资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,无线通信,Wireless Communication,第1页,习题2.1,问：系统载波频率对以下两种衰落有影响吗？（i）小尺度衰落（ii）阴影衰落。对于采取低载频和高载频情形，当移动距离均为x时，哪种情形下，接收信号功率改变更为显著？为何？,衰落：当移动台移动时，信道环境也发生了改变，使得信号电平也随机波动，这种现象就是信号衰落。,第2页,习题2.1,答：载波频率对衰落有很强影响。当移动台以,/2（或更小）为步长进行移动时，,小尺度衰落程度会发生很大改变。所以，移动距离一定时，载波频率高系统小尺度衰落程度改变大。载波频率对阴影衰落有类似影响。载波频率越高，阻挡物投射阴影越“尖锐”，从“光明”（即LOS不被遮蔽）区域到“黑暗”（即LOS被遮蔽）转变所需移动距离越短。当然移动台与遮蔽物距离也会对从“光明”到“黑暗”所需移动距离造成影响。,第3页,习题2.2,考虑以下情形：从BS到MS有一条直接传输路径，而其它多径分量则由附近山脉反射形成。BS与MS之间距离是10km,BS与山脉之间距离和MS与山脉之间距离相同，均为14km。直接路径分量和各个反射分量抵达接收机时间应该分布在0.1倍符号间隔内，以防止严重符号间干扰。满足要求符号速率是多少？,path1(LOS),path2,第4页,习题2.2,附近山脉反射路径长度：2*14=28km,反射路径比直接路径长28-18km，因而对应延时比直接路径多：,要确保直接路径分量和各个反射分量抵达接收机时间分布在0.1倍符号间隔内，则符合间隔应最少为T=60/0.1=600,s,满足要求符号速率为：R=1/T=1.67ksymbols/s,第5页,习题4.1,天线增益常被定义相对于全向天线关系（在各个方向上辐射/接收相同）。能够证实这么天线有效面积为 A,iso,=,2,/4,。计算半径为r圆形抛物线天线增益G,par,，其有效面积 A,e,=0.55A，A为其展开物理面积。,解：,第6页,习题4.2,当从地球与地球同时卫星进行通信时，发送端与接收端间距离大约为35000km。假设自由空间损耗Friis定律是适用（忽略开自大气各种效应），而且站点有增益分别为60dB（地球）和20dB（卫星）抛物面天线，采取11GHz载波频率。,（a）推出发送功率P,TX,和接收功率P,RX,间链路预算。,（b）假如卫星接收机要求最小接收功率为-120dBm，那么在地球站天线要求发送功率为多大？,第7页,习题4.2,（a）,（b）,第8页,习题4.3,要求设计一工作于1GHz，两个相距90m、有直径为15m圆形抛物天线系统。,（a）Friis定律能够用来计算接收功率吗？,（b）假设Friis定律有效，计算从发射天线输入到接收天线输出链路预算。对比P,TX,和P,RX,并对结果进行评价。,（c）对与第1题相同圆形抛物天线，确定瑞利距离和天线增益G,par,函数关系。,第9页,习题4.3,（a）Friis定律适合用于天线远场，发送天线和接收天线最少要间隔一个瑞利距离。,（圆形抛物天线最大尺寸L,a,=2r）,因而d(1+)/2T外无功率，因而,1MHz带宽，,数据速率能够到达741kbps。MSK在f-f,c,=0.5MHz，Rb=741kbps即T,B,=1.35s时，依据,带外发射衰减仅为72.5dB。所以BPSK更优。,这里f为相对于f,c,大小,功率谱：,第55页,习题12.1,在一个静态环境中，考虑两个高度定向天线之间点对点无线链路。天线增益为30dB，路径损耗为150dB，接收机噪声系数为7dB。符号速率为20Msymbols/s，且用奈奎斯特采样。假定无线链路可视为无衰落加性高斯白噪声信道。当最大BER为10,-5,时，所需发射功率是多少（忽略发送端和接收端功率损耗）：,（a）采取相干检测BPSK，FSK，差分检测BPSK，或者非相干FSK。,（c）假如采取格雷编码QPSK，所需发射功率是多少？,第56页,习题12.1,题目给定各参数为：,因为噪声系数与噪声温度关系为：T=（NF-1）T,0,，其中：T,0,-绝对温度（290K），所以考虑接收机噪声系数后，噪声功率谱密度能够写成（N,0,=KT）,第57页,习题12.1,各种调制方式对应BER与Eb/N,0,关系为,各种调制方式对应最小Eb/N,0,第58页,习题12.1,对应最小比特能量为,对应最小接收功率为,接收信号功率：,最小发射功率为：,计算得：,第59页,习题12.1,所以相干检测BPSK，FSK，差分检测BPSK，非相干检测FSK所需发射功率分别为：-25.3dBW，-22.3dBW，,-24.6dBW，-21.6dBW。,（c）因为QPSK与BPSK有相同BER，所以所需发射功率与非相干BPSK相同，为-25.3dBW。,第60页,习题12.8,考虑问题1中提到点对点无线链路。假如信道为平坦瑞利衰落，为确保最大BER为10,-5,，发射功率应增大多少？,（a）采取相干检测BPSK，FSK，DBPSK及非相干FSK。,（b）若为莱斯信道，K,r,=10，采取DPSK，发射功率需增加多少？当K,r,时，结果怎样？,解：(a)各种调制方式，BER与 关系为,0,第61页,习题12.8,各种调制方式对应最小Eb/N,0,与习题12.1相比，相干检测发射功率要增加34.4dB，相干检测发射功率要增加36.6dB。,分别与9.09,18.19,10.82,21.64相比,第62页,习题12.8,（b）莱斯信道BER与 关系,当Pb=10,-5,，Kr=10时，r,b,=76.623，发射功率必须增加,当当K,r,0 时，直接路径分量减小为0，因而与（a）瑞利信道同，需增加34.4dB。,dB,与10.82相比,第63页,习题12.10,考虑一个采取MSK调制移动无线系统，比特率为100kbit/s。该系统用来传输高达1000字节IP包。包错误率不超出10,-3,（不使用ARQ方式）。,（a）移动无线信道所允许最大平均时延扩展是多少？,（b）对于移动通信系统，在室内、城市和农村环境，平均时延扩展经典值分别是多少？,第64页,习题12.10,令误比特率为P,b,，IP包共1000字节也就是8000bits。IP包错误概率P,p,=,P,p,最大值为10,-3,，所以P,b,最大值为：,在采取MSK调制，信道为瑞利衰落情况下,所以，,这里TB=1/Rb=10s.,第65页,习题12.10,室内,5-50ns,城市,100-800ns,农村环境,18,s,（b）,第66页,习题14.1,考虑一（7,3）线性循环分组码，其生成多项式G(x)=x,4,+x,3,+x,2,+1.,（a）用G(x)对信号U(x)=x,2,+1进行系统编码。,（b）当我们接收到（可能被损坏）R(x)=x,6,+x,5,+x,4,+x+1时，计算伴随式S(x)。,（c）深入研究发觉G(x)能够分解成G(x)=(x+1)T(x)，其中T(x)=x,3,+x+1是一个根源多项式，我们能够申明，这意味该码能够纠正全部单一错误和全部成对错误，这些错误彼此相邻。描述一下你是怎样验证以上申明。,第67页,习题14.1,（a）,（b）,（c）我们能够计算出全部单个错误及全部相邻成对错误，假如这些码伴随多项式各不相同，那么我们就能够区分它们，这就证实了该定理。,/,第68页,习题14.2,我们有一个二进制（7,4）系统线性循环码。其码字X(x)=x,4,+x,2,+x对应消息U(x)=x。我们能否利用此信息，计算出全部消息码字？假如能够，请详细描述怎样实现并说明你们所用编码性质。,利用码字循环性质，将码字逐步左移三次,X1,X2,X3,X4线性独立且能生成整个码空间,可由X1,X2,X3,X4线性组合得到,依次为：,第69页,习题14.2,其它码字就可由U(x)=1,x,x,2,x,3,对应码字线性组合很轻易得到。,第70页,习题14.4,多项式x,15,+1能够分解成不可约多项式：x,15,+1=(x,4,+x,3,+1)(x,4,+x,3,+x,2,+x+1)(x,4,+x+1)(x,2,+x+1)(x+1),利用该信息，列举好出能生成（15,8）二进制循环码生成多项式。,我们需要全部最高次幂为15-8=7生成多项式，共有三个,第71页,习题14.5,假设有一个（7,4）线性码，对应于消息u=1000,0100,0010,0001码字以下：,（a）确定该码中全部码字,（b）确定最小码距d,min,，该种码能纠正多少错误t？,（c）以上码字不是系统形式，请计算出对应系统码生成矩阵G。,（d）确定奇偶校验矩阵H，以使HG,T,=0,（e）这种码是否循环？假如是，确定其生成多项式,消息,码字,1000,1101000,0100,0110100,0010,0011010,0001,0001101,第72页,习题14.5,（a）利用已知码字线性组合(异或)，可得全部码字,第73页,习题14.5,（b）依据码字线性性质，最小码距d,min,就是全部非零码字最小汉明重量，能够得出d,min,=3,对应纠错能力为,因而能够纠正全部单个错误。,（c）,分别是1000,0100,0010,0001对应码字,线性行变换,第74页,习题14.5,（d）,（e）经过观察能够知道，全部码字循环移位后仍是该码码字，所以这种码是循环。,对应码字为,该码字满足生成多项式条件，就是我们要找生成多项式。,系统码对应码字,生成多项式必要条件：(1)最高次幂为码长n多项式x,n,+1所分解出1个因式;(2)其最高幂次为n-k=r;(3)最低项为常数1,生成多项式充分条件：在满足3个必要条件前提下，一个符合要求生成多项式还必须满足要素是;该多项式非0系数数目，或其重量必须等于对应(n,k)线性分组码最小汉明距离d,0,.,第75页,习题14.6,已知一个（8,4）线性系统分组码，给定生成矩阵（见书本），（a）确定对应于消息u=1011码字及校验矩阵H，当接收到字y=010111111时，计算其伴随式。,（b）去掉G中第5列，我们能够得到一新生成矩阵G*，它能生成（7,4）码，这种新码除了有线性性质还含有循环性。经过G*检验，确定其生成多项式。能够经过观察循环码性质得到吗？哪个性质？,（a）x=uG=10111000,第76页,习题14.6,去掉G中第5列，得到生成矩阵G*,对应码字为,该码字满足生成多项式条件，就是我们要找生成多项式。,生成多项式必要条件：(1)最高次幂为码长n多项式xn+1所分解出1个因式;(2)其最高幂次为n-k=r;(3)最低项为常数1,生成多项式充分条件：在满足3个必要条件前提下，一个符合要求生成多项式还必须满足要素是;该多项式非0系数数目，或其重量必须等于对应(n,k)线性分组码最小汉明距离d,0,.,第77页,习题14.10,考虑图14.3卷积编码器,（a）假如利用双极码，我们能够在网格里表示编码和调制，其中1和0由+1和-1代替。用这种新表示方式，画出对14.5（a）中网格图新描述。,（b）一信号经过加性高斯白噪声（AWGN）信道并接收到以下（软）值：,-1.1;0.9;-0.1-0.2;-0.7;-0.6 1.1;-0.1;-1.4-0.9;-1.6;0.2,-1.2;1.0;0.3 1.4;0.6;-0.1-1.3;-0.3;0.7,假如这些值在译码前以二进制数字形式检测到，就能够得到二进制序列如图14.5（b）所表示。这时，然而，我们将要用平方欧式量度进行软Viterbi译码。执行与图14.5（d）-14.5（f）硬译码对应软译码。在最终一步之后，剩下幸存者是否与硬译码情况相同？,第78页,习题14.10,用+1和-1代替1和0，得新格图,利用Viterbi算法进行译码,第79页,习题14.10,仅保留幸存路径得：,欧式距离,第80页,习题14.10,或者：,任何一个幸存路径与硬判决译码结果都不相同。,第81页,习题13.1,为说明分集作用，我们来考虑BPSK和MRC（最大合并比）平均BER，由式（13.35）近似给出。假设平均信噪比为20dB。,（a）计算接收天线Nr=1平均BER。,（b）计算接收天线Nr=3平均BER。,（c）计算在单天线系统中，为了到达与三天线系统在20dB信噪比是一样BER所需SNR。,第82页,习题13.1,由式（13.35），,（a）,（b）,（c）单天线系统中，为了到达与三天线系统在20dB信噪比是一样BER，则只需使：,解得 ，即62dB。,第83页,习题13.3,设接收机连有两幅天线，其信噪比相互独立，且以相同平均SNR服从指数分布。使用RSSI控制选择式分集，且中止概率为P,out,，求衰落余量。,（a）推导使用单天线时衰落余量关于P,out,表示式。,（b）推导使用两副天线时衰落余量关于P,out,表示式。,（c）用前面两个结果计算中止概率为1%时分集增益。,解:（a）用,表示平均SNR，r,t,表示会出现中止SNR门限值，则单天线系统中止概率为：,因而衰落余量为:,第84页,习题13.3,(b)天线系统中止概率为：,因而衰落余量为:,(c),中止概率为1%时分集增益,中止概率对应衰落余量比值,第85页,习题13.5,为了降低复杂度，能够用混合选择最大比值合并方案代替全新号最大比值合并，但只采取3个最强信号，那么相对于全信号最大比值合并，平均SNR损耗是多少？,解：混合选择最大比值合并方案平均SNR为,是每个支路平均SNR（假设对全部分集支路是相同）。,全信号最大比值合并平均SNR：,L为合并信号数,第86页,习题13.5,采取3个最强信号混合选择最大比值合并平均SNR：,平均SNR损耗：,第87页,习题13.11,考虑有Nr个支路分集系统。令第k个支路信号为S,k,=S,k,exp(-j,k,),每个之路噪声功率为N,0,，而且各支路间噪声是相互独立。每个支路经相位调整至零相位，用,k,进行加权，然后进行合并。给出各支路SNR以及合并后SNR表示式，然后推导能使合并后SNR取最大值权值,k,。在最正确权值下，合并后SNR与各支路SNR关系是什么？,解：第k个支路SNR为,合并后AWGN功率为,合并后总有用信号功率为,合并后信噪比为,噪声功率而非功率谱密度,第88页,习题13.11,由不等式,当 时等号成立，其中c为任意实数.,因而最正确权值为,k,=S,k,，,即 ，最正确权值也就是最大比值合并对应,SNR为各支路SNR和。,第89页,习题16.4,考虑含有下述参数特征信道：,写出此信道关于实均衡器系数MSE方程。,且,2,s,=0.7,e,i,是均衡器第i个系数,第90页,习题16.5,只要信道传递函数在变换域是有限，那么一个无限长ZF均衡器就能够完全消除ISI。下面我们研究用有限长均衡器减小ISI效果。,（a）按照下表描述信道传递函数设计一个5抽头ZF均衡器使均衡器在i=-2，-1,1,2处冲击响应为0，在i=0处为1.,（b）确定上述均衡器输出，并对结果进行分析。,n,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,f,n,0,0.1,-0.02,0.2,1,-0.1,0.05,0.01,0,第91页,习题16.5,解：列方程,解得：,（b）,n=0,依次对应-2,-1,0,1,2,e,k,是均衡器第k个系数,第92页,习题16.6,在AWGN信道中传输2ASK信号（-1和+1分别代表0和1）时，ISI等价于经过一个时间离散信道F(z)=1+0.5z,-1,。经过这个信道传输时，假设信道初始状态为-1，下面噪声序列是在5个连续比特时接收到。这以后继续传送数据，不过在这个阶段只能得到以下信息：,0.66 1.59 -0.59 0.86 -0.79,（a）假如采取ZF线性均衡器，均衡滤波器将是什么形式?,（b）该信道记忆特征怎样？,（c）画出一阶格形结构，并标出状态、输入信号和输出信号。,（d）画出此时全格型结构，并用Viterbi算法得到发送5比特序列时最大似然序列预计。,第93页,习题16.6,（a）信道方程为,所以均衡器方程为,（b）信道记忆性为1,（c）,序列为：,（d）,第94页,习题16.8,正文中已经提到，参数,选择对LMS算法性能影响很大。假设知道R和p准确信息，就能够单独研究收敛特征。,（a）依据习题7中数据，画出初始值e=1 1,T,时，=0.1/,max,0.5/,max,2/,max,LMS算法收敛图，并对所得结果进行比较：,和,2,s,=0.3,解：MSE方程梯度为,更新方程为：,利用MATLAB绘出收敛图以下（迭代次数不超出20）：,第95页,习题16.8,第96页,习题16.8,因为R和p都准确知道而且固定，所以收敛图平滑且单调。观察可知，前两种情况,=0.1/,max,0.5/,max,迭代次数不超出20时就收敛，而第三种情况,=2/,max,迭代次数不超出20时不收敛。实际上，收敛必要条件是0,2/,max.,.,对比=0.1/,max,与=0.5/,max,可知：越大，收敛速度越快。,第97页,习题19.8,有一个FDMA系统，每个载波采取升余弦脉冲(,=0.35),，并采取BPSK调制。,(a)假如各载波信号完全正交，那么频谱利用率是多少？,(b)假如载波数非常多（即不需要保护段），那么采取BPSK调制OFDM系统频谱利用率是多少？,解：(a)带宽为 ，,为滚降系数，且不存在带外发射。频谱利用率为1/(1+).,(b)OFDM载波间隔为1/T,B,，频率利用率为1。,第98页,习题20.1,说出智能天线系统与传统单天线系统相比所含有三个优点。,（1）增大覆盖范围；,（2）增大用户容量；,（3）提升链路质量；,（4）减小时延扩展；,（5）提升用户定位能力。,第99页,习题20.3,MIMO系统能够用于三种不一样目标，其中一个是创始性，对MIMO普及贡献最大。列出全部三种用途，并详细解释最普及一个用途。,（空分复用）,第100页,习题20.3,无线电发送信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（,SISO,）系统一次只能发送或接收一个空间流。,MIMO,允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不一样空间方位信号。多天线系统应用，使得多达,min(N,t,N,r,),并行数据流能够同时传送。同时，在发送端或接收端采取多天线，能够显著克服信道衰落，降低误码率。普通，分集增益能够高达,N,t,*Nr,。,第101页,谢谢指导！,汇报完成,第102页,
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
