现代移动通信蔡跃明第三版思考题与习题参考答案chapter_12

1第十二章思考题与习题1.第四代移动通信系统和第一、第二和第三代移动通信系统有何不同？答：第四代移动通信系统具有以下特征：（1）第四代移动通信系统将是实时、宽带以及无缝覆盖的全IP多媒体通信系统。它不是现在概念中的第一、二、三代，而是广泛用于各种电信环境的无线系统的总和，包括蜂窝系统、WLAN、无线广播系统等，支持各种空中接口。它能够完成各个系统，包括无线LAN、室外宽带接入系统、2G、3G等之间的平滑切换。用户可以根据不同系统自主选择，也可以自适应选择。（2）第四代移动通信系统应该是符合全IP发展趋势的多媒体通信系统，核心网将基于IPv6，可以与Internet互连互通，并且承载与控制全程分离。（3）第四代移动通信应该是适合于分组突发业务的系统，在步行环境中、车速环境中的峰值传输速率应分别达到1Gbps和100Mbps，适用于大动态范围业务（8kbps～100Mbps），频谱效率远远大于3G系统。2.简述无线资源管理的基本原理，并说明它包括哪些基本部分？答：无线资源管理（RRM，RadioResourceManagement）就是对移动通信系统的空中资源的规划和调度，它是在用户动态需求、信道动态时变和用户位置动态变化的环境下，对能量资源（如信号功率、能量）、时间资源（如时隙、业务帧、导频符号等）、频率资源（如信号带宽、保护频段、调制模式等）和空间资源（如天线角度、天线位置等）4类资源进行高效利用，以实现通信系统性能优化的技术。无线资源管理的核心问题是在保证服务质量（QoS）的前提下，提高频谱利用率，其基本出发点在网内业务量和时延分布不均匀、且信道的状态因信号衰落和干扰而变化的状况时，动态分配和调整可用的资源。3.举例说明MIMO技术利用多径衰落来改善系统性能的原理。答：在这里我们就以两根天线发送和两根天线接收所组成的MIMO系统为例来说明多径衰落是怎样来改善系统的性能的，如下图：需要发送的信号经过串并转换把信号分成两路（这里假设采用的是水平编码），这两路先通过串并转换在进行编码，然后把编码后的信号经天线发送出去，由于天线之间的距离足够远，两天线所发送的信号是独立的，接收天线也满足独立分集的条件。可能由于信道的变化而使一路信号发生衰落，但是经过同一天线的多路信号不是都在同一个时刻发生深衰落，接收天线接收的信号有的是深衰落有的没有衰落，又加上接收信2号之间是独立的，接收天线就可以通过合并处理把所有路径的信号都利用起来，以至于不会因为某一路信号或某一天线的影响使得接收的信号有很大的衰减而不能解码，这样就提高了系统的抗衰落能力，提高了系统的性能。4.为何要采用MIMO-OFDM技术？答：通过在OFDM传输系统中采用阵列天线所形成的MIMO-OFDM系统，能够充分发挥OFDM技术和MIMO技术的各自优势，即OFDM技术将频率选择性信道转化为若干平坦衰落子信道，在平坦衰落子信道中引入MIMO的空时编码技术，能够同时获得空时频分集，大大增加无线系统抗噪声、干扰和多径衰落的容限，进而在有限的频谱上提供更高的系统传输速率和系统容量。研究表明，在衰落信道环境下，OFDM系统非常适合使用MIMO技术来提高容量。5.IMT-Advanced的主要候选标准有哪几种？答：IMT-Advanced的两个主要标准LTE-Advanced与IEEE802.16m6.简述LTE系统采用的共性技术。答：OFDM技术、MIMO技术、MIMO-OFDM技术、无线资源管理技术、小区间干扰抑制技术7.LTE-Advanced系统与LTE系统相比，有哪些改进?答：LTE-Advanced是3GPP在2008年3GPPLTE标准接近完成时启动的演进项目，实际上，3GPPLTE已经具备有相当明显的4G技术特征，只要在其基础上进行适当增强，就可以满足IMT-Advanced的需求。因此，LTE-Advanced只是在LTE基础上的平滑演进。LTE-Advanced的技术发展将更多地集中在无线资源管理技术和网络层优化方面。8.IEEE802.16m标准与IEEE802.16e标准相比，在哪些技术上有改进或增强?答：多载波技术、基于定位的业务（Location-BasedServices，LBS）技术、增强的多播和广播技术（E-MBS）、Femtocell家庭基站9.SC-OFDM与OFDM技术的区别是什么?有什么优点?答：SC-FDMA是相对OFDMA提出的一种多址方式，其特点是降低上行发射信号的峰均功率比（Peak-to-AveragePowerRatio，PAPR）。这样，就可以降低移动通信终端的实现难度和成本。离散傅里叶变换扩展（DiscreteFourierTransform-SpreadOFDM，DFT-S-OFDM）是SC-FDMA的频域实现方法，其多用户子载波的映射在频域上完成。DFT-S-OFDM将传输带宽分为正交的子载波集合，将不同的子载波集合分配给不同的用户，进而在保证多用户之间灵活地共享系统传输带宽的情况下，避免了系统中的多用户间多址干扰。10.简述IMT-Advanced中的多天线增强技术。答：多天线增强是满足LTE-Advanced峰值谱效率和平均谱效率提升需求的重要途径之一，根据天线部署形态和实际应用情况可以采用发射分集、空间复用和波束赋形3种不同的MIMO实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列可以采用空间复用方案同时传输多个数据流，实现很高的数据速率；对于小间距相关天线阵列，可以采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰。对于控制信道等需要更好的保3证接收正确性的场景，选择发射分集是比较合理的。先进的上行MIMO技术、先进的下行MIMO技术。11.某发射机装备有2根天线，总发射信噪比为20dB，工作带宽为100kHz，假设发射机到装备2根天线的接收机之间的信道相应矩阵为H：0.3457+0.2078i0.5140+0.6282i0.73160.5567i-0.21460.8111iH试计算该22MIMO的信道容量。解：222log100.82150.4826+0.6266i100=100log010.48260.6266i1.5491242.074724.1281+31.3294i=100log24.1RHTnTCWnIHH228131.3294i78.4563+0.0000i=100log1737.3=10010.7626=1076.26kbps12.对于一个3×1MISO系统，若每组上传输三个符号，在四个符号周期(4T=)上扩张成的复正交空时分组码由下式给出**123**213**31202030cccccccccC轾-犏犏=犏犏--犏臌并设每根天线的发射功率为sP，试求解该空时码译码时的最大似然判决准则表达式。解：设基于该复正交空-时分组码和一副接收天线的MISO传输问题为[][][]**123**12341232131234**31202030scccyyyyPhhhcccnnnnccc轾-犏犏=+犏犏--犏臌(1)其中[]123hhh为收发天线间的信道增益，[]123nnn为各链路噪声。我们可以把上式重写为411122331**212212**313313**4233242()32()32()32()3ssssyPhchchcnyPhchcnyPhchcnyPhchcnìïï=+++ïïïïïï=-++ïïïíïï=-+ïïïïïïï=-+ïïî(2)观察上式，可以得出统计判决量为***1112233***2211234***3311324chyhyhychyhyhychyhyhyìï=+-ïïï=--íïïï=++ïî%%%(3)代入(2)式得()()()222***11231112233222***21232211234222***31233311324232323ssszPhhhchnhnhnzPhhhchnhnhnzPhhhchnhnhnìïï=++++-ïïïïïï=+++--íïïïïï=+++++ïïïî(4)则相应的最大似然译码准则为()()()2222111232222221232222331232ˆargmin32ˆargmin32ˆargmin3iiisicSsicSsicSczPhhhcczPhhhcczPhhhcÎÎÎìïï?-++ïïïïïïï=-++íïïïïïï=-++ïïïïî(5)