK最多只能存在90°的跳变，只有和3的跳变。

4.7  接收到的序列为111001101011.

一：0000000001

       001     001     001     011

二：0001100111

       011     101     001     111

故选取第一条路径，译码得出的前六比特为001001.

4.8 OFDM可以看作是MFSK与另一种多进制数字调制（如MPSK或QAM）的结合：首先，有多个载频（MFSK），各载频两两相互正交；其次，每个载频都采用多进制传输（如MPSK或QAM，甚至可以彼此不同）。

   OFDM根据信道的传输特性分配传输数据传输带宽：在衰减大的载频点降低信传率，在衰减小的载频点加大信传率。同时可以再OFDM系统中引入循环前缀（CP,Cyclic Prefix）来消除时间弥散信道的影响。只要CP长度大于信道最大时延，就可以完全消除符号间干扰和子载波间干扰。

1.QPSK优点：具有较高的频谱利用率，较强的抗干扰性能，同时在电路中易于实现，成为移动通信的主要调制方式。

        缺点：四相各相差90°，它们仍是不不连续相位调制，在码元交替处的载波相位往往是突变的，当相邻的两个码元同时变换时，这种相位跃变会使调相波的包络上出现零（交）点，引起较大的包络起伏，其信号功率将产生很强的旁瓣分量。并且QPSK也有相位模糊问题。

OQPSK最多只能存在90°的跳变，相位跳变要小，客服了QPSK信号180°跃变的缺陷。所以它的频谱特性要比QPSK的好，即旁瓣的幅度要小一些，且没有包络零点。

信号比带限QPSK有更好的恒包络性质，但是不如OQPSK。

在衰落信道中一般选用更合适，因为具有能够非相干解调优点，它既可以用相干解调，也可用非相干解调，还可以用鉴频器解调，也可用非线性放大，可得到高功率功放，在多径衰落信道中比OQPSK性能更好。

2. 

３.ＣＰ是用来消除时间弥散信道的影响。只要CP长度大于信道最大时延，就可以完全消除符号间干扰和子载波间干扰。

４.，故对于４－ＰＳＫ来说，半径为１.　 

对于８－ＰＳＫ来说，半径为１.８５.　 

增加的能量＝３.４－１＝２.４

５.由ＱＡＭ星座图的分布可知

故＝４

时，１６ＱＡＭ　Ｓ=２.５

４ＰＡＭ　Ｓ=１.２５

１６ＰＡＭ　Ｓ=６.５７

６.时接收端将发生错误。

７. 

８（ａ）

（ｂ）

（ｃ）

（ｄ）０１　００　１０　０１　１１　１０　０１　０１

假设，头两个比特是０１，＝３π／４；

之后是００，＝０；

＝１

＝０

然后是１０，＝－π／４；

＝

＝

第四组是０１；＝π／２；

＝０

＝１

第五组是１１；＝３π／４

＝

＝

第六组是１０；＝π／４

＝

＝

第七组是０１；＝π

＝－１

＝０

第八组是０１；＝－π／４；

＝

＝

故发送的符号序列为１００１－１０

９（ａ）由题最小距离为Ａ，Ａ＝ａ，所以８ＱＡＭ内圆半径ａ＝／２Ａ，８ＱＡＭ外圆半径

（ｂ）由余弦定理可得，，８ＰＳＫ半径ｒ＝１．３１Ａ

（ｃ）两者的平均功率：

相对功率增益：１０（１.７２／１．１８３）＝１．６２５ｄＢ

（ｄ）８ＰＳＫ可以，

８ＱＡＭ不可以，只能是３位码，不能保证相邻星座点表示的三比特中只相差一比特。

（ｅ）由，，得＝９０／３＝３０ＭＢ

5.1

欲传输的数字信号ak（t）经信息调制（一般为PSK调制）获得窄带已调信号bk（t）。它再与码片速率很高的扩频码Ck（t）进行调制（扩频调制），其输出为频谱带宽被扩展的信号Sk（t），这个过程称为扩频。扩展频谱信号Sk（t）再变换为射频信号发射出去。

在接收端，射频信号经过变频后输出中频信号Sm（t），通常Sm（t）是N个发射信号和干扰及噪声的混合信号。它与本地扩频码Cm（t）进行扩频解调（解扩），使宽带信号Sm（t）变为窄带信号bm（t）。bm（t）经信息解调器恢复成原始数字信号am（t）。

5.2 由于窄带噪声和多径干扰与本地参考伪噪声码不相关，所以在进行相关处理时被削弱。实际上干扰信号和本地参考伪噪声码相关处理后，其频带被扩展，也就是干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，降低了干扰信号的电平（单位频率内的能量或功率）。

5.6 对于宽带干扰，由于干扰信号的能量分布在一个较宽的频带上，接收机通过窄带滤波器将大部分能量滤除；而对于窄带干扰信号，接收机通过躲避的方法，在大部分时间内不让干扰信号通过接收机中的中频滤波器。因而可以说，对于宽调频接收机将干扰信号的能量在一个较宽的频带上进行了平均，对于窄带干扰，将干扰信号的能量在一个较长的时间段内进行了平均。

5.7 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，来改善接收信号的信噪比。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。

5.8 在移动通信环境中，通过不同途径所接收到的多个信号衰落情况是不同且的，假设其中某一信号分量的强度低于检测门限的频率为p,则所有M个信号分量的强度都低于检测门限的概率为，远低于,综合利用各信号分量，就有可能明显改善接收信号的质量，这就是分集接收的基本思想。

5.9 用来对抗楼房等物体的阴影效应的分集叫做宏分集。用来对抗多径衰落的分集技术叫做微分集。微观分集有空间分集，极化分集，角度分集合频率分集。

5.10选择式合并，最大比值合并和等增益合并。可以获得最大的输出信噪比。最大比值合并方式的输出信噪比（SNR）等于各支路SNR之和。所以，即使每路信号都比较差，没有一路信号可以单独解出来时，最大比值算法仍有可能合成一个达到SNR要求的可解调信号。因此，在所有已知的线性分集合并方法中，选择合并方法的抗衰落特性是最好的。

1 

2（a）

(b) 

N=3

3  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，来改善接收信号的信噪比。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。

A-RAKE接收机将所有可能分离的多径信号进行合并。

S-RAKE接收机在所有可分离的个多径信号中选择个信号最强的多径分量进行合并。

P-RAKE接收机对先到达的几条可分离的多径进行合并。

A-RAKE性能最好，S-RAKE次之，P-RAKE最差。

4 下行MIMO技术包括空间复用、波束赋形和传输分集。

  目前MIMO技术下行基本天线配置为2*2，即2天线发送和2天线接收，最大支持4天线进行下行方向四层传输。

5 均衡器分为时域均衡器和频域均衡器。

6.4 当用户共享同一信道时，强信号对弱信号有着明显的抑制作用，使得弱信号的接收性能很差，甚至根本无法通信。

实施功率控制进行客服。

6.5 因为用户会移动，可能出现多个用户在同一空间内的情况。

1.因为在服务区面积一定的情况下，正六边形形状的小区最接近理想的圆形辐射模式，覆盖面积最大，它们之间的重叠面积最小，可用最少数目的小区就能覆盖整个地理区域，因此用正六边形覆盖整个服务区所需要的基站数最少，无线频率个数最少。

2.中心激励：基站位于无线区的中心，则采用全向天线实现无线区的覆盖。

顶点激励：在每个蜂房相间的三个顶角上设置基站，并采用120°扇形覆盖的定向天线。

由于顶点激励方式采用定向天线，除了对消除障碍物阴影有利外，对来自120°主瓣以外的同信道干扰信号，天线方向性能提供一定的隔离度，降低了干扰，因而允许以较小的同频复用距离工作，构成单位小区簇的无线区数N可以降低，对进一步提高频率利用率、简化设备、降低成本都有一定好处。

3.Q至越大，话音质量就越好，因此此时的同频干扰越小，Q值越小，则容量就越大，相同小区半径下同频干扰越大。

4.

N=4.59=5；

5.1  3  12  17  20  24  26

   2   9   5   3   4   2

存在三阶互调波道组。

利：消除了三阶互调干扰。

弊：无法使用某些频率。