現(xiàn)代移動通信 蔡躍明 第三版思考題與習題參考答案 chapter_4

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1、第四章 思考題與習題1. 移動通信對調制技術的要求有哪些？在移動通信中，由于信號傳播的條件惡劣和快衰落的影響，接收信號的幅度會發(fā)生急劇的變化。因此，在移動通信中必須采用一些抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高的調制技術，盡可能地提高單位頻帶內傳輸數(shù)據(jù)的比特速率以適用于移動通信的要求。具體要求：抗干擾性能要強，如采用恒包絡角調制方式以抗嚴重的多徑衰落影響；要盡可能地提高頻譜利用率；占用頻帶要窄，帶外輻射要??；在占用頻帶寬的情況下，單位頻譜所容納的用戶數(shù)要盡可能多；同頻復用的距離??；具有良好的誤碼性能；能提供較高的傳輸速率，使用方便，成本低。2. 已調信號的帶寬是如何定義的？信號帶寬的定義通常都

2、是基于信號功率譜密度(PSD)的某種度量，對于已調（帶通）信號，它的功率譜密度與基帶信號的功率譜密度有關。假設一個基帶信號： 其中的是基帶信號，設的功率譜密度為，則帶通信號的功率譜密度如下： 信號的絕對帶寬定義為信號的非零值功率譜在頻率上占據(jù)的范圍；最為簡單和廣泛使用的帶寬度量是零點-零點帶寬；半功率帶寬定義為功率譜密度下降到一半時或者比峰值低3dB時的頻率范圍；聯(lián)邦通信委員會(FCC)采納的定義為占用頻帶內有信號功率的99%。3. QPSK、OQPSK的星座圖和相位轉移圖有何差異？如圖所示IQ(+1, +1)(-1, +1)(-1, -1)(+1, -1)QPSK相位星座圖 OPSK相位星座

3、圖QPSK信號的相位有900突變和1800突變。OQPSK信號的相位只有900跳變，而沒有1800的相位跳變。4. QPSK和OQPSK的最大相位變化量分別為多少？各自有哪些優(yōu)缺點？OPSK的最大相位變化量為1800，OPSK最大相位變化量為900。發(fā)送QPSK信號時常常經過帶通濾波，帶限后的QPSK已不能保持恒包絡，相鄰符號之間發(fā)生1800相移時，經帶限后會出現(xiàn)包絡過零的現(xiàn)象。反映在頻譜方面，出現(xiàn)旁瓣和頻譜加寬現(xiàn)象。OQPSK因為沒有的1800相位跳變，相對于QPSK出現(xiàn)的旁瓣較小。但是，OQPSK信號不能接受差分檢測,這是因為OQPSK在差分檢測中會引入碼間干擾。5. 簡述MSK調制和FS

4、K調制的區(qū)別與聯(lián)系。最小頻移鍵控(MSK)是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控(CPFSK)。事實上MSK是2FSK的一種特殊情況，它是調制系數(shù)為0.5的連續(xù)相位的FSK。它具有正交信號的最小頻差，在相鄰符號的交界處保持連續(xù)。6. 設輸入數(shù)據(jù)為16kbps，載頻為32kHz，若輸入序列為0010100011100110，試畫出MSK信號的波形，并計算其空號和傳號對應的頻率。空號對應頻率為= 5.7133104 傳號對應頻率為= 6.8673103 7. 設輸入序列為00110010101111000001，試畫出GMSK在=0.2時的相位軌跡，并與MSK的相位軌跡進行比較。圖中，實線為MSK的相位軌

5、跡，虛線為GMSK的相位軌跡，很顯然，MSK的相位路徑在碼元轉換時刻有相位轉折點；而GMSK通過引入可控的碼間串擾，平滑了相位路徑。8. GMSK與MSK信號相比，其頻譜特性得以改善的原因是什么？MSK信號可由FM調制器產生，由于輸入二進制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜，從而導致已調信號的帶外衰減慢。GMSK信號首先將輸入的信息比特流經過高斯低通濾波以后再送入FM調制，經過高斯濾波改善已調信號的帶外特性，使其衰減速度加快。GMSK通過高斯濾波引入可控的碼間干擾（即部分響應波形）來達到平滑相位路徑的目的，它消除了MSK相位路徑在碼元轉換時刻的相位轉折點。9. 已知GSM系統(tǒng)SNR10dB，試求其帶

6、寬有效性。題目改為在GMSK調制方式下=0.25，SNR=10dB,試求其帶寬有效性SNR=10dB,得到=10，其信號功率占用百分比為90%。查表得到=0.57，那么帶寬有效性=1.75 bit/Hz10. 在正交振幅調制中，應按什么樣的準則來設計信號結構？對于QAM調制而言，如何設計QAM信號的結構不僅影響到已調信號的功率譜特性，而且影響已調信號的解調及其性能。常用的設計準則是在信號功率相同的條件下，選擇信號空間中信號點之間距離最大的信號結構，當然還要考慮解調的復雜性。11. 方型QAM星座與星型QAM星座有何異同？星型QAM星座的振幅環(huán)要比同等進制的方型QAM星座要少，相位種數(shù)也比方型少

7、，改善了性能。有利于接收端的自動增益控制和載波相位跟蹤。12. 擴頻調制有哪些特點？擴頻調制有哪幾類？分別是什么？擴頻調制系統(tǒng)具有許多優(yōu)良的特性，系統(tǒng)的抗干擾性能非常好，特別適合于在無線移動環(huán)境中應用。擴頻系統(tǒng)有以下一些特點： 具有選擇地址（用戶）的能力。 信號的功率譜密度較低，所以信號具有較好的隱蔽性并且功率污染較小。 比較容易進行數(shù)字加密，防止竊聽。 在共用信道中能實現(xiàn)碼分多址復用。 有很強的抗干擾性，可以在較低的信噪比條件下保證系統(tǒng)的傳輸質量。 抗衰落的能力強。 多用戶共享相同的信道，無須進行頻率規(guī)劃。目前，最基本的展寬頻譜的方法有兩種： 直接序列調制，簡稱直接擴頻(DS)，這種方法采用

8、比特率非常高的數(shù)字編碼的隨機序列去調制載波，使信號帶寬遠大于原始信號帶寬； 頻率跳變調制，簡稱跳頻(FH)，這種方法則是用較低速率編碼序列的指令去控制載波的中心頻率，使其離散地在一個給定頻帶內跳變，形成一個寬帶的離散頻率譜。對于上述基本調制方法還可以進行不同的組合，形成各種混合系統(tǒng)，比如跳頻/直擴系統(tǒng)等。13. PN序列有哪些特征使得它具有類似噪聲的性質？雖然PN序列是確定的，但是具有很多類似隨機二進制序列的性質，例如0和1的數(shù)目大致相同，將序列平移后和原序列的相關性很小，任意兩個序列的互相關函數(shù)很小等。14. 簡要說明直接序列擴頻和解擴的原理。直接序列擴頻的實質是用一組編碼序列調制載波，其調

9、制過程可以簡化為將信號通過速率很高的偽隨機序列進行調制將其頻譜展寬，再進行射頻調制（通常多采用PSK調制），其輸出就是擴展頻譜的射頻信號，最后經天線輻射出去。而在接收端，射頻信號經過混頻后變?yōu)橹蓄l信號，將它與發(fā)送端相同的本地編碼序列反擴展，使得寬帶信號恢復成窄帶信號，這個過程就是解擴。解擴后的中頻窄帶信號經普通信息解調器進行解調，恢復成原始的信碼。15. 簡要說明跳頻擴頻和解擴的原理。跳頻擴頻技術通過看似隨機的載波跳頻達到傳輸數(shù)據(jù)的目的，而這只有相應的接收機知道。跳頻系統(tǒng)用信源數(shù)據(jù)去調制頻率合成器產生的載頻，得到射頻信號。頻率合成器產生的載頻受偽隨機碼的控制，按一定規(guī)律跳變。在接收端，接收到的

10、信號與干擾經寬帶濾波送至混頻器。接收機的本振信號也是一頻率跳變信號，跳變規(guī)律是相同的，兩個合成器產生的頻率相對應，但對應的頻率有一頻差fI，正好為接收機的中頻。只要收發(fā)雙方的偽隨機碼同步，就可以使收發(fā)雙方的跳頻源頻率合成器產生的跳變頻率同步，經混頻后，就可得到一不變的中頻信號，然后對此中頻信號進行解調，就可恢復出發(fā)送的信息。16. 比較分析直接序列擴頻和跳頻的優(yōu)缺點。(1) 抗強固頻干擾。兩種系統(tǒng)抗干擾的機理不同，直擴系統(tǒng)靠偽隨機碼的相關處理，降低進入解調器的干擾功率來達到抗干擾的目的；而跳頻系統(tǒng)是靠載頻的隨機跳變，將干擾排斥在接收通道之外達到抗干擾目的。因此，跳頻系統(tǒng)抗強固頻干擾能力優(yōu)于直擴

11、系統(tǒng)。(2)抗衰落特別是抗選擇性衰落直擴優(yōu)于跳頻。直擴系統(tǒng)的射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號嚴重畸變，而跳頻系統(tǒng)將導致部分頻率受到影響。(3)抗多徑。由于直擴系統(tǒng)要用偽隨機碼的相關接收，只要多徑時延大于一個偽隨機碼的切普寬度，這種多徑不會對直擴形成干擾，甚至可以利用多徑分量。而跳頻抗多徑的惟一辦法是提高跳頻速率，而實現(xiàn)高速跳頻速率是較困難的。(4)“遠近”效應。“遠近”效應對直擴系統(tǒng)影響很大，而對于跳頻系統(tǒng)的影響就小得多。這是因為接收機由于距離關系，干擾信號可能比有用信號要強得多，如果超過干擾容限就會干擾接收機正常工作。而跳頻采用躲避的方法，不在同一頻率，接收機前端對干擾的衰減很大。(5

12、)同步。由于直擴系統(tǒng)的偽隨機碼速率比跳頻的偽隨機碼速率高地多，而且碼也長得多，因此直擴系統(tǒng)的同步精度要求高，同步時間長，入網慢。而跳頻則快得多。17. 為什么擴頻信號能夠有效地抑制窄帶干擾？擴頻系統(tǒng)通過相關接收，將干擾功率擴展到很寬的頻帶上去，使進入信號頻帶內的干擾功率大大降低，提高了解調器輸入端的信干比，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能。18. 多載波調制的基本原理是什么？多載波調制的基本原理是：它將高速率的信息數(shù)據(jù)流經串/并變換，分割為若干路低速數(shù)據(jù)流，然后每路低速數(shù)據(jù)流采用一個獨立的載波調制并迭加在一起構成發(fā)送信號。在接收端用同樣數(shù)量的載波對發(fā)送信號進行相干接收，獲得低速率信息數(shù)據(jù)后，再通過并/串變換得到原來的高速信號。19. 為什么需要采用自適應編碼調制？實際的無線信道具有兩大特點：時變特性和衰落特性。因此，無線信道的信道容量也是一個時變的隨機變量，要最大限度地利用信道容量，只有使發(fā)送速率也是一個隨信道容量變化的量，也就是使編碼調制方式具有自適應特性。自適應調制和編碼（AMC）根據(jù)信道的情況確定當前信道的容量，根據(jù)容量確定合適的編碼調制方式等，以便最大限度地發(fā)送信息，實現(xiàn)比較高的傳輸速率。