哈工大移动通信课后作业答案

第一章

1.答：所谓单工通信是指双方电台交替地进行收信和发信。单工通信常用于点到点通信，待机时，单工制工作方式双方设备的接收机均处于接听状态，其中Ａ方需要通话时，先按下“按—讲”开关，关闭接收机，由Ｂ方接收；Ｂ方发话时也将按下“按—讲”开关，关闭接收机，由Ａ方接收，从而实现双向通信。这种工作方式收发信机可以使用同一副天线，而不需要天线共用器，设备简单，功耗小，但操作不方便。在使用过程中，往往会出现通话断续现象。 双工通信是指通信双方，收发信机均同时工作，即任一方讲话时，都可以听到对方的语音，没有“按—讲”开关，双方通话像室内电话通话一样。但是采用这种方式，在使用过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗大。

２.答：蜂窝网使用两种双工制式，频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。

FDD利用两个不同的频率来区分收发信道。即对于发送和接收两种信号，采用不同频率进行传输。TDD利用同一频率但不同的时间段来区分收发信道。即对于发送和接收两种信号，采用不同的时间（时隙）进行传输。

TDD双工方式的工作特点使TDD具有如下优势： 能够灵活配置频率，使用ＦＤＤ系统不易使用的零散频段； 可以通过调整上下行的时隙转换点，提高下行的时隙比例，能够很好地支持非对称业务； 具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用射频单元，降低了设备成本； 接受上下行数据时，不要需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度； 具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，能有效地降低移动终端的处理复杂性。

但是，ＴＤＤ双工方式相较于ＦＤＤ，也存在明显的不足： 快衰落对ＴＤＤ系统具有更大的影响，TDD支持用户的移动速率不高，通常只能达到FDD移动台的一半甚至更低； TDD系统收发信道同频，无法借助频率选择性进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰； 需要更复杂的网络规划和优化技术。

3.答：20世纪70年代中期，随着民用移动通信用户数量的增加，业务范围的扩大，有限的频谱供给与可用信道数要求递增之间的矛盾日益尖锐。为了更有效的利用有限的频谱资源，美国贝尔实验室提出了移动通信发展史上具有里程碑式意义的小区制、蜂窝组网理论。 第一代蜂窝移动通信系统：利用蜂窝组网技术提高频率资源利用率，采用蜂窝网络结构，克服大区制容量密度低、活动范围受限的问题。但是它也存在许多缺点：频谱利用率低；通信容量有限；通话质量一般，保密性差；制式太多，标准不一，互不兼容；不能提供非话数据业务，不能提供自动漫游等。

第二代蜂窝移动通信系统：是蜂窝数字移动通信，是原有系统具有数字传输的种种优点，并克服了模拟系统所存在的许多缺陷；话音质量保密性能获得很大的提高，而且可以进行省际省内自动漫游。

第三代蜂窝移动通信系统：第三代是第二代的演进和发展，而不是重新建设一个移动网。在2Ｇ的基础上，３Ｇ增加了强大的多媒体功能，不仅能接收和发送话音、数据信息，而且还能接受和发送静、动态图像及其他数据业务；而且，３Ｇ克服了多径、时延扩展、多址干扰、远近效应、体制问题等技术难题，具有较高的频谱利用率，解决全世界存在的系统容量问题；系统设备价低，业务服务高质、低价，满足个人通信化要求。 第四代蜂窝移动通信系统：４Ｇ是３Ｇ技术的进一步演化，是在传统通信网络和技术的基础上不断提高无线通信的网络效率和功能。同时，它包含的不仅仅是一项技术，而是多种技术的融合。不仅仅包括传统移动通信领域的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技术。

４.目前全世界手机用户已达４５亿，移动通信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。在实现人与互联网的互联以后，人类将迎来人与物。物与物之间互联的物联网时代，一个无所不连的时代即将到来。届时，手机的用途将大大增加，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。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。到那时，手机将不仅仅是一个通信工具，它会逐步深入到日常工作和生活中，并改变着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”的目标大步迈进，使人类彻底摆脱现有通信网的束缚，达到无约束自由通信的最高境界。 第二章

1.解：PT?100W?10mW

5PT(dBm)?10log?PT(mW)??10log10mW?50dBm

5??P100W??20dBW T(dBW)?10log?PT(W)??10log???c????2?PR?dBm??10log???PT??10log???4?fd4?d?????????2????PT????

2????3?1085?10log???4???900?106?100???10mW?????????21.53dBm

2.解：由题意得：

???，cos???1

vf60?103?800?106fd?cos??cos?????1???44.44hz 8?c3600?3?10v3.答：在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影

响，使接收机收到经折射，反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就是多径效应。 时延扩展越大，相关带宽越窄，信道容许传输的不失真频带就越窄；反之越小，相关带宽越宽，信道容许传输的不失真频带就越宽。

4.答：多径延时将会引起脉冲信号的时延扩展，时延扩展将会引起码间串扰，严重影响数字信号的传输质量。

如输入信号的带宽远小于信道相干带宽，则输出信号频谱中。谱分量幅度与相位关系就是确定的（不同时间可以有不同的常数因子）；反之，如输入信号的带宽大于相干带宽，则会引起输出信号的失真，对于数字通信将会引起误码。

时延扩展越大，相关带宽越窄，信道容许传输的不失真频带就越窄；反之越小，相关带宽越宽，信道容许传输的不失真频带就越宽。

5．答：频率选择性衰落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会获得不同增益。如果信道具有恒定增益且线性相位响应带宽小于发送信号带宽，则此信道特性会导致接收信号产生频率选择性衰落。产生频率选择性衰落的条件是：BS?BC，TS???

快衰落：当信道的相关时间比发送信号的周期短，且基带信号的带宽BS小于多普勒扩展BD，信道冲激响应在符号周期内变化很快，从而导致信号失真，产生衰落，此衰落为快衰落。信号经历快衰落的条件是：TS?TC，BS?BD。 6.解：LT?Lbs?Am(f,d)?Hb(hb,d)?Hm(hm,f)

Lbs?32.45?20logf?20logd

?32.45?20log400?20log10 ?104.49dB根据已知条件，查表可得：

Am(400MHz,10km)?25dB;

Hb(100m,10km)??4dB; Hm(3m,400MHz)?0dB;

∴LT?104.49?25?(?4)?0?133.49dB 7.解：E(?)?20.01?0?0.1?1?0.1?2?1?5?4.38?s

0.01?0.1?0.1?1

0.01?02?0.1?12?0.1?22?1?52E(?)??21.07?s2

0.01?0.1?0.1?1

???E(?2)?E2(?)?21.07?4.382?1.37?s

∴平均附加时延相干带宽：

??4.38?s，rms时延扩展????1.37?s

BC?1(2???)?1(2???1.37)?116KHz

∴该系统在不使用均衡器的条件下，适合AMPS业务，不适合GSM业务。

8.答：对于移动信道来说，其传输环境比较复杂，和自由空间有很大区别，而无线传播环境决定了电波传播的损耗，路径传播损耗是指无线电波的衰减随着移动台到基站的距离的增大而增大的现象。其特性是衰减随着传播距离的增大而增大，在移动台和基站固定距离处电波能量的变化随着时间的变化最为缓慢。阴影衰落是指当电波在无线传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被等障碍物时，在障碍物的后面形成电波的阴影区，阴影区的电波场强较弱，移动台在运动过程中通过不同障碍物的阴影时，就会导致接收天线场强的变化，从而引起衰落。其特点是衰落与无线电波传播的地形和地物的分布、高度有关。多径衰落的形成是因为平面波以随机相位从不同的方向达到接收天线，并在接收天线上形成矢量合成。它的特性是导致接收信号包络的快速变化。典型的情况为，因为同相叠加和反相叠加，接收包络波长的某些部分能够出现大约30～40dB的变化。其一般服从瑞利衰落或莱斯衰落。用于描述多径衰落的模型有：瑞利分布、莱斯分布和Nakagami-m分布。瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰

落信号接收包络或独立多径分量接收统计时变特性的一种分布类型。瑞利衰落信号的均值和中值仅相差0.55dB，采用中值而不是均值容易比较不同的衰落分布，这些不同的分布可能具有变化幅度很大的均值。当存在一个主要的稳定的（非衰落）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，反映在包络检测器的输出端，就会在随机多径上附加一个直流分量。主要信号到达接收端时会和许多若多径信号混合，从而形成莱斯分布。但当主要信号减弱到与其他多径信号功率一样时，混合信号包络近似为瑞利分布。当形状因子m较大时，Nakagami-m分布接近于高斯分布。 9.解：PR?1dBm?1.26mW

当d?10m时：

?4???10?5?109??4?df??33?PT???1.26?10?5.53?10W ?PR??8??3?10?c????4???100?5?109??4?df??PT???1.26?10?3?5.53?105W ?PR??8??3?10?c???2222 当d?100m时：

第三章

1.答：语音压缩编码可以分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。波形编码将语音信号作为一般的波形信号来处理，力图使重建语音的波形保持原语音信号的波形形状。参量编码利用语音信号中的自然冗余和人类听觉系统的特征来压缩信号，它对语音信号的产生赋以特定的模型，通过对模型参数的提取和编码，力图使重建的语音信号具有尽可能高的自然度和可懂度。混合编码将波形编码和参数编码相结合得到的，以达到波形编码高质量和参数编码低速率的优点。其可以在2.4kbps~16kbps 的较低速率下获得高质量的重建语音。移动通信中主要采用RPE-LPE编码。

2.答：①预处理：即去除直流分量和预加重。②LPC分析：按线性预测编码的原理求预测滤波器的系数。这是按帧处理的，即每20ms为一帧（共160样点），每帧计算一次滤波器的系数。③短时分析滤波：对信号进行短时预测分析，产生短时残差信号。④长时预测：本来经过短时预测求出残差信号d就可以了，但在RPE中是用规则脉冲来代替残差信号的，因此直接用短时预测的残差信号d，未必是最佳效果，故再进行一次长期预测，以去掉其冗余并优化。⑤规则脉冲编码：是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。这种方法计算量要小得多，但结果的话音质量却相当好。 3．解：

①

②红线部分即为所要求路径。

③最有可能的发送信息序列：11011.

4.答：Turbo码由于有反馈的存在，递归卷积码编码器的冲击响应是一个无限序列。由于递归性质，编码器称作递归系统卷积编码器（RSC），由于RSC比一般的非递归卷积码有更大的自由距离，因此有更大的抗干扰能力，误比特率更低。在Turbo码的编码器中，交织器除了抵抗突发错误外，主要是改变码的重量分布，使重量窄带化，并尽量消除低码重字，从而改善Turbo码的性能。另一个影响Turbo码性能的重要因素是交织器的长度N，随着N的增大，Turbo码的性能逐渐提高。Turbo码通过迭代绕过了长码计算复杂的问题，但是这样做的代价就是时延，因为迭代译码必然会产生时延。所以对实时性要求很高的场合，Turbo码应用受到限制。

5.答：移动通信对数字语音编码的要求如下：

①速率较低，纯编码的速率应低于16kb/s。 ②在一定的编码速率下的音质尽可能的高。 ③编码时延要短，控制在几十毫秒以内。

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算法复杂度适中，编译码器应便于大规模集成。 6.答：它是一种用码本来作为激励的编码方法。即把残差信号可能出现的各种样值事先存储在存贮器中，这些样值组合按照一定规则排列，存在存储器中，有如字典一样，每一样值组合一地址码故这个存储器称为码本。在收发方各有一个同样的码本。在线性预测时，对于残差信号传输时并不传输它本身，而是先在本方的码本中，检查出这个信号最接近的样值组合的地址码，然后将这个码本的地址码经电路发送到对方。对方有相同的码本，收到这个地址码可从码本中取出这个地址的残差信号来加到滤波器上，就可得到重建的话音。 7.答：一般情况下，码的检纠错能力与最小码距d0的关系为: ①为检测e个错码，要求最小码距d0≥e+1。 ②为纠正t个错码，要求最小码距d0≥2t+1。

③为纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距d0=e+t+1。

8.答：编码过程：编码器通常采用卷积码编码，输入的数据比特流u直接输入到编码器1，同时也把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，两个编码器被迫回到零状态，此后循环往复。 解码过程：

Step 1：输入信息位、信息位校验位、信息位交织后的校验位。 Step 2: 在第一次迭代时，由于第二分量译码器无输出，所以在第一分量译码器输入全为零的数。 Step 3：将全为零的比特位、信息位和信息位校验位输入第一分量译码器进行译码，输出为信息位的译码结果。 Step 4：将信息位的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结果。 Step 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。 Step 6：将信息位交织的译码结果进行解交织和判决，得到译码结果，然后利用编码前

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