现代移动通信 第5版 PPT课件习题参考答案 2022 (10)[4页]

第十章思考题与习题1.5G典型应用场景包括哪些？答：其典型的应用场景有eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（高可靠低时延通信）和mMTC （大规模机器通信）三大场景。

eMBB是承接移动网、增强互联网的场景，如高清视频业务、远程智能视觉系统等。

uRLLC是物联网的一个重要场景，如车联网、远程医疗、无人驾驶、工业远程控制等。

mMTC是物联网的另一个重要场景，如智慧城市、智能交通、智能家居和环境监测等。

前一个场景的标准化已制定完毕，但后面两个尤其是最后一个涉及场景的千差万别，其标准仍然在完善中。

2.5G有哪些关键能力指标？其典型的应用场景有哪些？答：5G的关键能力指标：1）单位面积数据吞吐量显著提升相比于4G，5G的系统容量要提高1000倍，边缘用户的速率达每秒百兆比特，用户的峰值速率达每秒千兆比特，单位面积的吞吐能力特别是忙时吞吐量能力需要达到每平方公里数十万兆比特以上。

2）支持海量设备连接单位覆盖面积内支持的器件数目将极大增长，在一些场景下每平方公里通过5G移动网络连接的器件数目达到100万，相对4G增长100倍。

3）更低的延时和更高的可靠性相对4G，时延缩短5-10倍，并提供真正的永远在线体验。

此外，一些关系人的生命、重大财产安全的业务，要求端到端可靠性提升到接近100%。

4）能耗使网络综合的能耗效率提高1000倍，达到1000倍容量提升的同时保持能耗与现有网络相当。

此外，5G还需要支持每小时500km以上的移动性，提高网络部署和运营的效率，将频谱效率提升10倍以上。

3.5G网络架构由什么组成？NG-eNB和gNB两种基站有什么区别？答：5G网络架构：接入网、承载网、核心网。

gNB：5G基站，向UE提供NR用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5G核心网。

NG-eNB：4G基站为了升级支持eLTE，和5G核心网对接，于是升级为NG-eNB，向UE提供E-UTRA用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5G核心网。

4.5G NR无线帧的结构有什么特点？一个时隙内的OFDM符号可能包括哪些类型？答：NR无线帧支持多种子载波间隔，而不同子载波间隔情况下时隙长度不一样、支持物理信道的能力也不同，所以灵活性更好。

当子载波间隔为15kHz，OFDM符号长1/14ms；当子载波间隔为30kHz，OFDM符号长1/28ms；当子载波间隔为60kHz，OFDM符号长1/56ms；当子载波间隔为120kHz，OFDM符号长1/112ms；当子载波间隔为240kHz，OFDM符号长1/224ms；当子载波间隔为480KHz，OFDM符号长1/448ms；5.5G NR 物理信道包括哪些？答：物理上行控制信道、物理上行共享信道、物理随机接入信道、物理下行控制信道、物理下行共享信道、物理广播信道。

6.5G NR上行和下行物理信号主要包括哪些？答：5G NR上行物理信号：探测参考信号、解调参考信号、相位噪声跟踪参考信号。

5G NR下行物理信号：信道状态信息参考信号、解调参考信号、时频跟踪参考信号、相位噪声跟踪参考信号、RRM测量参考信号、RLM测量参考信号。

7.何为Massive MIMO技术的基本原理?它有哪些优势和不足？答：Massive MIMO（又称为large-scale MIMO）技术在现有MIMO技术基础上通过大规模增加发送端天线数目，以形成数十个独立的空间数据流，进而达到数倍提升多用户系统的频谱效率。

其原理示意图如下图所示，可见利用基站庞大的天线阵，在同一时频资源上可同时服务若干个用户。

· 每个基站都有非常大的天线阵列,同时服务大量的用户相对于传统的MIMO技术，Massive MIMO技术的优势有以下几点：1）Massive MIMO能够深度挖掘空间维度资源，使得多个用户可以在同一时频资源上与基站同时进行通信，从而大幅度提高频谱效率。

2）Massive MIMO可大幅度降低上下行发射功率，从而提高功率效率。

3）Massive MIMO能够形成极精确的用户级超窄波束，从而大幅度降低干扰。

4）随着天线数目的增多，基站和用户之间的信道变得几乎正交，这使得在基站端的信号处理变得简单，简单的线性处理便能近似获得最优的性能。

Massive MIMO技术需要克服的难题主要有以下几点：1）导频污染严重。

在大规模天线系统中，服务用户数的增加以及用户天线数的增多会导致导频资源极度受限。

为了适应导频开销限制而复用导频资源时，导频的非正交性会导致出现导频污染问题。

2）信道模型缺乏。

天线阵元数目增多，同时带来了天线外形尺寸的增大，传统以平面波方式进行信道的建模对于近场偏差就会变得较大，急需寻找合适的信道模型。

3）Massive MIMO的信号检测和预编码所需的高维矩阵运算导致复杂度高，寻求是否能有复杂度和性能兼备的算法是也是难题之一。

4）信道估计开销大。

系统设计时需要信道状态信息，但天线数目很大时，信道估计开销很大，这给具体实现带来了难题。

8.毫米波通信技术有哪些优势和不足？答：毫米波通信技术的优势：1）极宽的带宽；2）极窄的波束；3）安全保密性好。

毫米波通信技术的不足：1）传播损耗大；2）绕射能力差；3）雨衰效应严重。

9.同频同时全双工技术有哪些优势和不足？答：同频同时全双工技术的优势：该技术理论上可以提高空口频谱效率1倍，同时能够带来频谱的更灵活分配和使用，这就是其发展的最强驱动力。

同频同时全双工技术的不足：1）自干扰问题严重。

2）自干扰难以完美消除。

实际中射频硬件的非线性、对子信道和接收SI信号的估计误差、各种消除技术的不完备等许多因素都会影响SI效果，无法完美消除。

3）增加了用户间干扰。

因为所有的邻近节点都同时发送，用户间干扰的数量几乎增长2倍，每个节点处的总干扰也有所增加。

4）增加了消耗功率和复杂度。

每个节点需要拥有额外的器件来消除SI和用户间干扰，无疑会消耗更多的功率和资源。

10.D2D通信技术有何优势？答：D2D通信技术可以带来三方面的增益：1）地理位置增益，即地理位置的相近性带来良好直传信道质量，可能会使通信具有极高的数据速率、低的延迟以及低的功率消耗等优良性能；2）复用增益，即蜂窝系统的无线资源可能同时被蜂窝链路和D2D链路使用，提升系统的频率复用效率；3）跳增益，相比于传统的蜂窝设备之间需要上行链路和下行链路的蜂窝通信方式，D2D通信方式仅需要一跳传输即可完成。

显然，当移动终端之间地理位置上相近、直传链路质量较好时，以D2D直传方式取代传统的蜂窝方式有利于解决本地数据流量急剧增加的难题。

11.为何要引入超密集网络？答：随着人们智能手机和移动电脑等移动设备（UE）的广泛使用，无线数据流量持续快速增长，而在现有的网络结构下，仅靠无线物理层技术难以解决数据量急剧增长和频谱资源紧缺的双重难题，为此人们从网络层面提出了超密集网络（Ultra-Dense Network，UDN）方案。

UDN是一种网络形态，它通过部署更加“密集化”的无线接入点等基础设施，以获得更高频率复用效率，进而在局部热点地区实现成百倍系统容量的提升。

7. 为何要引入非正交多址方式？答：从1G到4G中所采用的多址技术看，主流多址方式是正交多址。

然而，随着用户数的激增，仅用传统正交方式的多址方式将难以满足这些需求。

从多用户信息论角度看，非正交多址技术不仅能进一步增强频谱效率，也是逼近多用户信道容量界的有效手段。

因此，近年来，人们提出了各种各样的新型多址技术，如基于非正交特征图样的图样分割多址（PDMA）、基于功率叠加的非正交多址（NOMA）等。

8. PNMA采用何原理区分不同用户？答：PNMA在发送端采用功率复用，对不同的用户分配不同的功率；在接收端采用逐级删除干扰策略，即在接收信号中对用户逐个进行判决，解出该用户的信号，并将该用户信号产生的多址干扰从接收信号中删除，并对剩下的用户再进行解调，如此循环反复，直至消除所有多址干扰，区分不同用户，实现多个用户信号的分离。

9. SCMA采用何原理区分不同用户？答：SCMA在发送端将比特流输入SCMA编码器，编码器从给定的比特流性SCMA码本中选取其中的一个码字，相应的码字通过PRE映射，将码字映射到某一PRE上；然后将多个用户码字进行非正交叠加，在相同的时频空资源里发送。

利用稀疏性，接收端可采用低复杂度的消息传递算法，并通过多用户联合检测，结合信道译码分离出不同用户的信息。

12.简述GFDM与OFDM技术的主要区别。

答：GFDM具有灵活的时频结构，适用于频谱碎片化程度高或实时性要求高的场合；GFDM的子载波通过有效的原型滤波器滤波，在时间和频率域被循环移位，此过程减少了带外泄露，使目前的服务或其他用户之间不产生严重干扰；GFDM基于独立的块调制，通过配置不同的子载波与子符号，使得其具有灵活的帧结构，可以适合不同的业务类型。

13.NOMA技术有何优势？答：NOMA技术不仅能进一步增加频谱效率，也是逼近多用户信道容量界的有效手段。

从系统设计角度看，它们通过时域、频域、空域/码域的非正交设计，在相同的资源上可为更多的用户服务，进而有力地提升系统容量和用户接入能力。

14.5G中采用软件定义网络和网络切片有何好处？答：软件定义网络好处有：（1）数据控制解耦合使得应用升级与设备更新换代相互独立，加快了新应用的快速部署；（2）网络抽象简化了网络模型，将运营商从繁杂的网络管理中解放出来，能够更加灵活的控制网络；（3）控制的逻辑中心化使用户和运营商等可以通过控制器获取全局网络信息，从而优化网络，提升网络性能。

网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出许多个逻辑网络，以满足不同业务传输等级的多样化要求，从而避免了为每一种业务建设一个专用的物理网络，进而大大节省部署成本。