通信原理考题06年

1、1. 给出香农信道容量公式，说明其在通信理论中的意义，利用香农公式导出香农极限，说 明香农极限的物理意义。（10分）2. 考虑由 G（ D）=D10+D8+D5+D4+D2+D1+1 生成的（15，5）汉明码1） 求出此码系统形成的生成矩阵和一致校验矩阵。（5分）2） 求其最小汉明距离，并确定该码纠错检错能力。（5分）3试述调制的基本作用，给出评价数字调制方式的基本原则，并分别给出适用于以下传输 环境的调制方式（10分）1） 线性信道，要求频带利用率大于4bit/s/Hz2） 非线性信道，要求发射功率谱旁瓣比中心频率低30dB3） 接收机采用限幅中频放大器，要求频带利用率大于等于2bit/s/

2、Hz。4 设一信道频带范围fL=800kH z,fH=1.2MHz ，其幅度服从均匀分布1） 求其不失真最小采样频率fs。（5分）2） 用均匀量化，要求量化后的信噪比大于等于48dB，求其A/D变换后的最小精度。（5 分）53） 采用64QAM调制传送量化后的输出信息，求信道不失真传输带宽。（5分）5.名词解释OFDM UWB MIMO WLAN MAP TCP/IP H-ARQ TCM6码间干扰的原因，均衡器均衡的原理，比较线性均衡器，判决反馈均衡器，Mlse均衡器的优缺点。7数字传输系统中到达接收滤波器前的信号为x（t）=s（t）+N（t），式中S（t）为有用信号，n（t）为高斯噪声，n

3、0=N0/2.1） 试证匹配滤波器可使采样时刻 S/N 最大。S1(t)S2(t)TT/22 ）输入信号如上图，求匹配滤波解调器的输出信号波形。& Huffman 编码9移动通信多径衰落原因，对数字通信系统的影响。三种以上抗多径及抗衰落的措施。10. GSM或CDMA与模拟通信系统的优越性，未来宽带数字通信系统与现有窄带系统相比有何特点。06秋季入学5二进制确知信号最佳接收机结构相关接收机，假定两个可能确定信号s1（t）和s2（t）其能量 相等，先验等概，信道为 AGWN 信道。!)信号s1(t)和S2(t)符合何种关系使得最佳接收机误码率最低。2)给出一种符号使系统性能最优的信号形式

4、(举例) 6冲激响应采样值为 h(k)1) 无噪声时，理想线性均衡器表达式2)已知一信道仅有两个不为零的系数，h(0)=1,h(1)=0.2，试求系数为4的时域线性均衡器抽头加权系数 c0c1c2c3调制就是把要传送的信息数据 ( 或信息信号 )进行处理，使其变为适合于无线传输的信号形态的过程。一般 来说，就是把信息基带信号变为适合传输的高频带通信号的处理过程。调制是各种通信都必不可少的最基 本内容， 但不同的通信系统和通信环境有不同的调制和解调技术 。调制技术的性能常用它的功率效率和带 宽效率来衡量。移动通信是通信条件和通信环境最苛刻最恶劣的，但也是应用和市场发展最快的。一个好的调制方法 和

5、技术，要能在低的接收信噪比条件下提供低误比特率解调性能，在移动环境下抗无线信道衰落能力强， 占用带宽最小，容易实现，价格低。数字调制技术大体可以分为：相位调制技术、频率调制技术、多进制 调制技术、扩频调制技术。如果更广义地来看待调制问题，移动通信中的信号成型( 滤波 )技术、编码技术、时空分集技术也是实现上述 3 个要求的调制处理技术。 扩频调制技术是目前使用广泛的 CDMA 技术， 已另 有论述，本文将就现代移动通信调制技术：相位调制技术、频率调制技术、多进制调制技术、自适应调制 技术进行讨论，并对相关技术性能和应用进行分析，最后提出对进一步发展的看法。1 相位调制技术(1) 二进制相移键控

6、 (BPSK) 调制BPSK 调制是最基本、最常见的相位调制方式。 BPSK 信号可以用平衡调制器产生。解调必须使用相 干(或同步 ) 解调方法同步恢复载波的相位和频率，从而获得好的接收性能。(2) 差分相移键控 (DPSK) 调制DPSK 是相移键控的非相干形式，它不需要在接收端有相干参考信号。非相干接收机实现容易且价格 低，因此，在无线通信系统中广泛使用。虽然 DPSK 信号采用非相干解调有降低接收机复杂度的优点，但 它的能量效率比相干接收低 3dB 。(3) 四相相移键控 (QPSK) 调制采用 QPSK 调制技术，一次调制能传输 2 比特数据，因此，它的带宽效率比 BPSK 高 1 倍

7、。QPSK调制在无线通信中被广泛应用。为了获得稳定的解调性能，改进的OQPSK调制和n/ 4 QPSK调制被应用在移动通信系统中。QPSK 信号的幅度非常恒定，然而，当 QPSK 进行波形成型 (滤波)时，它们将失去恒包络的性质。偶 尔发生的 180° 相移，会导致信号的包络在瞬间通过零点。为了减轻这个问题的有害影响，一种称为偏移 或参差 QPSK(OQPSK) 调制方式被提出，它能支持比较高效的放大器。OQPSK 调制信号的奇比特流和偶比特流在时间上错开 1 个比特，消除了相位跳变。 OQPSK 信号即使在非线性放大后仍能保持其带限的性质，这就非常适合移动通信系统。当接收机由于解调

8、噪声造成相位抖动时， OQPSK 信号的性能比 QPSK 要好。在第 2 代移动通信系统 IS 95 中，上行链路就是采用的OQPSK 调制方式。n/4QPSK调制是一种正交相移键控调制技术，从最大相位跳变来看，它是OQPSK和QPSK的折衷，为土 135°，因此，带限 n/4 QPSK信号比带限QPSK有更好的恒包络性质。n/4 QPS K最吸引人的特性是它能够非相干解调，这使得接收机的设计大大简化。n/4 QPSK信号差分 检测(非相干解调)的BER性能比 QPSK 低 3dB ；而用相干解调时，其 BER 性能与 QPSK 相同。这种方法已在日本的第 2 代移动通信系统中应用。

9、2 频率调制技术目前， 许多实际的移动通信系统都使用频率调制方法，不管调制信号如何改变，载波的幅度是恒定的。恒包络调制具有可以满足多种应用环境的优点： (1) 可以使用功率效率高的 C 类放大器，不会使信号占用 的频谱增大； (2) 带外辐射低，可达 60dB 到 70dB ；(3) 可用限幅器鉴频器检测，从而简化接收机的 设计， 并能很好地克服随机噪声和有瑞利衰落引起的信号波动。 但恒包络调制占用的带宽比线性调制的大。典型的频率调制技术有：(1) 二进制频移键控 (BFSK) 调制在 BFSK 调制中，幅度恒定不变的载波信号频率随着两个信息状态改变 (1 或 0) 而切换。常用的产生 FSK

10、 信号的方法是使用信号波形对单一载波振荡器进行频率调制。类似于产生模拟FM 信号，只是调制信号为二进制波形，载波相位函数与调制信号的积分成比例，因而是连续的，但是非线形的。由于 FSK 信号的复包络是调制信号的非线性函数，所以确定 FSK 信号的频谱相当困难。 BFSK 信号 可以采用相干或非相干的检测方法。(2) 最小频移键控 (MSK) 调制MSK 是一种特殊的连续相位的频移键控 (CPFSK) 调制技术， 其最大频移为数据比特率的 1/4 ，也就是 说， MSK 是调制系数为 0.5 的连续相位 FSK 调制。因此， MSK 是一种高效的调制方法，具有恒包络、频 谱利用率高、误比特率低和

11、自同步等特点，特别适合在移动通信系统中使用。实际上， MSK 信号可以看成是一类特殊形式的 OQPSK ，它用半正弦脉冲代替了 OQPSK 中的基带矩 形脉冲。 MSK 信号也可看成是一种特殊形式的连续相位 FSK 信号。因而， MSK 信号有多种表达形式。(3) 高斯最小频移键控 (GMSK) 调制GMSK 调制是由 MSK 演变而来的一种简单的二进制调制方法。由于脉冲成型并不会引起平均相位曲线的偏离， GMSK 信号可以作为 MSK 信号进行相干检测，或者作为一个简单的 FSK 信号进行非相干检测。尽管预调制高斯滤波器在发射信号中会引起符号间的干扰。 但如果滤波器的 3dB 带宽与数据比特

12、周期的乘积 (BT) 大于 0.5 ，其 BER 性能的下降并不严重。 因此， GMSK 调制是以牺牲 BER 性能而得到良好的功率效率和频谱效率，倍受第 2 代移动通信系统 GSM 青睐，并为第 3 代移动通信系统 TD CDMA 的标准化建议采用。GMSK 的预调制高斯滤波器可以由 BT 完全确定。因此，习惯上使用 BT 乘积来定义 GMSK， BT 越 小，因符号间干扰造成的系统性能下降越多。 GMSK 的误码率是 BT 的函数，在 BT=0.5887 时，由滤波 器引起的符号间干扰造成的系统 BER 性能下降值最小，所需要的信噪比仅增加 0.14dB 。3 多进制调制技术现代调制技术的

13、进展，已经开始走岀仅仅对相位或频率单一调制的方式，而通过同时改变发射载波的 包络和相位(或频率)来传输基带数字信号。由于包络和相位的改变提供了两个自由度，这样的调制技术可 以将基带信息数据映射到 4种或更多参数改变的射频载波信号上，因此，这种调制技术称之为多进制调制，它与单独的相位调制或频率调制相比，有更高的信息数据传送能力。多进制调制技术特另U适合于追求频带利用率的带宽受限的通信信道。在多进制调制方式中，按载波被调制的是幅度、相位还是频率，分别称为多进制频率调制、多进制相 位调制和多进制正交幅度调制。同时改变载波的幅度和相位的调制方法是目前移动通信调制技术研究的热门课题。多进制频率(MFSK

14、)调制MFSK调制信号为：S|(t)=V2Errin/TsCas( n/T£(nc-H)t? (JWtWG厶 忖其中，对于某些固定的 ncfc=n c/2T s。M个传输信号具有相同的能量和时间长度，信号频率彼此间隔 1/2TsHz ，相互正交。MFSK信号可以用相干或非相干的方法检测。MFSK信号的带宽效率随着 M的增加而降低。如果它的M个信号都是正交的，互不干扰，功率效率随着M增加而增加。另外一个优点是MFSK 信号可用非线性放大器进行放大，不会引起性能降低。目前，采用正交频分复用(OFDM)方式作为提供高功率效率和高传输速率的多址接入技术，可以说是 正交MFSK调制技术的演进，

15、启发人们将公式中的每一个频率都采用二进制数据调制，这样就构成多路并行载波，每个载波都携带了用户的信息，因此，它可在一个信道内传送大量用户的信息。(2)多进制相位(MPSK)调制MPSK调制是多进制相位调制，载波相位按信息数据比特，取M个可能相位值中的一个，即9 i=2(i1) n/M,i=1,2,M。那MPSK 次调制可传送log 2M比特的信息数据，调制信号为：SHPSK(t)=t/&COS(l 閉-屆引n(l /閉虬(t)(2)其中，Es=(log 2m)E b是每个符号(相当于一次调制所能传送的比特数)的能量，Ts=(log 2m)T b是符号 周期， J 'T -L 二

16、和| J一二是两个基本正交信号。因此，调制信号的星座图是二维的，所有信号点均匀分布在以原点为中心，二为半径的圆周上。MPSK信号功率谱密度可以用类似处理BPSK和QPSK调制的方法得到，矩形脉冲的MPSK信号功率谱密度为：p s- Es /SinTT(f- fc)Ts2 fsinTT(-f-®印除(f) - T卩我5)+ (“(-f-f汪)从上式(3)可知，在数据速率不变的情况下，MPSK信号的主瓣随着 M的增加而减小，即带宽效率随之增加。但M增加意味着星座图上的点更加紧密，功率效率因而降低。为此，如果在移动通信系统中采用GMSK调制方式，需要使用导频或均衡，需要有比BPSK等一维调

17、制信号更高的解调处理能力。所以，在目前的移动系统中，MPSK调制方式并没有应用。(3)多进制正交幅度调制(QAM)在MPSK调制中，由于传输信号的幅度保持恒定，它的星座图是圆形的。随着M的增大，星座图上矢量端点之间的最小距离随之减小，会造成解调性能下降。如果我们充分利用整个星座平面，将矢量端点合理分布，则有可能在不减少最小距离的情况下增加信号矢量的端点数目，从而提高信息数据传输能力。 基于上述概念可以同时改变载波的相位和幅度，获得 一种新的调制方法，称为 QAM 。QAM 调制方式与 MPSK 调制方式一样具有很高的频谱利用率，其功率谱和带宽效率也与 MPSK 调制 方式相同， 而功率效率优于

18、 MPSK 。但是， QAM 调制方式存在载波恢复和自动增益控制方面的问题，在无 线通信系统中必须使用导频信号或均衡处理， 因此现有的蜂窝移动通信系统没有采用。 随着无线 IP 通信业 务的高速数据速率的传输需求，采用微蜂窝和微微蜂窝，使得无线信道的传输特性发生了很大的变化，在 发射机和接收机之间就容易建构很强的主径信号 分量，现在正被广泛研究。应该看到， 在瑞利衰落环境中， 即使信噪比高， QAM 传输也会因为无线信道的深衰落而造成解调产生 突发错误。为此，可以采用功率控制技术，根据信道情况改变传输信号功率，使得传输过程中的星座图上 矢量端点改变尽量小，改善解调性能，称为可变功率 QAM 调

19、制方式。但是，增加发射功率会增加同信道 干扰，造成系统容量下降。对此，提出了根据信道情况改变调制的电平数量，即信道条件好时，增加星座 图上矢量端点数，而在衰落时，减少星座图上矢量端点数，使得系统的误码性能保持稳定，发射功率也基 本恒定的自适应 QAM 调制方式及可变速率 QAM 调制方式。这意味着在快衰落时， 为保持 BER 近似不变， 而减小数据速率；在慢衰落时，增加数据速率。在平坦衰落信道中，自适应调制可以达到高的系统通信流 量。可变速率、可变功率的 QAM 方式与非自适应调制方式相比，可以有 20dB 的功率增益。4 自适应调制技术由于采用多进制调制技术提高传输速率和频带利用率，需要增加

20、星座图上信号点的数量。然而，增加 信号点意味着信号间的欧几里德距离减小， 这会造成系统解调的 BER 性能下降。 多进制自适应调制方法是 在正常的信号调制星座图中，根据各种情况 (信道特性、信息业务、 QOS 要求、实时性能等 ) 改变星座图中 信号点的数量，以达到改变数据速率和改善传输质量的目的。目前，第 3 代移动通信的发展，需要系统传 送不同的多媒体业务， 如果仅仅采用上述的单项调制技术， 或单项调制技术的自适应方式， 会造成系统 BER 性能的下降。最近，较多的研究考虑把多进制调制与其他信号处理方式结合起来，如功率控制、信道编码、 接入监控等，获得稳定的通信质量和高的传输效率，特别是各

21、种自适应信道编码调制技术。这些方法都是 将信道编码技术和数字调制技术结合起来，以提供好的系统性能。E. Okamoto 等人提出了采用 20QAM BCM( 分组编码调制 ) 的方法，编码增益由多电平的编码得到， 每个电平的数据被编码，编码后的比特被映射成星座图上的信号端点后传输。BCM 用来增大星座图上信号端点之间最小的欧几里德距离。这种方法可以提供可变速率的数据传输和好的 BER 性能。P. Moqvist 提出了将频率响应为 2RC 和 3RC 的低复杂度连续相位调制 (CPM) 与不同编码速率的卷积 码结合，构成为二进制、四进制、八进制和十六进制，频率响应为2RC、3RC的CPM与外速率为1/2、2/3 和 3/4 的卷积码结合