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移動(dòng)通信第二次作業(yè) 1090510321 李森第四章4.1設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為1011001，試分別畫(huà)出OOK、2FSK、2PSK、2PSK及2DPSK信號(hào)的波形示意圖，并注意觀察其時(shí)間波形上各有什么特點(diǎn)。OOK2FSK2PSK2DPSK解 4.2QSPK、/4-QPSK、OQPSK信號(hào)相位跳變?cè)谛盘?hào)星座圖上的路徑有什么不同。解：QSPK在其碼元交替處的載波相位往往是突變的，當(dāng)相鄰的兩個(gè)碼元同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，如當(dāng)00到11或者01到10時(shí)會(huì)產(chǎn)生180的載波躍變。這種相位躍變會(huì)使調(diào)相波的包絡(luò)出現(xiàn)零（交）點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，起信號(hào)功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進(jìn)方案，它的最大相位跳變是135。OQPSK信號(hào)由于同相和正交支路碼流在時(shí)間上相差半個(gè)周期，使得相鄰碼元間相位變化只能是0或90，不會(huì)是180，克服了QPSK信號(hào)180躍變的缺陷。OQPSK的包絡(luò)變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒(méi)有包絡(luò)零點(diǎn)。4.7設(shè)有一個(gè)TCM通信系統(tǒng)，其編碼器如下圖所示，且初始狀態(tài)為“00”。若發(fā)送序列是等概率的，接收端收到的序列為111001101011（前后其他碼元皆為0）試用網(wǎng)路圖尋找最大似然路徑并確定譯碼得出前6個(gè)比特。解：000111104.8什么是OFDM信號(hào)？為什么它可以有效地抵抗頻率選擇性衰落？解：OPDM是正交頻分復(fù)用，主要思想就是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到多個(gè)并行的正交子載波上，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。OFDM技術(shù)將高速串行的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換轉(zhuǎn)化為多路并行的低速數(shù)據(jù)流在各個(gè)子載波上傳輸，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，并通過(guò)添加長(zhǎng)度大于最大時(shí)延擴(kuò)展的循環(huán)前綴，使得OFDM符號(hào)長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，從而可以有效減小無(wú)線信道的時(shí)間彌散所帶來(lái)的符號(hào)間干擾（ISI）。補(bǔ)充題：1. QPSK、OQPSK與/4-QPSK等調(diào)制方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？在衰落信道中一般選用哪種調(diào)制方式更合適，為什么？解：（1）QPSK優(yōu)點(diǎn)：具有較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性能，同時(shí)在電路中易于實(shí)現(xiàn)，成為移動(dòng)通信中的主要調(diào)制方式。缺點(diǎn)：存在相位模糊問(wèn)題，在其碼元交替處的載波相位往往是突變的，當(dāng)相鄰的兩個(gè)碼元同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，如當(dāng)00到11或者01到10時(shí)會(huì)產(chǎn)生180的載波躍變。這種相位躍變會(huì)使調(diào)相波的包絡(luò)出現(xiàn)零（交）點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，起信號(hào)功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。（2）OQPSK優(yōu)點(diǎn)：OQPSK信號(hào)由于同相和正交支路碼流在時(shí)間上相差半個(gè)周期，使得相鄰碼元間相位變化只能是0或90，不會(huì)是180，克服了QPSK信號(hào)180躍變的缺陷。OQPSK的包絡(luò)變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒(méi)有包絡(luò)零點(diǎn)。由于兩個(gè)支路符號(hào)的錯(cuò)開(kāi)并不影響他們的功率譜，OQPSK信號(hào)的功率譜和QPSK相同，因此有相同的帶寬效率。缺點(diǎn)：信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍比較小。（3）/4-QPSK優(yōu)點(diǎn)：/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進(jìn)方案，它的最大相位跳變是135。因此，帶限p/4-QPSK信號(hào)比帶限QPSK有更好的恒包絡(luò)性質(zhì)，但是不如OQPSK。/4-QPSK具有能夠非相干解調(diào)優(yōu)點(diǎn)，并且在多徑衰落信道中比OQPSK性能更好，是適于數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制方式之一。（4）在衰落信道中一般選用/4-QPSK調(diào)制方式更合適，因?yàn)樗慕庹{(diào)方法有多種，可在中頻，也可以在基帶解調(diào)，它既可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)，還可以用鑒頻器解調(diào)，也可用非線性放大，可以得到高效率的功放。2.4-ASK調(diào)制的誤碼率推導(dǎo)方形16-QAM調(diào)制的誤碼率。解：假設(shè)電平間隔為2（1）其中 即 所以 （2）方形16-QAM誤碼率：可把16-QAM的I，Q兩分量分別看成是4-ASK調(diào)制，需I，Q均不出現(xiàn)誤碼方形16-QAM才不會(huì)出現(xiàn)誤碼，則有：3.OFDM系統(tǒng)中CP的作用。解：CP即循環(huán)前綴，目的是消除時(shí)間彌散信道的影響。只要CP長(zhǎng)度大于信道最大時(shí)延，就可以完全消除符號(hào)間干擾（ISI），可以保證無(wú)論從何時(shí)開(kāi)始，一個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi)均包含完整的子載波信息，保護(hù)子載波間正交性，同時(shí)消除子載波間干擾（ICI）。4.設(shè)有的4-PSK星座，求多增加1比特輸出(8-PSK)且仍然保持不變(即誤碼率不變)所需要的能量增量。 5.若正方形星座每維有比特，證明其平均能量與成正比。若每維增加1個(gè)比特，并保持星座點(diǎn)間最小距離不變，證明需要的能量滿足關(guān)系。求的并計(jì)算具有相同比特/符號(hào)及相同最小距離的MPSK及MPAM的平均能量。證明：6.對(duì)于差分調(diào)制的MPSK，令表示一個(gè)碼元間隔內(nèi)信道的相位偏移。在不考慮噪聲的情況下需要達(dá)到多少才會(huì)使接收端的檢測(cè)發(fā)生錯(cuò)誤？解：在不考慮噪聲的情況下，當(dāng)時(shí)可以在接收端檢測(cè)發(fā)生錯(cuò)誤。7.對(duì)于差分的8-PSK，列出格雷編碼時(shí)比特序列和相位變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后給出比特序列101 110 100 101 110對(duì)應(yīng)的調(diào)制輸出的符號(hào)序列，設(shè)信息從第k個(gè)碼元時(shí)間開(kāi)始發(fā)送，且第(k-1)個(gè)碼元時(shí)間發(fā)送的符號(hào)為。解：自然二進(jìn)制碼000001010011100101110111格雷碼0000010110101101111011000該比特序列對(duì)應(yīng)的調(diào)制輸出符號(hào)序列：8./4-QPSK調(diào)制可看做是兩個(gè)QPSK系統(tǒng)，它們的星座圖相對(duì)旋轉(zhuǎn)了/4。(a)畫(huà)出/4-QPSK的信號(hào)空間圖。(b)按格雷碼規(guī)則標(biāo)出每個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比特序列。(c)求比特序列01 00 10 01 11 10 01 01通過(guò)/4-QPSK基帶調(diào)制發(fā)送的符號(hào)序列。解：（a）/4-QPSK的信號(hào)空間圖(c)9. 考慮下圖所示的八進(jìn)制星座圖。(a)若8QAM中各星座點(diǎn)間的最小距離為A，求內(nèi)圓與外圓的半徑a、b。(b)若8PSK中相鄰星座點(diǎn)的間距為A，求半徑r。(c)求這兩種星座圖的平均發(fā)送功率，并作比較。這兩個(gè)星座圖相對(duì)的功率增益是多少？(假設(shè)發(fā)送端符號(hào)等概出現(xiàn))。(d)對(duì)于這兩個(gè)星座圖，有無(wú)可能使相鄰星座點(diǎn)表示的三比特中只相差一比特？(e)如果比特率為90Mbit/s，求符號(hào)速率。解：（a）8QAM 內(nèi)圓半徑a=/2A, 8QAM外圓半徑b=()a=A(b) (c) 相對(duì)功率增益：(d) 8PSK可以，如圖所示8QAM不可以，只能是3位碼，不能保證相鄰星座點(diǎn)表示的三比特中只相差一比特。(e) 第五章5.1 簡(jiǎn)要說(shuō)直接序列擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻的原理。答：用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開(kāi)的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來(lái)的信號(hào)。 直接序列擴(kuò)頻方式是直接用偽噪聲序列對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過(guò)信道編碼后，與偽噪聲序列進(jìn)行模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。5.2 為什么擴(kuò)頻信號(hào)能夠有效的抑制窄帶干擾？答：擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)，傳輸信號(hào)在發(fā)送端被擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)展頻譜后成為寬頻信號(hào)，而在接收端又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法來(lái)解擴(kuò)，使有用帶寬信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)；而窄帶干擾未經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻處理，在接收端經(jīng)過(guò)相關(guān)解擴(kuò)后成為寬頻信號(hào)而使其譜密度大大下降，從而抑制窄帶干擾。 5.6 試解釋頻率跳變擴(kuò)頻系統(tǒng)抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機(jī)理。答：5.7 RAKE接收機(jī)的工作原理是什么？答：RAKE接收機(jī)的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對(duì)它進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。5.8 分集接收技術(shù)的指導(dǎo)思想是什么？答：分集技術(shù)是研究如何充分利用傳輸中的多徑信號(hào)能量，以改善傳輸?shù)目煽啃浴＞褪抢枚鄰絺鬏斚嗤畔⑶揖哂薪葡嗟鹊钠骄盘?hào)強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰落特性的信號(hào)路徑，并在接收端對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)合并，以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃浴?.9 什么是宏觀分集和微觀分集？在移動(dòng)通信中常用哪些微觀分集？答：（1）宏觀分集：用于合并兩個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)時(shí)限對(duì)數(shù)正態(tài)信號(hào)，這些信號(hào)是經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來(lái)自不同基站站址的兩個(gè)或多個(gè)不同天線發(fā)射的信號(hào)。（2）微觀分集：用于合并兩個(gè)或多個(gè)短時(shí)限瑞利信號(hào)，這些信號(hào)都是同一接收基站長(zhǎng)經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來(lái)自兩個(gè)或多個(gè)不同天線發(fā)射的信號(hào)。（3）在移動(dòng)通信中常用的微觀分集：空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集和時(shí)間分集。5.10 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:合并方式有常用的選擇式合并、最大比值合并和等增益合并，之外還有開(kāi)關(guān)式合并方式。其中最大比值合并可以獲得最大的輸出信噪比，因?yàn)楹喜⒑笮盘?hào)的振幅與各支路信噪比相聯(lián)系，信噪比愈大的支路對(duì)合并后的信號(hào)貢獻(xiàn)愈大。所以，即使當(dāng)各路信號(hào)都很差，使得沒(méi)有一路信號(hào)可以被單獨(dú)解出時(shí)，最大比值合并算法仍有可能合成一個(gè)達(dá)到SNR要求的可以被解調(diào)的信號(hào)。這種方法的抗衰落統(tǒng)計(jì)特性是最佳的。補(bǔ)充題：證明：合并后信號(hào)的包絡(luò)為：假設(shè)每條支路上的噪聲功率為，那么可以證明：當(dāng)時(shí)，合并后的信噪比達(dá)到最大，合并后的輸出為：則 輸出信噪比為： 各支路信噪比：則 ，由 許瓦茲 不等式得 等號(hào)成立條件：，其中C為常數(shù)即 解： 3.簡(jiǎn)述RAKE接收機(jī)的工作原理，并說(shuō)明A-RAKE、S- RAKE和P-RAKE三種不同的RAKE接收機(jī)具體實(shí)現(xiàn)方法及其性能如何。答：（1）RAKE接收機(jī)的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對(duì)它進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。（2）A-RAKE接收機(jī)將所有可能分離的多徑信號(hào)進(jìn)行合并。A-RAKE接收機(jī)通過(guò)合適的合并策略，其性能將接近于AWGN環(huán)境下系統(tǒng)的性能。但是該接收機(jī)面臨的最大問(wèn)題是在接收信道里所有的路徑能量時(shí)，需要大量的相關(guān)器和多徑接收分支，在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中是很難達(dá)到的。（3）S- RAKE接收機(jī)在所有可分離的個(gè)多徑信號(hào)中選擇個(gè)信號(hào)最強(qiáng)的多徑分量進(jìn)行合并。在接收機(jī)數(shù)目為時(shí)，RAKE接收機(jī)采取這種多徑接收策略以后，所收集的多徑能量是最多的，進(jìn)而系統(tǒng)的性能得到了提升。雖然S-RAKE接收比A-RASK接收機(jī)能夠減少相關(guān)器和多徑接收的分支的數(shù)目，但是接收機(jī)為了能夠選取里面能量最大的個(gè)多徑，跟蹤全部多徑是必要的，所以為了對(duì)全部多徑進(jìn)行估價(jià)并且選取里面能量最強(qiáng)的路徑是這種方法使得S-RAKE的復(fù)雜度仍然很高。（4）P-RAKE接收機(jī)對(duì)先到達(dá)的幾條可分離的多徑進(jìn)行合并，不需要對(duì)可以分辨的多徑分量進(jìn)行排序和搜索，對(duì)實(shí)時(shí)性和信道估計(jì)的準(zhǔn)確性的要求大大降低。4.下行MIMO技術(shù)都包括哪幾種，其具體工作原理是什么？答：下行MIMO技術(shù)包括：空間復(fù)用、波束賦形和傳輸分集。（1）空間復(fù)用：發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在 同一頻帶從多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射出去。 （2）波束賦形：波束賦形是一種應(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技 術(shù)，其主要原理是利用空間的強(qiáng)相關(guān)性及波的干涉原理 產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適 應(yīng)的指向用戶來(lái)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：發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射相同的信息，接收端獲得比單天線高的信噪比。5.均衡器的分類有哪些。答：均衡器可以分為時(shí)域均衡器和頻域均衡器。其中時(shí)域均衡器可以分為線性和非線性兩大類，頻域均衡可以分為單載波和多載波。第六章6.4遠(yuǎn)近效應(yīng)在移動(dòng)系統(tǒng)中會(huì)造成什么影響？怎樣克服？答：（1）影響：當(dāng)用戶共享同一信道時(shí)，強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)有明顯的抑制作用，使得弱信號(hào)的接收性能很差，甚至根本無(wú)法通信。（2）措施：可通過(guò)功率控制技術(shù)來(lái)克服遠(yuǎn)近效應(yīng)。6.5請(qǐng)思考SDMA為什么不能單獨(dú)使用？答：當(dāng)兩移動(dòng)臺(tái)來(lái)自同一方向，或距離很近時(shí)，則SDMA無(wú)法對(duì)其分別識(shí)別和服務(wù)，必須啟用其他介入方式。和TDMA、FDMA或CDMA結(jié)合使用時(shí)才有用。補(bǔ)充題1.為什么說(shuō)最佳的小區(qū)形狀是正六邊形？答：因?yàn)樵诜?wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形形狀的小區(qū)最接近理想的圓形輻射模式，覆蓋面積最大，它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(gè)地理區(qū)域，因此用正六邊形覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)所需要的基站數(shù)最少，無(wú)線頻率個(gè)數(shù)最少。2. 什么叫中心激勵(lì)，什么叫頂點(diǎn)激勵(lì)？后者有什么好處？答：（1）中心激勵(lì)：在劃分區(qū)域時(shí)，若基站位于無(wú)線區(qū)的中心，則采用全向天線實(shí)現(xiàn)無(wú)線區(qū)的覆蓋，為中心激勵(lì)方式。（2）頂點(diǎn)激勵(lì)：在每個(gè)蜂房相間的三個(gè)頂角上設(shè)置基站，并采用三個(gè)互成120扇形覆蓋的定向天線，實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，為頂點(diǎn)激勵(lì)。（3）由于頂點(diǎn)激勵(lì)方式采用定向天線，除了對(duì)消除障礙物陰影有利外，對(duì)來(lái)自120主瓣之外的同信道干擾信號(hào)，天線方向性能提供一定的隔離度，降低了干擾，因而允許以較低的同頻復(fù)用距離工作，構(gòu)成單位小區(qū)簇的無(wú)線區(qū)N可以降低，對(duì)進(jìn)一步提高頻率利用率、簡(jiǎn)化設(shè)備、降低成本都有一定好處。 3. 如何選取同頻復(fù)用因子？答：Q值越大，話音質(zhì)量越好，因?yàn)榇藭r(shí)同頻干擾越?。籕值越小，則容量越大，相同小區(qū)半徑下同頻干擾將越大。在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)中，需要對(duì)小區(qū)簇的大小和同頻復(fù)用因子進(jìn)行協(xié)調(diào)和折中。4.對(duì)于正六邊形