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移動通信第二次作業(yè) 1090510321 李森第四章4.1設發(fā)送的二進制信息為1011001，試分別畫出OOK、2FSK、2PSK、2PSK及2DPSK信號的波形示意圖，并注意觀察其時間波形上各有什么特點。OOK2FSK2PSK2DPSK解 4.2QSPK、/4-QPSK、OQPSK信號相位跳變在信號星座圖上的路徑有什么不同。解：QSPK在其碼元交替處的載波相位往往是突變的，當相鄰的兩個碼元同時轉換時，如當00到11或者01到10時會產生180的載波躍變。這種相位躍變會使調相波的包絡出現(xiàn)零（交）點，引起較大的包絡起伏，起信號功率將產生很強的旁瓣分量。/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進方案，它的最大相位跳變是135。OQPSK信號由于同相和正交支路碼流在時間上相差半個周期，使得相鄰碼元間相位變化只能是0或90，不會是180，克服了QPSK信號180躍變的缺陷。OQPSK的包絡變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒有包絡零點。4.7設有一個TCM通信系統(tǒng)，其編碼器如下圖所示，且初始狀態(tài)為“00”。若發(fā)送序列是等概率的，接收端收到的序列為111001101011（前后其他碼元皆為0）試用網(wǎng)路圖尋找最大似然路徑并確定譯碼得出前6個比特。解：000111104.8什么是OFDM信號？為什么它可以有效地抵抗頻率選擇性衰落？解：OPDM是正交頻分復用，主要思想就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到多個并行的正交子載波上，同時進行數(shù)據(jù)傳輸。OFDM技術將高速串行的數(shù)據(jù)流通過串并變換轉化為多路并行的低速數(shù)據(jù)流在各個子載波上傳輸，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，并通過添加長度大于最大時延擴展的循環(huán)前綴，使得OFDM符號長度遠遠大于信道的最大時延擴展，從而可以有效減小無線信道的時間彌散所帶來的符號間干擾（ISI）。補充題：1. QPSK、OQPSK與/4-QPSK等調制方式各自的優(yōu)缺點是什么？在衰落信道中一般選用哪種調制方式更合適，為什么？解：（1）QPSK優(yōu)點：具有較高的頻譜利用率，較強的抗干擾性能，同時在電路中易于實現(xiàn)，成為移動通信中的主要調制方式。缺點：存在相位模糊問題，在其碼元交替處的載波相位往往是突變的，當相鄰的兩個碼元同時轉換時，如當00到11或者01到10時會產生180的載波躍變。這種相位躍變會使調相波的包絡出現(xiàn)零（交）點，引起較大的包絡起伏，起信號功率將產生很強的旁瓣分量。（2）OQPSK優(yōu)點：OQPSK信號由于同相和正交支路碼流在時間上相差半個周期，使得相鄰碼元間相位變化只能是0或90，不會是180，克服了QPSK信號180躍變的缺陷。OQPSK的包絡變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒有包絡零點。由于兩個支路符號的錯開并不影響他們的功率譜，OQPSK信號的功率譜和QPSK相同，因此有相同的帶寬效率。缺點：信號的動態(tài)范圍比較小。（3）/4-QPSK優(yōu)點：/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進方案，它的最大相位跳變是135。因此，帶限p/4-QPSK信號比帶限QPSK有更好的恒包絡性質，但是不如OQPSK。/4-QPSK具有能夠非相干解調優(yōu)點，并且在多徑衰落信道中比OQPSK性能更好，是適于數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調制方式之一。（4）在衰落信道中一般選用/4-QPSK調制方式更合適，因為它的解調方法有多種，可在中頻，也可以在基帶解調，它既可以相干解調，也可以非相干解調，還可以用鑒頻器解調，也可用非線性放大，可以得到高效率的功放。2.4-ASK調制的誤碼率推導方形16-QAM調制的誤碼率。解：假設電平間隔為2（1）其中 即 所以 （2）方形16-QAM誤碼率：可把16-QAM的I，Q兩分量分別看成是4-ASK調制，需I，Q均不出現(xiàn)誤碼方形16-QAM才不會出現(xiàn)誤碼，則有：3.OFDM系統(tǒng)中CP的作用。解：CP即循環(huán)前綴，目的是消除時間彌散信道的影響。只要CP長度大于信道最大時延，就可以完全消除符號間干擾（ISI），可以保證無論從何時開始，一個OFDM符號周期內均包含完整的子載波信息，保護子載波間正交性，同時消除子載波間干擾（ICI）。4.設有的4-PSK星座，求多增加1比特輸出(8-PSK)且仍然保持不變(即誤碼率不變)所需要的能量增量。 5.若正方形星座每維有比特，證明其平均能量與成正比。若每維增加1個比特，并保持星座點間最小距離不變，證明需要的能量滿足關系。求的并計算具有相同比特/符號及相同最小距離的MPSK及MPAM的平均能量。證明：6.對于差分調制的MPSK，令表示一個碼元間隔內信道的相位偏移。在不考慮噪聲的情況下需要達到多少才會使接收端的檢測發(fā)生錯誤？解：在不考慮噪聲的情況下，當時可以在接收端檢測發(fā)生錯誤。7.對于差分的8-PSK，列出格雷編碼時比特序列和相位變化的對應關系。然后給出比特序列101 110 100 101 110對應的調制輸出的符號序列，設信息從第k個碼元時間開始發(fā)送，且第(k-1)個碼元時間發(fā)送的符號為。解：自然二進制碼000001010011100101110111格雷碼0000010110101101111011000該比特序列對應的調制輸出符號序列：8./4-QPSK調制可看做是兩個QPSK系統(tǒng)，它們的星座圖相對旋轉了/4。(a)畫出/4-QPSK的信號空間圖。(b)按格雷碼規(guī)則標出每個星座點對應的比特序列。(c)求比特序列01 00 10 01 11 10 01 01通過/4-QPSK基帶調制發(fā)送的符號序列。解：（a）/4-QPSK的信號空間圖(c)9. 考慮下圖所示的八進制星座圖。(a)若8QAM中各星座點間的最小距離為A，求內圓與外圓的半徑a、b。(b)若8PSK中相鄰星座點的間距為A，求半徑r。(c)求這兩種星座圖的平均發(fā)送功率，并作比較。這兩個星座圖相對的功率增益是多少？(假設發(fā)送端符號等概出現(xiàn))。(d)對于這兩個星座圖，有無可能使相鄰星座點表示的三比特中只相差一比特？(e)如果比特率為90Mbit/s，求符號速率。解：（a）8QAM 內圓半徑a=/2A, 8QAM外圓半徑b=()a=A(b) (c) 相對功率增益：(d) 8PSK可以，如圖所示8QAM不可以，只能是3位碼，不能保證相鄰星座點表示的三比特中只相差一比特。(e) 第五章5.1 簡要說直接序列擴頻和解擴頻的原理。答：用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。 直接序列擴頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進行調制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2和生成復合碼去調制載波。5.2 為什么擴頻信號能夠有效的抑制窄帶干擾？答：擴頻通信在空間傳輸時，傳輸信號在發(fā)送端被擴頻信號擴展頻譜后成為寬頻信號，而在接收端又采用相關檢測的辦法來解擴，使有用帶寬信息信號恢復成窄帶信號；而窄帶干擾未經過擴頻處理，在接收端經過相關解擴后成為寬頻信號而使其譜密度大大下降，從而抑制窄帶干擾。 5.6 試解釋頻率跳變擴頻系統(tǒng)抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機理。答：5.7 RAKE接收機的工作原理是什么？答：RAKE接收機的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對它進行延時和相位校正，使之在某一時刻對齊，并按一定的規(guī)則進行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。5.8 分集接收技術的指導思想是什么？答：分集技術是研究如何充分利用傳輸中的多徑信號能量，以改善傳輸?shù)目煽啃?。就是利用多徑傳輸相同信息且具有近似相等的平均信號強度和相互獨立衰落特性的信號路徑，并在接收端對這些信號進行適當合并，以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃浴?.9 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：（1）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。（2）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。（3）在移動通信中常用的微觀分集：空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集和時間分集。5.10 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，信噪比愈大的支路對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要求的可以被解調的信號。這種方法的抗衰落統(tǒng)計特性是最佳的。補充題：證明：合并后信號的包絡為：假設每條支路上的噪聲功率為，那么可以證明：當時，合并后的信噪比達到最大，合并后的輸出為：則 輸出信噪比為： 各支路信噪比：則 ，由 許瓦茲 不等式得 等號成立條件：，其中C為常數(shù)即 解： 3.簡述RAKE接收機的工作原理，并說明A-RAKE、S- RAKE和P-RAKE三種不同的RAKE接收機具體實現(xiàn)方法及其性能如何。答：（1）RAKE接收機的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對它進行延時和相位校正，使之在某一時刻對齊，并按一定的規(guī)則進行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。（2）A-RAKE接收機將所有可能分離的多徑信號進行合并。A-RAKE接收機通過合適的合并策略，其性能將接近于AWGN環(huán)境下系統(tǒng)的性能。但是該接收機面臨的最大問題是在接收信道里所有的路徑能量時，需要大量的相關器和多徑接收分支，在現(xiàn)實的通信系統(tǒng)中是很難達到的。（3）S- RAKE接收機在所有可分離的個多徑信號中選擇個信號最強的多徑分量進行合并。在接收機數(shù)目為時，RAKE接收機采取這種多徑接收策略以后，所收集的多徑能量是最多的，進而系統(tǒng)的性能得到了提升。雖然S-RAKE接收比A-RASK接收機能夠減少相關器和多徑接收的分支的數(shù)目，但是接收機為了能夠選取里面能量最大的個多徑，跟蹤全部多徑是必要的，所以為了對全部多徑進行估價并且選取里面能量最強的路徑是這種方法使得S-RAKE的復雜度仍然很高。（4）P-RAKE接收機對先到達的幾條可分離的多徑進行合并，不需要對可以分辨的多徑分量進行排序和搜索，對實時性和信道估計的準確性的要求大大降低。4.下行MIMO技術都包括哪幾種，其具體工作原理是什么？答：下行MIMO技術包括：空間復用、波束賦形和傳輸分集。（1）空間復用：發(fā)射的高速數(shù)據(jù)被分成幾個并行的低速數(shù)據(jù)流，在 同一頻帶從多個天線同時發(fā)射出去。 （2）波束賦形：波束賦形是一種應用于小間距的天線陣列多天線傳輸技 術，其主要原理是利用空間的強相關性及波的干涉原理 產生強方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適 應的指向用戶來波方向，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：發(fā)射分集就是在發(fā)射端使用多幅發(fā)射天線發(fā)射相同的信息，接收端獲得比單天線高的信噪比。5.均衡器的分類有哪些。答：均衡器可以分為時域均衡器和頻域均衡器。其中時域均衡器可以分為線性和非線性兩大類，頻域均衡可以分為單載波和多載波。第六章6.4遠近效應在移動系統(tǒng)中會造成什么影響？怎樣克服？答：（1）影響：當用戶共享同一信道時，強信號對弱信號有明顯的抑制作用，使得弱信號的接收性能很差，甚至根本無法通信。（2）措施：可通過功率控制技術來克服遠近效應。6.5請思考SDMA為什么不能單獨使用？答：當兩移動臺來自同一方向，或距離很近時，則SDMA無法對其分別識別和服務，必須啟用其他介入方式。和TDMA、FDMA或CDMA結合使用時才有用。補充題1.為什么說最佳的小區(qū)形狀是正六邊形？答：因為在服務區(qū)面積一定的情況下，正六邊形形狀的小區(qū)最接近理想的圓形輻射模式，覆蓋面積最大，它們之間的重疊面積最小，可用最少數(shù)目的小區(qū)就能覆蓋整個地理區(qū)域，因此用正六邊形覆蓋整個服務區(qū)所需要的基站數(shù)最少，無線頻率個數(shù)最少。2. 什么叫中心激勵，什么叫頂點激勵？后者有什么好處？答：（1）中心激勵：在劃分區(qū)域時，若基站位于無線區(qū)的中心，則采用全向天線實現(xiàn)無線區(qū)的覆蓋，為中心激勵方式。（2）頂點激勵：在每個蜂房相間的三個頂角上設置基站，并采用三個互成120扇形覆蓋的定向天線，實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，為頂點激勵。（3）由于頂點激勵方式采用定向天線，除了對消除障礙物陰影有利外，對來自120主瓣之外的同信道干擾信號，天線方向性能提供一定的隔離度，降低了干擾，因而允許以較低的同頻復用距離工作，構成單位小區(qū)簇的無線區(qū)N可以降低，對進一步提高頻率利用率、簡化設備、降低成本都有一定好處。 3. 如何選取同頻復用因子？答：Q值越大，話音質量越好，因為此時同頻干擾越?。籕值越小，則容量越大，相同小區(qū)半徑下同頻干擾將越大。在實際的蜂窩系統(tǒng)中，需要對小區(qū)簇的大小和同頻復用因子進行協(xié)調和折中。4.對于正六邊形