移动通信第一二章作业,配合哈工大移动通信课程

在线性与测试，对于残差信号，并不传输它本身，而是先在本方的码本中检查出与这个信号最接近的样值组合的地址码，然后将这个码本地址码经传输电路发送到对方。
对码本的要求：
•(1)码本中的信号应与实际信号相近，即相差最少；
•(2)在满足(1)的前提条件下，码本容量最小。这样地址码数目少，亦即编码的长度最小；
•(3)搜索码本(即检查码本，找出最接近的信号)的时间最短。这意味着处理时间短，时间迟延小；
1)在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，这就是所谓“中心激励”方式。
2)也可以将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三幅120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副120度扇形天线共同覆盖，这就是“顶点激励”。
采用顶点激励方式，所接收的同频干扰功率仅为全向天线系统的1/3，因此可以减少系统的通道干扰。
3.简述CELP编码工作原理。
CELP是Codebook Excited Linear Prediction的缩写，即码本激励线性预测编码，或简称为本激励编码。
CELP是利用码本（簿）来坐激励源的编码方法。即把残差信号可能出现的各种（量化过的）样值实现存储在存储器中。这些样值组合按一定规则排列存在存储器中。每一个样值组合有一地址码，故这个存储器称为码本。收发各有一个同样的码本。
8.近距离传播和远距离传播的研究重点差异在那里？
1)室内覆盖面积小得多；
2)收发机间的传播环境变化更大。
9.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,全向天线（GL=1），距离分别为d=10m及d=100m。
当d=10m时， 66.43dB，
当d=100m时， 86.43dB，
a)时间弥散:当发端发射一个极窄的脉冲信号时，由于多径的影响，使收端收到这个信号（经过不同路径传播的）多个副本，造成信号在时域上展宽；
b)频率弥散：在多径的环境下中，发端和收端之间存在相对运动，由于多普勒效应，各个路径的信号产生不同的多普勒频移。接收天线处合成的接收信号的频谱被展宽。称为频率弥散。
移动作业三、四章梁东宇——1080510105
CHAPTER1
1．简述移动通信的发展和各个阶段的特点？
2．未来移动通信发展的趋势是什么？
3．为什么最佳的小区形状是正六边形？
1)无缝覆盖相同面积，用正六边形所需正六边形数量最少，即所需最少的无线频率个数；
2)区域间隔最大为 ；
3)重叠部分面积最小；
4)重叠区的宽度最小。
4．什么叫中心激励，什么叫顶点激励？后者有什么好处？
OQPSK：
优点：偏移QPSK即OQPSK(OffsetQPSK)把QPSK两个正交支路的码元时间上错开Ts/2=Tb,这样两支路的符号不会同时发生变化,每经过Tb时间,只有一个支路的符号发生变化,因此相位的跳变就被限制在±90°,因而减小信号包络的波动幅度。
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它们的功率谱,OQPSK信号的功率谱和QPSK相同,因此有相同的带宽效率。与QPSK信号比较,OQPSK信号对放大器的非线性不那么敏感,信号的动态范围比较小,因此可以有较高的功率效率,同时不会引起副瓣功率显著的增加。在CDMA/IS-95系统中,移动台就使用这种调制方式向基站发送信号。
第三章
1.RPE-LTP的残差点对修正恢复信号有什么作用？
RPE-LTP本质上是一种前向线性预测编码，它使用4种13个脉冲的子序列中的一个代替残差信号，以使合成波形尽可能接近原始信号。通过对残差点信号的处理，可以使用过去子帧中经过处理后恢复的残差信号，对当前子帧的残差点信号进行预测。在GSM方案中，直接用代替残差信号的子序列作为规则码激励信号。
2.波形编码与参数编码的原理分别是什么？
波形编码技术是通过对语音波形进行采样、量化,然后用二进制码表示出来。它的宗旨是在解码端尽可能准确地恢复语音信号的原始波形。这种技术包括脉码调制(PCM)、差分脉码调制(DPCM)和增量调制(DM),以及自适应量化的差分脉码调制(ADPCM)、自适应增量调制(ADM)和自适应变换编码(ATC)、子带编码(SBC)技术。由于波形编码器结构比较简单,没有充分利用语音信号的冗余特性,只有在较高速率上才能得到满意的语音质量。而当编码速率降低到16kbit/s以下时,编码语音质量迅速下降,这类编码技术的算法结构简单,易于实现,且适应性强,可适应各种不同的信号。
缺点：信号的动态范围比较小。
π/4-QPSK：
优点：它有适度的相位跳变,与QPSK、OQPSK相比,π/4-QPSK的特点是相位跳变最大幅度大于OQPSK而小于QPSK,只有±45°(π/4)和±135°(3π/4),因此信号包络波动幅度大于OQPSK而小于QPSK。
一般用π/4-QPSK：
理由：在移动环境下,多经衰落使得相干检测十分困难,而且往往导致工作性能比相干检测更差,所以常常希望采用差分检测。在差分检测中,OQPSK的性能比QPSK差。为了兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检测,π/4-QPSK是一种很好的折衷。它有适度的相位跳变,与QPSK、OQPSK相比,π/4-QPSK的特点是相位跳变最大幅度大于OQPSK而小于QPSK,只有±45°(π/4)和±135°(3π/4),因此信号包络波动幅度大于OQPSK而小于QPSK。
a)传输到移动台的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的多个信号的叠加。因为电波通过各个路径的距离不同，所以各个路径电波到达接收机的时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接受端叠加，有时是同相叠加而加强，有时是反相叠加而减弱。这样接收信号的幅度将急剧变化，产生所谓的多径衰落。
b)相关带宽 ，其中 为rms时延扩展。
参数编码技术是以语音信号产生的数学模型为基础,根据输入语音信号分析出模型参数(主要是指表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数),然后在解码端根据这些模型参数来恢复语音。这种编码算法并不忠实地反映输入语音的原始波形,而是着眼于人耳的听觉特性,确保解码语音的可懂度和清晰度,基于这种编码技术的编码系统一般称之为声码器。其主要用在窄带信道上提供8kbit/s以下的低速率语音通信和一些对时延要求较宽的(如卫星通信等)场合。
原理图如下图所示：
4.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？
QPSK：
优点：QPSK信号比BPSK信号的频带效率高出一倍。
缺点：但当基带信号的波形是方波序列时,它含有较丰富的高频分量,所以已调信号功率谱的副瓣仍然很大,计算机分析表明信号主瓣的功率占90%,而99%的功率带宽约为10Rｓ。QPSK是一种相位不连续的信号,随着双码元的变化,在码元转换的时刻,信号的相位发生跳变。当两个支路的数据符号同时发生变化时,相位跳变±180°;当只有一个支路改变符号时,相位跳变±90°。
2.工作频率800MHz，移动速度60km/h，背离基地台运动时，多普勒频移为多大？
， ，带入数据得
3.什么是快衰落、什么是频率选择性衰落，其出现的原因分别是什么？
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小于多普勒扩展时，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，此衰落称为快衰落；
半双工：一方使用双工方式，另一方使用双频单工方式。这种方式，设备简单，功耗小，克服了通话断断续续的现象。但其操作仍不太方便，主要用于专业移动通信系统中。
7．解：
设x为话音信道数，y为数据信道数，则有 ，又因为x，y均为整数，所以解有以下三种情况：
分别求三种解形式下的每个T的通信话费的数学期望：
当 时，
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不一致，引起信号波形失真。频率选择性衰落是由信道中发送信号的时间色散引起的，当发送信号的带宽大于信道的相关带宽，由频域可以看出，不同频率获得不同增益时，信道会产生频率选择性衰落。
4.多径衰落的原因是什么？多径延时与相关带宽的关系是什么？多径延时与相关带宽对传输信号带宽有什么影响？
以t=0时刻为固定延时参考，由公式得平均附加延时为 微秒
rms实验扩展为
微秒
相关带宽为 190khz，若保证信号不发生频率选择性衰落，信号带宽应该小于相关带宽，所以该系统对AMPS业务合适，对GSM业务不合适，因为会出现频率选择性衰落。
14.信道的时间/频率弥散的原因，频率弥散和时间弥散的差异是什么？
（1） （对于QPSK信号， ）
（2）同理 （对于QPSK信号， ）
所以BPSK信号衰落的更快。
13.未归一化的时延谱如下图所示，试计算多径分布的平均附加时延和rms时延扩展。若信道相干带宽按照Bc=1/(2πστ)来计算，则该系统在不使用均衡器的条件下对AMPS（工作带宽30kHz）和GSM（工作带宽200kHz）业务是否合适。（提示：按照教材公式2.31-2.33来计算）
带入数值可得 ，Tc=1.35ms，Rb>1/ c,即Rb>740bit/s。
12.考虑两种情况：(1)v=20m/s,fc＝2GHz,Rb＝100kbps, BPSK调制；(2)v=5m/s,fc＝1GHz,Rb＝1Mbps, QPSK调制；试计算两种情况的FDT值分别是多少，并对比说明两种情况下哪种的衰落更快一些。
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，是大尺度慢衰落。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。
10.设两径模型中ht=10m，hr=2m，收发间距d=100m，求两路信号的相对延迟。