移動通信原理與系統(tǒng)習題答案.doc

11簡述移動通信的特點：答：移動通信利用無線電波進行信息傳輸； 移動通信在強干擾環(huán)境下工作； 通信容量有限； 通信系統(tǒng)復雜； 對移動臺的要求高。 12移動臺主要受哪些干擾影響？哪些干擾是蜂窩系統(tǒng)所特有的？答：互調(diào)干擾； 鄰道干擾； 同頻干擾；（蜂窩系統(tǒng)所特有的） 多址干擾。13簡述蜂窩式移動通信的發(fā)展歷史，說明各代移動通信系統(tǒng)的特點。答：第一代（1G）以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征，是20世紀70年代末80年代初就開始商用的。其中最有代表性的是北美的AMPS（Advanced Mobile Phone System）、歐洲的 TACS（Total Access Communication System）兩大系統(tǒng)，另外還有北歐的 NMT 及日本的 HCMTS系統(tǒng)等。 從技術(shù)特色上看，1G以解決兩個動態(tài)性中最基本的用戶這一重動態(tài)性為核心并適當考慮到第二重信道動態(tài)性。主要是措施是采用頻分多址 FDMA 方式實現(xiàn)對用戶的動態(tài)尋址功能，并以蜂窩式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率規(guī)劃實現(xiàn)載頻再用方式，達到擴大覆蓋服務范圍和滿足用戶數(shù)量增長的需求。在信道動態(tài)特性匹配上，適當采用了性能優(yōu)良的模擬調(diào)頻方式，并利用基站二重空間分集方式抵抗空間選擇性衰落。 第二代（2G）以數(shù)字化為主要特征，構(gòu)成數(shù)字式蜂窩移動通信系統(tǒng)，它于20世紀90年代初正式走向商用。其中最具有代表性的有歐洲的時分多址（TDMA）GSM（GSM原意為Group Special Mobile，1989年以后改為Global System for Mobile Communication）、北美的碼分多址（CDMA）的 IS-95 兩大系統(tǒng)，另外還有日本的 PDC 系統(tǒng)等。 從技術(shù)特色上看，它是以數(shù)字化為基礎(chǔ)，較全面地考慮了信道與用戶的二重動態(tài)特性及相應的匹配措施。主要的實現(xiàn)措施有：采用 TDMA（GSM）、CDMA（IS-95）方式實現(xiàn)對用戶的動態(tài)尋址功能，并以數(shù)字式蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率（相位）規(guī)劃實現(xiàn)載頻（相位）再用方式，從而擴大覆蓋服務范圍和滿足用戶數(shù)量增長的需求。在對信道動態(tài)特性的匹配上采取了下面一系列措施： （1）采用抗干擾性能優(yōu)良的數(shù)字式調(diào)制：GMSK（GSM）、QPSK（IS-95），性能優(yōu)良的抗干擾糾錯編碼：卷積碼（GSM、IS-95）、級聯(lián)碼（GSM）；（2）采用功率控制技術(shù)抵抗慢衰落和遠近效應，這對于CDMA方式的IS-95尤為重要； （3）采用自適應均衡（GSM）和 Rake 接收（IS-95）抗頻率選擇性衰落與多徑干擾； （4）采用信道交織編碼，如采用幀間交織方式（GSM）和塊交織方式（IS-95）抗時間選擇性衰落。 第三代（3G）以多媒體業(yè)務為主要特征，它于本世紀初剛剛投入商業(yè)化運營。其中最具有代表性的有北美的CDMA2000、歐洲和日本的WCDMA及我國提出的TD-SCDMA三大系統(tǒng)，另外還有歐洲的DECT及北美的UMC-136。從技術(shù)上看，3G 是在 2G 系統(tǒng)適配信道與用戶二重動態(tài)特性的基礎(chǔ)上又引入了業(yè)務的動態(tài)性，即在 3G 系統(tǒng)中，用戶業(yè)務既可以是單一的語音、數(shù)據(jù)、圖像，也可以是多媒體業(yè)務，且用戶選擇業(yè)務是隨機的，這個是第三重動態(tài)性的引入使系統(tǒng)大大復雜化。所以第三代是在第二代數(shù)字化基礎(chǔ)上的、以業(yè)務多媒體化為主要目標，全面考慮并完善對信道、用戶二重動態(tài)特性匹配特性，并適當考慮到業(yè)務的動態(tài)性能，盡力采用相應措施予以實現(xiàn)的技術(shù)。其主要實現(xiàn)措施有： （1）繼續(xù)采用第二代（2G）中所采用的所有行之有效的措施； （2）對 CDMA 擴頻方式應一分為二，一方面擴頻提高了抗干擾性，提高了通信容量；另一方面由于擴頻碼互相關(guān)性能的不理想，使多址干擾、遠近效應影響增大，并且對功率控制提出了更高要求等； （3）為了克服 CDMA 中的多址干擾，在 3G 系統(tǒng)中，上行鏈路建議采用多用戶檢測與智能天線技術(shù)；下行鏈路采用發(fā)端分集、空時編碼技術(shù)； （4）為了實現(xiàn)與業(yè)務動態(tài)特性的匹配，3G 中采用了可實現(xiàn)對不同速率業(yè)務（不同擴頻比）間仍具有正交性能的 OVSF（可變擴頻比正交碼）多址碼； （5）針對數(shù)據(jù)業(yè)務要求誤碼率低且實施性要求不高的特點，3G 中對數(shù)據(jù)業(yè)務采用了性能更優(yōu)良的 Turbo 碼。 14移動通信的工作方式主要有幾種？蜂窩式移動通信系統(tǒng)采用哪種方式？答：單工通信；雙工通信（蜂窩式移動通信系統(tǒng)采用該方式）；單雙工通信；移動中繼方式。換算：總式：1W=0dBW=10log1W=10log1000mW=30dBmPr(dBm)=10lgPr(mW)Pr(dBW)-10lgPr(W)10mW=10lg10(mW)=10(dBm)20mW=10lg20(mW)=13.01(dBm)1W=0(dBW)=30(dBm)21說明多徑衰落對數(shù)字移動通信系統(tǒng)的主要影響。答：信息信號分散，信噪比低，傳輸語音和數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳；可能引入尖銳的噪聲，照成傳輸數(shù)據(jù)大量出錯；不同路徑傳來的信號互相相關(guān)，難以直接疊加。增加接收電路單元的復雜度，從而提高系統(tǒng)的建設(shè)和運營成本。22若某發(fā)射機發(fā)射功率為100W，請將其換算成d Bm和dBW。如果發(fā)射機的天線增益為單位增益，載波頻率為900MHz，求出在自由空間中距離天線100m處的接收功率為多少dBm？解：自由空間損耗自由空間中距離天線100m處的接收功率23若載波，移動臺速度，求最大多普勒頻移。解：24說明時延擴展、相關(guān)帶寬和多普勒擴展、相關(guān)時間的基本概念。答：時延擴展參數(shù)市區(qū)（us）郊區(qū)（us）平均多徑時延1.52.50.12.0最大時延（-30dB為門限）5.012.00.37.0時延擴展（散布）1.03.00.22.0l 符號周期（帶寬的倒數(shù)）遠大于，則為窄帶系統(tǒng)（所有回波都會落在同一個符號周期內(nèi)）l 使用帶寬很大的信道并不一定是帶寬通信相關(guān)帶寬l 在相關(guān)帶寬之內(nèi)，信道是一個頻率非選擇性信道，信號可以順利傳輸，無大的失真l 信號帶寬超過相關(guān)帶寬，信道是一個頻率選擇性信道l 從頻域角度定義窄帶系統(tǒng)和寬帶系統(tǒng)多普勒擴展l 多普勒擴展定義為多普勒功率譜密度標準差l 當信號帶寬遠遠大于多普勒擴展慢衰落l 否則快衰落信道相關(guān)時間l 數(shù)據(jù)符號周期遠遠小于相關(guān)時間慢衰落l 否則為快衰落信道25設(shè)載波頻率，移動臺運動速度，問移動進行電波傳播測量時需要多少個樣值？在車行駛時進行實時測量需要多少時間？信道的多普勒擴展為多少？答：，所以多普勒擴展為 26若，移動臺沿電波傳播方向行駛，求接收信號的平均衰落率。解：27已知移動臺速度，求對于信號包絡(luò)均方值電平的電平通過率。解： , 28設(shè)基站天線高度為，發(fā)射頻率為，移動臺天線高度為，通信距離為，利用Okumura-Hata模型分別求出城市、郊區(qū)和鄉(xiāng)村的路徑損耗。（忽略地形校正因子的影響）解：城市：郊區(qū)：鄉(xiāng)村：31信源編碼的目的是什么？答：壓縮信源產(chǎn)生的冗余信息，降低傳遞這些不必要的信息的開銷，從而提高整個傳輸鏈路的有效性。32H.264中圖像數(shù)據(jù)被分成了哪幾部分？分 割Part APart BPart C差錯保護（等級A）差錯保護（等級B）差錯保護（等級C）答：將圖像數(shù)據(jù)分成動態(tài)矢量數(shù)據(jù)（即基本層，需要更好的差錯保護）以及剩余的信息。每個數(shù)據(jù)片的編碼視頻信息首先被分割成三部分并分別放到A、B、C數(shù)據(jù)分區(qū)中，每個數(shù)據(jù)分區(qū)中包含的信息被分別封裝到相應的RTP數(shù)據(jù)包中通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。其中，Part A中包含最重要的slice頭信息、MB頭信息，以及動態(tài)矢量信息；Part B中包含幀內(nèi)和SI片宏塊的編碼殘差數(shù)據(jù)，能夠阻止誤碼繼續(xù)傳播；Part C中包含幀間宏塊的編碼殘差數(shù)據(jù)，幀間編碼數(shù)據(jù)塊的編碼方式信息和幀間變換系數(shù)。33在移動通信中對調(diào)制有哪些考慮？答：頻帶利用率功率效率已調(diào)信號恒包絡(luò)易于解調(diào)帶外輻射34什么是相位不連續(xù)的FSK？相位連續(xù)的FSK（CPFSK）應當滿足什么條件？為什么移動通信中，在使用移頻鍵控一般總是考慮使用CPFSK？答：相位不連續(xù)的2FSK信號在碼元交替時刻，波形是不連續(xù)的（開關(guān)方法所得）所謂相位連續(xù)是指不僅在一個元碼持續(xù)時間連續(xù)而且在從元碼 轉(zhuǎn)換的時刻兩個元碼相位也相等滿足關(guān)系式即要求當前元碼的初相位 由前一元碼的初相位來決定。38GMSK系統(tǒng)空中接口傳輸速率為270.83333kbit/s，求發(fā)送信號的兩個頻率差。若載波頻率是，這兩個頻率又等于多少？解：（1），（2）；，41分集接收技術(shù)的指導思想是什么？答：把接收到的多個衰落獨立的信號加以處理，合理地利用這些信號的能量來改善接收信號的質(zhì)量。42什么是宏觀分集和微觀分集？在移動通信中常用哪些微觀分集？答：宏觀分集：用于合并兩個或多個長時限對數(shù)正態(tài)信號，這些信號是經(jīng)獨立的衰落路徑接收來自不同基站站址的兩個或多個不同天線發(fā)射的信號。微觀分集：用于合并兩個或多個短時限瑞利信號，這些信號都是同一接收基站長經(jīng)獨立的衰落路徑接收來自兩個或多個不同天線發(fā)射的信號。移動通信中常用的微觀分集：時間分集、頻率分集、空間分集、角度分集、極化分集。43工作頻段為模擬移動電話系統(tǒng)TACS的信令采用數(shù)字信號方式。其前向控制信道的信息字A和B交替采用重復發(fā)送5次，如圖所示。每字（40bit）長度5ms。為使字A（或B）獲得獨立的衰落，移動臺的速度最低是多少？1255ms35msABABAB解：要獲得時間分集增益，要求重發(fā)時間間隔滿足：所以44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，因為合并后信號的振幅與各支路信噪比相聯(lián)系，信噪比愈大的支路合并后的信號貢獻愈大。所以，即使當各路信號都很差，使得沒有一路信號可以被單獨解出時，最大比值合并算法仍有可能合成一個達到SNR要求的可以被解調(diào)的信號。這種方法的抗衰落統(tǒng)計特性是最佳的。46什么是碼字的漢明距離？碼字1101001和0111011的漢明距離等于多少？一個分組碼的漢明距離為32時能糾正多少個錯誤？答：碼字的漢明距離是指兩個碼組中對應位置上具有不同二進制碼元的位數(shù)。碼字1101001和0111011的漢明距離等于3.若要糾正t個隨即獨立錯誤，要求，一個分組碼的漢明距離為32時，能糾正15個錯誤。47已知一個卷積碼編碼器由兩個串聯(lián)的寄存器（約束長度3），3個模2加法器和一個轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成。編碼器生成序列為g（1）=（1，0，1），g（2）=（1，1，0），g（3）=（1，1，1）。畫出它的結(jié)構(gòu)方框圖。a寄存器寄存器b48題圖4.2是一個（2，1，1）卷積碼編碼器。設(shè)輸入信息序列為10111，輸出是什么？寄存器答：輸出是1110110101。411信道均衡器的作用是什么？為什么支路數(shù)為有限的線性橫向均衡器不能完全消除碼間干擾？答：均衡干擾器的作用是把碼間干擾的接受序列變?yōu)闊o碼間干擾的序列 有采用均衡器可以看出輸出序列的碼間干擾情況有了改善但還不能消除碼間干擾如兩頭兩個不均衡器，這是殘留的碼間干擾增加均衡器的抽頭數(shù)均衡效果就加強但是兩邊總是有殘留的碼間干擾。414PN序列有哪些特征使得它具有類似噪聲的性質(zhì)？答：平衡特性、游程特性、相關(guān)特性415計算序列的相關(guān)性：（1）計算序列a=1110010的周期自相關(guān)性并繪圖（取10個碼元長度）；7,-1,-1,-1,-1,-1,-1,7（2）計算序列b=01101001和c=00110011的互相關(guān)系數(shù)，并計算各自的周期自相關(guān)系性并繪圖（取10個碼元長度）；Ra,b=-0.25B:8,-4,0,4,-8,4,0,-4,8c:8,0,-8,0,-8,0,-8,0,8（3）比較上述序列，哪一個最適合用作擴頻碼？答：A適合，因為a對準時又最大輸出，對不準時可以抑制輸出416簡要說明直接序列擴頻和解擴的原理。答：由于x(t)=b(t)c(t)的頻譜等于b(t)的頻譜與c(t)的頻譜的卷積。b(t)和c(t)相乘的結(jié)果使攜帶信息的基帶信號的帶寬被擴展到近似為c(t)的帶寬Bc。擴展的倍數(shù)就等于PN序列一周期的碼片數(shù)N=Bc/Bb=Tb/Tc，而信號的功率譜密度下降到原來的1/N。信號這樣的處理過程就是擴展，c(t)在這里起著擴頻的作用，稱作擴頻碼，這種擴頻方式就是直接序列擴頻。在接收端，接收機接收到的信號r(t)一般是有用的信號和噪聲及各種干擾信號的混合。為了突出解擴的概念，這里暫時不考慮他們的影響，即r(t)=s(t)。接收機將收到的信號首先和本地產(chǎn)生的PN碼c(t)相乘。由于所以相乘所得信號顯然是一個窄帶的2PSK信號，它的帶寬等于2Rb=2/Tb。這樣的信號恢復為一個窄帶信號，這一操作過程就是解擴。417為什么擴頻信號能夠有效的抑制窄帶干擾？答：擴頻信號對窄帶干擾的抑制作用在于接收機對信號的解擴的同時，對干擾信號的擴頻，這降低了干擾信號的功率譜密度。擴頻后的干擾和載波相乘、積分大大削弱了他對信號的干擾，因此在采樣器的輸出信號受干擾的影響將大大減小輸出的采樣只會比較穩(wěn)定。418RAKE接收機的工作原理是什么？答：RAKE每個相關(guān)器喝多徑信號中的一個不同的時延的分量同步，輸出就是攜帶相同信息但時延不同的信號。把這些輸出信號適當?shù)臅r延對齊，然后按某種方法合并就可以增加信號的能量，改善信噪比。51說明大區(qū)制和小區(qū)制的概念，指出小區(qū)制的主要優(yōu)點。答：1、小容量的大區(qū)制：是指一個基站覆蓋整個服務區(qū)。為了增大單基站的服務區(qū)域，天線架設(shè)要高，發(fā)射功率要大。2、大容量的小區(qū)制：是指把整個服務區(qū)域劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)分別設(shè)置一個小基站，負責本區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)的控制。 小區(qū)制的主要優(yōu)點：容量大，通信質(zhì)量好52簡單敘述切換的基本概念。答：當移動用戶處于通話狀態(tài)時，如果出現(xiàn)用戶從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)的情況，為了保證通話的連續(xù)，系統(tǒng)要將對該MS的連接控制也從一個小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個小區(qū)。這種將正在處于通話狀態(tài)的MS轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務信道上（新的小區(qū)）的過程稱為“切換”。53什么是同頻干擾？是如何產(chǎn)生的？如何減少？答：同頻干擾：是指相同載頻電臺之間的干擾如何產(chǎn)生的：蜂窩小區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。如何減少：合理的選定蜂窩結(jié)構(gòu)與頻率規(guī)劃，表現(xiàn)為系統(tǒng)設(shè)計中隊同頻道干擾因子的選擇。54試繪出單位無線區(qū)群的小區(qū)個數(shù)N=4時，3個單位區(qū)群彼此鄰接時的結(jié)構(gòu)圖形。假定小區(qū)的半徑為r，鄰接無線區(qū)群的同頻小區(qū)的中心間距如何確定？342134213421答：同頻小區(qū)的中心相距 ：D= 5 5面狀服務區(qū)的區(qū)群是如何組成的？模擬蜂窩系統(tǒng)同頻無線小區(qū)的距離是如何確定的？答：面狀服務區(qū)的去群是由：面狀的簇無限復制組成的。頻率復用距離D是指最近的兩個同頻小區(qū)中心之間的距離。在一個小區(qū)中心或相鄰小區(qū)中心作兩條與小區(qū)的邊界垂直的直線，其夾角為120。此兩條直線分別連接到最近的兩個同頻點小區(qū)中心，其長度分別為I和J，于是同頻距離為：56N-CDMA系統(tǒng)的有效頻帶寬度為1.2288MHz，話音編碼速率為9.6kbit/s，比特能量與噪聲密度比為6dB，則系統(tǒng)容量為多少？答：系統(tǒng)容量為：58說明開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制的不同之處？答：閉環(huán)功率控制建在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，對開環(huán)功率的控制進行校正，開環(huán)功率控制簡單易行，可調(diào)范圍大，控制速度快，對降低慢衰落比較有效，只能起到粗控的作用。閉環(huán)功率控制精確高，存在時延，時延上升，功率控制下降。59說明內(nèi)環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制的不同之處？答：內(nèi)環(huán)是快速閉環(huán)功率控制，在基站移動臺之間的物理層進行。通信本端接收通信對端發(fā)出的功率控制命令控制本端的發(fā)射功率，通信對端的功率控制命令的產(chǎn)生是通過測量通信本端的發(fā)射信號的功率和信干比，與預置的目標功率或信干比相比，產(chǎn)生功率控制命令以彌補測量值低于預設(shè)值，功率控制命令就是上升；測量值高于預設(shè)值，功率命令就是下降。外環(huán)是慢速閉環(huán)功率控制，其目的是使每條鏈路的通訊質(zhì)量基本保持在設(shè)定值。外環(huán)功率控制通過鼻環(huán)功率控制間接影響系統(tǒng)用戶容量和通訊質(zhì)量。外環(huán)功率控制調(diào)節(jié)閉環(huán)功率控制可以采用SIR或目標功率值?；诿織l鏈路，不斷的比較誤碼率或誤幀率與質(zhì)量要求目標BER或目標FER的差距，彌補性的調(diào)節(jié)每條鏈路的目標SIR或目標功率。510什么是硬切換？什么是軟切換？軟切換有哪些優(yōu)點和缺點？采用軟切換的前提是什么？答：硬切換是指在新的通信鏈路建立之前，先中斷舊的通信鏈路的切換方式，即先斷后通。軟切換是指需要切換時，移動臺先與目標基站建立通信鏈路，再切斷與原基站之間的通信鏈路的切換方式，即先通后斷。軟切換的優(yōu)點：提高切換成功率；增加系統(tǒng)容量；提高通信質(zhì)量。軟切換的缺點：導致硬件設(shè)備的增加；占用更多資源；當切換的觸發(fā)機制設(shè)定不合理導致過于頻繁的控制消息交互時，也會影響用戶正在進行的呼叫質(zhì)量；系統(tǒng)自身的干擾。采用軟切換的前提是：軟切換只有在使用相同頻率的小區(qū)之間才能進行，因此模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。512說明移動通信網(wǎng)的基本組成。答：移動通信無線服務區(qū)由許多正六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、PSDN）互聯(lián)。移動通信系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護管理子系統(tǒng)（OMS）和基站子系統(tǒng)（BSS）（通信包括移動臺），是一個完整的信息傳輸實體。61說明GSM系統(tǒng)的業(yè)務分類。答：GSM中所定義的業(yè)務是建立在綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) ISDN 的概念基礎(chǔ)上，并考慮到移動的特點作了相應的修改，但是它仍然是以數(shù)字式語音業(yè)務為主體。GSM提供的業(yè)務可以分為兩類：基本通信業(yè)務和補充通信業(yè)務。這兩類業(yè)務是獨立的通信業(yè)務?；就ㄐ艠I(yè)務又根據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中接入位置的不同劃分為電信業(yè)務和承載業(yè)務。 （1）電信業(yè)務提供包含終端設(shè)備（TE）功能在內(nèi)的完善通信能力。其特點是除了包括OSI模型中1至3層屬性外，還包含描述OSI參考模型中4至7層高層功能和協(xié)議的屬性。主要電信業(yè)務包括語音業(yè)務、短消息業(yè)務、小區(qū)廣播式短消息業(yè)務、可視圖文接入和傳真業(yè)務。 （2）承載業(yè)務不僅可以在移動用戶之間完成數(shù)據(jù)通信，更重要的是，為移動用戶與PSTN、ISDN用戶提供數(shù)據(jù)通信服務，而且還能與其他公共陸地數(shù)據(jù)網(wǎng)（