移動通信第二次作業(yè)

?WORD格式--可編輯--專業(yè)資料-----移動通信第二次作業(yè)1090510321李森第四章設(shè)發(fā)送的二進(jìn)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(diǎn)。OOK2FSK2PSK2rsKQSPK、n/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(dāng)相鄰的兩個碼元同時轉(zhuǎn)換時，如當(dāng)00到11或者01到10時會產(chǎn)生180°的載波躍變。這種相位躍變會使調(diào)相波的包絡(luò)出現(xiàn)零（交）點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，起信號功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。n/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進(jìn)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(luò)變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒有包絡(luò)零點(diǎn)。4.7設(shè)有一個TCM通信系統(tǒng)，其編碼器如下圖所示，且初始狀態(tài)b1b2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：--完整版學(xué)習(xí)資料分享----

,WORD格式--可編輯--專業(yè)資料.10。4.8什么是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(fù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。OFDM技術(shù)將高速串行的數(shù)據(jù)流通過串并變換轉(zhuǎn)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(kuò)展的循環(huán)前綴，使得OFDM符號長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的最大時延擴(kuò)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(bǔ)充題：1.QPSK、OQPSK與n/4-QPSK等調(diào)制方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？在衰落信道中一般選用哪種調(diào)制方式更合適，為什么？解：(1)QPSK優(yōu)點(diǎn)：具有較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性能，同時在電路中易于實(shí)現(xiàn)，成為移動通信中的主要調(diào)制方式。缺點(diǎn)：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(dāng)相鄰的兩個碼元同時轉(zhuǎn)換時，如當(dāng)00到11或者01到10時會產(chǎn)生180°的載波躍變。這種相位躍變會使調(diào)相波的包絡(luò)出現(xiàn)零(交)點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，起信號功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。(2)OQPSK優(yōu)點(diǎn)：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(luò)變化的幅度要比QPSK的小許多，且沒有包絡(luò)零點(diǎn)。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(diǎn)：信號的動態(tài)范圍比較小。(3)n/4-QPSK優(yōu)點(diǎn)：n/4-QPSK是一種相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改進(jìn)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(luò)性質(zhì)，但是不如OQPSK°n/4-QPSK具有能夠非相干解調(diào)優(yōu)點(diǎn)，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(diào)制方式之一。(4)在衰落信道中一般選用冗/4-QPSK調(diào)制方式更合適，因?yàn)樗慕庹{(diào)方法有多種，可在中頻，也可以在基帶解調(diào)，它既可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)，還可以用鑒頻器解調(diào)，也可用非線性放大，可以得到高效率的功放。2.4-ASK調(diào)制的誤碼率推導(dǎo)方形16-QAM調(diào)制的誤碼率。解：假設(shè)電平間隔為2d(1)由MASK的誤碼率P =12P(n(t)|>d)+三義1P(|n(t)|>d)二"P(|n(t)|>d)MASKMc M2c Mc--完整版學(xué)習(xí)資料分享---------WORD格式--可編輯--專業(yè)資料-----其中 P(|n|>d)=1一df(x)dx+J+sf(x)dx= ?—J+"exp]—xxtdxc -8 +d v：2g+d 〔2o2JTOC\o"1-5"\h\zn n1 Jx2\o"CurrentDocument"f(x)—j==_exp\-- )J2g 〔2o2Jn n即P =(1——)erfc(―^—)maskM *.：2on所以P=(1—；)erfc(-d-)=3erfc(-d—4-ASK 4 %：2o 4 <2cn n（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(diào)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：P=1—(1—P)2=(2—P)P16—QAM 4—ASK 4—ASK4—ASK3.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QSI），可以保證無論從何時開始，一個OFDM符號周期內(nèi)均包含完整的子載波信息，保護(hù)子載波間正交性，同時消除子載波間干擾（ICI）。4.設(shè)有d遍=sqrt(2)的4-PSK星座，求多增加1比特輸出(8-PSK)且仍然保持dmin不變(即誤碼率不變)所需要的能量增量。解：設(shè)4—PSK的R=1P =R2=14—PSK一 萬1則8—PSK:R=—x =1.852sin22.5。即P =R2=3.418—PSKAP二1-PSK-tPSK=2.41.若正方形星座每維有/比特，證明其平均能量S］與41/3成正比。若每維增加1個比特，并保持星座點(diǎn)間最小距離不變，證明需要的能量滿足關(guān)系S（+1憶4Si。求l=2的S（并計(jì)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：.對于差分調(diào)制的MPSK,令A(yù)6表示一個碼元間隔內(nèi)信道的相位偏移。在不考慮噪聲的情況下A--完整版學(xué)習(xí)資料分享---------WORD格式--可編輯--專業(yè)資料----- 。需要達(dá)到多少才會使接收端的檢測發(fā)生錯誤？2兀 兀解：在不考慮噪聲的情況下，當(dāng)A^>-x—-= 時可以在接收端檢測發(fā)生錯誤。M M7.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(yīng)關(guān)系。然后給出比特序列101110100101110對應(yīng)的調(diào)制輸出的符號序列，設(shè)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s(k—1)=Ae加4。解：自然二進(jìn)制碼000001010011100101110111格雷碼000001011010110111101100A。0兀4兀23兀T兀5兀丁3兀~27m4該比特序列對應(yīng)的調(diào)制輸出符號序列:Aej7^/4Aej3冗/4Ae加/2 A Aej^8.n/4-QPSK調(diào)制可看做是兩個QPSK系統(tǒng)，它們的星座圖相對旋轉(zhuǎn)了冗/4。(a)畫出n/4-QPSK的信號空間圖。(b)按格雷碼規(guī)則標(biāo)出每個星座點(diǎn)對應(yīng)的比特序列。(c)求比特序列0100100111100101通過n/4-QPSK基帶調(diào)制發(fā)送的符號序列。解：(a)n/4-QPSK的信號空間圖3xm工遼血工3x3x(c)Aej4Aej4Ae一j4Aej4Ae一j4Ae一j4Aej4Aej49.考慮下圖所示的八進(jìn)制星座圖。(a)若8QAM中各星座點(diǎn)間的最小距離為A,求內(nèi)圓與外圓的半徑a、b。(b)若8PSK中相鄰星座點(diǎn)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(shè)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(diǎn)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。--完整版學(xué)習(xí)資料分享----

，、一 1(c)P =-x8QAM8/八，、一 1(c)P =-x8QAM84x(-2-A)2+4x(—2—A)2P =r2=(1.31A)2=1.72A2PSKP/P =1.72A2/(3±l3a2)=1.45PSK 8QAM 4相對功率增益：10lg(P8PSK/P8QAM)=10lg1.45=1.6136dB8PSK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(diǎn)表示的三比特中只相差一比特。Rd=90/log28=30Mbit/s第五章簡要說直接序列擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻的原理。答：用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號還原成原來的信號。直接序列擴(kuò)頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進(jìn)行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過信道編碼后，與偽噪聲序列進(jìn)行模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。為什么擴(kuò)頻信號能夠有效的抑制窄帶干擾？答：擴(kuò)頻通信在空間傳輸時，傳輸信號在發(fā)送端被擴(kuò)頻信號擴(kuò)展頻譜后成為寬頻信號，而在接收端--完整版學(xué)習(xí)資料分享---------WORD格式--可編輯--專業(yè)資料-----又采用相關(guān)檢測的辦法來解擴(kuò)，使有用帶寬信息信號恢復(fù)成窄帶信號;而窄帶干擾未經(jīng)過擴(kuò)頻處理，在接收端經(jīng)過相關(guān)解擴(kuò)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。試解釋頻率跳變擴(kuò)頻系統(tǒng)抵抗寬帶干擾和窄帶干擾的物理機(jī)理。RAKE接收機(jī)的工作原理是什么？答：RAKE接收機(jī)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(jìn)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(jìn)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。分集接收技術(shù)的指導(dǎo)思想是什么？答：分集技術(shù)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?qiáng)度和相互獨(dú)立衰落特性的信號路徑，并在接收端對這些信號進(jìn)行適當(dāng)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?。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(jīng)獨(dú)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(jīng)獨(dú)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。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?yàn)楹喜⒑笮盘柕恼穹c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(xiàn)愈大。所以，即使當(dāng)各路信號都很差，使得沒有一路信號可以被單獨(dú)解出時，最大比值合并算法仍有可能合成一個達(dá)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(jì)特性是最佳的。補(bǔ)充題：1.證明MAC接收分集中，能使輸出信噪比Y最大化的加權(quán)系數(shù)a■為a：flN。同時證明，在該加權(quán)系數(shù)下丫/Z1 ；證明：合并后信號的包絡(luò)為：r=￡arR kkk=1假設(shè)每條支路上的噪聲功率為。2，那么可以證明：當(dāng)arr/02時，合并后的信噪比達(dá)到最大，合并后的輸出為：Nmr=lMak2%k=1--完整版學(xué)習(xí)資料分享----,WORD格式--可編輯--專業(yè)資料.則輸出信噪比為：SNRR(則輸出信噪比為：SNRR(￡—k=1zar、M2a2Nkkk=1k=1r2各支路信噪比：SNR=-k-R2Nk(￡aNNSNR)2則SNR=t=_^一k———R Za2Nkk

k=1由許瓦茲不等式(Ea(EaNSSNR)2得SNR=k=i二一k———REa2Nkkk=1a\：N等號成立條件：三士=C

,SNR

kkSNR r2即a2x k-= kN 2N2kk(Ea2N)(ESNR)~^=~^-k—4M -g￡snrEa2N k=1 kkkk=1其中C為常數(shù)cycy iN￡yii(b)y=Ny，i即N>2.44,能使丫最大化的加權(quán)系數(shù)a￡ i(￡may)2?y2則y=—i=iJi=EM-￡ ￡ma2N i=1Ni=1i.本題說明，由于陣列增益的原因，即使沒有衰落，分集合并也能帶來性能增益?？紤]N支路的分集合并系統(tǒng)，每個支路是信噪比為y廠10必的AWGN信道。假設(shè)采用M=4的M-QAM調(diào)制，其誤碼率近似為P=0.2e-w/(m一1)，其中y是接收信噪比。解：

b(a)求N=1時的Pb(b)MRC下，求使P<10-6的N。b(a)N=1時，P=0.2e-1.5y/(m-1)=0.2e-15/(4-1)=0.00135bP=0.2e-1.5y/(m-1)=P=0.2e-15n/3<10-6b b所以最小的N=3.簡述RAKE接收機(jī)的工作原理，并說明A-RAKE、S-RAKE和P-RAKE三種不同的RAKE接收機(jī)具體實(shí)現(xiàn)方法及其性能如何。答：(1)RAKE接收機(jī)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(jìn)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(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地--完整版學(xué)習(xí)資料分享---------WORD格式--可編輯--專業(yè)資料----- 利用多徑分量，提高多徑分集的效果。（2）A-RAKE接收機(jī)將所有可能分離的多徑信號進(jìn)行合并。A-RAKE接收機(jī)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(jī)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(guān)器和多徑接收分支，在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中是很難達(dá)到的。（3）S-RAKE接收機(jī)在所有可分離的L個多徑信號中選擇Lb個信號最強(qiáng)的多徑分量進(jìn)行合并。在接收機(jī)數(shù)目為L時，RAKE接收機(jī)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(jìn)而系統(tǒng)的性能得到了提升。雖然S-RAKE接收比A-RASK接收機(jī)能夠減少相關(guān)器和多徑接收的分支的數(shù)目，但是接收機(jī)為了能夠選取里面能量最大的L個多徑，跟蹤全部多徑是必要的，所以為了對全部多徑進(jìn)行估價并且選取里面能量最強(qiáng)的路徑是這種方法使得S-RAKE的復(fù)雜度仍然很高。（4）P-RAKE接收機(jī)對先到達(dá)的幾條可分離的多徑L進(jìn)行合并，不需要對可以分辨的多徑分量進(jìn)行排序和搜索，對實(shí)時性和信道估計(jì)的準(zhǔn)確性的要求大大降低。.下行MIMO技術(shù)都包括哪幾種，其具體工作原理是什么？答：下行MIMO技術(shù)包括：空間復(fù)用、波束賦形和傳輸分集。（1）空間復(fù)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(yīng)用于小間距的天線陣列多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間的強(qiáng)相關(guān)性及波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)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。.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。第八章遠(yuǎn)近效應(yīng)在移動系統(tǒng)中會造成什么影響？怎樣克服？答：（1）影響：當(dāng)用戶共享同一信道時，強(qiáng)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(shù)來克服遠(yuǎn)近效應(yīng)。請思考SDMA為什么不能單獨(dú)使用？答：當(dāng)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(wù)，必須啟用其他介入方式。和TDMA、FDMA或CDMA結(jié)合使用時才有用。補(bǔ)充題.為什么說最佳的小區(qū)形狀是正六邊形？答：因?yàn)樵诜?wù)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(wù)區(qū)所需要的基站數(shù)最少，無線頻率個數(shù)最少。--完整版學(xué)習(xí)資料分享---------WORD格式--可編輯--專業(yè)資料-----