無線通信原理與應用期末考試題

1、第一章1 短距離無線通信的特點1) 無線發(fā)射功率在uW到100mW量級2) 通信距離在幾厘米到幾百米3) 應用場景眾多，特別是頻率資源稀缺情況4) 使用全向天線和線路板天線5) 不需申請頻率資源使用許可證6) 無中心，自組網7) 電池供電2 頻分復用和時分復用的特點和區(qū)別？頻分復用（FDD）同時為用戶和基站提供了無線電傳輸信道，這樣可以在發(fā)送信號的同時接收到來的信號。在基站中，使用不同的發(fā)射天線和接收天線以對應分離的信道。然而在用戶單元中，使用單個天線來傳輸和接收信號，并使用一種稱為雙工器的設備來實現(xiàn)同一天線上的信號傳輸與接收。對于FDD系統(tǒng)，發(fā)送和接收的信道頻率至少要間隔標稱頻率的5%，以保

2、證在廉價的制造成本下能夠提供具備足夠隔離度的雙工器時分復用（TDD）方式即在時間上分享一條信道，將其一部分時間用于從基站向用戶發(fā)送信息，而其余的時間用于從用戶向基站發(fā)送信息。如果信道的數據傳輸速率遠大于終端用戶的數據速率，就可以通過存儲用戶數據然后突發(fā)的方式來實現(xiàn)單一信道上的全雙工操作。TDD只在數字傳輸和數字調制時才可以使用，并且對定時很敏感。3 蜂窩移動電話系統(tǒng)的結構和各部分的作用？蜂窩電話系統(tǒng)為在無線覆蓋范圍內的、任何地點的用戶提供公用電話交換網的無線接入。蜂窩系統(tǒng)能在有限的頻帶范圍中于很大的地理范圍內容納大量用戶，它提供了和有線電話系統(tǒng)相當的高通話質量。獲得高容量的原因，是由于它將每個

3、基站發(fā)射站的覆蓋范圍限制到稱為“小區(qū)”的小塊地理區(qū)域。這樣，相距不遠的另一個基站里可以使用相同的無線信道。一種稱為“切換”的復雜的交換技術，確保了當用戶從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時不會中斷通話。一個蜂窩移動電話系統(tǒng)包括移動臺、基站和移動交換中心（MSC）。移動交換中心負責在蜂窩系統(tǒng)中將所有的移動用戶連接到公用電話交換網上，有時MSC也稱為移動電話交換局（MTSO）。每個移動用戶通過無線鏈路和某一個基站通信，在通話過程中，可能會切換到其他任何一個基站。移動臺包括收發(fā)器、天線和控制電路，可以安裝在機動車輛上或作為便攜手機使用。基站包括幾個同時處理全雙工通信的發(fā)射機、接收機以及支持多個發(fā)送和接受天線

4、的塔?；緭斦摺皹颉钡墓δ?，將小區(qū)中所有的通話通過電話線或微波線路連接到MSC.MSC協(xié)調所有基站的操作，并將整個蜂窩系統(tǒng)連接到PSTN上。ss第二章1 比較1G、2G、3G的各自傳輸的特點及其相應的技術。1G主要用于模擬話音的傳輸，主要技術有NMT、AMPS、TACS2G主要用于數字語音和低速率數據(小于64Kbps)的傳輸，主要的技術有GSM、PDC、D-AMPS3G主要用于多媒體服務業(yè)務的傳輸，主要技術有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA第三章1 證明：在蜂窩系統(tǒng)中用六邊形作為覆蓋模型？提示：當考慮要覆蓋整個區(qū)域而沒有重疊和間隙的幾何形狀時，只有三種可能的選擇：正方形、等邊

5、三角形和六邊形。小區(qū)設計應能為不規(guī)則覆蓋區(qū)域內的最弱信號的移動臺服務，具有代表性的是處于小區(qū)邊界的移動臺。如果多邊形中心與它的邊界上最遠點之間的距離是確定的，那么六邊形在這三種幾何形狀中具有最大的面積2 一個 FDD 蜂窩電話系統(tǒng)，總帶寬為33 MHz，使用兩個25 kHz 作為雙向的話音和控制信道，當系統(tǒng)為(a)4小區(qū)復用、(b)7小區(qū)復用、(c)12小區(qū)復用的情況時，計算每一小區(qū)中可用信道的數目。如果其中已有1 MHz 作為控制信道使用，確定在以上三種系統(tǒng)中，每一個小區(qū)的控制信道和話音信道的均勻分配方案。解：已知：總帶寬 = 33 MHz信道帶寬 = 25 kHz × 2 單向信

6、道 = 50 kHz/ 雙向信道總的可用信道 = 33 000/50 = 660 個信道(a) N = 4每個小區(qū)的信道數目 = 660/4 165 個信道(b) N = 7每個小區(qū)的信道數目 = 660/7 95 個信道(c) N = 12每個小區(qū)的信道數目 = 660/12 55 個信道當控制信道占用1 MHz 頻譜時，意味著控制信道占用了660 個可用信道中的1000/50 = 20 個，要均勻地分配控制和話音信道，只需簡單地在任何地方給每個小區(qū)分配相同數目的信道。在這里，660 個信道必須均勻地分配給簇中的小區(qū)。實際上，只有640 個信道需要分配，因為控制信道是獨立地分配給每一個小區(qū)的

7、。(a) N = 4 時，每個小區(qū)可以有5 個控制信道和160 個話音信道。然而，在實際中，每個小區(qū)只需一個控制信道（控制信道的復用距離比話音信道的大）。因此，每個小區(qū)就分配一個控制信道和160 個話音信道。(b) N = 7 時，其中4 個小區(qū)的每一個可以有3 個控制信道和92 個話音信道，2 個小區(qū)的每一個可以有3 個控制信道和90 個話音信道，還有一個小區(qū)可以有2 個控制信道和92 個話音信道。然而，實際情況是每個小區(qū)有一個控制信道，其中的4 個小區(qū)各有91 個話音信道，另外3 個小區(qū)各有92 個信道。(c) N = 12 時，其中8 個小區(qū)的每一個可以有2 個控制信道和53 個話音信道

8、，4 個小區(qū)的每一個可以有1 個控制信道和54 個話音信道。然而，在一個實際的系統(tǒng)中，每個小區(qū)有1 個控制信道，其中8 個小區(qū)各有53 個話音信道，另外4 個小區(qū)各有54 個話音信道。3 移動用戶從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)時的呼叫處理方面會采用信道分配策略，那么信道分配策略的種類及其含義？信道分配策略可以分為兩類：固定的和動態(tài)的。在固定的信道分配策略中，給每個小區(qū)分配一組事先確定好的話音信道。小區(qū)中的任何呼叫都只能使用該小區(qū)中的空閑信道。如果該小區(qū)中的所有信道都已被占用，則呼叫阻塞，用戶得不到服務。固定分配策略也有許多變種。其中一種方案稱為借用策略，如果它自己的所有信道都已被占用，那么允許該小

9、區(qū)從相鄰小區(qū)中借用信道。由移動交換中心（MSC）來管理這樣的借用過程，并且保證一個信道的借用不會中斷或干擾接觸小區(qū)的任何一個正在進行的呼叫。在動態(tài)的信道分配策略中，話音信道不是固定地分配給每個小區(qū)。相反，每次呼叫請求到來時，為它服務的基站就向MSC請求一個信道。交換機則根據一種算法給發(fā)出請求的小區(qū)分配一個信道。這種算法考慮了該小區(qū)以后呼叫阻塞的可能性、候選信道使用的頻率、信道的復用距離及其他的開銷。因此，MSC 只分配符合以下條件的某一頻率：這個小區(qū)沒有使用該頻率；而且，任何為了避免同頻干擾而限定的最小頻率復用距離內的小區(qū)也都沒有使用該頻率。動態(tài)的信道分配策略降低了阻塞的可能性，從而增加了系統(tǒng)

10、的中繼能力，因為系統(tǒng)中的所有可用信道對于所有小區(qū)都可用。動態(tài)的信道分配策略要求MSC連續(xù)實時地收集關于信道占用情況、話務量分布情況、所有信道的無線信號強度指示等數據。這增加了系統(tǒng)的存儲和計算量，但有利于提高信道的利用效率和減小呼叫阻塞的概率。4 為了保證蜂窩系統(tǒng)的前向信道具有良好性能，要求的信干比為 15 dB。求當路徑衰減指數(a) n = 4、(b) n = 3 時，要獲得最大的容量需要多大的頻率復用因子和簇大小？假設第一層中有六個同頻小區(qū)，并且它們與移動臺之間的距離都相同?？捎眠m當的近似。解：(a) n = 4首先，讓我們考慮一個7 小區(qū)復用模型。根據式(3.4)，同頻復用比例D/R =

11、 4.583。根據式(3.9)，信噪比為S/I = (1/6)×(4.583)4 = 75.3 = 18.66 dB由于它大于所要求的最小信噪比S/I，所以N = 7 可用。(b) n = 3首先，考慮一個7 小區(qū)復用模型。根據式(3.9)，信噪比為S/I = (1/6)×(4.583)3 = 16.04 = 12.05 dB由于它小于所要求的最小信噪比S/I，所以要用一個更大的N。根據式(3.3)，下一個可用的N 值為12（i = j = 2）。根據式(3.4)可得相應的同頻比例為D/R = 6.0根據式(3.3)，信噪比為S/I = (1/6)×(6)3 =

12、36 = 15.56 dB由于它大于所要求的最小信噪比S/I，所以N = 12 可用。5 提高蜂窩系統(tǒng)容量的方法？提示：小區(qū)分裂、裂向、分布式天線系統(tǒng)s6 證明對于六邊形系統(tǒng)，同頻復用因子為，其中.證明：為了找到某一特定的小區(qū)的相距最近的同頻小區(qū)，可以按照以下步驟進行：（1）沿著任何一條六邊形鏈移動i個小區(qū)；（2）逆方向旋轉60再移動j個小區(qū)。如圖3.1所示。在移動過程中，是以小區(qū)的中心為拐點，沿著小區(qū)的最短路徑移動的。圖3.1 在蜂窩系統(tǒng)中定位同頻小區(qū)，其中，N=19(i=3,j=2)因此，可以得到，即得證。7 假設你獲得了美國蜂窩系統(tǒng)（許可證的申請費僅為500美元）的許可證。你的許可證可以

13、覆蓋140平方公里。假設每個基站的費用為50萬美元，每個MTSO的費用為150萬美元。另外，需要額外的50萬美元作為廣告和開始業(yè)務的費用。銀行已經答應貸款600萬美元，如果你想在4年內收入1000萬美元，并且償還貸款。（a）如果有600萬美元，你可以安裝多少個基站（即小區(qū)站點）？（b）假設地球是個平面，用戶在地面上均勻分布，每個基站的覆蓋區(qū)域可以假設為多大？假設為六邊形蜂窩，小區(qū)半徑為多少？（c）假設4年內每個用戶平均每月支付50美元，假設當系統(tǒng)開通的第一天，就有一定數量的用戶（并假設這些用戶有一定的話務量）。每個新年的第一天，你的用戶數碼翻一番，為了在4年內能收入1000萬美元，在系統(tǒng)開通的

14、第一天，最少應該擁有多少用戶？（d）根據c的答案，為了在4年內收入1000萬美元，在你系統(tǒng)開通的第一天，沒平方公里應該有多少用戶？解：(a)已知貸款：，一個MTSO的費用：,每個基站的費用：，廣告和開始業(yè)務費用：，則可以安裝的基站個數：（b）因為N=8且許可可以覆蓋140平方公里的范圍，所以每個基站可以覆蓋的范圍為，由六邊形的面積公式得：可得：，所以，小區(qū)的半徑為。（c）設系統(tǒng)開通的第一天擁有的用戶為X；因為4年每年翻一番，之后3年的用戶為：2X、4X、8X,所以四年的總收入為：A=(X+2X+4X+8X)*50*12=9000X;若要使四年的收入達到1000萬元，即：9000X>=，可

15、得X>=1111.1，所以一天最少擁有1112名客戶。（d）由（c）的結果得X=1112，所以每平方公里應該有的客戶數量為： 第四章1證明：在自由空間模型下的路徑損耗為，其中d的單位是km，f的單位是MHz。解：當包括天線增益時，自由空間的路徑損耗為： 當不包括天線增益時，假設天線具有單位增益，其路徑損耗為：其中，則由于d的單位是km，f的單位是MHz。即得證。2證明：在雙線地面反射模型中，說明在什么情況下這一近似是合理的？ 圖7.2 計算視距和地面反射路徑差的映像方法方法一：使用上圖所示的映像方法，視距和地面反射的路徑差為：當T-R間距d遠遠大于時，可利用泰勒級數進行簡化：即：方法二：

16、由圖可得： （1）=由于，則可得所以由泰勒級數可知，所以（1）式可以化簡為：=3在雙線地面反射模型中，假定要保持在6.261弧度一下。假設接收機高度為2m，小于5度，求解T-R距離和發(fā)射機天線高度的最小允許值。載頻為900MHz。解：當時，可得由此可以推出由圖p4.9可知，故由題可知，帶入上式可得，從而可得的最小值為37.7m。4 假設室內路徑損耗模型為：其中d的測量單位為m，當FAF為每樓層5dB時，計算相隔3個樓層的平均接受功率。假設發(fā)射機功率20dBm，發(fā)射和接受天線都為單位增益。發(fā)射機與接收機之間穿過樓層的直線距離為15m 解：根據題目意思得到如下公式：設定，則上式變?yōu)?。又根據發(fā)射機的

17、功率為，所以相隔3個樓層的接收功率是：。5 距離發(fā)射機100m、200m、1km和3km處分別得到接收功率的測量值。測量值由下表給出。在d0=100m處：(a)求對于路徑損耗指數n的最小均方根誤差估計；(b)計算標準偏差；(c)運用結果模型估計d=2km處的接收功率；(d)預測2km處電平大于-60dBm的概率；(e)在2km半徑的小區(qū)內，接收信號大于-60dBm 的覆蓋面積百分比，給定(d)中的結果；(f)估計d=1000m的接收功率。第五章1. 假設有一個傳播信號，其信號成高斯（正態(tài)）分布，工作頻率fc為1GHz，移動速度為60km/h,計算該信號移動20m需采樣多少樣值？解：已知 則,

18、時間上，取樣樣值間隔為：移動20m所用的總時間是：因此，所需樣值數目為：個樣值空間上，取樣樣值間隔為：因此，移動20m距離所需樣值數目為： 個樣值2 進行小尺度傳播測量需要確定適當的空間取樣間隔，以保證連續(xù)取樣值之間有很強的時間相關性。在fc=1900MHz及v=50m/s情況下，移動10m需要多少個樣值？假設測量能夠在運動的車輛上實時進行，則進行這些測量需要多少時間？信道的多普勒擴展BD為多少？3 計算下圖所給出的多徑分布的平均附加時延、rms時延及最大附加時延（10dB）。設信道相干帶寬取50%.S4 小尺度衰落的類型及其條件？移動無線信道中的時間色散和頻率色散機制可能導致4種顯著的效應，

19、這些是由發(fā)送5通過圖4-1計算電平通過率（LCR）和平均衰落持續(xù)時間（AFD），進而計算信號的誤碼率。圖4-1 信號隨時間變化的分布曲線圖電平通過率（level crossing rate, LCR）：單位時間內接受信號電平以正斜率通過某一特定電平的次數。平均衰落持續(xù)時間（average fade duration, AFD）：信號電平低于某一特定電平的平均時間。由圖4-1可知：LCR=6次/sGSM系統(tǒng)的數據速率是9.6kbps,那么GSM系統(tǒng)的碼元周期是：則此區(qū)間的平均誤碼個數：每秒的誤碼個數：因此誤碼率：6證明沃爾什矩陣是正交的在正交編碼理論中，阿達瑪矩陣具有非常重要的作用，因為它的每一

20、行和每一列都是一個正交碼組。若將阿達瑪矩陣中的各行按符號改變的次數由少到多排列，則得到沃爾什矩陣。下面來證明阿達瑪矩陣的正交性。數學歸納法：阿達瑪的數學推導公式如下所示：(1) n=1時，有最低階的阿達瑪矩陣，即（二階的），如下式。則可以得出其每一行和每一列均為正交碼。(2) n=2時，阿達瑪矩陣為也可以得出其每一行和每一列均為正交碼。(3) n=k時，阿達瑪矩陣為，由上面推導可知，它是由階的正交矩陣構成的，因此其每一行和每一列也均為正交碼。綜上所述，阿達瑪為正交矩陣。而沃爾什碼是將阿達瑪矩陣中的各行按符號改變的次數由少到多排列的，那么沃爾什碼也是正交碼。即得證。7一個m級的移位寄存器產生的P

21、N序列的長度是多少（IS-95中），對于長為的PN序列需要多少寄存器，的PN序列呢。PN序列（Pseudo-noise Sequence）偽噪聲序列。這類序列具有類似隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，但和真正的隨機信號不同，它可以重復產生和處理，故稱作偽隨機噪聲序列。PN序列有多種，其中最基本常用的一種是最長線形反饋移位寄存器序列，也稱作m序列，通常由反饋移位寄存器產生，有很好的自相關性和較好的互相關特性。在IS-95中反向信道中，選擇了m序列的PN碼作為地址碼，利用了 不同相位m序列幾乎正交的特性來為每個用戶服務。長度為2n-1位的m序列可以用n級線性移位寄存器來產生。則，一個m級的移位寄存器產生的P

22、N序列的長度是（IS-95中），對于長為的PN序列需要42個移位寄存器，長為的PN序列需要15個移位寄存器。CDMA中用到的PN序列可以分為長PN碼（長碼）和短PN碼（短碼），長PN碼可用于區(qū)分不同的用戶，短PN碼用于區(qū)分不同的基站。8 影響小尺度衰落的因素？提示：多徑傳播、移動臺的運動速度、環(huán)境物體的運動速度、信號的傳輸帶寬。9 若一發(fā)射機發(fā)射載頻為1850MHz，一輛汽車以每小時60英里的速度運動，計算在以下情況下接收機的載波頻率：（a）汽車沿直線朝向發(fā)射機運動（b）汽車沿著背向發(fā)射機運動（c）汽車運動方向與入射角方向成直角第七章1 什么是分集技術？提示：分集技術是一中用于補償信道衰落的技

23、術，它通常使用二個或更多的接收天線來實現(xiàn)。通均衡器一樣，分集技術改善了無線通信鏈路的質量，而且不用改善通用空中接口或者增加發(fā)射功率或帶寬。不過均衡技術用來消弱符號間干擾的影響，而分集技術通常用來減少接收時由于移動造成的衰落的深度和持續(xù)時間。分集技術通常用在基站和移動接收機。最常用的分集技術是空間分集，即多個天線按照一定的策略被分隔開來，并被連到一個公共的接收系統(tǒng)其他的分集技術還包括天線極化分集、頻率分集、時間分集。2 列舉分集技術的例子，并說明各自的信噪比情況/提示：選擇性分集：接收機定期檢測每一路信號的信噪比，選擇信噪比最大的信道的信號輸出。最大比率合并：接收機定期檢車，系統(tǒng)調整使輸出的信噪

24、比總和最大。等增益合并：每個支路的增益相同。第九章1 TDMA的幀結構格式？第十一章1 對于USDC系統(tǒng)，其前向鏈路和反向鏈路上的幀結構？2 USDC語音編碼器輸出的差錯保護框圖，以及輸入輸出端口速率？3 闡述GSM系統(tǒng)的體系結構及各部分的作用4 GSM中時隙時間的五種突發(fā)序列的幀結構，并說明TDMA幀、復幀、超幀、巨幀之間的關系。所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是Multiple Input Multiple Output（多入多出）的縮寫，任何一個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用了多個天線或者天線陣列，就構成了一個無線MIMO系統(tǒng)。無線MIMO系統(tǒng)采用空時處理技術進行信號處理。在多徑環(huán)境下，無線MI