移动通信第二次作业

1移动通信第二次作业1090510321李森第四章4.1设发送的二进制信息为1011001，试分别画出OOK、2FSK、2PSK、2PSK及2DPSK信号的波形示意图，并注意观察其时间波形上各有什么特点。解4.2QSPK、π/4-QPSK、OQPSK信号相位跳变在信号星座图上的路径有什么不同。解：QSPK在其码元交替处的载波相位往往是突变的，当相邻的两个码元同时转换时，如当00到11或者01到10时会产生180°的载波跃变。这种相位跃变会使调相波的包络出现零（交）点，引起较大的包络起伏，起信号功率将产生很强的旁瓣分量。π/4-QPSK是一种相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改进方案，它的最大相位跳变是135°。OQPSK信号由于同相和正交支路码流在时间上相差半个周期，使得相邻码元间相位变化只能是0°或90°，不会是180°，克服了QPSK信号180°跃变的缺陷。OQPSK的包络变化的幅度要比QPSK的小许多，且没有包络零点。4.7设有一个TCM通信系统，其编码器如下图所示，且初始状态12bb为“00”。若发送序列是等概率的，接收端收到的序列为111001101011（前后其他码元皆为0）试用网路图寻找最大似然路径并确定译码得出前6个比特。解：OOK2FSK2PSK2DPSK2000111104.8什么是OFDM信号？为什么它可以有效地抵抗频率选择性衰落？解：OPDM是正交频分复用，主要思想就是把高速的数据流通过串并变换，分配到多个并行的正交子载波上，同时进行数据传输。OFDM技术将高速串行的数据流通过串并变换转化为多路并行的低速数据流在各个子载波上传输，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，并通过添加长度大于最大时延扩展的循环前缀，使得OFDM符号长度远远大于信道的最大时延扩展，从而可以有效减小无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰（ISI）。补充题：1.QPSK、OQPSK与π/4-QPSK等调制方式各自的优缺点是什么？在衰落信道中一般选用哪种调制方式更合适，为什么？解：（1）QPSK优点：具有较高的频谱利用率，较强的抗干扰性能，同时在电路中易于实现，成为移动通信中的主要调制方式。缺点：存在相位模糊问题，在其码元交替处的载波相位往往是突变的，当相邻的两个码元同时转换时，如当00到11或者01到10时会产生180°的载波跃变。这种相位跃变会使调相波的包络出现零（交）点，引起较大的包络起伏，起信号功率将产生很强的旁瓣分量。（2）OQPSK优点：OQPSK信号由于同相和正交支路码流在时间上相差半个周期，使得相邻码元间相位变化只能是0°或90°，不会是180°，克服了QPSK信号180°跃变的缺陷。OQPSK的包络变化的幅度要比QPSK的小许多，且没有包络零点。由于两个支路符号的错开并不影响他们的功率谱，OQPSK信号的功率谱和QPSK相同，因此有相同的带宽效率。缺点：信号的动态范围比较小。（3）π/4-QPSK优点：π/4-QPSK是一种相位突跳介于QPSK和OQPSK的QPSK改进方案，它的最大相位跳变是135°。因此，带限p/4-QPSK信号比带限QPSK有更好的恒包络性质，但是不如OQPSK。π/4-QPSK具有能够非相干解调优点，并且在多径衰落信道中比OQPSK性能更好，是适于数字移动通信系统的调制方式之一。（4）在衰落信道中一般选用π/4-QPSK调制方式更合适，因为它的解调方法有多种，可在中频，也可以在基带解调，它既可以相干解调，也可以非相干解调，还可以用鉴频器解调，也可用非线性放大，可以得到高效率的功放。32.4-ASK调制的误码率推导方形16-QAM调制的误码率。解：假设电平间隔为2d（1）MASK由的误码率2211(())(())(())2MASKcccMMPPntdPntdPntdMMM其中222()()()exp22dcddnnxPndfxdxfxdxdx221()exp22nnxfx即1(1)()2MASKndPerfcM所以413(1)()()4422ASKnnddPerfcerfc（2）方形16-QAM误码率：可把16-QAM的I，Q两分量分别看成是4-ASK调制，需I，Q均不出现误码方形16-QAM才不会出现误码，则有：2164441(1)(2)QAMASKASKASKPPPP3.OFDM系统中CP的作用。解：CP即循环前缀，目的是消除时间弥散信道的影响。只要CP长度大于信道最大时延，就可以完全消除符号间干扰（ISI），可以保证无论从何时开始，一个OFDM符号周期内均包含完整的子载波信息，保护子载波间正交性，同时消除子载波间干扰（ICI）。4.设有min(2)dsqrt的4-PSK星座，求多增加1比特输出(8-PSK)且仍然保持mind不变(即误码率不变)所需要的能量增量。41PSKR解：设的241PSKPR218:=1.852sin22.5PSKR则28843.412.41PSKPSKPSKPRPPP即45.若正方形星座每维有l比特，证明其平均能量lS与4/3l成正比。若每维增加1个比特，并保持星座点间最小距离不变，证明需要的能量满足关系14llSS。求2l的lS并计算具有相同比特/符号及相同最小距离的MPSK及MPAM的平均能量。证明：6.对于差分调制的MPSK，令Δφ表示一个码元间隔内信道的相位偏移。在不考虑噪声的情况下Δφ需要达到多少才会使接收端的检测发生错误？解：在不考虑噪声的情况下，当122MM时可以在接收端检测发生错误。7.对于差分的8-PSK，列出格雷编码时比特序列和相位变化的对应关系。然后给出比特序列101110100101110对应的调制输出的符号序列，设信息从第k个码元时间开始发送，且第(k-1)个码元时间发送的符号为/4(1)jskAe。解：自然二进制码000001010011100101110111格雷码00000101101011011110110004234543274该比特序列对应的调制输出符号序列：7/4jAe3/4jAe/2jAeAjAe8.π/4-QPSK调制可看做是两个QPSK系统，它们的星座图相对旋转了π/4。(a)画出π/4-QPSK的信号空间图。(b)按格雷码规则标出每个星座点对应的比特序列。(c)求比特序列0100100111100101通过π/4-QPSK基带调制发送的符号序列。解：（a）π/4-QPSK的信号空间图(c)3333344444444jjjjjjjjAeAeAeAeAeAeAeAe59.考虑下图所示的八进制星座图。(a)若8QAM中各星座点间的最小距离为A，求内圆与外圆的半径a、b。(b)若8PSK中相邻星座点的间距为A，求半径r。(c)求这两种星座图的平均发送功率，并作比较。这两个星座图相对的功率增益是多少？(假设发送端符号等概出现)。(d)对于这两个星座图，有无可能使相邻星座点表示的三比特中只相差一比特？(e)如果比特率为90Mbit/s，求符号速率。解：（a）8QAM内圆半径a=2/2A,8QAM外圆半径b=(231)a=231A(b)8PSKr1.31A2sin22.5Ar由得半径(c)22281213334()4()8224QAMPAAA2228(1.31)1.72PSKPrAA228833/1.72/()1.454PSKQAMPPAA相对功率增益：8810lg(/)10lg1.451.6136PSKQAMPPdB(d)8PSK可以，如图所示8QAM不可以，只能是3位码，不能保证相邻星座点表示的三比特中只相差一比特。(e)290/log830/dRMbits6第五章5.1简要说直接序列扩频和解扩频的原理。答：用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。5.2为什么扩频信号能够有效的抑制窄带干扰？答：扩频通信在空间传输时，传输信号在发送端被扩频信号扩展频谱后成为宽频信号，而在接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用带宽信息信号恢复成窄带信号；而窄带干扰未经过扩频处理，在接收端经过相关解扩后成为宽频信号而使其谱密度大大下降，从而抑制窄带干扰。5.6试解释频率跳变扩频系统抵抗宽带干扰和窄带干扰的物理机理。答：5.7RAKE接收机的工作原理是什么？答：RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。5.8分集接收技术的指导思想是什么？答：分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输的可靠性。就是利用多径传输相同信息且具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径，并在接收端对这些信号进行适当合并，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。5.9什么是宏观分集和微观分集？在移动通信中常用哪些微观分集？答：（1）宏观分集：用于合并两个或多个长时限对数正态信号，这些信号是经独立的衰落路径接收来自不同基站站址的两个或多个不同天线发射的信号。（2）微观分集：用于合并两个或多个短时限瑞利信号，这些信号都是同一接收基站长经独立的衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射的信号。（3）在移动通信中常用的微观分集：空间分集、极化分集、角度分集、频率分集和时间分集。5.10合并方式有哪几种？哪一种可以获得最大的输出信噪比？为什么？答:合并方式有常用的选择式合并、最大比值合并和等增益合并，之外还有开关式合并方式。其中最大比值合并可以获得最大的输出信噪比，因为合并后信号的振幅与各支路信噪比相联系，信噪比愈大的支路对合并后的信号贡献愈大。所以，即使当各路信号都很差，使得没有一路信号可以被单独解出时，最大比值合并算法仍有可能合成一个达到SNR要求的可以被解调的信号。这种方法的抗衰落统计特性是最佳的。7补充题：221./=iiiiiMACN证明接收分集中，能使输出信噪比最大化的加权系数为。同时证明，在该加权系数下证明：合并后信号的包络为：1MRkkkrr假设每条支路上的噪声功率为2，那么可以证明：当2/kkr时，合并后的信噪比达到最大，合并后的输出为：21MmrkkkNN则输出信噪比为：2121()2MRRkRMkkkrSNRN各支路信噪比：22kRkrSNRN则2121()MkkkkRMkkkNSNRSNRN，由许瓦兹不等式得2211122111()()()MMMkkkkkkMkkkRkMMkkkkkkkNSNRNSNRSNRSNRNN等号成立条件：kkkNCSNR，其中C为常数即2222kkkkSNRrNN221211==iiMMiiiiiiMiiiCNNN能使最大化的加权系数（）则81.5/(1)62.10=40.2()=1()10iMbbbNdBAWGNMMQAMPeaNPbMRCPN本题说明，由于阵列增益的原因，即使没有衰落，分集合并也能带来性能增益。考虑支路的分集合并系统，每个支路是信噪比为的信道。假设采用的调制，其误码率近似为，其中是接收信噪比。求时的下，求使的。解：1.5/(1)15/(41)()10.2=0.20.00135MbaNPee时，1.5/(1)15/36()0.2=0.2102.443MNibbbNPePeNN，即，所以最小