數(shù)字通信試題及答案

1、數(shù)字通信2012年上學期試題1 .設計一個QPSK調(diào)制無線通信系統(tǒng)，通過一條中心頻率為400MHz、帶寬為1.6MHz的窄帶AWGN信道進行數(shù)據(jù)傳輸，設所傳輸數(shù)據(jù)編碼后的比特率為 2Mbps(bps:比特/秒；關于該系統(tǒng)的設計請回答以下問題：(1采用平方根升余弦譜特性的成形波，計算其滾降系數(shù)，給出其頻率響應和單位沖激響應形狀的圖示；(7分(2結(jié)合數(shù)學表達、框圖及文字說明，描述該系統(tǒng)發(fā)射機的結(jié)構(gòu)原理和信號處理 步驟；(7分(3結(jié)合數(shù)學表達、框圖及文字說明，描述該系統(tǒng)接收機的結(jié)構(gòu)原理和信號處理 步驟；(8分(4如果采用OQPSK調(diào)制，波形成形應該如何實現(xiàn)？ OQPSK調(diào)制能帶來什么 好 處？(8分

2、解答：(1依據(jù)成形前后帶寬關系 W=(1+a R s，滾降系數(shù)為0.6。頻響及沖擊可參考 講義 上的圖。(2編碼后比特流首先用并變換，每兩比特看作一個符號，每個符號根據(jù)其 信息內(nèi)容表示為一個星座點值(I i jQ i +,即QPSK符號特征矢量；然后采用平 方根升余弦譜特性的成形濾波器(g t，將符號序列變?yōu)檫B續(xù)波形信 號:(l t s =0( (.( i I i jQ i g t iT8=+-三(其中包括離散成形濾波和 D/A變換,后發(fā) 九=s符號周期T =10-6秒；最后進行載波調(diào)制(Re(.exp(2l c s ttj f t送洪中 c f =4 108Hz。(3接收信號(Re(.exp

3、(2( l c r t t j f t t經(jīng)正交下變頻變+S零中頻信號，即 0( t r =?(.exp(2 cr t j f t j，虛旁防-部分別經(jīng)A/D變換變?yōu)橐粋€復數(shù) 樣點序列，然后實部虛部分別用與發(fā)送端相同的平方根升余弦譜特性的濾 波器進行匹配濾波，采用鎖相環(huán)消 除零中頻信號0( n r 的頻偏相偏，實現(xiàn)完全的載波解調(diào)，得到發(fā)送信號等效低通信號(l t s的估計？( l n s，采用符號同步環(huán)路控制在每個符號時間間隔的中點采一個復數(shù)樣點，即得到各個接收符號的特征矢量估計？?( I i jQ i +;最后基于最小歐氏距離進行符號 判 決，并將判決結(jié)果變?yōu)楸忍亓鬏敵觥?4采用OQPSK

4、, I、O路成形波錯開T/2 的時間，即(l t s =0( ( ( (/2i I i g t iT jQ i g t iT Too=-+-+工；這就可使所形成的基帶復包絡信號(l t s的時頻特性改善，其相角值在相鄰兩個符號過渡段中始終以較小的變化率平滑地過渡，因而其頻譜雜散較小，而且時域波形的包絡變得更 加平坦恒定，峰均功率比值降低，因而有利于傳輸。2.設計一無線通信系統(tǒng)，信道為中心頻率位于2.4GHz、帶寬為20MHz的 AWGN信道;關于該系統(tǒng)的設計請回答以下問題：(1如果希望傳輸信息的頻帶效率達到3.2bps/Hz,應該采用什么調(diào)制方式才具有最好的傳輸特性？此時開余弦譜特性成形濾波器

5、 的滾降系數(shù)應取多大？ (8分(2如果采用QAM-16調(diào)制、結(jié)合理想的糾錯編碼逼近香農(nóng)容量限，請問此時0/b E N的最小值大約是多大？(7分(3如果希望系統(tǒng)能在0/b E N < 0dB牛下進行通信，應采用什么樣的調(diào)制體制與理想的糾錯編碼相結(jié)合逼近香農(nóng)容量限？此時的最高頻帶效率是多少？(7分(4如果采用M=16的M元擴頻調(diào)制體制(屬于一種M進制正交波形調(diào)制,在沒有糾錯編碼的情況下誤碼率為10-5時的0/b E N值大約等于多少？在此條 件下再結(jié)合理想的糾錯編碼逼近香農(nóng)容量限，最大可能的編碼增益是多少？(8分解答：(1傳輸速率為64Mbps，應該采用16進制的QAM調(diào)制方式，此時碼元速率

6、為16M，成形波滾降系數(shù)為a =20/161=0.25；(2查講義上p109頁香農(nóng)容量限曲線，可知0/b E N =5dB;(3應該采用M進制正交波形調(diào)制，結(jié)合理想的糾錯編碼，例如:MFSK調(diào)制方式, M元擴頻調(diào)制；查講義上p109頁香農(nóng)容量限曲線可知，逼近香農(nóng)容量限時 的最高頻 帶效率為1bps/Hz。(4查講義上p109頁曲線可知，M進制正交調(diào)制在M=16時達到10-5誤碼率時 的0/b E N =6dft大可能編碼增益約為 7dB。3.設有一條帶寬為20MHz、S頻段、瑞利衰落無線信道，具相干帶寬為2MHz , 多普勒擴展可忽略不計；設計一個OFDM系統(tǒng)通過這一信道傳輸，使它在總發(fā)射功

7、率不變的情況下通信容量最大化，請回答有關系統(tǒng)設計的下列問題：(1 OFDM系統(tǒng)的FFT點數(shù)、循環(huán)前綴長度和符號時長應該如何選擇 ？為什么？ (8分(2采用哪種措施能使系統(tǒng)在總的發(fā)射功率保持不變的情況下通信總?cè)萘窟_到最大？(8分(3調(diào)制方式和調(diào)制進制應根據(jù)什么來選擇 ？(7分(4簡述這個OFDM系統(tǒng)發(fā)送接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和信號處理步驟。(7分解答：(1為使各子載波平坦衰落，則子載波間隔應小于2M ,因此可選16點FFT ,為 避免碼問干擾，循環(huán)前綴長度應大于或等于最大多徑時延，即0.5us符號周期應比循 環(huán)前綴大45倍以上，以便保證頻帶利用率較高。(2可設法估計信道特性，然后根據(jù)各個子信道的增益

8、因子，基于注水算法進行發(fā) 射功率分配，并使分配功率較大的子信道采用較高的調(diào)制進制，從而使系統(tǒng)容量最大 化。(3應根據(jù)實際通信過程中各個子信道接收信號的最低信噪比來選擇調(diào)制進制；最低信噪比足夠高可考慮采用較高的調(diào)制進制，例如QAM-16;否則采用較低的調(diào)制 進制，例如QPSK或BPSK ;如果各個子信道最低信噪比的變 化范圍較大，可以考慮 采用調(diào)制進制自適應地改變的方案。例如：當最低信 噪比為8dB時，如果采用QAM- 16,其0/b E N < 2dB使采用逼近香農(nóng)限的編碼方法也無法正常通信。(4發(fā)端:串并變換為N路數(shù)據(jù)，每路形成符號序列，對于每組N個符號進 行N點 逆FFT ,附加循環(huán)

9、前綴，形成采樣率足夠高的復數(shù)樣點序列，然后實部虛部分別進行 D/A變換,冉正交載波調(diào)制，搬移到射頻后發(fā)射。接收端:對接收到的中頻信號進行正交下變頻，變?yōu)榱阒蓄l信號，通過正交采樣 和A/D變換變?yōu)榱阒蓄l數(shù)字信號；采用鎖相環(huán)消除頻偏相偏，得到發(fā)射信號的等效 低通信號的估計，采用符號同步環(huán)路實現(xiàn)符號定時同步，每幀取N個復數(shù)樣點(舍去循環(huán)前綴，進行N點FFT ,得到各路接收信號各個 符號的特征矢量，基于歐氏距離最小準 則分別進行符號判決，再并用轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流輸出。4.某一地空移動通信系統(tǒng)的信道可用一個多徑分量和一個直達分量構(gòu)成的賴斯模型描述,衰落深度一般；設最大多徑傳輸時延為m T =8微秒，信道多普勒

10、擴展d B =4KHz,信道帶寬為1MHz。請回答下面的問題：(1該信道是否為頻率選擇性衰落信道？傳輸?shù)姆査俾嗜『沃禃r為慢衰落信道？ (7分(2當信息速率處于什么范圍時，適于采用RAKE接收機？并給出基于RAKE接收機的擴頻通信系統(tǒng)的主要參數(shù)；(8分(3簡述這個基于RAKE接收機的擴頻通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和信號處理步驟。(7分(4如果希望傳輸?shù)男畔⑺俾蔬_到800Kbps ,請?zhí)岢鲆环N調(diào)制方式和抗多徑衰落傳輸方案，簡述該系統(tǒng)方案的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)原理。(8分解答：(1相干帶寬為1/m T =0.125M,信道是頻率選擇性的；相干時間為1/d B =0.25ms,因此符號速率大于4K時為慢衰落信道；

11、(2 RAKE接收機適于頻率選擇性慢衰落信道下的擴頻通信系統(tǒng)，該信道無疑是 頻率選擇性的,因為相干帶寬125KHz遠遠小于1MHz的信道帶寬，這與傳輸信息 速率無關；當傳輸信息的符號速率大于4K時信道為慢衰落信道；因此可選直接序列 擴頻系統(tǒng)的擴頻倍數(shù)為63,碼片速率為504Kcps傳輸信息速率8Kbps，碼片序列的 調(diào)制方式采用BPSK。(3基于RAKE接收機的DS擴頻通信系統(tǒng)：發(fā)送端:8Kbps速率的輸入信息比特流，每個比特看作一個符號，用一個63碼片 長的PN碼擴頻為504Kcps的碼片序列，然后進行波形成形，載波調(diào)制，變?yōu)樯漕l窄帶 信號發(fā)送。接收端:對于接收的中頻信號進行正交下變頻，并作正交采樣和A/D變換，變?yōu)?零中數(shù)字信號 然后采用與發(fā)送端相同的PN碼進行同步相關，得到各個符 號的同步 相關量(R i , 0,1,2,i =;采用滑動相關法搜索每個符號的多徑延遲分量，并求出它與PN碼的相關值，即,(R i , 0,1,2,i =;根據(jù)信道沖激響應 參數(shù)(0h , (1h 估計 結(jié)果(設其中(0h =1，對( R i 和, ( R i 進行最大比相干合并，即得第i個符號的判決量：？( Ri =( R i +|(1|*(1h h . , ( R i，再在利用鎖 相環(huán)消除頻偏相偏的基礎上，逐個符號地 進行判決。(4