现代移动通信蔡跃明第三版思考题与习题参考答案chapter_6

1第六章思考题与习题1.试说明多址接入方式的基本原理，以及什么是FDMA、TDMA和CDMA方式？答：多址接入方式的基本原理利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，为了实现多址信号之间互不干扰，无线电信号之间必须满足正交特性。当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址(FDMA)方式；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址(TDMA)方式；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址(CDMA)方式。2.试说明FDMA系统的特点。答：FDMA系统有以下特点：（1）每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。（2）符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。（3）基站复杂庞大，重复设置收发信设备。（4）FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其它频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。（5）越区切换较为复杂和困难。3．试说明TDMA系统的特点。答：TDMA系统有以下特点：（1）突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为Rbit/s，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于NRbit/s。这是因为TDMA系统中需要较高的同步开销。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证。（2）发射信号速率随N的增大而提高，如果达到100kbit/s以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡，用以补偿传输失真。（3）TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此，采用时分双工时，可不需要双工器。（4）基站复杂性减小。（5）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量较大。（6）越区切换简单。4．蜂窝系统采用CDMA方式有哪些优越性?答：（1）CDMA系统的许多用户共享同一频率。（2）通信容量大。（3）容量的软特性。（4）由于信号被扩展在一较宽频谱上，所以可减小多径衰落。（5）在CDMA系统中，信道数据速率很高。（6）平滑的软切换和有效的宏分集。（7）低信号功率谱密度。5．设系统采用FDMA多址方式，信道带宽为25kHz。问在FDD方式下，系统同时支持100路双向话音传输，则需要多大系统带宽？解：每一路信号占用一个信道，又由于系统采用的是FDD方式，上下行链路各采用2一个信道，所以上下行链路各需要的系统带宽为2510025002.5kHzMHz6．什么是m序列？m序列的性质有哪些？答：m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m序列的性质①m序列一个周期内“1”和“0”的码元数大致相等(“1”比“0”只多一个)。②m序列中连续为“1”或“0”的那些元素称为游程。在一个游程中元素的个数称为游程长度。一个周期12Pn内，长度为1的游程占总游程数的1/2；长度为2的游程占1/4；长度为3的游程占1/8；这样，长度为k(1≤k≤n一1)的游程占总游程数的1/2k。在长度为k(1≤k≤2n)的游程中，连“1”的游程和“0”的游程各占一半，而且只有一个包含n一1个“0”的游程，也只有一个包含n个“1”的游程。③m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。④m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。7．空分多址的特点是什么？空分多址可否与FDMA、TDMA和CDMA相结合，为什么？答：空分多址的特点是：a)通过空间的分隔来区分不同的用户b)利用无线的方向性波束将小区划分成不同的子空间来实现空间的正交分割c)可以在不同的用户方向上形成不同的波束d)可以增加系统容量空分多址可以与FDMA、TDMA、CDMA相结合，因为在不同波束里的用户，干扰很小，在同一波束覆盖范围的不同用户就跟一般的蜂窝系统的一个小区差不多，在这个覆盖区域中，我们可以利于利用和FDMA、TDMA、CDMA相结合来进一步提高系统的容量。8．何为OFDMA？它有何特点？答：OFDMA是每个用户分配一个OFDM符号中的一个子载波或一组子载波，以子载波频率的不同来区分用户，是正交频分多址接入。OFDMA是一种灵活的多址方式，它具有以下特点：（1）OFDMA系统可以不受小区内的干扰。（2）OFDMA可以灵活地适应带宽的要求。（3）当用户的传输速率提高时，直扩CDMA的扩频增益有所降低，这样就会损失扩频系统的优势，而OFDMA可与动态信道分配技术相结合，以支持高速率的数据传输。9．何为OFDM-TDMA？它有何特点？答：OFDM-TDMA是OFDM调制技术与TDMA多址技术相结合而用来实现多用户OFDM系统。OFDM-TDMA多址接入有如下特点：（1）OFDM-TDMA方案在特定OFDM符号内将全部带宽分配给一个用户，该方案不可避免地存在带宽资源浪费、频率利用率较低和灵活性差等不足。（2）OFDM-TDMA方案的信令开销很大程度上取决于是否采用滤除具有较低信噪比子载波的技术和自适应调制/编码技术，采用这些技术虽然可以改善性能但也会增加信令开3销。10.简述OFDM与CDMA结合的必要性，并说明不同结合形式的原理与特点。答：当用户的传输速率提高时，直扩CDMA的扩频增益有所降低，这样就会损失扩频系统的优势，而OFDM可以解决信道的时间弥散性问题。CDMA技术和OFDM技术各有利弊，将二者结合起来，取长补短，以达到更好的通信传输效果。OFDM与CDMA结合有以下三种形式:(1)MC-DS-CDMA原理是发送数据序列（假定这个序列已经过映射、调制）首先经过串并变换变成Nc路并行输出，然后并行的每路数据由相同的短扩频码序列扩频，最后对这Nc路数据进行OFDM调制。特点是每个符号在多载波上传送，可以应用分集合并技术；比其它多载波扩频系统的实现更复杂。(2)MT-CDMA发射设备也利用给定扩频序列在时域扩频。但是，与MC-DS-CDMA不同的是串并转换后的数据先进行OFDM调制，然后再求和，最后再对求和信号进行长扩频序列的时域扩频。特点是对上行传输链路比较有利，因为它不需要用户间的同步(3)MC-CDMA系统采用频域扩频的方式。其基本过程是：每个信息符号由一个特定的扩频码片进行扩频，然后将扩频以后的每个符号调制到一个子载波上，因此，若扩频码的长度为cN，则对应的这cN个子载波传输的是相同的信息数据。特点：MC-CDMA具有最佳的频谱分布，抗干扰能力强，而且发射机的实现较简单，应用长扩频码在降低自干扰和多址干扰上取得的效果，可以与传统的CDMA系统的特性相比，检测器可以非相关地独立进行；各个子载波在同一物理信道中心部分的频谱叠加成分最多，频谱分布不均匀，导致调制信号要经历码间干扰和信道间干扰。11.如果一个GSM时隙由六个尾比特，8.25个保护比特，26个训练比特和2组业务码组组成，其中每一业务码组由58比特组成，试求帧效率。解：一个GSM时隙长为68.2526582156.25()N个比特，每一个时隙传输的业务码比特为116个，所以帧的效率为%24.74%100825.156811612.试述CSMA多址协议与ALOHA多址协议的区别与联系。答：ALOHA协议是任何一个用户随时有数据分组要发送，它就立刻接入信道进行发送。发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方的认可应答，则重发刚发的数据分组。由于在同一信道上，多个用户独立随机地发送分组，就会出现多个分组发生碰撞的情况，碰撞的分组经过随机时延后重传。在CSMA协议中，每个节点在发送前，首先要侦听信道是否有分组在传输。若信道空闲(没有检测到载波)，才可以发送；若信道忙，则按照设定的准则推迟发送。在ALOHA协议中，各个节点的发射是相互独立的，即各节点的发送与否与信道状态无关。CSMA协议是在ALOHA协议的基本原理的基础上，为了提高信道的通过量，减少碰撞概率，而出现的一种多址协议。13.试证明ALOHA协议的最大通过率为1/(2e)。证明：在稳定条件下，吞吐量S与网络G的关系为][成功发送PGS4200[][T]P[TPP成功发送连续两个到达间隔（到达间隔]）我们在这里假设是泊松到达，所以到达间隔时间的概率密度为ta(t)e其中的为平均到达率，0GT所以有000TT0GP[T]=a(t)dt=TGtTGedte到达间隔再结合式200[][T]P[TPP成功发送连续两个到达间隔（到达间隔]）可得再联立式2[]GPe成功发送][成功发送PGS可得最后的吞吐量为2GSGe当0.5G时，1/2Se已到达最大值，所以纯ALOHA协议的吞吐量最大可达到1/2e即ALOHA协议的最大通过率为max1/2Se14.减少CDMA系统各用户间干扰的方法主要有那些？答：减少CDMA系统各用户间干扰的方法主要有：功率控制、分集、扩频技术和多用户检测技术等。15.CDMA容量的计算：W＝1MHz，R＝2Mbps，最小可接受的Eb/N0为10dB，求出分别使用（a）和（b）两种技术在一个单小区CDMA系统中时，所能支持的最大用户数。（a）全向基站天线和没有语音激活检测，（b）在基站有3个扇区和α＝0.25的语音激活检测。假设系统是干扰受限的。解：（a）由CDMA系统单小区容量公式：和题中已知条件可得：66110/21011.05110N(b)由CDMA系统多小区容量公式：和题中已知条件可得11/2(1)33.630.2510sN0/1(/)/bWRNSEN'01/(1)/sbWRNGEN