移动通信课后答案.pdf

1、思考题 1答案 1.1简述移动通信的特点。 答：移动通信的主要特点如下： （1）移动通信利用无线电波进行信息传输。移动通信中基站至用户之间必须靠无线电波来传送消息。然而无线传播环境十分复杂，导致无线电波传播特性一般很差，另外，移动台的运动还会带来多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间地点而不断地变化，严重影响了通信的质量。这就要求在设计移动通信系统时，必须采取抗衰落措施，保证通信质量； （2）移动通信在强干扰环境下工作，主要干扰包括互调干扰，邻道干扰和同频干扰等； （3）通信容量有限。频率作为一种资源必须合理安排和分配，为满足用户需求量的增加，只能在有限的已有频段中采取有效利用频率措施

2、，如窄带化、频道重复利用、缩小频带间隔等方法来解决； （4）通信系统复杂。由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道，进行频率和功率控制、地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术。这就使其信令种类比固定网要复杂的多。在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的； （5）对移动台的要求高。移动台长期处于不固定位置，外界的影响很难预料，这要求移动台具有很强的适应能力。此外，还要求性能稳定可靠、携带方便、小型、低功耗及能耐高、低温等。同时，要尽量使用户操作方便，适应新业务、新技术的发展，以满足不同人群的使用。这给移动台的设计和制造带来很大的困难。 1.3 简述蜂窝式移动通信

3、的发展历史，说明各代移动通信系统的特点。 答：第一代（1G）以模拟式蜂窝网为主要特征，是 20 世纪 70 年代末 80 年代初就开始商用化的。其中最有代表性的是北美的 AMPS（Advance d Mobile Phone System） 、欧洲的 TACS（Total Access Communication System）两大系统，另外还有北欧的 NMT 及日本的 HCMTS系统等。 从技术特色上看，1G 以解决两个动态性中最基本的用户这一重动态性为核心并适当考虑到第二重信道动态性。 主要是措施是采用频分多址 FDMA 方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再

4、用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在信道动态特性匹配上，适当采用了性能优良的模拟调频方式，并利用基站二重空间分集方式抵抗空间选择性衰落。 第二代（2G）以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移动通信系统， ，它于20世纪90年代初正式走向商用。其中最具有代表性的有欧洲的时分多址 （TDMA） GSM（GSM 原意为Group Special Mobile，1989 年以后改为 Global S ystem for Mobile Communication） 、北美的码分多址（CDMA）的 IS-95两大系统，另外还有日本的 PDC 系统等。 从技术特色上看，它是以数字化为基础，

5、较全面地考虑了信道与用户的二重动态特性及相应的匹配措施。主要的实现措施有：采用 TDMA（GSM） 、CDMA（IS-95）方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率（相位）规划实现载频（相位）再用方式，从而扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在对信道动态特性的匹配上采取了下面一系列措施： （1）采用抗干扰性能优良的数字式调制：GMSK（GSM） 、QPSK（IS-95） ，性能优良的抗干扰纠错编码：卷积码（GSM、IS-95） 、级联码（GSM） ； （2）采用功率控制技术抵抗慢衰落和远近效应，这对于 CDMA 方式的IS-95 尤为重要； （3）采用自适应均衡（GSM

6、）和Rake接收（IS-95）抗频率选择性衰落与多径干扰； （4）采用信道交织编码，如采用帧间交织方式（ GSM）和块交织方式（IS-95）抗时间选择性衰落。 第三代（3G）以多媒体业务为主要特征，它于本世纪初刚刚投入商业化运营。其中最具有代表性的有北美的 CDMA2000、欧洲和日本的 WCDM A 及我国提出的 TD-SCDMA 三大系统，另外还有欧洲的 DECT 及北美的 UMC-136。 从技术上看，3G 是在 2G 系统适配信道与用户二重动态特性的基础上又引入了业务的动态性，即在 3G 系统中，用户业务既可以是单一的语音、数据、图像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务是随机的，这个是

7、第三重动态性的引入使系统大大复杂化。所以第三代是在第二代数字化基础上的、以业务多媒体化为主要目标，全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配特性，并适当考虑到业务的动态性能，尽力采用相应措施予以实现的技术。其主要实现措施有： （1）继续采用第二代（2G）中所采用的所有行之有效的措施； （2）对 CDMA 扩频方式应一分为二，一方面扩频提高了抗干扰性，提高了通信容量；另一方面由于扩频码互相关性能的不理想，使多址干扰、远近效应影响增大，并且对功率控制提出了更高要求等； （3）为了克服 CDMA 中的多址干扰，在 3G 系统中，上行链路建议采用多用户检测与智能天线技术；下行链路采用发端分集、空时编码

8、技术； （4）为了实现与业务动态特性的匹配，3G 中采用了可实现对不同速率业务（不同扩频比）间仍具有正交性能的 OVSF（可变扩频比正交码）多址码； （5）针对数据业务要求误码率低且实施性要求不高的特点，3G 中对数据业务采用了性能更优良的 Turbo 码。 思考题 2答案 2.2 若某发射机发射功率为 100W（瓦），请将其换算成 dBm 和 dBW。如果发射机的天线增益为单位增益，载波频率为 900MHz，求出在自由空间中距离天线 100m处的接收功率为多少dBm? 解： 100W=20dBw=50dBm 自由空间损耗 L=32.45+20lg F+20lgD=71.5dB 自由空间中距离

9、天线 100m 处的接收功率=50dBm- 71.5dB=-21.5dBm 2.3若载波 ，移动台速度MHzf 8000= hkmv /60= ，求最大多普勒频移。 解： 36max 0 8cos /60 10 800 10/ / 44.43 10 3600ddfvf vvfc H=z = = =思考题 3答案 3.10 QPSK信号以9600 bit/s速率传输数据，若基带信号采用具有升余弦特性的脉冲响应，滚降系数为0.5。问信道应有的带宽和传输系统的带宽效率；若改用8PSK信号,带宽效率又等于多少? 解： QPSK信号的符号速率为 960048002sR =波特信道应有的带宽为： (1 )

10、 7200sWRHz= +=9600 / 7200 1.33 / /bRbit s HzW= =带宽效率若改用 8PSK信号，此时符号速率为 960032003sR =波特信道应有的带宽为： (1 ) 4800sWRHz= +=9600 / 4800 2 / /bRbit s HzW= =带宽效率3.16 OFDM技术有哪些优缺点？ 答：OFDM 优点有： （1）由于采用正交载波和频带重叠的设计，OFDM有比较高的带宽效率。（2）由于并行的码元长度 Ts=Nts 远大于信道的平均衰落时间，瑞利衰落对码元的损伤是局部的，一般都可以正确恢复。 （3）当Ts 远大于（多径信道的相对时延）时，系统因时

11、延产生的码间干扰就不那么严重，一般不需要均衡器。 （4）由于是多个窄带载波传输，当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，也只是影响个别的子信道，而其它的子信道的传输并未受到影响。 （5）由于可以采用 DFT实现 OFDM 信号，极大的简化了系统的硬件结构。 OFDM 技术的不足之处包括以下方面： （1）对频偏和相位噪声比较敏感。OFDM 技术区分各个子信道的方法是利用各个子载波之间严格的正交性。频偏和相位噪声会使各个子载波之间的正交特性恶化，仅仅 1的频偏就会使信噪比下降 30dB。因此，OFDM 系统对频偏和相位噪声比较敏感。 （2）功率峰值与均值比（PAPR）大，导致射频放大器

12、的功率效率较低。与单载波系统相比，由于 OFDM 信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率，也就会带来较大的峰值均值功率比，简称峰均值比。对于包含 N个子信道的 OFDM 系统来说，当 N 个子信道都以相同的相位求和时，所得到的峰值功率就是均值功率的 N 倍。当然这是一种非常极端的情况，通常 OFDM 系统内的峰均值不会达到这样高的程度。高峰均值比会增大对射频放大器的要求，导致射频信号放大器的功率效率降低。 思考题 4答案 4.7什么是码字的汉明距离？码字1101001和0111011的汉明距等于多少？一个分组码的汉明码距为32时能纠正多少个

13、错误？ 答：码字的汉明距离是指两个码组中对应位置上具有不同二进制码元的位数。码字1101001 和 0111011 的汉明距离等于 3。若要纠正 t 个独立随机错误，要求 ，因此一个分组码的汉明距离为 32 时能纠正 15 个独立随机错误。 mind2t+14.13 线性均衡器与非线性均衡器相比主 要缺点是什么？在移动通信一般使用它们中的哪一类? 答：线性均衡器只能用于信道畸变不十分严重的情形，在移动通信的多径衰落信道中，信道的频率响应往往会出现凹点（频率选择性衰落引起的），这是线性均衡器往往无法很好地工作。为了补偿信道畸变，凹点区域必须有较大的增益，显然这将显著地提高信号的加性噪声。因此，在

14、移动通信的多径衰落信道中，我们通常使用非线性均衡器。 思考题 5答案 5.2 简单叙述切换的基本概念。 答：切换是指当移动台（MS）靠近原来服务小区的边缘,将要进入另一个服务小区时,原基站与 MS 之间的链路将由新基站与 MS之间的链路来取代的一个过程。 5.6 N-CDMA 系统的有效频带宽度为 1.2288MHz，语音编码速率为 9.6Kb/s，比特能量与噪声密度比为6dB，则系统容量为多少？ 解：系统容量为： 30.601.2288 101 / 1 /10 33.15 /9.6bbEWmRN =+ =+ =信道 小区思考题 6答案 6.1 说明GSM系统的业务分类。 答：GSM 中所定义

15、的业务是建立在综合业务数字网 ISDN 的概念基础上，并考虑到移动的特点作了相应的修改，但是它仍然是以数字式语音业务为主体。GSM 提供的业务可以分为两类：基本通信业务和补充通信业务。这两类业务是独立的通信业务。基本通信业务又根据在网络中接入位置的不同划分为电信业务和承载业务。 （1） 电信业务提供包含终端设备（TE）功能在内的完善通信能力。其特点是除了包括 OSI模型中 1 至 3 层属性外，还包含描述 OSI 参考模型中 4 至 7 层高层功能和协议的属性。主要电信业务包括语音业务、短消息业务、小区广播式短消息业务、可视图文接入和传真业务。 （2） 承载业务不仅可以在移动用户之间完成数据通

16、信， 更重要的是，为移动用户与 PSTN、ISDN 用户提供数据通信服务，而且还能与其他公共陆地数据网（电路型、分组型）互联互通。GSM 能提供 10大类承载业务，这里不一一列举，可参见 GSM技术规范。 （3） 补充业务是对两类基本业务的改进和补充，它不能单独向用户提供，而必须与基本业务一起提供。同一补充业务可能应用到若干个基本业务中，这大大丰富了基本业务的功能，也有利于引入智能化服务。 6.14 说明GPRS的业务质量种类 答：GPRS 为用户提供了 5 种可协商的业务质量（QoS）的基本属性，包括平均吞吐量等级，峰值吞吐量等级，可靠性等级，延迟等级以及优先级。 思考题7答案 7.1 什么

17、是扩展频谱通信？其基本原理是什么？这种通信方式有哪些优点？ 答：扩展频谱通信的定义为：扩频通信技术是一种信息传输方式，用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身的带宽；频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传输的信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调，实现解扩和恢复所传的信息数据。 扩频通信技术的理论基础是香农定理， 采用宽带调制技术即以信道带宽来换取信噪比的改善。 扩频通信的主要优点包括：抗干扰性强；低功率谱密度，保密性能好和潜在地址多。 7.3什么是扩频增益？ 答：由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益 Gp。 wpsBGB=（Bw 为发射扩频信号的带宽，Bs 为信号的码

18、元速率） 思考题 8答案 8.9什么是开环功率控制与闭环功率控制？二者的作用有何不同？ 答：闭环功率控制是指发射端根据接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的过程。而开环功率控制不需要接收端的反馈，发射端根据自身测量得到的信息对发射功率进行控制。而且，开环功率控制的衰落估计准确度是建立在上行链路和下行链路具有一致的衰落情况下的，但是由于频分双工的 CDMA 系统中，上下行链路的频段相差 45MHz 以上，远远大于信号的相关带宽，所以上行和下行链路的信道衰落情况是完全不相关的，这导致开环功率控制的准确度不会很高，只能起到粗略控制的作用，必须使用闭环功率控制达到相当精度的控制效果。 8.10什么是

19、内环功率控制与外环功率控制？二者的作用有何不同？ 答：内环功率控制过程是快速闭环功率控制，在基站和移动台之间的物理层进行，通信本端接收通信对端发出的功率控制命令控制本端的发射功率，通信对端的功率控制命令的产生是通过测量通信本端的发射信号的功率和信干比，与预置的目标功率或信干比相比，产生功率控制命令以弥补测量值与目标值的差距。 外环功率控制是对内环门限进行调整，这种调整是根据接收信号质量指标（如误帧率FER）的变化来进行的。外环功率控制通过测量误帧率，并定时地根据目标误帧率来调整内环门限，将其调大或者调小以维持恒定的目标误帧率。当实际接收的 FER 高于目标值时，则提高内环门限；反之，当实际接收

20、的 FER 低于目标值时，则适当降低内环门限。 思考题 9答案 9.3第三代移动通信系统的主流标准有哪几种？ 答：3G 的主流标准有：WCDMA，CDMA2000和 TD-SCDMA。 9.7与IS-95相比，cdma2000 1x有哪些改进？ 答：CDMA 1X 是在 IS-95 基础上升级改造的，属于 2.5G 技术，可提供 144Kbps 以上速率的电路或分组数据业务，而且增加了辅助信道，可以对一个用户同时承载多个数据流信息，它提供的业务比 IS-95有了很大的提高，同时 CDMA 1X 还具有系统容量大、与 IS-95 后向兼容、向 3G 平滑过渡等优势，为支持未来多种媒体和多媒体业务

21、打下了基础。 思考题 10 答案 10.1 什么是cdma2000 1x与cdma2000 3x？ 答：cdma2000 按照使用的带宽划分，可以有多种工作方式。独立使用一个 1.25MHz 的载波方式叫做 cdma2000 1x；将三个 1.25MHz 载波捆绑在一起使用的方式叫做 cdma2000 3x。 10.11采用F-QPCH的好处是什么？ 答：F-QPCH 是前向快速寻呼技术。此技术有两个用途。一是寻呼或睡眠状态的选择。因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗的睡眠状态，这样移动台便不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少移动台激活时间和节省

22、移动台功耗。二是配置改变。通过前向快速寻呼信道，基地台向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息，使移动台根据此新消息作相应设置处理。 思考题 11 答案 11.1说明WCDMA的主要参数。 答：WCDMA 的主要参数包括： 多址接入方式： DC-CDMA； 双工方式： FDD/TDD； 基站同步： 异步方式； 码片速率： 3.84Mchip/s； 帧长： 10ms； 载波带宽： 5Mchip/s； 多速率： 可变的扩频因子和多码； 检测： 使用导频符号或公共导频进行相关检测； 多用户检测、智能天线：标准支持，应用时可选； 业务复用：具有不同服务质量要求的业务复用到同一个连接中。 11.8简述TD

23、D系统的优缺点。 答：TDD 系统的优点有： （1）有利于频谱有效利用，能使用各种频率资源，不需要成对的频率； （2）更适用于不对称业务，特别适用于 IP 型的数据业务； （3）上下行链路中的对应信道。TDD 上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等的新技术，达到提高性能，降低成本的目的；在上行的功控中也可以充分利用上下行间信道的对称的电波传播特性； （4）开环功率控制和识见空间发射分集； （5）设备称的较低，将可能比 FDD系统低 20%50%； （6）可作为 FDD 的扩展。在分层蜂窝结构的应用中，FDD 将应用于大的蜂窝中，主要用来解决覆盖的问题，应用于对称的话

24、音业务，应用于运动速度高的用户，TDD 将应用于小的蜂窝中，主要来解决容量的问题，应用于不对称的数据业务，应用于运动速度低的或室内的用户。 TDD 系统的不足之处包括： （1）而采用 TDD 模式的系统的最高移动速度只有 120km/h，因为目前 TDD 系统在芯片处理速度和算法上还达不到更高的标准。而采用模式的系统的最高移动速度可达500km/h； （2）在抗干扰方面，使用 FDD 可消除邻近蜂窝区基站和本区基站之间的干扰。但仍存在邻区基站对本区移动机的干扰及邻区移动机对本区基站的干扰。 而使用 TDD 则能引起邻区基站对本区基站、邻区基站对本区移动机、邻区移动机对本区基站及邻区移动机对本区

25、移动机四项干扰。可见 TDD 的抗干扰能力弱于 FDD 系统。但随着新技术的不断出现，TDD 系统的抗干扰能力一定会有大幅度的提高； （3）为了减少基站间干扰，基站要同步。如果基站不同步，在 TDD CDMA 系统中就会出现小区间和运营者间的干扰问题。同步精度应在符号级而不是码片级，这可以用基站处的 GPS接收机或通过额外的电缆分布公共时钟来实现。这些方法会增加基础设施的费用； （4）发射功率大。TDD 有着 TDMA 的元素，导致脉冲功率，有干扰，要求大的发射功率。 思考题 12 答案 12.1 OFDM技术有哪些优缺点？ 答：OFDM 优点有： （1）由于采用正交载波和频带重叠的设计，OF

26、DM有比较高的带宽效率。（2）由于并行的码元长度 Ts=Nts 远大于信道的平均衰落时间，瑞利衰落对码元的损伤是局部的，一般都可以正确恢复。 （3）当Ts 远大于（多径信道的相对时延）时，系统因时延产生的码间干扰就不那么严重，一般不需要均衡器。 （4）由于是多个窄带载波传输，当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，也只是影响个别的子信道，而其它的子信道的传输并未受到影响。 （5）由于可以采用 DFT实现 OFDM 信号，极大的简化了系统的硬件结构。 OFDM 技术的不足之处包括以下方面： （1）对频偏和相位噪声比较敏感。OFDM 技术区分各个子信道的方法是利用各个子载波之间严格的正

27、交性。频偏和相位噪声会使各个子载波之间的正交特性恶化，仅仅 1的频偏就会使信噪比下降 30dB。因此，OFDM 系统对频偏和相位噪声比较敏感。 （2）功率峰值与均值比（PAPR）大，导致射频放大器的功率效率较低。与单载波系统相比，由于 OFDM 信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率，也就会带来较大的峰值均值功率比，简称峰均值比。对于包含 N个子信道的 OFDM 系统来说，当 N 个子信道都以相同的相位求和时，所得到的峰值功率就是均值功率的 N 倍。当然这是一种非常极端的情况，通常 OFDM 系统内的峰均值不会达到这样高的程度。高峰均值比会增大对射频放大器的要求，导致射频信号放大器的功率效率降低。 12.3 BLAST技术为什么可以提高频谱效率？ 答：BLAST（Bell labs Layered Space-Time，分层空时编码）技术是 MIMO 技术的一种，它使同一个频段传输多个信号成为可能，每个信号的发送采用不同的发送天线，另外在接收端也要用多个天线以及独特的信号处理技术把这些互相干扰的信号分离出来，这样的话，在给定的信道频段上的容量将随天线数量的增加而成比例增加，因此提高了频谱效率 。