移动通信原理 (吴伟陵 牛凯 著) 电子工业出版社 课后答案

1、第二章无线传播与移动信道2.1移动通信信道具有哪些主要特点？答：移动通信信道的主要特点：（1）传播的开放性；（2）接收环境的复杂性；（3）通信用户的随机移动性。2.2在移动通信中，电波传播的主要传播方式有哪几种？答：电波传播的主要方式：直射、反射、绕射。2.3移动通信的信道中存在着大、中、小尺度（范围）的衰耗与衰落，它们各自具有什么性质的特征？答：移动通信信道中，大、中、小尺度衰耗与衰落的特征：（1）大尺度：电波在空间传播所产生的损耗，反映的是传播在宏观大范围（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势；（2）中尺度：主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的

2、损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势；为无线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢；（3）小尺度：反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势，其电平幅度分布一般遵从瑞利（rayleigh）分布、莱斯（rice）分布和纳卡伽米（nakagami）分布。 -4132.4-413移动通信中存在3种类型的快衰落，它们各自表示什么类型的快衰落？在什么情况下会出现？各自克服需要采取的主要措施是什么？答：移动通信中，快衰落分为以下三种类型：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落和时间选择性快衰落。其产生的原因和克服需要采取

3、的措施如下：（1）空间选择性快衰落：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起的，克服措施为空间分集；（2）频率选择性快衰落：由于信道在时域的时延扩散而引起的，可采用自适应均衡喝 rake接收加以克服；（3）时间选择性快衰落：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波形产生时间选择性衰落，可采用信道交织技术加以克服。2.5移动通信中主要噪声干扰有哪几种？对于 cdma，哪一类干扰是最主要的干扰？答：移动通信中主要噪声干扰有：加性正态白噪声、多径干扰、多址干扰。对于 cdma，最主要的干扰是多径干扰。2.6okumura-hata 传播模型的主要运用环境与条件是什么？答：o

4、kumura-hata 传播模型的主要运用环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区；应用频率为150mhz fc 1500mhz ；有效距离为1km d 20km ；发射（基站）天线有效高度为 30200m；接收（移动台）天线有效高度为 110m。第 1页共 51页2.7什么是平坦瑞利衰落（rayleigh）？平坦的含义是什么？是针对什么而言的？试给出这类信道的统计分析模型。答：平坦瑞利衰落即空间选择性衰落，是指在不同的地点与空间位置衰落特性不一样。平坦 2的含义是指在时域、频域中不存在选择性衰落。rayleigh分布： p( ) =2exp 22 ， 0 。2.8rice 分布、rayl

5、eigh 分布和 nakagami-m 分布是移动通信中最常用的 3 类分布，试说明何时采用 rice 分布？何时采用 rayleigh 分布？又何时采用 nakagami-m 分布？它们之间有什么关系？答：3 类分布的表达式分别为：2+ k2 k rice 分布： p( )=exp i， 02220 2rayleigh 分布： p( ) = 2exp ， 0222mnakagami-m 分布： p( )=2 m 2m1expm 2， 0 ， m 1/ 2( ) 它们之间的关系为：rice 分布与 rayleigh 分布主要差别在于传播中是否存在视距 los 主导 -440分量，即k分量是否存

6、在。当0k时，有los主导分量，则随机幅度遵从rice分布；而当0k=时，不存在los主导分量，随机幅度遵从rayleigh分布。nakagami-m分布与rice 分布非常相似，当 m 1 时，它们之间可以近似的互相转换。当 m = 1时，nakagami-m分布与 rice 分布均退化成 rayleigh 分布。2.9在 线 性 时 变 信 道 的 时 、 频 二 维 分 析 中 ， 主 要 参 量 rh( , )的 物 理 含 义 是 什 么 ？pv= ( , ) 的物理含义是什么？它们之间有什么关系？答：在线性时变信道的时、频二维分析中，rh( , )为时、频二维相关函数，pv= (

7、, ) 为频、时二维扩散函数。它们之间的关系如下图所示第 2页共 51页pv( , )f.tps( , )f.tf.tph( , )f.trh(, )2.10 在线性时变信道的时、频、空三维分析中，主要参量 rh( , ,r)pv= ( , , ) 的物理含义是什么？它们之间有什么关系？r的物理含义是什么？答： rh( , ,) 是时域、频域和空间角度上的三维广义相关函数；pv= ( , , ) 是信道在时域、频域和空间角度上的联合三维扩散函数，表示在点散射模型下，通过移动的时变色散信道后分别在时域、频域和空间角度的扩散（色散）程度。它们之间的关系如下图所示。f.tpv(, , )ph( ,

8、, )f.tps(, , )pv(, , r)f.trps(, , )f.tf.tf.trph( , , )f.tr(, , )rhf.trh(, , )第三章多址技术与扩频通信3.1移动通信中的多址技术与固定网络中的信号复用技术之间有哪些共同点？有哪些不同点？答：移动通信中的多址技术与固定网络中的信号复用技术的异同如下：第 3页共 51页 f. t f. t f. t f. t共同点：都属于信号的正交划分与设计技术；不同点：多址划分是为了区分不同的用户地址，通常需要利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性；多路复用的目的是区别多

9、个通路，通常是在基带和中频上实现的。3.2 什么叫窄带通信系统？什么叫宽带通信系统？扩频的基本原理是什么？答：设 r 为待传送的信源码元速率（或带宽），t 为码分的持续时间， f 为传送至信道的扩频序列（chip）信号速率（或带宽）。若 r t = f t1，即当 r f 或 f = 2r （带宽）时，称该系统为窄带通信系统。若 fr ，即f= 10 10 (10 606db) ，则称该系统为宽r带通信系统。扩频的实质是扩展信号的频谱带宽，是用扩频码（chip）序列与发送码元相乘，扩频前信源提供的消息码元带宽（或速率）远远小于扩频后进入信道的扩频序列（chip）信号带宽（或速率）。3.3 扩频

10、的技术指标是什么？答：扩频的技术指标是：处理增益 g 和干扰容限 m。处理增益 g 表示扩频系统通过扩频与解扩以后信噪比的改善程度；干扰容限 m 表示在正常工作的条件下，接收机输入端所允许的最大强度值（用分贝表示）。3.4 扩频的主要优、缺点是什么？答：优点：（1）抗干扰性强；（2）低功率谱密度，具有良好的隐蔽性能，对其他通信方式与设备干扰小，特别是对人体及大脑干扰小；（3）保密性能好； （4）潜在地址多，容量大；易于实现多种形式的分集接收，更能提高抗干扰性能，因而更适合于变参信道的无线通信。缺点：（1）占用信号频谱宽，这对于频率资源极其宝贵的无线通信是一个主要弱点；（2）系统实现复杂；（3）

11、在衰落时变信道中，实现同步、实现信道估值都比较困难，比较复杂；（4）目前在寻求性能好、数量多的扩频码分多址方面仍存在不少问题。3.5 在 cdma 中，地址码有多少种类型？各用在什么场合？其中做扩频用的是哪一种类型地址码？答：在 cdma 中，地址码的分类及应用场合：（1）用户地址码，用于区分不同移动用户；（2）信道地址码，用于区分每个小区（或小区）内的不同信道；（3）基站地址码，用于区分不同的基站小区（或小区）。其中做扩频的是信道地址码。3.6 若用每比特 4 个码片（chip）来生成 walsh 函数，试写出 4 组 walsh 函数的取值，画出它们的波形，并证明它们之间的正交性。答 ：

12、四 组walsh函 数 的 取 值 分 别 为 ：s1=1 1 1 1， s2= 11 11，第 4页共 51页s3= 1 111 ， s3=111 1。波形图：略正交性：任取两组wslsh函数，将对应元素相乘再求和，结果均为0。例如， s1与 s2，1 1 1 ( 1) 1 1 1 ( 1) 0 ，同理可证明其它组合的正交性。3.7 在信噪比受限的 cdma系统中，若已知 e nb/0= 6db ，相邻小区干扰 = 60% ，语音激活因子 = 50% ，功控精度 = 0.8 ，射频带宽为1.25mhz ，传输速率为 9.6kbps ，而一个全向小区用户数量 m 可采用下列公式： m =ge

13、n11 1，其中 g 为扩频增益，试问 m 为多少？答： g = 10lg(1.25m / 9.6 ) 21.15(db)b/0g1121.1511m = = 0.8 9.4e n1 61 0.60.5b/03.8 在地址码的移位寄存器实现结构中有两种不同的类型：ssrg 和 msrg。它们各自有什么特点？两类结构之间有什么关系？答：ssrg 是简单型移位寄存器，又称 fabonacci 型移位寄存器；msrg 是模块（组件）型移位寄存器，又称为 galois 型移位寄存器。对于 ssrg，特定输出起始相位给定的伪随机序列与并行模 2 加的相移模块之间规律是不确定的随机规律；对于 msrg，特

14、定输出起始相位给定的伪随机序列与并行模 2 加的相移模块之间的规律是确定型的，即可以通过不同的相移模块产生所要求特定的输出伪随机序列。这两种结构是等效的，它们能得到相同的序列，所不同的只是相对相移。3.9 已知 is-95 基站地址码的 i 路与 q 路 pn 码生成多项式分别为f xi( ) 1= + x2+ x6+ x7+ x8+ x10+ x15f xq( ) 1= + x3+ x4+ x5+ x9+ x10+ x11+ x12+ x15试画出相应 msrg 结构 15 阶 pn 序列 i，q 信道地址码的结构图。答：同相(i)信道的地址码产生器结构：第 5页共 51页12 345678

15、模2加法器910 11 12 1314 15正交(q)信道的地址码产生器结构：1 2 3456选定的i信道pn码相位偏移7 8 9 1011121314 15模2加法器选定的q信道pn码相位偏移3.10 已知 wcdma 的一个 25 阶 gold 生成多项式为325 f x1( ) 1= + x+ x= + +2+x325f x2( ) 1x xx试画出相应的 msrg 结构与 25 阶 gold 码产生结构图。答：msb第四章信源编码与数据压缩lsbc1c24.1 语音压缩编码有哪 3 种主要类型？移动通信中主要采用哪种类型的语音编码？答：语音压缩编码的 3 种类型：波形编码、参量编码、混

16、合编码。第 6页共 51页移动通信中主要采用混合编码。4.2 试说明 gsm 语音编码方案的主要特点，其中全速率与半速率各为多少？答：gsm 语音编码是规则脉冲激励长期预测编码，即 rpe-ltp 方案，其基本原理基于线性预测编码，采用等间隔、相位与幅度优化的规则作为激励源，以便使合成后的波形更接近原始信号。该方案结合长期预测以消除信号的冗余度，降低编码速率，同时其算法较简单，计算量适中且易于硬件实现。全速率：13kbps；半速率：6.5kbps。4.3 试说明 is-95 空中接口标准中的语音编码标准 is-96 的主要技术特点，其可变速率分为几种类型？答：is-96，即 qcelp 声码器

17、，是可变速率的混合编码器，是基于线性预测编码的改进型码激励线性预测，即采用码激励的矢量码表替代简单的浊音的准周期脉冲产生器，采用可变速率编码，利用语音激活检测（vad）技术。在语音激活器内，可根据不同的信噪比分别选择 4 种速率：全速率（8kbps）、半速率（4kbps）、四分之一速率（2kbps）、八分之一速率（1kbps）。4.4 试说明 cdma2000 语音编码 evrc 方案的主要技术特点，其语音速率分为几种类型？其速率分别为多少？答：evrc 方案采用基音内插方法减少基音参数传送速率，使其在每个语音帧仅传两次，而将节省下的信息位（比特数）用于提高激励信号质量。evrc 编码器基于码

18、激励线性预测，能基于语音质量、背景噪声和其他语音特性动态调整编码速率。evrc 语音速率分为三种：全速率 9.6kbps、半速率 4.8kbps、八分之一速率 1.2kbps。 又分为几种速率？4.5 试说明 wcdma 语音编码 amr 方案的主要技术特点，其语音分为几种类型？每种类型答：amr联合自适应调整信源和信道编码模式来适应当前信道条件与业务量大小。amr方案以自适应码激励线性预测编码 acelp 技术为基础，提供两种信道模式下 14 种编码速率，每种编码可提供不错的容错度。应采用哪种编码速率主要是根据实测信道与传输环境的自适应变化。语音分为两种类型，分别又分为 8 种和 6 种速率

19、。4.6 用于移动通信中的图片压缩编码是采用什么类型的国际标准？它具有什么主要特色？答：移动通信中的图片压缩编码是采用 jpeg2000。jpeg2000 主要特点是：（1）以小波变换为主的多分辨率编码方式代替 jpeg 中采用的传统 dct 变换，从而可以去掉方块效应；（2）采用了渐进传输技术，可以先传送图像的轮廓或缩影，然后再由用户决定是否需要及需要什么 qos 等级的图像细节与数据，即由用户决定所需带宽、传送速率及数据量的大小；（3）用户在处理图像时可以指定感兴趣区域，对这些区域可以选取特定的压缩质量和解压缩质量，即接受了用户主观要求，实现交互式压缩；（4）利用预测法可以实现无损压缩；（

20、5）具有误码鲁棒性，抗干扰性能好；（6）充分考虑了人眼的主观视觉特性，增加了视觉权重和掩膜，在不损害视觉效果的情况下，大力提高压缩效率。第 7页共 51页4.7 用于移动通信中活动图像压缩编码是采用什么类型的国际标准？它又具有什么主要特色？答：移动通信中活动图像压缩编码是采用 mpeg-4。mpeg-4 的主要特点是：（1）图像信息处理的基本单元，由第一代像素块像素帧转变到纹理、形状和运动 3 类主要数据的取样值构成的视频对象平面vop ii(= 1, 2,., )，而这些vopi分别表示不同分辨率的视频对象，如人脸、背景及声/乐/文字组合等；（2）视频编码基础由第一代仅决定于图像信源的客观统

21、计特性，转变为既取决于原有的客观统计特性，而更重要的则是取决于视频对象、内容的各种主、客观及图像瞬时特性；（3）基于对象、基于内容，用户可以根据视频对象和内容，基于交互式、可编辑性和可选择性等一系列面向用户、面向对象的操作特性，选择不同等级（空间、时间）、不同分辨率、不同需求的视频业务，这样可以大力提高信源编码效率；（4）对于不同的信源与信道、各个 vo 及vopi在总体图像中的重要性和地位，可以分别采用不同等级的保护与容错措施，以提高图像的总体容错能力；（5）图像处理中具有时间、空间可伸缩性（尺度变换），同时允许译码器以不同空、时精度与分辨率重建图像。4.8 huffman 编码与算术编码属

22、于什么类型的信源编码？在移动通信中，它用在什么地方？答：huffman 编码与算术编码属于熵编码。在移动通信中，它用于静止图像压缩标准 jpeg 的无失真编码系统。 4.9 为什么在 cdma 中能有效利用语音激活技术，而在 gsm 中应用这一技术却存在一定的困难？答：cdma系统使用可变速率声码器，在不讲话时传输的速率低，减弱了对其它用户的干扰，这就是语音激活技术，是 cdma 特有的技术。gsm 系统中，由于存在通话停顿需重新分配信道而发生一定的时延，所以难以实现话音激活技术。4.10 什么叫矢量量化编码？它有什么主要技术特点？pcm 编码中的量化编码是矢量量化编码吗？为什么？在移动通信中

23、，矢量量化编码用在什么地方？答：矢量量化编码是一维标量量化编码的自然法展，是将每 k个信号样点分为一组的多维量化，即将 k 维欧式空间中的一个信号矢量进行多维量化，或者说，将一个 k 维欧式空间的模拟连续量变换（或映射）为另一个 k 维欧式空间的一个有限子空间的整数集集合。pcm编码中的量化编码不是矢量量化编码，它没有考虑到信源的统计特性，编出的是等长码。在移动通信中，矢量量化编码用于信源编码和数据压缩。第五章移动通信中的鉴权与加密5.1 在移动通信系统中，为什么要引入信息安全技术？它与在固网中的信息安全技术的不同及它应主要考虑在哪一个接口上的信息安全？第 8页共 51页答：随着移动通信的迅速

24、普及和业务类型的与日俱增，特别是电子商务、电子贸易等数据业务的需求，移动通信中的信息安全地位日益显著。为了防止移动台盗号、非法入网，需要进行鉴权或认证；为了防止移动台设备老化，保证定期更新，也需要进行鉴权或认证；同时，基于移动因特网的各种数据业务，如电子商务、电子贸易、电子银行结算和电子炒股，以及特殊数据业务认证与加解密等，使信息安全技术的引入成为必然。移动通信系统的信息安全应主要考虑空中接口的安全。5.2 移动通信系统中的信息安全技术主要包含哪两大类技术？它们各自应解决什么问题？答：主要包含鉴权（认证）和加密两类技术。鉴权（认证）是为了防止未授权非法用户接入；加密是为了防止接口窃听。5.3

25、什么是狭义保密学？什么是广义保密学？答：保密系统是以信息系统的安全性为目的的专用通信系统。信息安全是针对通信系统中授权的合法用户而言的，而未授权的非法用户既可以在接收端窃听，也可以在发送端主动攻击、非法伪造。传统的保密学仅研究非法窃听，称为狭义保密学；两者均研究的称为广义保密学。5.4 什么是单钥制？什么是双钥制？试各举一两个例子加以说明。答：加、解密为同一密钥的为单钥制；加、解密不是同一个密钥的为双钥制。单钥制：序列加密、分组加密。以序列加密为例，加密时明文序列与密钥序列逐位模 2 加，生成密文序列；解密时，密文序列与密钥逐位模 2 加，还原出明文序列。双钥制：rsa。采用发收不对称密钥，发

26、送端加密密钥公开，仅把解密密钥作为保密的私钥。5.5 序列加密的主要特点是什么？分组加密的主要特点又是什么？试问数据业务加密主要采用何种加密方式？语音业务加密又主要采用何种加密方式？ 答：序列加密属于串行逐位加密，即通过明文序列与密钥序列逐位模 2 加来生成对应的密文序列；分组加密是对明文信息进行分组加解密，明文至密文间的映射关系即为密钥。数据业务主要采用分组加密，语音业务主要采用序列加密。5.6 若已知一序列加密系统如图 5.26 所示，而其密码产生器如图 5.27 所示。若明文序列：m=1010101010101010，试求（写一个周期）：（1）密钥序列 k = ?密文序列 c = ?解密

27、后的明文序列 m= ?（2）若图 5.27 中抽头（模 2 加）位置从（4，1）改为（4，2），试问还能否产生 m 序列伪随机密钥？答：（1）密钥序列 k = 100011110101100（一个周期），密文序列 c = 0010010111110011，解密后的明文序列 m = 1010101010101010 。（2）若抽头位置由（4，1）改为（4，2），密钥序列变为 k = 100010 （一个周期），不能够成 m 序列伪随机密钥。5.7 若已知下列分组加密方程组 c2 9 m 1=1 , mod 26c 25 8m 2试求当明文 m = data security（不计单字间空隙）时，

28、加密后的密文 c = ?第 9页共 51页答：加密后的密文为： c = qbwd eemamfen5.8 若已知一分组加密方式如图 5.28 所示，试求：（1）制定对应真值表；（2）列出 c c c1 2 3 模 2 加加密方程组方程；（3）列出 m m m123 模 2 加解密方程组方程；（4）若能改变明文与密文之间的密钥连线即加密方式，试问它可以组成多少种密钥？答：（1）真值表：mm1输入m2输出m3c1c2c3c000100201301410510611711（2）加密方程组方程：c= f m m m=0011311117000001110600102110040101510011 1k

29、1(123)m m m123m m m123m m m123m m m123c=f m m m=2k2(123)m m m123m m m123m m m123m m m123c= f m m m=3k3(123)m m m123m m m123m m m123m m m123（3）解密方程组方程：m= g c c c= c c c c c c c c c c c c1k1( 1 2 3)1 2 31 2 31 2 31 2 3m= g c c c= c c c c c c c c c c c c2k2( 1 2 3)1 2 31 2 31 2 31 2 3m= g c c c= c c c

30、c c c c c c c c c3k3( 1 2 3)1 2 31 2 31 2 31 2 35.9 若采用一个 rsa 体制的公开密钥，并设 p1= 5 ， p2= 7 ，明文 a = 0 ， b = 1， c = 2 ，d = 3 。试求：（1）素数积 n = ? 相应的欧拉常数 ( ) ?=（2）若选加密指数的 e 为：1 0其中 h t( )=，并且 h f( ) = ，tj,f0因此垐( )xx= xx( ) |2= ( ) | h fxx( ) 。反傅立叶变换， xx垐( )( )= xx ( ) =e x tx t(+ ) ( )同时，xx垐1e x t(+ ) ( )=t d

31、 =1(+ xxt)d1 t ( )= xxdbb 第 15页共 51页=1( )xxdb b第七章信道编码= xx( )7.1 在移动通信中，信道编码的主要功能有哪些？试举出几种最典型的信道编码类型并阐述其主要功能。答：信道编码的主要功能是发现差错，纠正差错，克服信道中的噪声和干扰，提高传输的可靠性。典型的信道编码有：线性分组码、卷积码、级联码、arq 与 harq 等。 1 1 1 0 1 0 07.2 已知某汉明码的监督矩阵为： h = 0 1 1 1 0 1 0 ，试求其生成矩阵 g ；若 1 1 0 1 0 0 1 当输入序列 u = 110101101010 ，求编码器输出序列 c = ?1 0 0 0 1 0 10 1 0 0 1 1 1答：生成矩阵 g = 0 0 1 0 1 1 00 0 0 1 0 1 1编码器输出： c = 110100101100011010011 0 1 0 1 1 1 0 7.3 一个(7,3) 线性分组码的生成矩阵为： g