哈工大移动通信第一次作业满分答案

第一章概述

3、单工通信与双工通信有何区别？各自有何优缺点？

答：1）区别：单工通信指的是双方电台交替地进行收信与发信，常用于点到点的通信，待机时双方设备的接收机均处于接听状态，其中A需要通话的时候，按下开关，关闭接收机，B进行接收；B通话时也将按下开关，关闭接收机，由A接收，从而实现双向通信。双工通信则是指通信双方收发信机均同时进行工作，即任一方讲话都可接收到对方的语音。

2）优缺点：单工通信中收、发信机均可使用同一副天线，不需天线共用器，设备简单，功耗小，但操作不便，使用过程中经常会出现通话断续现象；而双工通信中任何一方说话时都可以听到对方的语音，不需再按“按-讲”开关，十分便捷，但在使用过程中，不管是否发话，发射机总是处于工作状态，故电能的消耗会比较大。

4、无线信道有几种双工方式各自的特点及优点分别是什么？

答：蜂窝网使用两种双工制式，频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。

1）频分双工（FDD）：特点是通过两个不同的频率来区分收、发信道，对于发送和接收两种信号，采用不同频率来进行传输；与TDD相比优点是基站的覆盖面积大于FDD基站；移动台移动速度高于TDD移动台；发射功率受限小于TDD。

2）时分双工（TDD）：特点是利用同一频率但是两个不同的时间段来进行区分收、发信道，即对于发送和接收两种信号来说，采用不同时间（间隙）来进行传输。与FDD相比优点是可以比较简单地根据对方的信号来估计信道特征；TDD技术则可以灵活地设置上行以及下行转换时刻，并且有利于更好地实现上、下行明显不对称的互联网业务；此外还可以利用零碎的频段；不需要收发隔离器，只需要一个开关就可以了。

5、简述蜂窝网移动通信的发展和各个阶段的特点。

1）第一代蜂窝移动通信系统（1G）：传输的无线信号为模拟量，利用蜂窝组网技术提高频率利用率，克服了容量密度低、活动范围受限的问题，但频率利用率较低，通信容量有限，通话质量较差，且保密性差，此外由于制式很多，标准并不统一，互相不兼容，故不能提供非话数据业务和自动漫游服务。

2）第二代蜂窝移动通信系统（2G）：是蜂窝数字移动通信，并克服了模拟系统的诸多缺点，话音质量、保密性能获得很到提高，而且可以进行省内、省际间的自动漫游。

3）第三代蜂窝移动通信系统（3G）：是第二代通信系统的演进和发展，在原有2G基础上，增加了强大的多媒体功能，同时具有较高的频谱利用率，能够满足个人通信化的要求。

4）第四代蜂窝移动通信系统（4G）：是原有3G技术的进一步演化，在传统基础上不断提高无线通信的网络效率和功能，同时是多项技术的结合包括传统移动通信领域的技术和宽带无线接入领域的新技术以及广播电视领域的结合体。

8、简述移动通信的发展趋势和方向

目前全世界手机用户众多，移动通信技术已经基本实现了人与人之间的互联，并正在实现人与互联网的互联。总之一个无所不联的时代即将到来。那时候，手机的用途定会大大的增加，随时、随地，无所不在将成为移动通信的基本特征，手机的引用将取代手机的技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将是未来竞争的焦点所在。实现宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化将是世界移动通信发展的新趋势。那时手机将不仅是一个通信工具，更会逐步深入到日常工作生活中并改变人们的工作和生活方式。后4G时代的移动通信，也将向着“个人通信”的目标迈进，帮助人类摆脱现有通信网的束缚，达到无约束自由通信的最高境界。

附加题1 、移动通信系统中专网和公网的基本概念是什么？两者之间有什么区别？

答：1）概念：专网是在给定业务范围内，为部门、行业、集团服务的专用移动通信系统。

公网是一个商业形实体，由运营商来运营，向用户提供服务的移动通信系统。

2）区别：专用网是主要是满足本部门的工作需要而建立的，体现社会效益，公用网在体现社会效益的基础上以体现经济效益为主；专用网的用户只限本部门，公用网用户很广，用户是集团用户；专用网的频率利用率不高，但是公用网集中使用频率，所以很好的提高了频率利用率。

第二章 电波传播与信道模型

2、若发射机功率为100W ，请将其转换成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天线100m 处的接收功率为多少dBm 。

解：mW W P T 510100==

[])(log 10)(mW P dBm P T T =dBm 50= [])(log 10)(W P dBW P T T =dBW 20=

()dBm mW P d dBm P T R 53.2110100109004103log 104log 105268

2-=???

?????????? ???????=???

???????? ??=ππλ 3、对于自由空间路径损耗模型，求使接收功率达到1dBm 所需的发射功率，假设载波频率f=5GHz ，前向天线（G=1），距离分别为d=10m,d=100m

解：mW dBm P R 26.11==

当m d 10=时：

W P c df P R T 3328921053.51026.11031051044?=?????? ???????=??? ??=-ππ

当m d 100=时： W P c df P R T 532

8921053.51026.110310510044?=?????? ???????=??? ??=-ππ 4、工作频率为800MHz 、移动速度为60km/h 的移动终端背离基站运动，请问其多普勒频移为多大？

解：由题意得：

πα=，

1cos -=α ()hz v f d 44.4411033600108001060cos 86

3-=-??????==αλ

6、工作频率为800MHz 、移动速度为60km/h 的移动终端背离基站运动，请问其多普勒频移为多大？

解：由题意得：

πα=，

1cos -=α ()hz v f d 44.4411033600108001060cos 86

3-=-??????==αλ

7、多径衰落的原因是什么？多径时延和相关带宽的关系是什么？

答：在通信系统中无线电波在传播路径上受到环境中地形或建筑物等作用，使接收机收到反射、绕射和散射等多条路径到达的电磁波，而不同路径传来的信号相叠加，这种效应就叫多径效应，这种多径传播会导致接收端信号的幅度、相位和到达时间的随机变化，即多径衰落。

关系：时延扩展越大，则相关带宽越小，信道容许传输的不失真频带也就越窄；时延扩展越小，则相关带宽越大，信道容许传输的不失真频带也就越宽。

8、 多径延时和相关带宽对传输信号的带宽有什么影响？

答：多径时延越大，相关带宽就越小，多径时延越小，则相关带宽就越大，而相关带宽直接决定信道容许传输的不失真频带宽度，越大则容许传输的不失真频带宽度越宽。

9、 什么是频率选择性衰落？什么是快衰落？它们出现的原因分别是什么？

答：频率选择性衰落是指传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率分量的衰落情况不一致，从而引起信号波形产生失真。原因是由信道中发送信号的时间色散引起的，信号会因色散而产生符号间干扰。域中接收信号的不同频率将会获得不同增益。

频率选择性衰落产生条件是B S >B C 或T S <δτ

当信道的相关时间比发送信号的周期短，并且基带信道的带宽小于多普勒扩展，则信号的冲激响应在符号周期内变化很快，从而造成信号失真，产生衰落，此衰落称为快衰落。

快衰落产生条件是T S >T C 或B S

10、阐述无线信道中路径传输损耗、阴影衰落和多径衰落的特性。说明常见的用于描述多径衰落的模型都有哪些，区别是什么？

答：1）路径传输损耗：随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散，距离越大则损耗越大，是一种大尺度的衰落。

2）阴影衰落：由于传播的地形起伏、建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，也是一种大尺度的衰落。一般表示为电波传输距离r 的m 次幂与表示阴影损耗的正态对数分量的乘积。

3）多径衰落：到达信号以随机相位从不同方向到达，在接收点矢量合成，有时加强有时减弱。基本特性表示在幅度的衰落和时延扩展。是一种小尺度衰落。

多径衰落有瑞利分布模型、莱斯分布模型和Nakagami-m 分布模型

1）瑞利分布：对于多径信道，当发射机与接收机之间没有直射波路径且有大量的发射路径存在，并且到达接收机天线的方向角是随机的0到2π的均匀分布，各个反射波的幅度和相位均为统计独立的。

2）莱斯分布：存在一个主要的稳定的信号分量时，从不同路径随机到达的多径分量叠加在稳定的主要信号上。

3）Nakagami-m 分布：通过基于场测试的实验方法，用曲线进行拟合，从而达到近似分布。

11、设基地台天线有效高度为100m ，移动台天线高度为3m ，工作频率为400MHz,在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为10km ，求传播路径损耗中值。

解：),(),(),(f h H d h H d f A L L m m b b m bs T --+=

dB d f L bs 49.10410log 20400log 2045.32log 20log 2045.32=++=++=

查表可知：

dB km MHz A m 25)10,400(=;

dB km m H b 4)10,100(-=; dB MHz m H m 0)400,3(=;

则dB L T 49.1330)4(2549.104=---+=

12、解：0.0100.110.1215() 4.380.010.10.11E s τμ?+?+?+?=

=+++ 2222

2(0.01)(0)(0.1)(1)(0.1)(2)(1)(5)()0.010.10.11

E τ+++=+++=21.07us

τσ= ∵1/(2)Bc τπσ=

∴τσ=1/(2πBc)

当Bc=30kHz 时，τσ=1/（2π*30*103）=5.305us>1.374us,AMPS 适合。

当Bc=200kHz 时，τσ=1/（2π*200*103）=0.796us<1.374us,GSM 适合。

第三章 语音及信道编码技术

2、语音编码有哪3种主要类型？移动通信中主要采取哪种类型的语音压缩编码？

答：语音编码主要包括波形编码、参量编码、混合编码三种类型。在移动通信中主要采用混合编码。

3、移动通信对数字语音编码的要求包括哪些？

答：1）速率较低，纯编码速率应低于16kbps 。

2）在一定编码速率下的音质应尽可能提高。

3）编码时延要尽可能短，控制在几十毫秒内。

4）编码算法要具有较好的抗误扰码性能，计算量小，性能稳定。

5）算法复杂度要适中，编译码器应便于大规模集成。

4、简述RPE-LTP 编码器5个主要部分的作用。

答：1）预处理：即去除直流分量并进行预加重。

2）LPC 分析：这部分就是按照线性预测编码的原理来求预测滤波器系数。

3）短时分析滤波：这部分对信号做短时的预测分析，并产生短时残差信号。

4）长时预测：进行一次长期的预测，以去掉其冗余并对其进行优化。

5） 规则脉冲编码：用一组位置上和幅度上都优化的脉冲序列来代替残差信号。

5、简述CELP 的基本原理。

答：CELP 编码是一种用码本作为激励的编码方法，即把残差信号的各种可能出现的样值事先储存在储存器当中。在收发两端各有一个码本，在进行线性预测时，先在对方的码本中检

查出与此信号最接近的样值组合的地址码，然后将该地址码发送给对方，对方收到这个地址码后可从自己的码本中取出这个地址的残差信号并加到滤波器上，就可以得到重建的话音信号。

10、（1）设输入信息序列为101110010，画出编码网格图。

（2）求编码输出并在图中找出一条与编码输出对应的路径。

编码输出为：[111 001 100 110 101 010 011 111 001]

编码输出对应途径见编码网格图中的红线所示。

（3）设接收到的编码序列为[111 011 110 101 001]，用维特比算法姨妈搜索最有可能发送的信息序列。

可能的序列为10010 10100 11010，维特比译码可得其最小码距均为4。

12、Turbo码与一般的分组码和卷积码相比，有哪些特点使它具有更好的抗噪声性能？他有什么缺点是他在实际应用中受到什么限制?

答：Turbo码有两个递归卷积码编码器，它们有相同的生成多项式，但由于有反馈的存在，递归卷积码编码器的冲激响应是一个无限的序列。但由于递归系统卷积编码器RSC比一般的非递归卷积码有着更大的自由距离，因此具有更大的抗干扰能力，误比特率更低。Turbo码通过迭代绕过了长码计算复杂的问题，但是这样做代价就是时延增加，因为迭代译码必然会产生时延，故对实时性要求较高的场合，Turbo码的应用将会受到一定限制。

附加题1、码字的最小码距与纠检错能力的关系。

答：1）若要检测e个错码，要求最小码距为：

01

d e

≥+

2）若要纠正t个错码，要求最小码距为：

021

d t

≥+

3）若要纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距为：

01

d e t

≥++

附加题2、试根据Turbo 码的编码框图和解码框图简述其编码和解码的过程。

答：编码过程：编码器常采用卷积码进行编码，输入的数据比特流直接输入到编码器1，同时将这些数据流经过交织器重新排列次序后输入到编码器2.由这两组编码器产生的奇偶校验进行比较，连同输入的信息比特组成Turbo 码编码器输出。在输入端完成一帧数据的编码后，两编码器被迫回到零状态，此后循环往复。

译码过程：

1）输入信息位、信息位校验位、信息位交织后的校验位

2）第一次迭代时，由于第二分量译码器无输出，故第一分量译码器输入全为零的数。

3）将全为零的比特位、信息位以及信息位校验位输入第一分量译码器进行译码，输出则为信息位的译码结果。

4）将信息位译码结果进行交织得到信息位译码结果的交织、将信息位进行交织得到信息位的交织。

5）将信息位译码结果的交织、信息位的交织和信息位交织后的校验位输入第二分量译码器进行译码。得到信息位交织的译码结果。

6）将最终信息位交织的译码结果进行解交织和判决，得到相应译码结果，后利用编码前曾添加的CRC 校验位进行校验，若无错则输出，否则将5）得到的信息位交织的译码结果进行解交织并送至第一分量译码器输入端。

7）重复3）- 6）的步骤直至编码正确或迭代次数达到初始设定的次数。

附加题3、信道交织的原理是什么，主要解决什么问题？

答：1）信道交织就是把码字的b 个比特分散到n 个帧中，以改变比特之间的相邻关系，因此n 值越大，传输特性将越好，但传输时延也将会越大，故在实际使用中必须作折衷考虑。

2）主要解决纠正多个突发差错的问题，将一个有记忆的突发信道改造成一个随机独立差错信道。

附加题4、已知信道的相干时间为T=10ms ，编码比特的传输速率为R=50kbit/s ，对于（7,4）分组码交织器，欲使相邻编码比特之间的衰落独立，求平均交织时延及所需要的存储量。 解：相干时间：ms T C 10=，

符号周期:s R T S S 51021?==, 则交织深度：500)102(101053=??=≥--S C T T d ， 交织时延：ms ndT S 7010250075=???=-。

存储容量：bit n 3500d =?

附加题5、 对于下图所描绘的格图，已知初始状态S=00，信息比特序列为U=[0110101101],请写出相应的状态序列和编码输出。

解：状态序列为：00-00-10-11-01-10-01-00-10-11-01-10

编码输出为：【00 11 01 01 00 10 00 01 01 00】