无线通信复习题1

作业一

一、简述什么是多径效应:多径效应，（multipatheffect），是电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段)，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响。

二、简述移动通信中抗干扰和衰落的方法

1、抗干扰：

1）空分多址智能天线技术，智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址(SDMA)技术,主要包括两个方面：空域滤波和波达方向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的信号估计。

智能天线通过自适应算法控制加权，自动调整天线的方向图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰，同时也减少了小区间干扰。

2）用于抗多径干扰的RAKE接收技术，当信道存在多径时延扩展，且时延大于一个码片周期时，这些多径信号既是多径干扰，又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。目前2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。

空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型，以降低DOA 可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量，然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器，以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号，而时间多径合并旨在利用有用信号。

与时域和空域一维干扰抑制不同的是，空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件，而是考虑噪声的存在，使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个，一个是空时最小均方误差准则，另外一个是空时最大似然准则(习惯上称作最大似然序列估计MLSE准则)。

3）抗多址干扰的联合检测技术，（传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理，在用户数增多时，导致了信噪比恶化，系统性能和容量都不如人意），联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息(信号之间的相关性时已知的：如确知的用户信道码，各用户的信道估计)，把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成，从而具有优良的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著地提高系统容量，并削弱了“远近效应”的影响。

4）智能天线结合联合检测(SA+JD)在TD-SCDMA中的应用，

SA+JD的工作原理，TD-SCDMA系统结合使用了智能天线和联合检测技术：1)智能天线消除小区间干扰，联合检测消除小区内干扰，两者配合使用；2)智能天线缓解了联合检测过程中信道估计的不准确对系统性能恶化的影响；3)当用户增多

时，联合检测的计算量非常大，智能天线的使用减少了潜在的多用户; 4)智能天线的阵元数有限，对于M个阵元的智能天线只能抑制M-1个干扰源，而且所形成的副瓣对其它用户而言仍然是干扰，只能结合联合检测来减少这些干扰；5)在用户高速移动下，TDD模式上下行采用同样空间参数使得波束成型有偏差；用户在同一方向时，智能天线不能起到作用；还有对时延超过一个码片的多径造成的码间干扰都需要联合检测来弥补。

2、抗衰落：

1）分集技术，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。分集有两重含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包含选择与组合）以降低衰落的影响。

分集技术的基本思想是：

分集技术通过查找和利用无线传播环境中独立的、高度不相关的多径信号来提高多径衰落信道下的传输可靠性。由于多径信号在结构上和统计特性上具有不同的特点，一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，但另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号。对这些多径信号进行区分，并按一定规律和原则进行合并处理就可以实现抗衰落的目的。

2）RAKE接收，就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。需要特别指出的是，一般的分集技术把多径信号作为干扰信号来处理，而RAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强信号。

RAKE接收机的工作原理是：

RAKE接收机利用多个相关器分别检测多径信号中最强的L个支路信号，然后对每个相关器的输出进行加权，以提供优于单路相关器的信号检测，然后再在此基础上进行解调和判决。

3）纠错编码技术，高性能强纠错编码技术如卷积码和交织编码。

卷积码是分组的，但它的监督元不仅与本组的信息元有关，而且还与前若干组的信息元有关。这种码的纠错能力强，不仅可以纠正随机差错，而且可纠正突发差错。交织编码主要用来纠正突发差错，即使突发差错分散成为随机差错而得到纠正，不像分组码，它不增加监督元，亦即交织编码前后码速率不变，因此不影响有效性。数字移动通信中经常使用交织编码技术。

4）均衡技术，是指各种用来处理码间干扰（ISI）的算法和实现方法。在移动环境中，由于信道的时变多径传播的特性，引起了严重的码间干扰，需要采用均衡技术来克服码间干扰。

作业二

一、某移动通信系统一个无线小区有8个信道(1个控制信道，7个话音

二、画出GSM系统结构框图

作业三

一、简述GSM的鉴权过程

答案一：（结合“3-39 鉴权”图）

鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”而保护GSM

移动网路的客户，鉴权的程序见图

①、当移动客户开机请求接入网路时，MSC／VLR通过控制信道将三参数组的一个参数伪随机数RAND传送给客户，SIM卡收到RAND后，用此RAND与SIM卡存储的客户鉴权键Ki，经同样的A3算法得出一个符号响应SRES，并将其传送回MSC ／VLR。

②、MSC／VLR将收到的SRES与三参数组中的SRES进行比较。由于是同一RAND，同样的Ki和A3算法因此结果SRES应相同。MSC／VLR比较结果相同就允许该用户接入，否则为非法客户，网路拒绝为此客户服务。

在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。

答案二：

(1)访问AUC，进用用户鉴权

AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc)，其中RAND由随机数发生器产生，SRES由RAND和Ki由A3算法得出；Kc由RAND和Ki用A8算出。三参数组存于HLR中。对于某一已登记的MS，由其服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。

当用户要建立呼叫，进行位置更新等操作时，先需对其鉴权，其过程如下：

① MSC、VLR传送RAND至MS

② MS用RAND和Ki算出SRES并返至MSC/VLR。

③ MSL/VLR把收到的SRES与存贮其中的SRES比较，决定其真实性。

(2) 无线通道加密

其过程如下：结合图4-1；

① MSC/VLR把“加密模式命令M”和Kc一起送给BTS

②“加密模式命令”传至MS

③“加密模式完成”消息M'和Kc用A5算法加密，同时TDMA帧号也用A5算法加密，合成Mc'

④ Mc'送至BTS

⑤ Mc'和Kc用A5算法解密，TDMA帧号也由A5算法解密。

⑥若Mc'能被解密成M'(加密模式成功)并送至MSC，则所有信息从此时开始加密。

二、简要介绍CDMA技术

答案一：CDMA(Code Division Multiple Access)码分多址，是无线移动通信的一种技术规范，在数字技术的分支——扩频通信的基础上发展起来的。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把带宽信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

答案二：码分多址是以扩频信号为基础的，利用不同码型实现不同用户的信息。扩频信号是一种经过伪随机序列调制的宽带信号，其宽带通常比原始信号宽带高几个数量级。常用的扩频信号有两类：跳频信号和直接序列扩频信号（简称直扩信号），因而对应的多址方式为跳频码分多址（FH-CDMA）和支扩码分多址（DS-CDMA）。

作业四

一、简述IS-95系统中短PN码、Walsh码、长PN码的作用

简单来讲，长码用于区分用户，短码区分基站扇区，Walsh序列区分码信道。

1、IS-95系统中短PN码，短码是长度为215-1的周期序列。在CDMA系统的前向信道（从基站指向手机方向）中，短码用于对前向信道进行调制，使前向信道带上本基站的标记，不同的基站使用不同相位的短码，从而互相区别开来。

在反向信道中（从手机指向基站方向），短码用于对反向业务信道进行调制，作用与短码在前向信道中相同。

2、在CDMA系统中，walsh码是64位正交码，用来区分下行用户（前向用户）下行信道是从基站到手机方向。walsh码在数学上具有很好的正交性，用walsh 码可以区分开不同的前向信道。

3、长码：长码是长度为242-1的周期序列。

在CDMA系列的前向信道（从基站指向手机方向）中，长码用于对业务信道进行扰码（作用类似于加密）。

在反向信道中（从手机指向基站方向）。长码用来直接进行扩频，用于区分不同的接入手机。

二、为什么CDMA系统容量称为“软容量”？

因为CDMA系统是一个干扰受限的系统，系统的容量是以受干扰程度来衡量的，是一个动态的指标，比如当业务质量标准较低时，用户容量就会相对增多，当业务质量要求较高时，为了保证降低干扰，用户容量就会减少。这也就是为什么称cmda系统是软容量的原因。有一种说法是，当cdma达到系统规定容量的上限

后，以降低网络质量为代价而继续增加的用户，就叫做cdma系统的软容量。

作业五

一、简要介绍OFDM技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。OFDM 系统具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，能够有效地抵抗无线信道带来的影响，包括信道的频率选择性衰落、脉冲噪声和共信道干扰的影响。OFDM 还易于结合空时编码、分集、干扰（包括ISI 和ICI）抑制以及智能天线等技术，最大限度地提高物理层信息传输的可靠性。

二、简述3G的主流技术标准及发展基础

1、主流技术标准：

目前国际电联接受的3g标准主要有以下三种：wcdma、cdma2000与td-scdma。中国的3g格局是中国移动采用我国提出的国际标准td-scdma，中国电信采用美国提出的国际标准cdma2000，而中国联通采用欧洲提出的国际标准wcdma。cdma 是code division multiple access(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。

2、发展基础：

1）cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的以IS-95 CDMA为标准的制造商和运营公司，它是从cdmaOne演进而来的第三代移动通信技术。cdma2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点，网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。事实上，cdma2000标准是一个体系结构，称为cdma2000 family，它同样还包含一系列的子标准。

2）WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。WCDMA支持高速数据传输(慢速移动时384kbit/s，室内走动时2Mbit/s)，支持可变速传输。

3）TD-SCDMA目前主要是中国大唐集团和鼎桥公司在开发，TD-SCDMA技术进展迅速：顺利通过信息产业部 MTnet一、二阶段测试的同时，成功的户外演示显示出TD-SCDMA 走向最终商用的不可逆转之势；3G 频谱规划的出台，TDD获得了总共155M的频谱资源，结合TD-SCDMA技术在频谱利用率方面的优势，必将为TD-SCDMA在未来的发展上提供广阔的空间；TD-SCDMA试验网的成功试运行，也进一步加速了TD-SCDMA的产业化及商用进程。