北京交通大學(xué)無(wú)線通信技術(shù)課后習(xí)題答案PPT課件

無(wú)線通信、無(wú)線通信、練習(xí)2.1、問(wèn)：系統(tǒng)的載波頻率是否會(huì)影響以下兩種衰落？(I)小規(guī)模淡入(ii)陰影淡出。移動(dòng)距離為x的情況下，如果使用低載波頻率和高載波頻率，接收信號(hào)功率會(huì)發(fā)生更多變化嗎？怎么了？衰落：移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，通道環(huán)境發(fā)生變化，信號(hào)級(jí)別隨機(jī)波動(dòng)，這就是信號(hào)衰落。練習(xí)2.1，a:載波頻率對(duì)衰落有很強(qiáng)的影響。移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)到/2(或更低)階段時(shí)，小幅度的淡入度會(huì)發(fā)生很大變化。因此，在移動(dòng)距離固定的情況下，載波頻率高的系統(tǒng)小幅度的衰落程度發(fā)生了很大的變化。載波頻率對(duì)陰影衰減有類(lèi)似的影響。載波頻率越高，阻擋球投射的陰影就越“尖銳”。也就是說(shuō)，LOS不隱藏。從區(qū)域切換到“黑暗”(即LOS被遮擋)所需的行程距離縮短。當(dāng)然，移動(dòng)臺(tái)和掩體的距離也會(huì)影響從“光”到“暗”所需的移動(dòng)距離。練習(xí)2.2，考慮以下方案：有從BS到MS的直接傳輸路徑，其他多路徑組件由附近山的反射形成。bs和MS之間的距離為10公里，BS和山之間的距離為14公里。直接路徑組件和單個(gè)反射組件到達(dá)接收器的時(shí)間必須以0.1倍的符號(hào)間隔分布，以避免嚴(yán)重的符號(hào)間干擾。符合要求的符號(hào)速度是多少？path1(LOS)、path2、練習(xí)2.2，附近山的反射路徑長(zhǎng)度：2*14=28km反射路徑比直接路徑長(zhǎng)28-18km，因此其延遲大于直接路徑。為了使直接路徑組件和單個(gè)反射組件到達(dá)接收器的時(shí)間在符號(hào)間隔的0.1倍內(nèi)分布，匹配間隔是最小T=60/0.1=600s必須滿(mǎn)足要求的符號(hào)率。R=1/T=1.67ksymbols/s，練習(xí)4.1，天線增益始終定義與全方位天線(所有方向上相同的復(fù)制/接收)的關(guān)系?？梢宰C明該天線的有效面積為aiso= 2/4 。計(jì)算有效面積Ae=0.55A，a為展開(kāi)物理面積r的圓形拋物線天線的增益Gpar。解決方法：練習(xí)4.2，在與地球同步衛(wèi)星通信時(shí)，發(fā)送方和接收方之間的距離約為35000公里。假定適用自由空間丟失的Friis法則(忽略大氣產(chǎn)生的各種影響)，站點(diǎn)具有60dB(地球)和20dB(衛(wèi)星)增益的拋物線天線使用11GHz載波頻率。(a)發(fā)布發(fā)射功率PTX和接收功率PRX之間的鏈路預(yù)算。(b)如果衛(wèi)星接收器的最小接收功率為-120dBm，那么地球站天線需要多少發(fā)射功率？需要設(shè)計(jì)在練習(xí)4.2、(a)、(b)、練習(xí)4.3、1GHz下工作的兩個(gè)90米(直徑15米)圓拋物線天線系統(tǒng)。(a)Friis法則能否用于計(jì)算接收功率？(b)假定Friis法則有效，計(jì)算從發(fā)射天線輸入到接收天線輸出的鏈路預(yù)算。比較PTX和PRX并評(píng)估結(jié)果。(c)對(duì)于與問(wèn)題1相同的圓形拋物線天線，確定瑞利距離和天線增益Gpar函數(shù)關(guān)系。練習(xí)4.3，(a)Friis規(guī)則適用于天線遠(yuǎn)、發(fā)射和接收天線，至少一個(gè)瑞利距離間隔。(圓形拋物線天線的最大大小La=2r)因此，沒(méi)有d(1/2t外部功率，因此可以在1MHz帶寬上實(shí)現(xiàn)741kbps的數(shù)據(jù)速率。如果MSK為f-fc=0.5MHz，Rb=741kbps，即TB=1.35s，則帶外發(fā)射產(chǎn)生的衰減僅為72.5dB。因此，BPSK更好。其中f考慮相對(duì)于fc的大小、功率譜：練習(xí)12.1、靜態(tài)環(huán)境中兩個(gè)高定向天線之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線鏈路。天線增益為30dB，路徑損失為150dB，接收器的噪聲系數(shù)為7dB。符號(hào)速度為20Msymbols/s，采樣為naiquist。假設(shè)無(wú)線鏈路可以被視為無(wú)衰落的加性高斯白噪聲信道。如果最大BER為10-5，需要多少發(fā)送功率(忽略發(fā)送器和接收端的功率損失):(a)一致檢測(cè)BPSK、FSK、差分檢測(cè)BPSK或非干擾FSK。(c)使用gray編碼QPSK時(shí)，需要多少發(fā)送功率？練習(xí)12.1，問(wèn)題的每個(gè)參數(shù)如下：噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關(guān)系如下：T=(NF-1)T0，其中：T0-絕對(duì)溫度(290K)考慮接收機(jī)噪聲系數(shù)后噪聲功率譜密度(N0=KT)，練習(xí)12.1，與各種調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的BER和Eb/N0，與各種調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的BER和Eb/N0最小發(fā)射功率為：計(jì)算：練習(xí)12.1，因此一致檢測(cè)BPSK，F(xiàn)SK，差分檢測(cè)BPSK，非干涉檢測(cè)FSK所需的發(fā)射功率分別為：-25.3dBW，-22.3dBW，-24.6dBW，-。(c) QPSK與BPSK具有相同的BER，因此所需的發(fā)射功率與非干擾BPSK相同，為-25.3dBW?？紤]練習(xí)問(wèn)題12.8，問(wèn)題1中提到的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線鏈接。如果通道是扁平的瑞利衰落，發(fā)送功率需要增加多少才能保證最大BER為10-5？(a)一致的檢測(cè)BPSK、FSK、DBPSK和非干擾FSK。(b)對(duì)于賴(lài)斯通道，Kr=10，使用DPSK將增加多少發(fā)射功率？Kr的結(jié)果如何？解決方案：(a)不同調(diào)制方式、與BER的關(guān)系、0、練習(xí)12.8、與不同調(diào)制方式相對(duì)應(yīng)的最小Eb/N0與練習(xí)12.1相比，一致的檢測(cè)發(fā)射功率增加34.4dB，一致的檢測(cè)發(fā)射功率增加36.6dB。練習(xí)12.8，(b)賴(lài)斯通道bur和Pb=10-5，Kr=10，rb=76.623，當(dāng)發(fā)送功率需要增加到0時(shí)，直接路徑組件減少到0，(a)與瑞利通道一樣，增加34.4dB。dB，10.82對(duì)比練習(xí)12.10，考慮使用MSK調(diào)制的移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)，比特率為100k位/秒。該系統(tǒng)用于傳輸最多1000字節(jié)的IP包。軟件包錯(cuò)誤率不超過(guò)10-3(不使用ARQ方法)。(a)移動(dòng)無(wú)線通道允許的最大平均延遲擴(kuò)展是多少？(b)對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)，在室內(nèi)、城市和農(nóng)村環(huán)境中平均延遲擴(kuò)展的典型值是多少？練習(xí)12.10，錯(cuò)誤比特率為Pb，IP包總計(jì)為1000字節(jié)，即8000bits。IP數(shù)據(jù)包的錯(cuò)誤概率Pp=Pp的最大值為10-3，因此Pb的最大值為MSK調(diào)制；瑞利衰落的TB=1/Rb=10s；練習(xí)12.10；(b)；練習(xí)14.1；多項(xiàng)式G(x)=xx考慮使用(a) G(x)對(duì)信號(hào)U(x)=x2 1進(jìn)行系統(tǒng)編碼的線性循環(huán)分組代碼(7，3)。(b)R(x)=接收x6 X5 x4 x 1時(shí)，計(jì)算伴隨S(x)。(c)進(jìn)一步研究表明，G(x)可以分解為G(x)=(x 1)T(x)。其中T(x)=x3 x 1是原始多項(xiàng)式。也就是說(shuō)，代碼可以更正彼此相鄰的所有單個(gè)錯(cuò)誤和所有對(duì)錯(cuò)誤。請(qǐng)說(shuō)明如何驗(yàn)證上述陳述。實(shí)踐問(wèn)題14.1，(a)(b)(c)我們可以計(jì)算所有單個(gè)錯(cuò)誤和所有相鄰對(duì)的錯(cuò)誤，并且證明了如果這些代碼的伴隨多項(xiàng)式不同，就可以區(qū)分它們。/，練習(xí)14.2，我們有二進(jìn)制(7，4)系統(tǒng)線性循環(huán)碼。相應(yīng)的代碼字符X(x)=x4 x2 x相應(yīng)的消息U(x)=x。是否可以使用此信息計(jì)算所有消息的代碼詞？如果可能，請(qǐng)?jiān)敿?xì)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)和描述正在使用的編碼的特性。使用代碼單詞的循環(huán)特性，可以將代碼單詞向左移動(dòng)三次，以生成X1、X2、X3、X4線性獨(dú)立和完整的代碼空間。可以通過(guò)X1、X2、X3和X4的線性組合獲得。練習(xí)14.2，其他代碼單詞很容易通過(guò)U(x)=1、x、x2、x3相應(yīng)代碼單詞的線性組合獲得。練習(xí)題14.4，多項(xiàng)式x15 1可分解為不可約多項(xiàng)式。x15 1=(x4x 31)(x4x 3x 2 x 1)(x4 x 1)(x2 x 1)(x1)(x 1)使用此信息列出生成多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式允許生成(15，8)二進(jìn)制循環(huán)代碼。假設(shè)有(7，4)線性代碼對(duì)應(yīng)于消息5=1000，0100，0010，0001，則總共需要三個(gè)生成多項(xiàng)式。(a)確定該代碼的所有代碼單詞(b)確定最小代碼大小dmin，此代碼可以更正多少錯(cuò)誤t？(c)以上代碼字符不是系統(tǒng)形式，請(qǐng)計(jì)算相應(yīng)系統(tǒng)代碼的生成矩陣g。是否確定奇偶校驗(yàn)矩陣h以使諸如(d) HGT=0(e)的代碼循環(huán)？如果要生成多項(xiàng)式，則可以使用練習(xí)14.5，(a)已知代碼詞的線性組合(xor)獲取所有代碼詞，根據(jù)練習(xí)14.5，(b)代碼詞的線性特性，最小代碼大小dmin是所有非零代碼的至少一個(gè)重量，dmin=3(c)，分別對(duì)應(yīng)于1000，0100，0010，0001的代碼單詞，線性行轉(zhuǎn)換，練習(xí)題14.5，(d)(e)通過(guò)觀察所有代碼字符在循環(huán)移動(dòng)后仍然是該代碼的代碼，可以看出這些代碼是循環(huán)的。相應(yīng)的代碼詞滿(mǎn)足了對(duì)這個(gè)代碼詞生成多項(xiàng)式的條件，即我們正在尋找的生成多項(xiàng)式。與系統(tǒng)代碼對(duì)應(yīng)的碼字，生成多項(xiàng)式必要條件：(1)由代碼長(zhǎng)度n的最大平方的多項(xiàng)式xn 1分解的1自變量；(2)最大平方為n-k=r；(3)最小項(xiàng)為常數(shù)1生成多項(xiàng)式充分條件。如果滿(mǎn)足3個(gè)必要條件，則滿(mǎn)足要求的生成多項(xiàng)式也必須滿(mǎn)足的因素包括：此多項(xiàng)式不等于零系數(shù)或重量等于相應(yīng)的(n，k)線性組碼的最小包含距離d0，練習(xí)題，14.6，指定的生成矩陣(8，4)線性系統(tǒng)組碼(參見(jiàn)課本)，(a)消息u=1011的代碼和驗(yàn)證矩陣h(b)從G中刪除第五列，除了線性特性外，還得到生成周期性(7，4)碼的新生成矩陣G*。通過(guò)G*檢查確定生成多項(xiàng)式。通過(guò)觀察循環(huán)碼的特性可以得到嗎？什么特性？(a)刪除x=uG=1011000，練習(xí)14.6，G中的第五列，與生成矩陣G*對(duì)應(yīng)的代碼詞為：此代碼滿(mǎn)足生成多項(xiàng)式的條件。也就是說(shuō)，我們要找的生成多項(xiàng)式。生成多項(xiàng)式必要條件：(1)由最大平方為弦長(zhǎng)度n的多項(xiàng)式xn 1分解的1自變量；(2)最大平方為n-k=r；(3)最小項(xiàng)為常數(shù)1生成多項(xiàng)式充分條件。如果滿(mǎn)足3個(gè)必要條件，則滿(mǎn)足要求的生成多項(xiàng)式也必須滿(mǎn)足的因素包括：此多項(xiàng)式必須不是0系數(shù)或重量等于相應(yīng)(n，k)線性塊碼的最小漢明距離d0。練習(xí)題，14.10，圖14.3中的卷積編碼器(a)雙極碼可以表示網(wǎng)格中的編碼和調(diào)制。其中1和0被1和-1替換。用此新表示法繪制14.5(a)的柵格圖的新說(shuō)明。(b)通過(guò)信號(hào)提供的高斯白噪聲(AWGN)信道接收以下(軟)值：-1.1；0.9；-0.1-0.2；-0.7；-0 . 61 . 1；-0.1；-1.4-0.9；-1.6；0.2-1.2；1.0；0 . 31 . 4；0.6；-0.1-1.3；-0.3；0.7如果在解碼這些值之前檢測(cè)到二進(jìn)制數(shù)字，則可以得到二進(jìn)制序列，如圖14.5(b)所示。但是，我們將使用平方歐洲式測(cè)量進(jìn)行平滑的維特比解碼。圖14.5(d)-執(zhí)行與14.5(f)中的硬解碼相對(duì)應(yīng)的軟解碼。最后階段以后，剩下的幸存者是不是和硬解碼一樣的情況？練習(xí)題14.10，使用1和-1代替1和0的新格圖，使用比特比算法解密，練習(xí)題14.10，僅保留生存路徑：歐式距離，練習(xí)14.10或：任何生存路徑都與硬確定解密的結(jié)果不相同。練習(xí)13.1，為了說(shuō)明分集的作用，通過(guò)公式(13.35)粗略地提出了BPSK和MRC(最大集成比)的平均BER。假定平均信噪比為20dB。(a)計(jì)算接收天線Nr=1的平均BER。(b)計(jì)算接收天線Nr=3的平均BER。(c)在單個(gè)天線系統(tǒng)中，計(jì)算以獲得與20dB信噪比相同的BER所需的SNR。、練習(xí)題13.1、基準(zhǔn)(13.35)、(a)(b)(c)要從單天線系統(tǒng)獲取等于20dB信噪比的BER，您可以：即62dB。練習(xí)13.3，如果接收器連接了兩個(gè)天線，則信噪比相互獨(dú)立，并且以相同的平均SNR遵循指數(shù)分布。使用RSSI控制選擇分集并查找掉電概率為Pout的淡出馀數(shù)。(a)推導(dǎo)了使用單天線時(shí)衰落余量的Pout表達(dá)式。(b)推導(dǎo)了使用兩個(gè)天線時(shí)衰落余量的Pout的表達(dá)式。(c)使用前面兩個(gè)結(jié)果計(jì)算中斷概率為1%時(shí)的分集增益。解決方案：(a)是平均SNR，rt是將發(fā)生中斷的SNR門(mén)限制的情況下，單天線系統(tǒng)中斷的概率為：練習(xí)13.3，(b)天線系統(tǒng)中斷的概率為：因此，如果衰落馀力為：(c)中斷概率為1%，那么分集增益，中斷概率與衰落裕度相對(duì)應(yīng)的比率，練習(xí)13.5，為了減少?gòu)?fù)雜性，可以使用混合選擇最大比率合并方案代替新的最大比率合并方案，但是如果僅采用3個(gè)最強(qiáng)的信號(hào)，那么整體信號(hào)最大比率合并的平均SNR損失是多少？解決方案：混合選擇最大比率合并方案的平均SNR是每個(gè)季度的平均SNR(假定對(duì)于所有分集分支都相同)。整體信號(hào)最大速率合并平均sNr:l考慮組合的信號(hào)數(shù)，練習(xí)13.5，3個(gè)最強(qiáng)信號(hào)混合選擇最大速率合并平均SNR:平均SNR損失：練習(xí)13.11，具有NR分支的分集系統(tǒng)。使第k分支中的信號(hào)為sk =sk exp (-j k)，每條道路的噪聲功率為N0，各分支之間的噪聲相互獨(dú)立。每個(gè)分支按拓?fù)湔{(diào)整為0拓?fù)洌訖?quán)為alpha k以合并。給出了與每個(gè)分支SNR組合的SNR的表達(dá)式，并推導(dǎo)出組合SNR為最大值的k。在最佳權(quán)重下，合并的SNR與每個(gè)分支SNR之間的關(guān)系是什么？解決方案：集成了第一季度SNR的AWGN的功率在集成后總有用信號(hào)功率為集成后的信噪比、噪聲功率而不是功率譜密度、練習(xí)13.11、不等式當(dāng)時(shí)的等號(hào)，其中c是任意實(shí)數(shù)。因此，最佳權(quán)重為alpha k=sk。也就是說(shuō)，最佳權(quán)重是與最大百分比合并相對(duì)應(yīng)的SNR是每個(gè)分支的SNR的總和。練習(xí)16.4，考慮具有以下參數(shù)的特