哈工大電信學(xué)院移動(dòng)通信第二次作業(yè)

1、第四章調(diào)制技術(shù)4.1設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為1011001，分別畫出OOK、2FSK、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)。0111100OOK2FSK2DPSK2PSKtttt4.3 QPSK、OQPSK與p/4-QPSK調(diào)制方式的各自優(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？答：（1）QPSK、DQPSK、/4-QPSK的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：QPSK：具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性能，同時(shí)在電路中容易實(shí)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(méi)有包絡(luò)零點(diǎn)。缺點(diǎn)是；/4-QPSK：具有能夠非相干解調(diào)

2、的優(yōu)點(diǎn)，在多徑衰落信道中比QPSK性能好，比QPSK具有很好的恒包絡(luò)性質(zhì)，但是不如OQPSK。既能夠非相干解調(diào)，又能夠非相干解調(diào)，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(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制方式之一。缺點(diǎn)：QPSK：有相位模糊問(wèn)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(huì)使調(diào)相波的包絡(luò)上出現(xiàn)零點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，其功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。DQPSK: 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)相位跳變的連續(xù)變化，且信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較小。/4-QPSK：是最大相位跳變?yōu)?35，恒包絡(luò)特性不如OQPSK。 （2）在衰落信道中一般采用/4-QPSK的調(diào)制方式更合適， 因?yàn)?/p>

3、多徑衰落使得相干 檢測(cè)十分困難，從而采用差分檢測(cè)， 在差分檢測(cè)中，OQPSK性能較QPSK差， 為了兼顧頻帶效率高，包絡(luò)幅度小和能采用差分檢測(cè)，從而選擇/4-QPSK。4.4 QPSK、OQPSK與p/4-QPSK信號(hào)相位跳變?cè)谛吞?hào)星座圖上的路徑有什么不同？答：(1).QPSK的星座圖過(guò)原點(diǎn)，相鄰碼元間轉(zhuǎn)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(diǎn)旋轉(zhuǎn)90到(0,1)點(diǎn)；從（1,1）變到（0,0），相移路徑(1,1)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180到00點(diǎn)。(2).OQPSK的星座圖不過(guò)原點(diǎn)，相鄰碼元間轉(zhuǎn)變的相移路徑的相位變化為0或90，如從（1,1）變到（0,1），

4、相移路徑從(1,1)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90到(0,1)點(diǎn)；從（1,1）變到（0,0），相移路徑(1,1)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)0到(0,0)點(diǎn)。(3)./4-QPSK的星座圖不過(guò)原點(diǎn)，相鄰碼元間轉(zhuǎn)變的相移路徑與前有很大不同兩個(gè)不同，它是通過(guò)兩次跳變才跳轉(zhuǎn)到目的碼元，且碼元間的相位跳變是135。4.8什么是OFDM信號(hào)？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(jìn)制數(shù)字調(diào)制（如MPSK或QAM）的結(jié)合：首先，有多個(gè)載頻，各載頻兩兩相互正交。其次，每個(gè)載頻都采用多進(jìn)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(gè)并行的正交子載波上，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)OFDM后被串并

5、轉(zhuǎn)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。假設(shè)系統(tǒng)總帶寬為B，被分為N個(gè)子信道，則每個(gè)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(hào)周期為原來(lái)的N倍，遠(yuǎn)大于信道的最大延遲拓展。所以O(shè)FDM系統(tǒng)將寬帶信道轉(zhuǎn)化為許多并行的正交子信道的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)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(gè)子載波頻譜相互重疊，提高了頻譜利用效率。同時(shí)可以通過(guò)在OFDM系統(tǒng)中引入循環(huán)前綴（CP）來(lái)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(lái)消

6、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)間干擾和子載波間干擾。為了保持原信息傳輸速率不變，信號(hào)的抽樣速率應(yīng)提高到原來(lái)的1+N/g倍。4.11若4ASK調(diào)制的誤碼率為P4，試推導(dǎo)方形16QAM調(diào)制的誤碼率。解：由4ASK調(diào)制的誤碼率： 得到方形16QAM調(diào)制的誤碼率為：。4.13 設(shè)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(duì)于差分8PSK，列出格雷編碼時(shí)比時(shí)序列和相位變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后給出比特序列101110100101110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)

7、碼元時(shí)間開始發(fā)送，且第（k+1）個(gè)碼元時(shí)間發(fā)送的符號(hào)為s(k-1)=Ae解：（1）二進(jìn)制000001010011100101110111格雷碼0000010110101101111011000（2）輸出符號(hào)序列： 4.17p/4-QPSK調(diào)制可以看做兩個(gè)QPSK系統(tǒng)，它們的星座圖相對(duì)旋轉(zhuǎn)了/4。 （1）、畫出p/4-QPSK的信號(hào)空間圖。（2）、安格雷規(guī)則標(biāo)出每個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比特序列。（3）、切比特序列0100100111100101通過(guò)p/4-QPSK基帶調(diào)制發(fā)送的符號(hào)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(diǎn)間

8、的最小距離為A，求內(nèi)圓與外圓半徑a、b。（2）、若8PSK中相鄰坐標(biāo)點(diǎn)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(gè)星座圖相對(duì)的功率增益是多少？（4）、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？（5）、如果比特率為90Mbps，求符號(hào)速率。解：（1） a=/2Ab=()a=A(2) (3)8QAM：8PSK：（8PSK和8QAM）相對(duì)的功率增益： (4) 8PSK有可能， 8QAM不可能。 (5) 第五章鏈路性能增強(qiáng)技術(shù)5.1 簡(jiǎn)要說(shuō)明直接序列擴(kuò)頻和解擴(kuò)的原理。答：直接序列擴(kuò)頻原理：直接用具有高碼片速率的擴(kuò)頻碼序列去擴(kuò)展數(shù)字信號(hào)的頻譜。在接收

9、端，用相同的擴(kuò)頻碼序列將頻譜展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原為原始信號(hào)。直接序列擴(kuò)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(jìn)制數(shù)字信號(hào)的d(t)。d(t)與一個(gè)高速率的二進(jìn)制偽噪聲碼c(t)相乘，得到復(fù)合信號(hào)d(t)c(t),這就擴(kuò)展了傳輸信號(hào)的帶寬。頻譜擴(kuò)展后的復(fù)合信號(hào)d(t)c(t)對(duì)載波cos(2pf0t)進(jìn)行調(diào)制，得到射頻信號(hào)s(t),然后通過(guò)發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。解擴(kuò)原理：在接收端，接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻后得到中頻信號(hào)，通常中頻信號(hào)是由N個(gè)發(fā)射信號(hào)和干擾及噪聲組成的混合信號(hào)。它與和發(fā)射端同步的參考偽噪聲碼所調(diào)制的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻解調(diào)，將寬帶信號(hào)變?yōu)檎瓗盘?hào)，當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)

10、相關(guān)性很好時(shí)，得到最大的相關(guān)峰值。窄帶信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)檢測(cè)器恢復(fù)成原始信號(hào)。5.2、為什么擴(kuò)頻信號(hào)能夠有效抑制窄帶干擾？答：擴(kuò)頻信號(hào)能夠有效的抑制窄帶干擾是因?yàn)樵诮邮諜C(jī)同時(shí)接收到窄帶噪聲和多徑干擾和有用信號(hào)時(shí)，窄帶噪聲和干擾信號(hào)與本地參考偽噪聲碼不相關(guān)，在進(jìn)行相關(guān)處理時(shí)，其頻帶被擴(kuò)展，也就是干擾信號(hào)的能量被擴(kuò)展到整個(gè)傳輸頻帶之內(nèi)，降低了干擾信號(hào)的電平（單位頻率內(nèi)的能量或功率）。但是由于有用信號(hào)和本地參考偽噪聲碼有良好的相關(guān)性，在通過(guò)相關(guān)處理后被壓縮到中心頻率為fIF、帶寬為Bb的頻帶內(nèi)，因?yàn)橄嚓P(guān)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(hào)調(diào)制的中頻信號(hào)和落在濾波器銅

11、帶內(nèi)的那部分干擾信號(hào)和噪聲，而絕大部分的干擾信號(hào)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(kuò)頻系統(tǒng)有效抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機(jī)制。答： 跳變擴(kuò)頻系統(tǒng)抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機(jī)理為：假設(shè)：對(duì)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(xiàng)（混頻后的和頻）的所有信號(hào)分量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落在了中頻濾波器的通帶之外。因此第二項(xiàng)為0。Bb是信息信號(hào)d(t)的帶寬（單邊）。由閘門函數(shù)的定義知：因而有：從上式可看出，跳頻信號(hào)已經(jīng)被解擴(kuò)（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(hào)可以無(wú)失真地通過(guò)中頻濾波器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)

12、后，即可恢復(fù)出發(fā)射端傳來(lái)的信息信號(hào)d(t-Td)。對(duì)于寬帶干擾，由于干擾信號(hào)的能量分布在一個(gè)較寬的頻帶上，接收機(jī)通過(guò)窄帶濾波器講大部分能量濾除；而對(duì)于窄帶干擾信號(hào)，接收機(jī)通過(guò)躲避的辦法，在大部分時(shí)間內(nèi)不讓干擾信號(hào)通過(guò)接收機(jī)中的中頻濾波器。5.11、RAKE接收機(jī)的工作原理是什么？答： RAKE接收機(jī)的工作原理：對(duì)接收機(jī)接到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)刻能夠?qū)R，并按照某種方法合并，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果，提高信號(hào)的信噪比。RAKE接收機(jī)主要由一組相關(guān)器構(gòu)成，每個(gè)相關(guān)器和多徑信號(hào)中的一個(gè)不同時(shí)延的分量同步，輸出的就是攜帶相同信息時(shí)延

13、不同的信號(hào)，把這些信號(hào)以適當(dāng)?shù)臅r(shí)延對(duì)齊，然后按照某種方式合并，就可以增加信號(hào)的能量，改善信噪比。5.12 分集接收技術(shù)的指導(dǎo)思想是什么？答：分散傳輸，使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)，集中處理，即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)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(shù)的指導(dǎo)思想是在接收端把多徑信號(hào)分離出來(lái)，使其互不相干，同時(shí)利用收到的個(gè)分集信號(hào)來(lái)減小衰落的影響。5.13、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.用來(lái)對(duì)抗多徑衰落的分集技術(shù)叫做微分集，如：用來(lái)對(duì)抗樓房等物體的陰影效應(yīng)的分集。以克服長(zhǎng)期衰落為目的，用來(lái)對(duì)抗樓房等物體

14、的陰影效應(yīng)的分集叫做宏分集。 2.在移動(dòng)通信中常用的微分集有頻率分集、極化分集、場(chǎng)分量分集、角度分集、時(shí)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?yàn)樽畲蟊戎岛喜⒌母纳埔蜃拥母纳菩Ч罴?。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(hào)都比較差，沒(méi)有一路信號(hào)可以單獨(dú)解出來(lái)時(shí)，最大比值算法仍有可能合成一個(gè)達(dá)到SNR要求的可解調(diào)信號(hào)。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(quán)系數(shù)為。同時(shí)證明，在該加權(quán)系數(shù)下

15、證明：合并后信號(hào)：，信噪比最大，合并后輸出為：，為每條支路上的噪聲功率。又因?yàn)檩敵鲂旁氡群透髦沸旁氡龋?；所以 所以 當(dāng)且僅當(dāng)，C為常數(shù)，時(shí)等號(hào)成立 所以 所以2、 本題說(shuō)明，由于陣列增益的原因，即使沒(méi)有衰落，分集合并也能帶來(lái)性能增益?？紤]N支路的分集合并系統(tǒng)，每個(gè)支路是信噪比為的AWGN信道。假設(shè)采用M=4的M-QAM調(diào)制，其誤碼率近似為，其中是接收信噪比。（a） 求N=1時(shí)的（b） MRC下，求使的N。 解： (1) 因?yàn)椋援?dāng)N=1時(shí)，=0.00135（2）因?yàn)?.44,則Nmin=3. 3.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

16、賦形和傳輸分集技術(shù)。(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：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：利用多條傳輸相同信息且具有近似相等的平均信號(hào)強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰響，只要幾個(gè)信號(hào)之間是相互獨(dú)立的，經(jīng)恰當(dāng)?shù)暮喜⒕湍艿玫阶畲蟮男盘?hào)增益。 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(yīng)均衡器線性均衡器分為橫向均衡器和線性反饋均衡器

17、。非線性均衡器分為判決反饋均衡器和最大似然估計(jì)均衡器。第六章移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)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(yīng)用場(chǎng)合？ 答：1.主要區(qū)別：相同地理面積架設(shè)的基站，大區(qū)制是由一個(gè)基站覆蓋整個(gè)城市或地 區(qū)且通信容量?。恍^(qū)制則是將整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成多個(gè)無(wú)線電區(qū)，每個(gè)區(qū)有一 個(gè)基站控制，同時(shí)各個(gè)小區(qū)又在統(tǒng)一控 制下可以通信且通信容量大。2.場(chǎng)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(wù)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

18、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(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。6. 3、比較頂點(diǎn)激勵(lì)與中心激勵(lì)的區(qū)別，并說(shuō)明頂點(diǎn)激勵(lì)的優(yōu)點(diǎn)。答：區(qū)別：中心激勵(lì)：基站位于無(wú)限區(qū)的中心，采用全向天線實(shí)現(xiàn)無(wú)線區(qū)的覆蓋。頂點(diǎn)激勵(lì)：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來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋。優(yōu)點(diǎn)：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，消除障礙物陰影，降低干擾，允許較小的同頻復(fù)用距離，降低構(gòu)成小區(qū)單位小區(qū)簇的無(wú)線區(qū)數(shù)，進(jìn)一步提高了頻率復(fù)用率，簡(jiǎn)化了設(shè)備，降低了