《移动通信技术》期末考试复习题及答案

《移动通信技术》期末考试复习题及答案一、填空题（每空1分，共20分）1.移动通信系统中，移动台与基站之间的无线信道主要面临的衰落类型包括路径损耗、慢衰落（阴影衰落）和快衰落（多径衰落）。2.正交频分复用（OFDM）技术的核心优势是通过子载波正交性降低符号间干扰（ISI），其实现的关键技术是快速傅里叶变换（FFT/IFFT）。3.码分多址（CDMA）系统中，不同用户通过不同的扩频码（伪随机码）区分，常用的扩频码包括m序列和Gold序列。4.5GNR（新空口）支持的双工方式包括频分双工（FDD）和时分双工（TDD），其中TDD更适用于上下行非对称业务场景。5.移动通信系统的主要性能指标包括频谱效率、功率效率、覆盖范围和系统容量。6.信道编码的主要目的是提高信号在信道中的传输可靠性，常用的前向纠错编码（FEC）技术有卷积码、Turbo码和LDPC码（低密度奇偶校验码）。7.MIMO（多输入多输出）技术通过空间复用和空间分集两种方式提升系统性能，其中空间复用主要用于提高数据速率，空间分集主要用于增强抗衰落能力。二、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种调制方式不属于线性调制？（）A.QPSK（正交相移键控）B.BPSK（二进制相移键控）C.GMSK（高斯最小频移键控）D.16QAM（16进制正交幅度调制）答案：C（GMSK是恒包络调制，属于非线性调制）2.以下哪项不是CDMA系统的特点？（）A.软切换B.频率复用系数高C.小区呼吸效应D.严格的时间同步要求答案：D（TDMA和FDMA对同步要求更高，CDMA通过码分区分用户，同步要求相对较低）3.4GLTE系统中，下行物理层采用的多址技术是（）A.OFDMA（正交频分多址）B.SC-FDMA（单载波频分多址）C.CDMA（码分多址）D.TDMA（时分多址）答案：A（LTE下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA以降低峰均比）4.以下哪种衰落属于慢衰落？（）A.多径效应引起的瑞利衰落B.障碍物遮挡引起的对数正态衰落C.多普勒频移引起的频率扩散D.符号间干扰（ISI）答案：B（慢衰落由阴影效应引起，服从对数正态分布；快衰落由多径效应引起，服从瑞利或莱斯分布）5.5GNR中，为了支持大连接场景（mMTC），采用的关键技术是（）A.毫米波通信B.超密集组网（UDN）C.窄带物联网（NB-IoT）D.非正交多址（NOMA）答案：D（NOMA通过功率域或码域复用，支持更多用户接入，适用于mMTC）6.以下关于信道编码的描述，错误的是（）A.卷积码的译码复杂度与约束长度相关B.Turbo码通过并行级联两个卷积码实现接近香农限的性能C.LDPC码是一种分组码，译码复杂度低于Turbo码D.信道编码会降低系统的频谱效率答案：C（LDPC码的译码复杂度通常高于Turbo码，但其性能更接近香农限）7.移动通信系统中，频率复用系数Q的计算公式为（）A.Q=√(3N)（N为簇大小）B.Q=√(N/3)C.Q=3ND.Q=N/3答案：A（频率复用距离D与簇大小N的关系为D=R√(3N)，其中R为小区半径，频率复用系数Q=D/R=√(3N)）8.以下哪项不是MIMO空间分集的实现方式？（）A.发射分集（TxDiversity）B.接收分集（RxDiversity）C.空时编码（STC）D.空间复用（SpatialMultiplexing）答案：D（空间复用用于提高数据速率，空间分集用于抗衰落，二者是MIMO的两种主要应用方式）9.以下关于OFDM技术的描述，正确的是（）A.子载波必须严格正交，因此子载波间隔需大于符号速率B.循环前缀（CP）用于消除载波间干扰（ICI）C.OFDM对频率偏移不敏感D.子载波数量越多，系统的频谱效率越高答案：B（循环前缀通过扩展符号周期，避免多径引起的符号间干扰；子载波间隔等于符号速率的倒数以保证正交性；OFDM对频率偏移敏感；子载波数量增加会提高系统容量，但频谱效率由调制方式决定）10.以下哪种技术不属于5G的关键技术？（）A.大规模MIMO（MassiveMIMO）B.全双工（FullDuplex）C.正交频分复用（OFDM）D.时分多址（TDMA）答案：D（TDMA是2G/3G的多址技术，5G主要采用OFDMA和NOMA）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述移动通信中“快衰落”和“慢衰落”的区别及各自的应对措施。答案：快衰落（多径衰落）：由多径传播引起，信号幅度快速变化，衰落周期短（与符号周期可比），服从瑞利分布（无直射径）或莱斯分布（有直射径）。应对措施：采用分集技术（空间、时间、频率分集）、均衡技术（如自适应均衡器）、扩频技术（CDMA通过扩频码对抗多径）。慢衰落（阴影衰落）：由障碍物遮挡引起的信号缓慢衰减，衰落周期长（与移动台移动距离相关），服从对数正态分布。应对措施：调整发射功率（功率控制）、增加基站密度（缩小小区半径）、采用智能天线（波束赋形提高接收信号强度）。2.解释OFDM技术中“子载波正交性”的含义，并说明其如何降低符号间干扰（ISI）。答案：子载波正交性指任意两个子载波在一个符号周期内的积分等于0，即不同子载波之间在时域上无重叠干扰。OFDM将高速数据流串并转换为多个低速子数据流，每个子数据流调制到相互正交的子载波上。由于子载波正交，接收端通过FFT可分离各子载波信号，即使子载波频谱重叠也不会产生干扰。同时，通过添加循环前缀（CP），将符号周期扩展，避免多径引起的前一符号对当前符号的干扰（ISI），进一步降低误码率。3.比较FDMA、TDMA、CDMA三种多址技术的优缺点。答案：FDMA（频分多址）：优点：技术简单，实现成本低；无时间同步要求。缺点：频谱利用率低（需要保护带）；频率资源划分固定，灵活性差；功率效率低（连续发射）。TDMA（时分多址）：优点：频谱利用率高于FDMA；支持不同速率业务（通过调整时隙分配）；发射机可分时工作，功耗较低。缺点：需要严格的时间同步；时隙保护间隔导致资源浪费；抗多径能力较弱（符号周期短易受ISI影响）。CDMA（码分多址）：优点：频谱利用率高（码分复用，无需保护带）；软容量（用户数增加仅降低信噪比）；抗多径（扩频码的相关特性可分离多径信号）；软切换（切换时同时连接多个基站）。缺点：存在多址干扰（MAI，非理想正交码引起）；需要精确的功率控制（远近效应）；系统容量受限于码片速率和处理增益。4.简述5GNR（新空口）相对于4GLTE的主要技术改进。答案：（1）频谱扩展：支持Sub-6GHz和毫米波（mmWave）频段，提升可用带宽；（2）灵活帧结构：采用可变时隙长度（Slot）和子载波间隔（15kHz~240kHz），支持不同业务（eMBB、URLLC、mMTC）；（3）大规模MIMO（MassiveMIMO）：天线数量增加至64/128阵元，通过波束赋形提高频谱效率和覆盖；（4）非正交多址（NOMA）：在功率域或码域复用用户，支持海量连接（mMTC）；（5）全双工（同频同时收发）：theoretially提升频谱效率一倍，实际通过自干扰消除技术实现；（6）边缘计算（MEC）：将计算能力下沉至基站，降低业务时延（适用于URLLC）；（7）更高效的信道编码：采用极化码（PolarCode）作为控制信道编码，LDPC码作为数据信道编码，性能更接近香农限。5.解释移动通信中的“远近效应”及其在CDMA系统中的解决方案。答案：“远近效应”指离基站近的移动台发射功率较强，可能覆盖离基站远的移动台的弱信号，导致远台信号被近台信号淹没的现象。CDMA系统中，所有用户共享同一频带，信号通过不同扩频码区分，若近台功率过强，其扩频信号会对远台信号产生多址干扰（MAI）。解决方案：（1）严格的功率控制：基站实时监测各移动台的接收信噪比（SNR），通过闭环功率控制调整移动台发射功率，使各用户到达基站的功率基本相等；（2）扩频码的正交性设计：采用正交码（如沃尔什码）降低MAI，但实际多径环境中正交性会被破坏，需结合功率控制；（3）智能天线技术：通过波束赋形定向接收远台信号，抑制近台干扰。四、计算题（每题10分，共20分）1.某CDMA系统采用带宽为1.25MHz的载频，码片速率为1.2288Mcps（兆码片/秒），用户数据速率为9.6kbps（千比特/秒）。计算该系统的处理增益（Gp），并说明处理增益对系统抗干扰能力的影响。答案：处理增益Gp定义为码片速率（Rc）与数据速率（Rb）的比值，即Gp=Rc/Rb已知Rc=1.2288Mcps=1.2288×10⁶cps，Rb=9.6kbps=9.6×10³bpsGp=(1.2288×10⁶)/(9.6×10³)=128（倍）转换为分贝（dB）：Gp(dB)=10log₁₀(128)≈21.07dB处理增益反映了扩频系统通过扩展信号带宽换取抗干扰能力的程度。Gp越大，系统理论上能容忍的干扰功率越强（干扰功率需小于Gp倍的信号功率才不致淹没接收信号）。2.某蜂窝移动通信系统采用7小区频率复用模式（簇大小N=7），小区半径R=1km，工作频率f=900MHz。计算频率复用距离D，并判断当移动台以50km/h速度移动时，是否会出现明显的多普勒频移（光速c=3×10⁸m/s）。答案：（1）频率复用距离D的计算公式为D=R√(3N)（适用于正六边形小区）代入N=7，R=1km，得D=1×√(3×7)=√21≈4.58km（2）多普勒频移fd=(v×f)/c，其中v=50km/h=50×1000/3600≈13.89m/sfd=(13.89×900×10⁶)/(3×10⁸)≈(13.89×900)/300≈41.67Hz移动通信中，当fd接近符号速率时会产生明显的载波间干扰（ICI）。对于GSM系统（符号速率约270kbps），41.67Hz的多普勒频移远小于符号速率，影响可忽略；但对于OFDM系统（子载波间隔15kHz），fd可能导致子载波正交性破坏，需通过同步或加窗技术补偿。因此，在900MHz频段、50km/h移动速度下，多普勒频移不明显，但高速场景（如高铁）需特别处理。五、综合分析题（共20分）结合5G关键技术，分析其如何支持“增强移动宽带（eMBB）”“超可靠低时延通信（URLLC）”和“海量机器类通信（mMTC）”三大应用场景。答案：5G通过多技术融合满足三大场景需求，具体如下：1.增强移动宽带（eMBB）：核心需求是高数据速率（10Gbps）和高用户体验速率。关键技术包括：-毫米波通信：提供GHz级带宽（如28GHz频段带宽可达800MHz），大幅提升容量；-大规模MIMO（MassiveMIMO）：通过64/128阵元天线的波束赋形，提高空间分辨率和频谱效率（单小区频谱效率可达30bps/Hz以上）；-高阶调制（如256QAM/1024QAM）：提升每个符号携带的比特数；-双连接（DC）：同时连接4GLTE和5GNR，利用现有低频覆盖补充毫米波的覆盖盲区。2.超可靠低时延通信（URLLC）：核心需求是时延≤1ms，可靠性≥99.999%。关键技术包括：-短帧结构（ShortTransmissionTimeInterval,sTTI）：将时隙长度从1ms缩短至0.25ms甚至更短，减少处理时延；-边缘计算（MEC）：将业务处理节点下沉至基站，避免数据回传核心网的时延；-低时延编码（如Polar码）：Polar码的译码复杂度低，且在短码长下性能优于Turbo码；-动态资源分配（DRX）：按需分配时频资源，减少空闲等待时间；-多连接（Multi-Connectivity）：同时连接多个基站，通过分集提高可靠性。3.海量机器类通信（mMTC）：核心需求是支持百万级/平方公里的连接数，低功耗（终端续航≥10年）。关键技术包括：-非正交多址（NOMA）：在功率域复用用户（如基于SIC的NOMA），允许同一时频资源承载多个用户，提升连接密度；