移动通信技术及应用 课后习题答案1-3章

第1章1.（1）移动通信（mobilecommunications）沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式。通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频.（2）移动通信的特点：具有多径衰落现象；强干扰条件下工作；具有多普勒效应；具有跟踪交换技术；阴影效应；对设备要求严格。2.移动通信的工作方式有：（1）单工方式，又可分为同频单工和异频单工；该方式的优点：移动台之间可直接通信，无需基站转发；设备简单，功耗小。缺点：操作不便，如配合不当，会出现通话断续；若在同一地区有多个电台使用相同频率，会造成严重干扰。（2）全双工方式，特点通信双方收发信机均可同时工作，在任一方发话的同时，也能收到对方的话音，无需“按—讲”开关，类同于平时打市话，使用自然，操作方便；（3）半双工方式，该方式的优点：设备简单、功耗小、克服了通话断断续续的现象，但按键操作仍不大方便。3.我国数字蜂窝移动通信的工作频率分配见P10表1-2及国内5G频谱分配情况。4.蜂窝移动通信系统的组成一般由移动台（MS）、基站（BS）、移动交换中心（MSC）及与公用交换电话网（PSTN）相连的中继线等单元组成，如图1-6所示。5.蜂窝移动系统中常用的多址方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。频分多址（FDMA）：FDMA把可以使用的总频段划分成为若干个占用较小带宽的等间隔的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。其宽度能传输一路话音或数据信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。该多址方式有如下几个特点：（1）单路单载频。每个频道一对频率，只可传送一路语音，频率利用率低，系统容量有限。（2）信息连续传输。系统分配给移动台和基站一对FDMA信道，它们利用此频道连续传输信号，直到通话结束，信道收回。（3）需要周密的频率计划，频率分配工作复杂。（4）基站有多部不同频率的收发信机同时工作，基站的硬件配置取决于频率计划和频道配置。（5）技术成熟，设备简单；但频率利用率低，系统容量小。（6）单纯的FDMA只能用于模拟蜂窝系统中。时分多址（TDMA）：在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（帧或时隙互不重叠），每一个时隙就是一个通信信道，然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号。该多址方式有如下主要特点：（1）每载频多路信道。TDMA系统在每一频率上产生多个时隙，每个时隙就是一个信道，在基站控制分配下，可为任意一移动用户提供电话或非话业务。（2）利用突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射脉冲序列。（3）传输速率高，自适应均衡。每载频含有时隙多，则频率间隔宽，传输速率高，但数字传输带来了时间色散，使时延扩展加大，故必须采用自适应均衡技术。（4）传输开销大。由于TDMA分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，TDMA系统通常比FDMA系统需要更多的开销。

（5）对于新技术是开放的。例如当话音编码算法的改进而降低比特速率时，TDMA系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。（6）共享设备的成本低。由于每个载频为多个客户提供服务，所以TDMA系统共享设备的每客户平均成本与FDMA系统相比是大大降低了。（7）移动台设计较复杂。它比FDMA系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信号处理。码分多址（CDMA）：不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用不同的码型（也称为地址码）来区分，系统中所使用的地址码必须相互（准）正交，以区别地址。在该方式中，码型即为信道。该多址方式特点如下：（1）系统具有软容量，能实现多媒体通信。（2）语音质量高，抗干扰能力强。（3）无需防护间隔。（4）实现低功耗。（5）建网成本下降。空分多址（SDMA）：空分多址利用无线电波束在空间的不重叠分割构成不同的信道，将这些空间信道分配给不同地址的用户使用，空间波束与用户具有一一对应关系，依波束的空间位置区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同用户方向上形成不同的波束。6.FDMA即为频分多址，用频率区分不同的用户。FDD即为频分双工，用频率区分收和发。单用户单向通信带宽需求为25kHz时，单用户双工通信则需要50kHz的带宽。200路（200用户）需要200*50kHz=10000kHz=10MHz的带宽（不考虑双工间隔、保护带的情况）7.所谓分集技术是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一个信息数据流）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的方法。其基本思想是：将接收到的多径信号分离成独立的多路信号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，使接收的数字信号误码率最小。常用的分集技术有时间分集；频率分集；空间分集；极化分集。8.移动通信的组网制式有大区制和小区制。大区制的主要优点是建网简单、投资少、见效快，在用户数较少的地域非常合适。但为了避免相互之间的干扰，服务区内的所有频率均不能重复使用，因而这种体制的频率利用率及用户数都受到了限制。为了满足用户不断增长的需求，在频率有限的条件下，必须采用小区制的组网方式。小区制最大的优点是有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。其次是由于基站功率减小，也使相互之间的干扰减小了。所以公用移动电话网均采用这种体制。9.在研究无线区域服务网的划分与组成时，涉及到无线区的形状，它取决于电波传播条件和地形地物，所以小区的划分应根据环境和地形条件而定。为了研究方便，假定整个服务区的地形地物相同，并且基站采用全向天线，它的覆盖区大体是一个圆，即无线区是圆形的。又考虑到多个小区彼此邻接来覆盖整个区域，用圆内接正多边形代替圆。圆内接正多边形彼此邻接来覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状只有三种可能的选择：正六边形、正方形和正三角形.通过比较结果可以看出，正六边形小区的中心距离最大，覆盖面积也最大，重叠区面积最小，即对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，从而所需的频率个数也最少，因此采用正六边形组网是最经济的方式。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形状为六边形的小区制移动通信称为移动蜂窝网。区群的构成应满足两个条件：①无线区群之间彼此邻接并且无空隙地覆盖整个面积；②相邻无线区群中，同频小区之间的距离相等且为最大。满足上述两个条件的区群形状和区群个数不是任意的。可以证明，区群内的小区数满足下式：10.多信道共用方式如图1-37（b）所示。在这种方式下，该小区内的10个信道被110个用户共用。当k（k<10）个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩下的（10-k）中的任意一个空闲信道通信。多信道共用方式可大大提高信道利用率。第二章1.GSM系统的组成框图及各部分功能P39图2-1所示。2.A接口：BSC与MSC之间的接口为A接口，采用14位地址方式。其物理链接通过采用标准的2.048Mbit/s的PCM数字传输链路来实现。此接口主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。Abis接口：是基站控制器BSC和基站收发信台BTS之间的通信接口，Abis接口支持向客户提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。其物理链接通过采用标准的2.048Mbit/s或者64kbit/sPCM数字传输链路来实现。Um接口：又称为空中接口，它是移动台和基站收发信台BTS之间的接口，用于移动台和GSM系统设备间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和连接管理等。3.语音间断传输的目的主要是降低系统中总的干扰电平以提高系统效率。4.913.6MHz，958.6MHz；893MHz，938MHz；5.GSM系统中逻辑信道的分类及各部分作用间P47图2-9所示。6.逻辑信道如何映射到物理信道上，见P49.7.GSM系统中时隙帧结构见P46图2-7.8.位置更新的类型有不同MSC业务区间的位置更新、相同MSC不同位置区的位置更新。9.越区切换的类型有同一BSC内不同小区之间的切换、同一MSC不同BSC间的切换和不同MSC之间的小区切换。10.CDMA蜂窝移动通信系统的主要由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和移动台(MS)三大部分组成。11.为了解决“远近效应”问题，必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，这就是“功率控制”。12.开环功率控制只是对MS发送电平的粗略估计，因此它的反应不能太快，也不能太慢。开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须要有一个很大的动态范围。根据CDMA空中接口标准，至少应达到±32dB的动态范围。开环功率控制简单、直接，不需在移动台和基站之间交换控制信息，同时控制速度快并节省开销。闭环功率控制是指由基站来检测MS的信号强度或信噪比，根据测试结果与预定值比较，产生功率调整指令，MS根据基站发送的功率调整指令（功率控制比特携带的信息）来调整MS发射功率的过程。在这个过程中基站起着很重要的作用。闭环的设计目标是使基站对MS的开环功率估计迅速做出纠正，以使MS保持最理想的发射功率。这种对开环的迅速纠正解决了下行链路和上行链路间增益允许度和传输损耗不一样的问题。13.在上行信道中，长度为242-1的m序列被用作对业务信道进行扰码（注意不是被用作扩频，在前向信道中使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为215-1的m序列被用于对前向信道进行正交调制，不同的基站采用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个码片，这样最多可有512个不同的相位可用。在下行CDMA信道中，长度为242-1的m序列被用作直接扩频，每个用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户的ESN计算出来的，这些相位是随机分别且不会重复的，这些用户的反向信道之间基本是正交的。长度为215-1的PN码也被用于对反向业务信道进行正交调制，但因为在反向因为信道上不需要标识属于哪个基站，所以对于所有移动台而言都使用同一相位的m序列，其相位偏置是0。14.略。第三章1.UMTS网络结构模型见P80图3-2.2.UTRAN的结构如图3-3所示。UTRAN由一组无线网络子系统（RNS：RadioNetworkSubsystem）组成，每一个RNS包括一个RNC和一个或多个NodeB，NodeB和RNC之间通过Iub接口进行通信，RNC之间通过Iur接口进行通信，RNC则通过Iu接口和核心网相连。3.核心网（CN）逻辑上分为CS域（电路交换域）、PS域（分组交换域），R5中又引入了IP多媒体子系统，包含了支持网络特性和电信业务的物理实体，提供用户位置信息的管理、网络特性和业务的控制、信令和用户产生的信息的传送机制，负责建立终端和相关固定电话网络之间，以及终端和终端之间的通信。4.采用扩频通信的目的：(1)提高信号抗多径传输效应的能力。由于扩谱调制采用的扩谱码可以用来分离多径信号，所以有可能提高抗多径传输的能力。(2)提高抗窄带干扰的能力，特别是对付有意的干扰。这些干扰信道的功率都集中在较窄的频带内，所以对于宽带的扩频信号影响不大。(3)提高信号隐藏能力。将发射信号掩藏在背景噪声中，可以有效的防止窃听。扩频信号的发射功率虽然不是很小，但是功率谱密度可以很小，使之低于噪声的功率谱密度，所以使侦听者很难发现。(4)提供多个用户共用同一频带的能力。在一个很宽的频带中，可以容纳多个用户的扩谱信号，这些信号采用不同的扩频码，因此可以用码分多址的原理，区分各个用户的信号。5.每一TD-SCDMA子帧又分成长度为675μs的7个常规时隙和3个特殊时隙。这三个特殊时隙分别为下行导频时隙（DwPTS）、保护时隙（GP）和上行导频时隙（UpPTS）。在7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开。在TD-SCDMA系统中，每个5ms的子帧有两个转换点即上行链路（UL，UpLink）到下行链路（DL，DownLink），和下行链路到上行链路。通过灵活的配置上下行时隙的个数，使TD-S