無線通信原理與應(yīng)用期末考試題綜述

無線通信原理與應(yīng)用期末考試題綜述無線通信原理與應(yīng)用期末考試題綜述19/19無線通信原理與應(yīng)用期末考試題綜述第一章短距離無線通信的特點無線發(fā)射功率在uW到100mW量級通信距離在幾厘米到幾百米應(yīng)用途景眾多，特別是頻率資源稀缺情況使用全向天線和線路板天線不需申請頻率資源使用贊同證無中心，自組網(wǎng)電池供電頻分復(fù)用和時分復(fù)用的特點和差異？頻分復(fù)用（FDD）同時為用戶和基站供應(yīng)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，使用不相同的發(fā)射天線和接收天線以對應(yīng)分其他信道。但是在用戶單元中，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(shè)備來實現(xiàn)同一天線上的信號傳輸與接收。關(guān)于FDD系統(tǒng)，發(fā)送和接收的信道頻率最少要間隔標稱頻率的5%，以保證在廉價的制造成本下可以供應(yīng)具備足夠隔斷度的雙工器時分復(fù)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，而其他的時間用于從用戶向基站發(fā)送信息。若是信道的數(shù)據(jù)傳輸速率遠大于終端用戶的數(shù)據(jù)速率，就可以經(jīng)過儲藏用戶數(shù)據(jù)爾后突發(fā)的方式來實現(xiàn)單一信道上的全雙工操作。TDD只在數(shù)字傳輸和數(shù)字調(diào)制時才可以使用，而且瞄準時很敏感。蜂窩搬動電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的作用？蜂窩電話系統(tǒng)為在無線覆蓋范圍內(nèi)的、任何地點的用戶供應(yīng)公用電話交換網(wǎng)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(nèi)容納大量用戶，它供應(yīng)了和有線電話系統(tǒng)相當(dāng)?shù)母咄ㄔ捹|(zhì)量。獲得高容量的原因，是由于它將每個基站發(fā)射站的覆蓋范圍限制到稱為“小區(qū)”的小塊地理地域。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(fù)雜的交換技術(shù)，保證了當(dāng)用戶從一個小區(qū)搬動到另一個小區(qū)時不會中斷通話。一個蜂窩搬動電話系統(tǒng)包括搬動臺、基站和搬動交換中心（MSC）。搬動交換中心負責(zé)在蜂窩系統(tǒng)中將所有的搬動用戶連接到公用電話交換網(wǎng)上，有時MSC也稱為搬動電話交換局MTSO）。每個搬動用戶經(jīng)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。搬動臺包括收發(fā)器、天線和控制電路，可以安裝在靈便車輛上或作為便攜手機使用?；景◣讉€同時辦理全雙工通信的發(fā)射機、接收機以及支持多個發(fā)送和接受天線的塔?；緭?dān)當(dāng)者“橋”的功能，將小區(qū)中所有的通話經(jīng)過電話線或微波線路連接到MSC.MSC協(xié)調(diào)所有基站的操作，并將整個蜂窩系統(tǒng)連接到PSTN上。ss第二章比較1G、2G、3G的各自傳輸?shù)奶攸c及其相應(yīng)的技術(shù)。1G主要用于模擬話音的傳輸，主要技術(shù)有NMT、AMPS、TACS2G主要用于數(shù)字語音和低速率數(shù)據(jù)(小于64Kbps)的傳輸，主要的技術(shù)有GSM、PDC、D-AMPS3G主要用于多媒體服務(wù)業(yè)務(wù)的傳輸，主要技術(shù)有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA第三章證明：在蜂窩系統(tǒng)中用六邊形作為覆蓋模型？提示：當(dāng)考慮要覆蓋整個地域而沒有重疊和縫隙的幾何形狀時，只有三種可能的選擇：形、等邊三角形和六邊形。小區(qū)設(shè)計應(yīng)能為不規(guī)則覆蓋地域內(nèi)的最弱信號的搬動臺服務(wù)，有代表性的是處于小區(qū)界線的搬動臺。若是多邊形中心與它的界線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擁有最大的面積

正方具2一個FDD蜂窩電話系統(tǒng)，總帶寬為33MHz，使用兩個25kHz作為雙向的話音和控制信道，當(dāng)系統(tǒng)為(a)4小區(qū)復(fù)用、(b)7小區(qū)復(fù)用、(c)12小區(qū)復(fù)用的情況時，計算每一小區(qū)中可用信道的數(shù)量。若是其中已有1MHz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平均分配方案。解：已知：總帶寬=33MHz信道帶寬=25kHz×2單向信道=50kHz/雙向信道總的可用信道=33000/50=660個信道(a)N=4每個小區(qū)的信道數(shù)量=660/4≈165個信道(b)N=7每個小區(qū)的信道數(shù)量=660/7≈95個信道(c)N=12每個小區(qū)的信道數(shù)量=660/12≈55個信道當(dāng)控制信道占用1MHz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，要平均地分配控制和話音信道，只要簡單地在任何地方給每個小區(qū)分配相同數(shù)量的信道。在這里，660個信道必定平均地分配給簇中的小區(qū)。實質(zhì)上，只有640個信道需要分配，由于控制信道是獨立地分配給每一個小區(qū)的。(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。但是，在實質(zhì)中，每個小區(qū)只要一個控制信道（控制信道的復(fù)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。但是，實質(zhì)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，其他3個小區(qū)各有92個信道。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，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。但是，在一個實質(zhì)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，其他4個小區(qū)各有54個話音信道。3搬動用戶從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)時的呼叫辦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：固定的和動向的。在固定的信道分配策略中，給每個小區(qū)分配一組早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)中的悠閑信道。若是該小區(qū)中的所有信道都已被占用，則呼叫擁塞，用戶得不到服務(wù)。固定分配策略也有好多變種。其中一種方案稱為借用策略，若是它自己的所有信道都已被占用，那么贊同該小區(qū)從相鄰小區(qū)中借用信道。由搬動交換中心（MSC）來管理這樣的借用過程，而且保證一個信道的借用不會中斷或攪亂接觸小區(qū)的任何一個正在進行的呼叫。在動向的信道分配策略中，話音信道不是固定地分配給每個小區(qū)。相反，每次呼叫央求到來時，為它服務(wù)的基站就向MSC央求一個信道。交換機則依照一種算法給發(fā)出央求的小區(qū)分配一個信道。這類算法考慮了該小區(qū)今后呼叫擁塞的可能性、候選信道使用的頻率、信道的復(fù)用距離及其他的開銷。因此，MSC只分配吻合以下條件的某一頻率：這個小區(qū)沒有使用該頻率；而且，任何為了防備同頻攪亂而限制的最小頻率復(fù)用距離內(nèi)的小區(qū)也都沒有使用該頻率。動向的信道分配策略降低了擁塞的可能性，進而增加了系統(tǒng)的中繼能力，由于系統(tǒng)中的所有可用信道關(guān)于所有小區(qū)都可用。動向的信道分配策略要求MSC連續(xù)實時地收集關(guān)于信道占用情況、話務(wù)量分布情況、所有信道的無線信號強度指示等數(shù)據(jù)。這增加了系統(tǒng)的存儲和計算量，但有利于提升信道的利用效率和減小呼叫擁塞的概率。4為了保證蜂窩系統(tǒng)的前向信道擁有優(yōu)異性能，要求的信干比為15dB。求當(dāng)路徑衰減指數(shù)n=4、(b)n=3時，要獲得最大的容量需要多大的頻率復(fù)用因子和簇大??？假設(shè)第一層中有六個同頻小區(qū)，而且它們與搬動臺之間的距離都相同?？捎眠m合的近似。解：(a)n=4第一，讓我們考慮一個7小區(qū)復(fù)用模型。依照式(3.4)，同頻復(fù)用比率D/R=4.583。依照式(3.9)，信噪比為S/I=(1/6)×(4.583)4=75.3=18.66dB由于它大于所要求的最小信噪比S/I，因此N=7可用。(b)n=3第一，考慮一個7小區(qū)復(fù)用模型。依照式(3.9)，信噪比為S/I=(1/6)×(4.583)3=16.04=12.05dB由于它小于所要求的最小信噪比S/I，因此要用一個更大的N。依照式(3.3)，下一個可用的N值為12（i=j=2）。依照式(3.4)可得相應(yīng)的同頻比率為依照式(3.3)，信噪比為S/I=(1/6)×(6)3=36=15.56dB由于它大于所要求的最小信噪比S/I，因此N=12可用。提升蜂窩系統(tǒng)容量的方法？提示：小區(qū)分裂、裂向、分布式天線系統(tǒng)s6證明關(guān)于六邊形系統(tǒng)，同頻復(fù)用因子為Q3N，其中Ni2j2ij.證明：為了找到某一特定的小區(qū)的相距近來的同頻小區(qū)，可以依照以下步驟進行：（1）沿著任何一條六邊形鏈搬動i個小區(qū)；（2）逆方向旋轉(zhuǎn)60再搬動j個小區(qū)。如圖3.1所示。在搬動過程中，是以小區(qū)的中心為拐點，沿著小區(qū)的最短路徑搬動的。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)dRcos30o3R2D22id22jd222id2jdcos120oi23j21ijR2Ri2j2ijR2N33332因此，可以獲得QD3N，即得證。R7假設(shè)你獲得了美國蜂窩系統(tǒng)（贊同證的申請費僅為500美元）的贊同證。你的贊同證可以覆蓋140平方公里。假設(shè)每個基站的花銷為50萬美元，每個MTSO的花銷為150萬美元。其他，需要額外的50萬美元作為廣告和開始業(yè)務(wù)的花銷。銀行已經(jīng)答應(yīng)貸款600萬美元，若是你想在4年內(nèi)收入1000萬美元，而且送還貸款。a）若是有600萬美元，你可以安裝多少個基站（即小區(qū)站點）？b）假設(shè)地球是個平面，用戶在地面上平均分布，每個基站的覆蓋地域可以假設(shè)為多大？假設(shè)為六邊形蜂窩，小區(qū)半徑為多少？（c）假設(shè)4年內(nèi)每個用戶平均每個月支付50美元，假設(shè)當(dāng)系統(tǒng)開通的第一天，就有必然數(shù)量的用戶（并假設(shè)這些用戶有必然的話務(wù)量）。每個新年的第一天，你的用戶數(shù)碼翻一番，為了在4年內(nèi)能收入1000萬美元，在系統(tǒng)開通的第一天，最少應(yīng)該擁有多少用戶？d）依照c的答案，為了在4年內(nèi)收入1000萬美元，在你系統(tǒng)開通的第一天，沒平方公里應(yīng)該有多少用戶？6解：(a)已知貸款：L6106，一個MTSO的花銷：CMTSO1.510,每個基站的55花銷：Cbs510，廣告和開始業(yè)務(wù)花銷：Cad510，則可以安裝的基站個數(shù)：LCMTSOCad610610651058N5105Cbsb）由于N=8且贊同可以覆蓋140平方公里的范圍，因此每個基站可以覆蓋的范圍為n140km22，由六邊形的面積公式得：132822可得：，因此，小區(qū)的半徑為。c）設(shè)系統(tǒng)開通的第一天擁有的用戶為X；由于4年每年翻一番，此后3年的用戶為：2X、4X、8X,因此四年的總收入為：A=(X+2X+4X+8X)*50*12=9000X;若要使四年的收入達到1000萬元，即：9000X>=107，可得X>=1111.1，因此一天最少擁有1112名客戶。d）由（c）的結(jié)果得X=1112，因此每平方公里應(yīng)該有的客戶數(shù)量為：N11122(人km2)140km第四章1證明：在自由空間模型下的路徑耗費為PL(dB)20lgf20lgd32.44，其中d的單位是km，f的單位是MHz。解：當(dāng)包括天線增益時，自由空間的路徑耗費為：PL(dB)10lgPt10lgGtGr2Pr(4)2d2當(dāng)不包括天線增益時，假設(shè)天線擁有單位增益，其路徑耗費為：10lgPt2PL(dB)10lg)2d2Pr(4其中，cf則PL(dB)10lg(2c2)2d2)10lg(c2)2f2d2)f(4(4由于d的單位是km，f的單位是MHz。PL(dB)10(lgf2lgd2lg(3)2)4020lgf20lgd即得證。2證明：在雙線地面反射模型中，d''d'2hthr，說明在什么情況下這一近d似是合理的？圖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：d''d'(hthr)2d2(hthr)2d2當(dāng)T-R間距d遠遠大于hthr時，可利用泰勒級數(shù)進行簡化：d''d'(hh)2d2(hh)2d2trtr(((hthr)2d2))((hthr)2d2)(hthr)2d2(hthr)2d24hthr(hthr)2d2(hthr)2d24hhtr2hthr2dd即：d''d'2hthrd方法二：由圖可得：d''d'(hthr)2d2(hthr)2d2（1）(ht1(ht1=d{[1hr)2]2[1hr)2]2}dd由于d》hthr，則可得(hthr)21,(hthr)21dd因此由泰勒級數(shù)可知，[1(ht111(hthr)2hr)2]2d2d[1(ht111(ht-hr)2hr)2]2d2d因此（1）式可以化簡為：d''d'(hthr)2d2(hthr)2d2(ht1(ht1=d{[1hr)2]2[1hr)2]2}dd=d{[11(hthr)2][11(ht-hr)2]}2d2d=d1[(hthr)2(ht-hr)2]2dd1d4hthr=2d22hthr=d3在雙線地面反射模型中，假定要保持在6.261弧度一下。假設(shè)接收機高度為2m，i小于5度，求解T-R距離和發(fā)射機天線高度的最小贊同值。載頻為900MHz。解：當(dāng)dhthr22hthr時，可得.d由此可以推出d4.hthr由圖可知，tanhthrtan5id故hthr4hrtan51由題可知，hr2m,6.261,cf帶入上式可得，2ht42tan51/3

1進而可得ht的最小值為。假設(shè)室內(nèi)路徑耗費模型為：________PL(d)4020log(d)FAFd1m其中d的測量單位為m，當(dāng)FAF為每樓層5dB時，計算相隔3個樓層的平均接受功率。假設(shè)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：依照題目意思獲得以下公式：________20log(d3PL(d)40)15d0i1d01m________設(shè)定，則上式變成PL(d)8520log15109dB。又依照發(fā)射機的功率為20dBm，因此相隔3個樓層的接收功率是：PPP2010989dBmrtl。5距離發(fā)射機100m、200m、1km和3km處分別獲得接收功率的測量值。測量值由下表給出。在d0=100m處：(a)求關(guān)于路徑耗費指數(shù)n的最小均方根誤差估計；計算標準誤差；(c)運用結(jié)果模型估計d=2km處的接收功率；(d)展望2km處電平大于-60dBm的概率；(e)在2km半徑的小區(qū)內(nèi)，接收信號大于-60dBm的覆蓋面積百分比，給定(d)中的結(jié)果；(f)估計d=1000m的接收功率。第五章1.假設(shè)有一個流傳信號，其信號成高斯（正態(tài)）分布，工作頻率fc為1GHz，搬動速度為60km/h,計算該信號搬動20m需采樣多少樣值？解：已知fc1109Hz則,99Tcfm16v16

v60km/h60000m50m/s3600s39c93108m/s16vfc50916110Hzm/s3時間上，取樣樣值間隔為：tTcms2搬動20m所用的總時間是：Ts20mv50m/s3因此，所需樣值數(shù)量為：T750個樣值Nt空間上，取樣樣值間隔為：xvt50m/s3.2103s8cm323因此，搬動20m距離所需樣值數(shù)量為：N20m750個樣值0.08m32進行小尺度流傳測量需要確定適合的空間取樣間隔，以保證連續(xù)取樣值之間有很強的時間有關(guān)性。在fc=1900MHz及v=50m/s情況下，搬動10m需要多少個樣值？假設(shè)測量可以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計算以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(shè)信道有關(guān)帶寬取50%.S小尺度衰落的種類及其條件？搬動無線信道中的時間色散和頻率色散體系可能以致4種顯然的效應(yīng)，這些是由發(fā)送5經(jīng)過圖4-1計算電平經(jīng)過率（LCR）和平均衰落連續(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經(jīng)過率（levelcrossingrate,LCR）：單位時間內(nèi)接受信號電平以正斜率經(jīng)過某一特定電平的次數(shù)。平均衰落連續(xù)時間（averagefadeduration,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/sAFDt1t2t3t4t5t66GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率是9.6kbps,那么GSM系統(tǒng)的碼元周期是：1103103則此區(qū)間的平均誤碼個數(shù)：10321bit103每秒的誤碼個數(shù)：21LCR126b/s因此誤碼率：126102103證明沃爾什矩陣是正交的在正交編碼理論中，阿達瑪矩陣擁有特別重要的作用，由于它的每一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(shù)由少到多排列，則獲得沃爾什矩陣。下面來證明阿達瑪矩陣的正交性。數(shù)學(xué)歸納法：阿達瑪?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)公式以下所示：H2n1H2n1H2nH2n1H2n1n=1時，有最低階的阿達瑪矩陣，即H2（二階的），以下式。H2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H4H2H2H2H2也可以得出其每一行和每一列均為正交碼。H2k1H2k1，由上面推導(dǎo)可知，它是由k1階的正交(3)n=k時，阿達瑪矩陣為H2kH2k2H2k11矩陣構(gòu)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(shù)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(chǎn)生的PN序列的長度是多少（IS-95中），關(guān)于長為2421的PN序列需要多少寄存器，2151的PN序列呢。PN序列（Pseudo-noiseSequence）偽噪聲序列。這類序列擁有近似隨機噪聲的一些統(tǒng)計特點，但和真切的隨機信號不相同，它可以重復(fù)產(chǎn)生和辦理，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響移位寄存器序列，也稱作

m序列，平時由反響移位寄存器產(chǎn)生

，有很好的自有關(guān)性和較好的互有關(guān)特點

。在IS-95

中反向信道中，選擇了

m序列的

PN

碼作為地點碼，利用了

不相同相位

m序列幾乎正交的特點來為每個用戶服務(wù)。長度為

2n-1

位的

m

序列可以用

n級線性移位寄存器來產(chǎn)生。則，一個

m級的移位寄存器產(chǎn)生的

PN

序列的長度是

2m

1（IS-95

中），關(guān)于長為

242

1的

PN

序列需要

42個移位寄存器，長為

215

1的PN

序列需要

15個移位寄存器。CDMA中用到的PN區(qū)分不相同的用戶，短

序列可以分為長PN碼（長碼）和短PN碼用于區(qū)分不相同的基站。

PN

碼（短碼），長

PN

碼可用于影響小尺度衰落的因素？提示：多徑流傳、搬動臺的運動速度、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什么是分集技術(shù)？提示：分集技術(shù)是一中用于補償信道衰落的技術(shù)，它平時使用二個或更多的接收天線來實現(xiàn)。通均衡器相同，分集技術(shù)改進了無線通信鏈路的質(zhì)量，而且不用改進通用空中接口也許增加發(fā)射功率或帶寬。但是均衡技術(shù)用來消弱符號間攪亂的影響，而分集技術(shù)平時用來減少接收時由于搬動造成的衰落的深度和連續(xù)時間。分集技術(shù)平時用在基站和搬動接收機。最常用的分集技術(shù)是空間分集，即多個天線依照必然的策略被分分開來，并被連到一個公共的接收系統(tǒng)其他的分集技術(shù)還包括天線極化分集、頻率分集、時間分集。2列舉分集技術(shù)的例子，并說明各自的信噪比情況/提示：選擇性分集：接收機如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。11k最大比率合并：接收機如期檢車，系統(tǒng)調(diào)整使輸出的信噪比總和最大。MMMiMk1k1等增益合并：每個支路的增益相同。(1(M1))4第九章1TDMA的幀結(jié)構(gòu)格式？第十一章1關(guān)于USDC系統(tǒng)，其前向鏈路和反向鏈路上的幀結(jié)構(gòu)？2USDC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)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部分的作用4GSM中時隙時間的五種突發(fā)序列的幀結(jié)構(gòu)，并說明TDMA幀、復(fù)幀、超幀、巨幀之間的關(guān)系。所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是MultipleInputMultipl