移動(dòng)通信技術(shù)及應(yīng)用 課后習(xí)題答案1-3章

第1章1.（1）移動(dòng)通信（mobilecommunications）溝通移動(dòng)用戶與固定點(diǎn)用戶之間或移動(dòng)用戶之間的通信方式。通信雙方有一方或兩方處于運(yùn)動(dòng)中的通信。包括陸、海、空移動(dòng)通信。采用的頻段遍及低頻、中頻、高頻、甚高頻和特高頻.（2）移動(dòng)通信的特點(diǎn)：具有多徑衰落現(xiàn)象；強(qiáng)干擾條件下工作；具有多普勒效應(yīng)；具有跟蹤交換技術(shù)；陰影效應(yīng)；對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格。2.移動(dòng)通信的工作方式有：（1）單工方式，又可分為同頻單工和異頻單工；該方式的優(yōu)點(diǎn)：移動(dòng)臺(tái)之間可直接通信，無(wú)需基站轉(zhuǎn)發(fā)；設(shè)備簡(jiǎn)單，功耗小。缺點(diǎn)：操作不便，如配合不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)通話斷續(xù)；若在同一地區(qū)有多個(gè)電臺(tái)使用相同頻率，會(huì)造成嚴(yán)重干擾。（2）全雙工方式，特點(diǎn)通信雙方收發(fā)信機(jī)均可同時(shí)工作，在任一方發(fā)話的同時(shí)，也能收到對(duì)方的話音，無(wú)需“按—講”開(kāi)關(guān)，類(lèi)同于平時(shí)打市話，使用自然，操作方便；（3）半雙工方式，該方式的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、功耗小、克服了通話斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象，但按鍵操作仍不大方便。3.我國(guó)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的工作頻率分配見(jiàn)P10表1-2及國(guó)內(nèi)5G頻譜分配情況。4.蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成一般由移動(dòng)臺(tái)（MS）、基站（BS）、移動(dòng)交換中心（MSC）及與公用交換電話網(wǎng)（PSTN）相連的中繼線等單元組成，如圖1-6所示。5.蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中常用的多址方式有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。頻分多址（FDMA）：FDMA把可以使用的總頻段劃分成為若干個(gè)占用較小帶寬的等間隔的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個(gè)頻道就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶。其寬度能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息，而在相鄰頻道之間無(wú)明顯的串?dāng)_。該多址方式有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）單路單載頻。每個(gè)頻道一對(duì)頻率，只可傳送一路語(yǔ)音，頻率利用率低，系統(tǒng)容量有限。（2）信息連續(xù)傳輸。系統(tǒng)分配給移動(dòng)臺(tái)和基站一對(duì)FDMA信道，它們利用此頻道連續(xù)傳輸信號(hào)，直到通話結(jié)束，信道收回。（3）需要周密的頻率計(jì)劃，頻率分配工作復(fù)雜。（4）基站有多部不同頻率的收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，基站的硬件配置取決于頻率計(jì)劃和頻道配置。（5）技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單；但頻率利用率低，系統(tǒng)容量小。（6）單純的FDMA只能用于模擬蜂窩系統(tǒng)中。時(shí)分多址（TDMA）：在時(shí)分多址系統(tǒng)中，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙（幀或時(shí)隙互不重疊），每一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，然后根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)。該多址方式有如下主要特點(diǎn)：（1）每載頻多路信道。TDMA系統(tǒng)在每一頻率上產(chǎn)生多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)信道，在基站控制分配下，可為任意一移動(dòng)用戶提供電話或非話業(yè)務(wù)。（2）利用突發(fā)脈沖序列傳輸。移動(dòng)臺(tái)信號(hào)功率的發(fā)射是不連續(xù)的，只是在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列。（3）傳輸速率高，自適應(yīng)均衡。每載頻含有時(shí)隙多，則頻率間隔寬，傳輸速率高，但數(shù)字傳輸帶來(lái)了時(shí)間色散，使時(shí)延擴(kuò)展加大，故必須采用自適應(yīng)均衡技術(shù)。（4）傳輸開(kāi)銷(xiāo)大。由于TDMA分成時(shí)隙傳輸，使得收信機(jī)在每一突發(fā)脈沖序列上都得重新獲得同步。為了把一個(gè)時(shí)隙和另一個(gè)時(shí)隙分開(kāi)，保護(hù)時(shí)間也是必須的。因此，TDMA系統(tǒng)通常比FDMA系統(tǒng)需要更多的開(kāi)銷(xiāo)。

（5）對(duì)于新技術(shù)是開(kāi)放的。例如當(dāng)話音編碼算法的改進(jìn)而降低比特速率時(shí)，TDMA系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術(shù)。（6）共享設(shè)備的成本低。由于每個(gè)載頻為多個(gè)客戶提供服務(wù)，所以TDMA系統(tǒng)共享設(shè)備的每客戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。（7）移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)較復(fù)雜。它比FDMA系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)完成更多的功能，需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。碼分多址（CDMA）：不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分的，而是用不同的碼型（也稱為地址碼）來(lái)區(qū)分，系統(tǒng)中所使用的地址碼必須相互（準(zhǔn)）正交，以區(qū)別地址。在該方式中，碼型即為信道。該多址方式特點(diǎn)如下：（1）系統(tǒng)具有軟容量，能實(shí)現(xiàn)多媒體通信。（2）語(yǔ)音質(zhì)量高，抗干擾能力強(qiáng)。（3）無(wú)需防護(hù)間隔。（4）實(shí)現(xiàn)低功耗。（5）建網(wǎng)成本下降。空分多址（SDMA）：空分多址利用無(wú)線電波束在空間的不重疊分割構(gòu)成不同的信道，將這些空間信道分配給不同地址的用戶使用，空間波束與用戶具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，依波束的空間位置區(qū)分來(lái)自不同地址的用戶信號(hào)，從而完成的多址連接。在移動(dòng)通信中，能實(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束。6.FDMA即為頻分多址，用頻率區(qū)分不同的用戶。FDD即為頻分雙工，用頻率區(qū)分收和發(fā)。單用戶單向通信帶寬需求為25kHz時(shí)，單用戶雙工通信則需要50kHz的帶寬。200路（200用戶）需要200*50kHz=10000kHz=10MHz的帶寬（不考慮雙工間隔、保護(hù)帶的情況）7.所謂分集技術(shù)是指接收端對(duì)它收到的多個(gè)衰落特性互相獨(dú)立（攜帶同一個(gè)信息數(shù)據(jù)流）的信號(hào)進(jìn)行特定的處理，以降低信號(hào)電平起伏的方法。其基本思想是：將接收到的多徑信號(hào)分離成獨(dú)立的多路信號(hào)，然后將這些多路分離信號(hào)的能量按一定規(guī)則合并起來(lái)，使接收的有用信號(hào)能量最大，使接收的數(shù)字信號(hào)誤碼率最小。常用的分集技術(shù)有時(shí)間分集；頻率分集；空間分集；極化分集。8.移動(dòng)通信的組網(wǎng)制式有大區(qū)制和小區(qū)制。大區(qū)制的主要優(yōu)點(diǎn)是建網(wǎng)簡(jiǎn)單、投資少、見(jiàn)效快，在用戶數(shù)較少的地域非常合適。但為了避免相互之間的干擾，服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有頻率均不能重復(fù)使用，因而這種體制的頻率利用率及用戶數(shù)都受到了限制。為了滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求，在頻率有限的條件下，必須采用小區(qū)制的組網(wǎng)方式。小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾。其次是由于基站功率減小，也使相互之間的干擾減小了。所以公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制。9.在研究無(wú)線區(qū)域服務(wù)網(wǎng)的劃分與組成時(shí)，涉及到無(wú)線區(qū)的形狀，它取決于電波傳播條件和地形地物，所以小區(qū)的劃分應(yīng)根據(jù)環(huán)境和地形條件而定。為了研究方便，假定整個(gè)服務(wù)區(qū)的地形地物相同，并且基站采用全向天線，它的覆蓋區(qū)大體是一個(gè)圓，即無(wú)線區(qū)是圓形的。又考慮到多個(gè)小區(qū)彼此鄰接來(lái)覆蓋整個(gè)區(qū)域，用圓內(nèi)接正多邊形代替圓。圓內(nèi)接正多邊形彼此鄰接來(lái)覆蓋整個(gè)區(qū)域而沒(méi)有重疊和間隙的幾何形狀只有三種可能的選擇：正六邊形、正方形和正三角形.通過(guò)比較結(jié)果可以看出，正六邊形小區(qū)的中心距離最大，覆蓋面積也最大，重疊區(qū)面積最小，即對(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，從而所需的頻率個(gè)數(shù)也最少，因此采用正六邊形組網(wǎng)是最經(jīng)濟(jì)的方式。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此把小區(qū)形狀為六邊形的小區(qū)制移動(dòng)通信稱為移動(dòng)蜂窩網(wǎng)。區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：①無(wú)線區(qū)群之間彼此鄰接并且無(wú)空隙地覆蓋整個(gè)面積；②相鄰無(wú)線區(qū)群中，同頻小區(qū)之間的距離相等且為最大。滿足上述兩個(gè)條件的區(qū)群形狀和區(qū)群個(gè)數(shù)不是任意的?？梢宰C明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)滿足下式：10.多信道共用方式如圖1-37（b）所示。在這種方式下，該小區(qū)內(nèi)的10個(gè)信道被110個(gè)用戶共用。當(dāng)k（k<10）個(gè)信道被占用時(shí)，其他需要通話的用戶可以選擇剩下的（10-k）中的任意一個(gè)空閑信道通信。多信道共用方式可大大提高信道利用率。第二章1.GSM系統(tǒng)的組成框圖及各部分功能P39圖2-1所示。2.A接口：BSC與MSC之間的接口為A接口，采用14位地址方式。其物理鏈接通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。此接口主要傳遞呼叫處理、移動(dòng)性管理、基站管理、移動(dòng)臺(tái)管理等信息。Abis接口：是基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺(tái)BTS之間的通信接口，Abis接口支持向客戶提供的所有服務(wù)，并支持對(duì)BTS無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線頻率的分配。其物理鏈接通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s或者64kbit/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。Um接口：又稱為空中接口，它是移動(dòng)臺(tái)和基站收發(fā)信臺(tái)BTS之間的接口，用于移動(dòng)臺(tái)和GSM系統(tǒng)設(shè)備間的互通，其物理鏈接通過(guò)無(wú)線鏈路實(shí)現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理和連接管理等。3.語(yǔ)音間斷傳輸?shù)哪康闹饕墙档拖到y(tǒng)中總的干擾電平以提高系統(tǒng)效率。4.913.6MHz，958.6MHz；893MHz，938MHz；5.GSM系統(tǒng)中邏輯信道的分類(lèi)及各部分作用間P47圖2-9所示。6.邏輯信道如何映射到物理信道上，見(jiàn)P49.7.GSM系統(tǒng)中時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)P46圖2-7.8.位置更新的類(lèi)型有不同MSC業(yè)務(wù)區(qū)間的位置更新、相同MSC不同位置區(qū)的位置更新。9.越區(qū)切換的類(lèi)型有同一BSC內(nèi)不同小區(qū)之間的切換、同一MSC不同BSC間的切換和不同MSC之間的小區(qū)切換。10.CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和移動(dòng)臺(tái)(MS)三大部分組成。11.為了解決“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題，必須根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)射機(jī)所需的功率，這就是“功率控制”。12.開(kāi)環(huán)功率控制只是對(duì)MS發(fā)送電平的粗略估計(jì)，因此它的反應(yīng)不能太快，也不能太慢。開(kāi)環(huán)功率控制是為了補(bǔ)償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應(yīng)，它必須要有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍。根據(jù)CDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)達(dá)到±32dB的動(dòng)態(tài)范圍。開(kāi)環(huán)功率控制簡(jiǎn)單、直接，不需在移動(dòng)臺(tái)和基站之間交換控制信息，同時(shí)控制速度快并節(jié)省開(kāi)銷(xiāo)。閉環(huán)功率控制是指由基站來(lái)檢測(cè)MS的信號(hào)強(qiáng)度或信噪比，根據(jù)測(cè)試結(jié)果與預(yù)定值比較，產(chǎn)生功率調(diào)整指令，MS根據(jù)基站發(fā)送的功率調(diào)整指令（功率控制比特?cái)y帶的信息）來(lái)調(diào)整MS發(fā)射功率的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中基站起著很重要的作用。閉環(huán)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對(duì)MS的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正，以使MS保持最理想的發(fā)射功率。這種對(duì)開(kāi)環(huán)的迅速糾正解決了下行鏈路和上行鏈路間增益允許度和傳輸損耗不一樣的問(wèn)題。13.在上行信道中，長(zhǎng)度為242-1的m序列被用作對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（注意不是被用作擴(kuò)頻，在前向信道中使用正交的Walsh函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻）。長(zhǎng)度為215-1的m序列被用于對(duì)前向信道進(jìn)行正交調(diào)制，不同的基站采用不同相位的m序列進(jìn)行調(diào)制，其相位差至少為64個(gè)碼片，這樣最多可有512個(gè)不同的相位可用。在下行CDMA信道中，長(zhǎng)度為242-1的m序列被用作直接擴(kuò)頻，每個(gè)用戶被分配一個(gè)m序列的相位，這個(gè)相位是由用戶的ESN計(jì)算出來(lái)的，這些相位是隨機(jī)分別且不會(huì)重復(fù)的，這些用戶的反向信道之間基本是正交的。長(zhǎng)度為215-1的PN碼也被用于對(duì)反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行正交調(diào)制，但因?yàn)樵诜聪蛞驗(yàn)樾诺郎喜恍枰獦?biāo)識(shí)屬于哪個(gè)基站，所以對(duì)于所有移動(dòng)臺(tái)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網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)P80圖3-2.2.UTRAN的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。UTRAN由一組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（RNS：RadioNetworkSubsystem）組成，每一個(gè)RNS包括一個(gè)RNC和一個(gè)或多個(gè)NodeB，NodeB和RNC之間通過(guò)Iub接口進(jìn)行通信，RNC之間通過(guò)Iur接口進(jìn)行通信，RNC則通過(guò)Iu接口和核心網(wǎng)相連。3.核心網(wǎng)（CN）邏輯上分為CS域（電路交換域）、PS域（分組交換域），R5中又引入了IP多媒體子系統(tǒng)，包含了支持網(wǎng)絡(luò)特性和電信業(yè)務(wù)的物理實(shí)體，提供用戶位置信息的管理、網(wǎng)絡(luò)特性和業(yè)務(wù)的控制、信令和用戶產(chǎn)生的信息的傳送機(jī)制，負(fù)責(zé)建立終端和相關(guān)固定電話網(wǎng)絡(luò)之間，以及終端和終端之間的通信。4.采用擴(kuò)頻通信的目的：(1)提高信號(hào)抗多徑傳輸效應(yīng)的能力。由于擴(kuò)譜調(diào)制采用的擴(kuò)譜碼可以用來(lái)分離多徑信號(hào)，所以有可能提高抗多徑傳輸?shù)哪芰Α?2)提高抗窄帶干擾的能力，特別是對(duì)付有意的干擾。這些干擾信道的功率都集中在較窄的頻帶內(nèi)，所以對(duì)于寬帶的擴(kuò)頻信號(hào)影響不大。(3)提高信號(hào)隱藏能力。將發(fā)射信號(hào)掩藏在背景噪聲中，可以有效的防止竊聽(tīng)。擴(kuò)頻信號(hào)的發(fā)射功率雖然不是很小，但是功率譜密度可以很小，使之低于噪聲的功率譜密度，所以使偵聽(tīng)者很難發(fā)現(xiàn)。(4)提供多個(gè)用戶共用同一頻帶的能力。在一個(gè)很寬的頻帶中，可以容納多個(gè)用戶的擴(kuò)譜信號(hào)，這些信號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼，因此可以用碼分多址的原理，區(qū)分各個(gè)用戶的信號(hào)。5.每一TD-SCDMA子幀又分成長(zhǎng)度為675μs的7個(gè)常規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙。這三個(gè)特殊時(shí)隙分別為下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS）、保護(hù)時(shí)隙（GP）和上行導(dǎo)頻時(shí)隙（UpPTS）。在7個(gè)常規(guī)時(shí)隙中，TS0總是分配給下行鏈路，而TS1總是分配給上行鏈路。上行時(shí)隙和下行時(shí)隙之間由轉(zhuǎn)換點(diǎn)分開(kāi)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，每個(gè)5ms的子幀有兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)即上行鏈路（UL，UpLink）到下行鏈路（DL，DownLink），和下行鏈路到上行鏈路。通過(guò)靈活的配置上下行時(shí)隙的個(gè)數(shù)，使TD-S