无线通信原理期末复习提纲

一.名词解释

1.同频再用距离

在满足一定通信质量的条件下，允许使用相同频道的无线区之间的最小距离为同频道再用的最小安全距离，简称同频再用距离所谓安全是指接收机输入端的有用信号与同频干扰的比值必须大于射频防护比。

2.多径效应

指电磁波经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来信号失真，或者产生错误。多径效应引起的衰落是一种小尺度衰落，其主要效应表现为：

• 信号强度随距离（或时间）在短距离（或短时间间隔）内发生急剧变化。
• 多径信号不同的多普勒频移引起随机频率调制，或频率色散。
• 多径传播不同时延引起的时间弥散，不同到达角度引起角度色散。

3.多普勒效应

由于移动台的高速移动而产生的传播信号频率的扩散。多普勒效应引起的多普勒频移可以表示为：fd=（v/λ）*cosθ ，fd为频率的偏移量
（v为移动速度，λ为波长，θ为入射波与移动台移动方向的夹角）

4.区群

将整个移动通信双工频率对均匀地分成Z组，将这Z组频率对分别由相互邻接的Z个小区基站来使用，每个基站分配一组。这Z个数目较小且相互邻接的基站称为一个无线区群组，简称区群。

5.越区切换

越区切换是指将当前正在通信的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站；或者由于外界干扰造成通话质量下降时，将原通信信道转移到新的空闲信道上，以保证与网络持续连接的过程。

6.OFDMA

OFDMA，全称为Orthogonal Frequency Division Multiple Access，是指正交频分多址 。
OFDMA是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合。在利用OFDM对信道进行副载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。

7.OFDM

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，将输入的高速数据流拆分成N个并行的速率相等的低速子数据流，即并行子信道。通过频分复用实现高速串行数据的并行传输, 它具有较好的抗多径衰落的能力，能够支持多用户接入。

8.TDMA

时分多址（Time division multiple access，缩写：TDMA） 是一种为实现共享传输介质（一般是无线电领域）或者网络的通信技术。它允许多个用户在不同的时间片（时隙）来使用相同的频率。用户迅速的传输，一个接一个，每个用户使用他们自己的时间片。这允许多用户共享同样的传输媒体

9.FDD

FDD（Frequency Division Duplexing ），即频分双工，是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，该模式工作在对称频带上。FDD适用于为每个用户提供单个无线频率信道的无线通信系统。

10.CSMA

载波侦听多址，全称Carrier Sense Multiple Access (CSMA)，是一种允许多个设备在同一信道发送信号的协议，其中的设备监听其它设备是否忙碌，只有在线路空闲时才发送。

二.简答题与计算

第一章

1.蜂窝网基本原理：

蜂窝移动通信系统采用小区制代替大区制，用较小功率且数量众多的发射机进行覆盖，实现了频率空间再用。其原理是由于各小区在通信时所使用的功率较小，因为任意两个小区只要相互之间的空间距离大于某一数值，即便使用相同的频道也不会产生明显的同道干扰。各区群内使用不同频道通信，而不同区群间的小区可重复利用频道。

2.集群通信系统：

概念：集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术。属于调度性专用通信网。
集群方式：

• 消息集群
• 传输集群
• 准传输集群

第二章

1.相干带宽

相干带宽Bc是一频率范围的统计度量值，在此频率范围内，信道可认为是平坦的，即此范围内所有频率分量具有近似相等的增益和线性相位。即在频率间隔Δf<Bc的范围内，两频率分量具有很强的幅度相关性，而频率间隔Δf>Bc的两频率分量，受信道影响不大或近似独立。在通信系统中，要求信号的带宽小于相干带宽，当大于相干带宽时，会产生频率选择性衰落。相干带宽越大越好。

相干带宽Bc=1/Δ(t)，其中Δ(t)为多径时延扩展。

2.相干时间

相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值，即相干时间是指一段时间间隔，在此间隔内两个到达信号具有很强的相关性，而大于此时间间隔，两个信号的衰落特性彼此独立。Tc=1/Bd（Bd为多普勒扩展）

定义相干时间一般是用来划分时间非选择性衰落信道和时间选择性衰落信道，或叫慢衰落信道和快衰落信道的量化参数。如果信道的最大多普勒频移为fm，那么信道的相干时间Tc=0.423/fm。若发射信号的符号周期T<Tc，那么认为接收信号经历的是慢衰落，即h(t)在若干个符号间隔内保持不变；若发射信号的符号周期T>Tc，那么认为接收信号经历的是快衰落，即h(t)的变化速度快与符号速率，此时如果对信道进行比较精确的估计或是均衡都是十分困难的。

3.传播损耗中值的计算

自由空间传播损耗：
$$Lfs（dB）=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)$$

$$(d为传播距离单位km，f为工作频率单位MHz)$$

中等起伏的市区传播损耗中值：
$$LT（dB）=Lfs+Am-Hb-Hm$$

$$(Am为市区基本损耗，Hb为基站天线高度增益因子，Hm为移动台天线高度增益因子)$$

中等起伏的市区中接收信号的功率中值Pp：

$$[Pp]=[PT]+[Gb]+[Gm]-LT$$
$$(Gb为基站天线增益，Gm为移动台天线增益）$$

第三章

1.星座图的意义和复数表示

• 星座点与原点的距离：表示复包络值的大小
• 星座点与原点连线的夹角：表示复包络的相位
• 两个星座点的中心距离：表示信号之间的差异
• MPSK星座点的复数表示：
  $$di=A[cos(\frac{2\pi i}{M}+{\theta }_0)+jsin(\frac{2\pi i}{M}+{\theta }_0)]$$

2.星座图的最大相位转移

$$OQPSK最大相位转移为:\frac{\pi }{2}$$
$$\frac{\pi }{4}OQPSK最大相位转移为:\frac{3\pi }{4}$$
$$QPSK最大相位转移为:\pi$$

3.MQAM星座点平均直接相邻数

$$\stackrel{-}{n}=\frac{4(\sqrt{M}-2{)}^2+12(\sqrt{M}-2)+8}{M}$$
$$其中M为星座图上总星座点的个数$$

4.16PSK星座图与16QAM星座图的比较

(1)16PSK

• 优点:星座点在同一同心圆上分布均匀，已调波包络恒定，不易产生失真。
• 缺点:星座点间最小距离较小，抽样判决时容易发生误判，误码率较大。

(2)16QAM

• 优点：星座点间最小距离较大，不易发生误判，误码率低。
• 缺点：已调波包络起伏大，通过非线性器件时易产生三阶互调效应而失真。

第四章

1.分集技术

分集技术分为分散传输和集中接收两个部分。所谓分散传输是使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。集中接收是接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(选择与组合)以降低衰落的影响。

宏分集与微分集的概念：

• 宏分集：减小慢衰落影响的分集技术，用来对抗阴影效应。
• 微分集：减小快衰落影响的分集技术，用来对抗多径衰落。

2.均衡技术

均衡是指各种用来克服码间干扰的算法和实现方法。均衡是对信道特性的均衡，即在接收端设计一个称为均衡器的网络，均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减少或消除码间干扰引起的信号失真。

3.信道编码

信道编码也称为差错控制编码，是一种有效的抗衰落技术，编码的基本思想是在原数据码流中插入一些码元，以达到在接收端能够进行检查和纠错的目的。

4.卷积码

卷积码是非分组码，它与分组码的主要差别是有记忆编码，即在任意时段，编码器的n个输出不仅与此时段的k个输入有关，还与存储器中前m个输入有关，表示为（n，k，m）码。 n为输出的长度，k为输入的长度，m是移位寄存器的数量。

卷积码的状态数为：2^m

卷积码的码率为：R=k0/n0

（2，1，2）卷积码的状态转移图

（2，1，2）卷积码的网格图

卷积码的生成多项式

生成多项式使用K-1阶的多项式描述编码器的移位寄存器和模二加法器的连接状态。每个模二加法器的连接可表示成一个多项式。多项式的次数输入的阶次为0，其余按寄存器数的移位次数依次递增

生成多项式：
输出1： g1(x) = 1 + x + x^2
输出2： g2(x) = 1 + x^2

第五章

1.多信道共用技术

(1)话务量与呼损率

• 流入话务量A：A=C * t
  （C为单位时间每小时内平均发生的呼叫次数，t为每次呼叫平均占用信道时间）

• 完成话务量Ao：Ao=Co * to
  （Co为单位时间内成功呼叫的次数，to为每用户成功通话平均占用时间）

• 呼损率B：呼损率B为损失话务量A-Ao与流入话务量A的比值：
  $$B=\frac{A-Ao}{A}=\frac{C-Co}{C}\times 100\%$$

(2)无线用户与信道定量关系

• 集中系数k：最忙1小时话务量与全天话务量之比，k一般取10%~15%

• 每用户最忙时话务量Aa：
  $$Aa=C\cdot t\cdot k\cdot \frac{1}{3600}$$
  $$(C为每用户每天呼叫的次数，t为每次呼叫占用的时间，单位s，k为集中系数)$$

• 每信道容纳用户数m：
  $$m=\frac{A/n}{Aa}$$

• 用户总数N：
  $$N=m\cdot n=\frac{A}{Aa}$$

2.空闲信道的选取方式

（1）共用信令信道方式：

从n个信道中选出某信道s将其设置为专用呼叫信道，用于处理用户呼叫，信道分配。该信道只用于传输控制信令信息。

特点：专用呼叫信道处理一次呼叫所需时间很短，若用户数很大且共用信道数很多时，专用呼叫信道有独特优势，适用于大容量公共通信网。

（2）标明空闲信道方式：

不设置专用的呼叫信道，而采用随机占用信道进行通信的方式。适用于用户数量较少且共用信道数不多的情况。

3.蜂窝小区覆盖技术

(1)核心技术思想

频率空间再利用：其原理是由于各小区在通信时所使用的功率较小，因为任意两个小区只要相互之间的空间距离大于某一数值，即便使用相同的频道也不会产生明显的同道干扰。各区群内使用不同频道通信，而不同区群间的小区可重复利用频道。

(2)区群的组成条件

• 一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地覆盖
• 二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等

(3)同频小区距离

$$D=\sqrt{3Z}\cdot R$$
$$Z为每个区群的小区数，R为小区外接圆半径$$

4.位置管理

(1)位置区

一个位置区由若干个基站构成，是网络为确定用户位置，进行登记和更新的最小区域。即用户在位置区间移动时需要进行登记和更新，在位置区内移动时不需要。

(2)寻呼

网络与移动台通信之前只能知道移动台所在的位置区，而无法确定其具体所在的小区（基站），当呼叫需要到达移动台时，必须使该位置区内所有基站对该移动台进行寻呼，当移动台回应后，才能确定其具体所在的小区。

(3)位置登记与更新

位置登记是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库数据和认证移动台。位置更新解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置。

5.位置更新策略

(1)基于时间的位置更新策略

每个用户每间隔ΔTs周期性地更新其位置。

(2)基于运动的位更新策略

以移动台跨越预定小区边界的次数（运动门限）作为更新的依据来进行位置更新。

(3)基于距离的位置更新策略

当移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定的值（距离门限）时，移动台进行一次位置更新。

第六章

1.OVSF码

• OVSF码的扩频因子SF，码长，该长度下码的数目三者数值上相等，都为2^n-1
• 非延长码，不等长码，异前置码正交

2.m序列

• n级移位寄存器生成的m序列的周期为：2^n-1

• m序列本原多项式和互反多项式的求解：
  

• m序列本原多项式的数目求解（欧拉函数）：
  

3.CDMA关键技术

(1)功率控制——远近效应

所谓远近效应就是当基站同时接收两个距离不同的移动台发来的信号时，因为传输路程长度的不同，基站接收到的靠近基站的用户发送的信号比远离基站的用户发送的信号强度大得多，致使远端用户的信号被近端用户的信号所淹没。

(2)RAKE接收技术

其基本原理是将无线通信系统中，幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对其进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。克服了多径效应又增加了接收功率，将多径效应变害为利。

(3)软切换技术与更软切换

软切换（Soft Hand-over）：指在导频信道的载波频率相同时小区之间的信道切换。在切换过程中，移动用户与原基站和新基站都保持通信链路，只有当移动台在新的小区建立稳定通信后，才断开与原基站的联系。它属于CDMA通信息系统独有的切换功能，可有效提高切换可靠性。更软切换（More Softer Hand-over）：在同小区（BTS）两条不同的信号之间进行的切换，叫做更软切换。无论软切换还是更软切换，都是为了实现移动服务的连续性提高用户的主观满意度。与硬切换的区别：软切换为先切后断，硬切换为先断后切。

4.CDMA蜂窝系统的容量

(1)限制CDMA系统容量的根本原因

限制CDMA蜂窝系统容量的根本原因是系统中存在多址干扰

(2)CDMA系统的软容量

在业务高峰期间，CDMA系统可以适当增多系统的用户数目，以解决通信阻塞问题或提高用户越区切换的成功率，只是所有正在通话的用户的通信质量略微有所降低。可见短时间内CDMA系统的系统容量与用户数之间存在一种“软”的关系，即CDMA系统具有软容量特性

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