无线通信基础(北京交通大学) 中国大学MOOC作业答案

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【作业】第1单元 无线通信概论 无线通信概论单元作业

1、 问题:请简述当前无线通信面临的挑战。
评分规则: 【 更高传输速率要求，恶劣的电波传输环境，频谱资源有限，网络建设成本激增和业务收入增长缓慢，节能环保要求越来越高。答出1个得2分。
】

2、 问题:请简述第5代无线通信（5G）的三大应用场景，以及各应用场景支持的主要业务。
评分规则: 【 增强型移动宽带（eMBB），实现超高速数据传输，支持高清/3D视频传输等业务。答出场景得1分，介绍业务得1分。
海量机器类通信（mMTC），实现1百万/km2连接，支持大规模物联网。答出场景得1分，介绍业务得1分。
超高可靠低延迟通信（URLLC），实现毫秒级时延，支持无人驾驶、工业自动化、远程医疗等业务。答出场景得1分，介绍业务得1分。
】

3、 问题:为什么无线通信的频率资源多由国家进行授权和管理，而不能随意使用？
评分规则: 【 由于无线通信是在开放的电磁环境中进行信号传输。同一区域，使用相同频率的不同系统之间可能造成严重的干扰。因此国家根据不同无线通信系统的特点，进行频率的授权和管理。除少数免授权频率以外，随意使用无线频率，可能构成违法，甚至是犯罪。
】

4、 问题:请简述什么是蜂窝移动通信系统，具有哪些特点？
评分规则: 【 蜂窝移动通信系统将服务区域分为若干个覆盖区（小区），通常表示成六角蜂窝状，每个小区设置一个基站，负责小区内移动台通信和控制。
特点：双向通信，支持切换和漫游等。
】

5、 问题:请简述第5代无线通信（5G）的三大应用场景和主要支持的业务？
评分规则: 【 增强型移动宽带（eMBB），实现超高速数据传输，支持高清/3D视频传输等业务。答出场景得1分，介绍业务得1分
海量机器类通信（mMTC），实现1百万/km2连接，支持大规模物联网。答出场景得1分，介绍业务得1分。
超高可靠低延迟通信（URLLC），实现毫秒级时延，支持无人驾驶、工业自动化、远程医疗等业务。答出场景得1分，介绍业务得1分。
】

6、 问题:请画出数字通信系统基本架构。
评分规则: 【 略
】

7、 问题:请分别简述第5代无线通信（5G）和第6代无线通信（6G）的主要应用场景。
评分规则: 【 略
】

8、 问题:请简述1G、2G、3G移动通信系统各自特点，介绍其主要的技术标准。
评分规则: 【 略
】

9、 问题:请简述毫米波频段的定义和主要特点。
评分规则: 【 略
】

10、 问题:简述第6代无线通信（6G）具有哪些特点。
评分规则: 【 略
】

11、 问题:简述无线通信的目标有哪些？
评分规则: 【 略
】

【作业】第1单元 无线通信概论 无线通信概论单元作业（以此为准）

1、 问题:请简述当前无线通信面临的挑战。
评分规则: 【 1）更高传输速率要求2）恶劣的电波传输环境3）频谱资源有限4）网络建设成本激增和业务收入增长缓慢以上4个方面，得出1个得2分
】

2、 问题:请简述第5代无线通信（5G）的三大应用场景和主要支持的业务？
评分规则: 【 1）增强型移动宽带（eMBB），实现超高速数据传输，支持高清/3D视频传输等业务。2）海量机器类通信（mMTC），实现1百万/km2连接，支持大规模物联网等业务。3）超高可靠低延迟通信（URLLC），实现毫秒级时延，支持无人驾驶、工业自动化、远程医疗等业务。答出场景得1分，介绍业务得1分。
】

【作业】第2单元 无线电波传播机制 无线电波传播机制单元作业

1、 问题:某无线接收系统，依次由天线和接收机连接组成，其中接收机噪声系数F=7dB，信道带宽为10 MHz，若接收信号功率为-90dBm，问：1）接收信噪比为多少？2）如果将接收机置于温度为-196°C的液氮中，则接收信噪比为多少？
评分规则: 【 略
】

2、 问题:如何理解加性高斯白噪声（AWGN）中的“高斯”和“白”。加性高斯白噪声具有什么特点？根据之前时刻的加性高斯白噪声的值，能够预测下一时刻的加性高斯白噪声的值吗？为什么？
评分规则: 【 略
】

3、 问题:在自由空间路径损耗公式中，路径损耗随传输距离的平方变化，请进行物理解释。
评分规则: 【 略
】

4、 问题:请解释衰落余量的概念，并分析增大衰落余量对系统造成的有利和不利影响。
评分规则: 【 预算中的接收功率与实际所需的最小接收功率之间的差值，或者预算中的路径损耗与实际路径损耗之间的差值
增大衰落余量可以降低系统的中断概率。
但增大衰落余量，需要增加基站的发射功率，或者减小基站覆盖范围。
】

5、 问题:为什么广播通信系统通常部署在较低频段？为什么当前无线通信系统不断探索更高频段？
评分规则: 【 略
】

6、 问题:某通信系统工作在3500MHz，基站发射功率为20W，移动台正常工作的最小覆盖电平为-90dBm；采用断点模型，路径损耗指数为3.0，断点距基站10m，衰落余量为10dB，求基站最大覆盖半径。
评分规则: 【 略
】

7、 问题:无线电波传播机制主要包括哪些？
评分规则: 【 直射、反射、绕射、透射和散射。答出1个得2分。
】

8、 问题:发射机发射功率为2W，发射天线增益为7dB，则有效全向辐射功率（EIRP）为？
评分规则: 【 将发射功率转换为dB值，即2W=33dBm。
EIRP等于发射功率+发射天线增益，即33+7=40dBm给出正确结果的得2分，给出计算步骤的得1分，均给出的得3分
】

9、 问题:GSM接收系统，依次由天线和接收机连接组成，其中接收机噪声系数为F=6dB，信道带宽200KHz，若接收信号功率为-102dBm，问：1）接收信噪比为多少？（2分）2）若考虑采用低噪声放大器（其噪声系数为F=3dB，增益为10 dB）来改善信噪比，低噪声放大器应加在接收系统的何处，接收机的复合噪声系数为多少？（3分）
评分规则: 【 1）200KHz信道带宽的热噪声功率为：-174+10lg(200*)= -121 dBm，考虑接收机噪声, 接收端的信噪比为：-102-（-121）-6=13dB
2）加在天线和接收机之间（1分）F1=3dB=2   G1=10dB=10   F2=6dB=4接收机复合噪声系数：（2分）Feq= F1+( F2-1)/G1 =2+（4-1）/10=2+0.3=2.3.
】

10、 问题:请解释加性高斯白噪声的含义。
评分规则: 【 噪声信号在信号空间各个方向上的投影服从高斯分布（正态分布）
它的功率谱密度函数在整个频谱上为常数（“白”）
噪声与信号为叠加关系
】

11、 问题:GSM接收系统，依次由天线和接收机连接组成，其中接收机噪声系数F=6dB，信道带宽为200KHz，若接收信号功率为-102dBm，问：1）接收信噪比为多少？2）若考虑采用低噪声放大器（其噪声系数F=3dB，增益为10dB）来改善信噪比，低噪声放大器应加在接收系统的何处，接收机的复合噪声系数为多少？
评分规则: 【 1）200KHz信道带宽的热噪声功率为：-174+10lg(200*)= -121 dBm，考虑接收机噪声，接收端的信噪比为：-102-（-121）-6=13dB
2）加在天线和接收机之间（2分）F1=3dB=2   G1=10dB=10   F2=6dB=4接收机复合噪声系数：（2分）Feq= F1+(F2-1)/G1 =2+(4-1)/10=2+0.3=2.3。
】

12、 问题:请简述什么是加性高斯白噪声（AWGN）。
评分规则: 【 高斯：噪声信号在信号空间各个方向上的投影服从高斯分布（正态分布）
白：它的功率谱密度函数在整个频谱上为常数（“白”）
加性：噪声与信号为叠加关系
】

13、 问题:在自由空间路径损耗公式中，路径损耗随传输距离如何变化?是什么原因导致的这一变化？
评分规则: 【 在自由空间路径损耗公式中，路径损耗随距离的平方增长。
导致路径损耗的根本原因是距离越远，电磁波能量扩散的范围越大，导致相同面积上的接收信号功率越小。
】

14、 问题:为什么广播通信系统通常部署在较低频段？
评分规则: 【 较低的频段，信号的绕射能力更强，路径损耗更小，能够实现更大的覆盖范围，非常适合广播通信系统需要大范围覆盖的特点。
】

15、 问题:某通信系统工作在1800MHz，基站发射功率为2W，移动台正常工作的最小覆盖电平为-102dBm；采用断点模型，路径损耗指数为3.0，断点距基站100m，衰落余量为10dB，求基站最大覆盖半径。
评分规则: 【 基站发射功率为2W=33dBm，允许的路径损耗为33-(-102)-10（衰落余量）=125dB
断点以内的路径损耗L1=32.4+20log10(1800)+20log10(0.1)=77.5dB断点以外的路径损耗L2=125-77.5=47.5dB
3.010log10(d/d0)=47.5，可得d=3.8km
】

16、 问题:简述什么天线增益。采用高天线增益的定向天线，有何益处。
评分规则: 【 天线增益：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想全向辐射天线在空间同一点处所产生信号的功率密度之比。
能够扩大信号覆盖范围，改善覆盖质量，并能够减少干扰。
】

17、 问题:如何理解加性高斯白噪声（AWGN）中的“高斯”和“白”。根据之前时刻的加性高斯白噪声的值，能够预测下一时刻的加性高斯白噪声的值吗？为什么？
评分规则: 【 高斯：噪声信号在信号空间各方向上的投影服从高斯分布
白：噪声信号功率谱密度在整个频域内保持不变，即为一个常数
AWGN前后时刻的值没有相关性，因此无法预测。
】

18、 问题:在自由空间中传播的电磁波其接收功率和收发距离成何关系，并解释为什么会有这种现象。
评分规则: 【 接收功率和距离的平方成反比例关系，这种规律称为Friis 定律。
电磁波扩散的面积随收发距离平方增长，因此一定面积上接收到的信号功率与收发距离成反比例。（不能用公式解释公式）
】

19、 问题:如果5G系统接收机的频带宽度为20MHz，温度为300K (≈273.15+27.℃) ，计算接收机的基础热噪声功率。
评分规则: 【 Pn=-174+10*log10(20e6)=-101dBm
】

20、 问题:某移动通信系统工作在1.8 GHz，带宽为5MHz，路径损耗的断点距基站10m，路径损耗指数为3.5，基站发射功率为40W，基站发射天线增益为6dB，移动台接收天线增益为2dB，基站线缆损耗为3dB，移动台线缆损耗为1dB，移动台接收机噪声系数为8dB，解调所需的最小信噪比为12dB，衰落余量为10dB，不考虑人为噪声。请计算最大覆盖范围。
评分规则: 【 基础热噪声功率-174+10log(5106)=-107dBm噪声功率为-107+F=-99dBm
最小接收功率为-99+SNR-Gr+Lr=-99+12-2+1=-88dBm发射功率为40W=46dBmEIRP=46+6-3=49dBm可接受的路径损耗为49-(-88)-10=127dB
路径损耗L=L1+L2L1=32.4+20log10f+20log10d=57.5dBL2=3.510*log10(d/d0)=127-57.5=69.5dB可得最大覆盖范围d=955m
】

【作业】第3单元 窄带无线信道 窄带无线信道单元作业

1、 问题:瑞利信道中，假定衰落余量设定为10dB，则中断概率为多少？如果希望中断概率为5%，则衰落余量应为多少dB？
评分规则: 【 中断概率Pr=1-exp(-/M)，衰落余量M=10dB=10，可求得中断概率为9.5%答对得3分；只给出公式得1分；将10dB换算成10，得1分。
根据中断概率Pr=1-exp(-/M)=0.05，求得衰落余量M=19.5=13dB。答对得3分；只给出公式得1分；求得M的线性值得2分。
】

2、 问题:为什么多径传播会导致小尺度衰落？
评分规则: 【 多径传播时，接收信号实际上是不同路径信号的矢量叠加。答对得2分，答错得0分。
不同路径信号具有不同的幅度和相位。答对得2分，答错得0分。
不同路径信号进行矢量叠加时，可能相长，也可能相消，因此造成在很小范围内的信号强度的快速变化。答对得2分，答错得0分。
】

3、 问题:造成信号的小尺度衰落的原因是什么？当信号的传播路径中包含直射路径（主导分量）时，信号的幅度什么分布？当不包含主导分量，接收信号的实部和虚部服从什么分布？幅度服从何种分布？相位服从何种分布？
评分规则: 【 信号的小尺度衰落是由于多径传播发生相互干涉和收发信机与周围散射体发生相对移动引起的。 答对多径和相对移动各得1分。
当信号的传播路径中包含直射路径（主导分量）时，信号的幅度服从莱斯分布。
当不包含主导分量，接收信号的实部和虚部服从正态分布，幅度服从瑞利分布，相位服从均匀分布。
】

4、 问题:大尺度衰落是什么原因造成的，一般而言，服从什么分布？当大尺度衰落的标准差为6dB，中断概率为5%时，则衰落余量应该为多少dB？
评分规则: 【 大尺度衰落是障碍物遮挡导致的，一般服从对数正态分布。
根据正态分布表，可得：衰落余量1.645*6=9.87dB
】

5、 问题:请解释莱斯因子K的定义？为什么可以说瑞利信道是莱斯信道的一个特例。
评分规则: 【 莱斯因子K定义为直射分量功率与反散射分量功率之比。
瑞利信道是莱斯信道当K=0时的一个特例。
】

6、 问题:请简析多普勒扩展与多普勒频移的关系。太空中高速运动的通信卫星与地面之间的无线通信，存在多普勒频移和多普勒扩展吗？
评分规则: 【 多径环境中，不同路径的信号由于与移动体移动方向之间的夹角不同，形成不同的多普勒频移；当多径非常多时，多普勒频移就成为了多普勒扩展。
太空中高速运动的通信卫星与地面之间的无线通信存在多普勒频移，但由于只有直射路径，因此没有多普勒扩展。
】

7、 问题:瑞利信道中，假定衰落余量设定为6dB，则中断概率为多少？如果希望中断概率为5%，则衰落余量应为多少dB？
评分规则: 【 略
】

8、 问题:请简述什么是小尺度衰落？小尺度衰落的成因是什么？
评分规则: 【 略
】

9、 问题:大尺度衰落是什么原因造成的，一般而言，服从什么分布？当大尺度衰落的标准差为9dB，中断概率为5%时，则衰落余量应该为多少dB？
评分规则: 【 略
】

10、 问题:开阔场景与建筑物密集场景相比，一般而言哪个场景的莱斯因子较大？请解释。
评分规则: 【 略
】

11、 问题:在开阔的高速铁路高架桥场景中，假定位于车顶的车载台与基站之间始终存在直射路径（LoS），请问当列车从靠近位于轨道旁边的基站，到通过直到远离，多普勒频移会发生什么变化？
评分规则: 【 略
】

12、 问题:某5G系统工作在3.5GHz频段，列车的移动速度为350km/h，则最大多普勒频移为多少？
评分规则: 【 略
】

13、 问题:经历大尺度衰落（又称阴影衰落）信号功率一般服从何种分布，主要产生的原因是什么？
评分规则: 【 经历大尺度衰落的信号功率一般服从对数正态分布。
主要产生的原因是遮挡。
】

14、 问题:请简述什么是小尺度衰落，主要成因是什么？小尺度衰落对窄带信号传输会造成何种影响。
评分规则: 【 小尺度衰落是在一个波长范围内信号幅度发生的剧烈波动，主要是多径和多普勒频移导致的。
导致信号幅度快速变化，传输可靠性下降，甚至造成通信中断。
】

15、 问题:对于瑞利信道，若衰落余量为10dB，则中断概率是多少? 如果信道为莱斯信道，衰落余量仍取10dB，中断概率会更大，还是更小，为什么。
评分规则: 【 将M=10dB=10，带入公式Pr=1-exp(-1/M)，可得，中断概率Pr为9.52%。
莱斯信道由于有直射径的存在，因此信道衰落弱于瑞利信道，因此中断概率要小于瑞利信道。
】

16、 问题:开阔场景与建筑物密集场景相比，一般而言哪个场景的莱斯因子较大？为什么。
评分规则: 【 开阔场景莱斯因子较大。
因为开阔场景中直射径功率更强，反散射径功率更弱。
】

17、 问题:请分析速度为350km/h列车，在靠近轨道旁边基站，通过基站，直到远离基站的整个过程中，直射径多普勒频移的变化规律。假定信号频率为2.6 GHz。
评分规则: 【 直射径最大多普勒频移fd=f*v/c=843Hz
靠近基站时，直射径的多普勒频移为最大多普勒频移（843Hz），通过基站时直射径的多普勒频移为0，远离时直射径的多普勒频移为-843Hz。
】

【作业】第4单元 宽带和方向性信道 宽带和方向性信道单元作业

1、 问题:请简述频率选择性衰落产生的原因和造成的影响。
评分规则: 【 1）频率选择性衰落是由多径传播造成的
2）由于时延差导致的相位差不同，因此在某些频率上多径信号相长，某些频率上多径信号相消
3）频率选择性衰落在时域导致码间干扰（1分），在频域导致信号波形失真（1分），造成差错平底（1分），但是也减小发生深衰落的风险（1分）。答出1个得1分
】

2、 问题:请简述多普勒扩展与多普勒频移的联系和区别？
评分规则: 【 1）在多径环境中，不同路径的电波，其入射角不尽相同，因此会有不同多普勒频移
2）当路径数N较大时，不同多普勒频移就成为占有一定宽度的多普勒扩展（即多普勒谱）
】

3、 问题:请计算COST 207 RA信道的相干带宽，并判断GSM信号（带宽200kHz）和LTE信号（带宽10MHz）在这一信道上传输时，分别经历平坦衰落，还是频率选择性衰落。
评分规则: 【 1）计算COST 207 RA信道的均方根时延扩展正确答案为75.5ns，计算正确得3分（结果在74-77ns之间都算正确），不正确得0分
2）计算COST 207 RA信道的相干带宽正确答案为2.1MHz，计算正确得3分（结果在1.9-2.3MHz之间都算正确），不正确得0分
3）判断GSM信号带宽小于相干带宽，因此经历平坦衰落判断GSM信号带宽小于相干带宽得1分，判断经历平坦衰落得1分，不给出原因，只给出结果不得分
3）判断LTE信号带宽大于相干带宽，因此经历频率选择性衰落判断LTE信号带宽大于相干带宽得1分，判断经历频率选择性衰落得1分，不给出原因，只给出结果不得分
】

4、 问题:请简述频率选择性衰落产生的根本原因和造成的影响。
评分规则: 【 频率选择性衰落是由多径传播造成的。
】

5、 问题:请计算COST 207 RA信道（信道参数见课件）的相干带宽，并判断GSM信号（带宽200kHz）和LTE信号（带宽10MHz）在这一信道上传输时，分别经历平坦衰落，还是频率选择性衰落。
评分规则: 【 计算COST 207 RA信道的均方根时延扩展正确答案为92ns，正确得3分（结果在87-97ns之间都算正确），不正确得0分。
计算COST 207 RA信道的相干带宽正确答案为1.7MHz，正确得3分（结果在1.6-1.8MHz之间都算正确），不正确得0分。
判断GSM信号带宽小于相干带宽，因此经历平坦衰落判断GSM信号带宽小于相干带宽，得1分，判断经历平坦衰落得1分。
判断LTE信号带宽大于相干带宽，因此经历频率选择性衰落判断LTE信号带宽大于相干带宽得1分，判断经历频率选择性衰落得1分。
】

6、 问题:如何判断信号在信道上传输经历快衰落，还是慢衰落？
评分规则: 【 略
】

7、 问题:多径传播是否一定会导致符号间干扰？通过提高发射功率的方式是否能够克服符号间干扰？
评分规则: 【 多径传播只有造成了时延色散才会造成符号间干扰，也就是说只有当多径传播导致的符时延扩展与符号持续时间相当，或者更大时，才会造成明显的符号间干扰。。
符号间干扰是相邻符号发生重叠导致的干扰，属于自干扰，是无法通过提高发射功率的方式加以克服的。
】

8、 问题:请简述相对频率选择性衰落产生的原因。
评分规则: 【 频率选择性衰落是由于多径传播导致的，由于不同路径的信号具有不同的传播时延，在接收端矢量叠加时，有些频率可能相长，有些频率可能相消，因此导致不同频率的衰落特性不同。
】

9、 问题:请从时域和频移分别简述多径传播对信号传输造成的影响。
评分规则: 【 在时域，多径传播会导致符号间干扰，形成差错平底。
计算COST 207 RA信道的相干带宽正确答案为1.7MHz，正确得3分（结果在1.6-1.8MHz之间都算正确），不正确得0分。
】

10、 问题:从发射机到接收机相距1000m，两者之间有一条直射路径，而其他多径分量则由附近的反射体形成，反射路径的最大长度为1600m。
评分规则: 【 最大时延扩展Δτ=(1600-1000)/(3*108)=2μs。
符号持续时间Ts=2/10%=20μs，则符号速率Rs=1/Ts=50 k symbol/s
】

11、 问题:某系统工作在1.9GHz，移动台移动速度为350km/h，假定多普勒为经典谱，请计算信道相干时间。
评分规则: 【 最大多普勒频移fd=fc*v/c=616Hz；均方根多普勒扩展sB =0.7fd=431Hz；Tcoh=1/(2πsB)=0.37ms。
】

【作业】第5单元 数字调制解调 数字调制解调单元作业

1、 问题:请分析QPSK和64QAM两种调制方式的特点，简述这两种调制方式分别适合应用于什么情况。
评分规则: 【 QPSK调制误码性能更好，即相同信噪比下，误比特率更低；实现复杂度低；但调制效率较低。这3个方面，答出1个给1分。
64QAM调制的效率更高，即能实现更高的传输速率，误码性能较差，而且实现复杂度高。这3个方面，答出1个给1分。
在对调制效率要求不高，但对传输可靠性要求高，或者希望实现复杂度低的应用场景中，应该采用QPSK。
在对调制效率要求高，但对传输可靠性要求不高，或者能接受较高复杂度的应用场景中，应该采用64QAM。
】

2、 问题:说明加性高斯白噪声信道、平坦慢衰落信道和时延及频率色散衰落信道中，信号的误比特率和平均信噪比的关系。
评分规则: 【 加性高斯白噪声信道，误比特率随信噪比按Q函数或指数下降。
平坦慢衰落信道，误比特率随平均信噪比倒数下降。
时延及频率色散衰落信道，误比特率存在差错基底，即下降到一定程度后，不随平均信噪比增加而缩减。答出误比特率存在差错基底，得2分
】

3、 问题:某系统采用BPSK调制，符号升余弦滚降系数a=0.2，比特速率400 kbit/s，则信号的频带带宽为多少？频带利用率为多少？若改用QPSK调制，其他参数不变，则信号的频带带宽变为？频带利用率变为多少？说明相干解调情况下，BPSK和QPSK的误比特率的情况。
评分规则: 【 BPSK调制，频带带宽为480KHz答对得2分，答错得0分
频带利用率0.833答对得2分，答错得0分
QPSK调制，频带带宽为240KHz答对得2分，答错得0分
频带利用率为1.667答对得2分，答错得0分
BPSK和QPSK的误比特率在信噪比高时，信噪比相同时，误比特率基本相同。答对得2分，答错得0分
】

4、 问题:请简述通信系统采用调制的原因。
评分规则: 【 略
】

5、 问题:请简述为什么要采用脉冲成形技术（例如升余弦滚降脉冲），而不直接采用矩形脉冲。
评分规则: 【 矩形脉冲的频谱会分布在很大的带宽上，会造成严重的邻频干扰。采用脉冲成形技术（例如升余弦滚降脉冲）后，基带波形在频域衰减较快，不会造成严重的邻频干扰，而在时域不会造成ISI。
】

6、 问题:请分析QPSK和64QAM两种调制方式的特点，简述这两种调制方式分别适合什么样的应用。
评分规则: 【 略
】

7、 问题:请简述AWGN信道中，当Eb/N0相同时，BPSK和QPSK的误比特率有何关系，并加以解释。
评分规则: 【 BPSK和QPSK的误比特率相同。因为QPSK可以认为是2个正交BPSK的组合。
】

8、 问题:请简述加性高斯白噪声信道和平坦慢衰落信道中，误比特率和平均信噪比的关系，并简述误比特产生的原因。
评分规则: 【 略
】

9、 问题:某通信系统采用BPSK调制和α=0.2的升余弦滚降，比特速率400 kbit/s，则信号的频带带宽为多少？频带利用率为多少？若改用QPSK调制，其他参数不变，则信号的频带带宽和频带利用率为多少？
评分规则: 【 略
】

10、 问题:BPSK信号的码元周期为Ts，波形为幅度为1的矩形脉冲，且‘0’‘1’等概。在AWGN信道上传输，高斯白噪声的单边功率谱密度N0=W/Hz。要实现BER为，求系统的最高传输速率。
评分规则: 【 略
】

11、 问题:请简述5G系统采用64QAM调制的原因，及64QAM存在的不足。
评分规则: 【 64QAM调制具有频谱利用率高的优点，能够实现较高的数据传输速率。
但64QAM具有容易受到噪声、时延和多普勒扩展的影响，调制解调复杂度高等缺点。
】

12、 问题:请简述在平坦慢衰落信道和时延色散（即频率选择性衰落）信道中，误比特率与平均信噪比的关系，并简述误比特产生的原因。
评分规则: 【 在平坦慢衰落信道中，误比特率随平均信噪比线性下降。误比特产生的原因是处于深衰落时，瞬时信噪比较低。
时延色散（即频率选择性衰落）信道中，误比特率随平均信噪比增加下降到一定水平，就不再下降，存在差错平底。误比特产生的原因是时延色散导致的符号间干扰。
】

13、 问题:某通信系统采用BPSK调制和相干解调时，要求比特传输速率Rb=100kbit/s，误比特率Pb要求不高于10-5，则允许的最低接收功率应该为多少？如果要求比特传输速率Rb增大到200kbit/s，不能增加带宽，而误比特率都要求也保持不变，应该采用何种方式，此时允许的最低接收功率应该为多少？假定信道为高斯白噪声信道，采用奈奎斯特成形脉冲，接收机噪声系数为6dB。
评分规则: 【 对于BPSK，要实现Pb=10-5，需要Eb/N0=9.6dB；由于N0=-174dBm/Hz，因此Eb=-164.4 dBm/Hz，而Rb=100kbit/s，因此接收功率为-164.4+10*log10(100e3)+6=-98.4dBm。
可以采用QPSK调制方式。要实现误比特率Pb=10-5，需要Eb/N0=9.6dB。由于比特速率增大到200kbit/s，因此允许的最低接收功率也增加到-95.4dBm。
】

【作业】第6单元 信道编码 信道编码单元作业

1、 问题:请简述Viterbi算法的基本流程。
评分规则: 【 1）“加”：计算每个输入路径的累积度量值
2）“比”：比较汇聚到同一节点的各路径的度量值
3）“选”：选择一条似然度较大的路径作为幸存路径
】

2、 问题:在衰落信道中，为什么信道编码需要配合交织技术？
评分规则: 【 1）衰落信道中，由于可能发生深衰落，导致信噪比很低，集中出现大量的误码，即突发错。答出深衰落得1分，答出集中出现大量误码得1分
2）信道编码的纠错能力是有限的，集中出现的大量误码超过了纠错能力，无法纠正答出纠错能力是有限得1分，答出超过了纠错能力，无法纠正得1分
3）交织技术可以将突发错误打散，从而便于信道编码纠错，从而提升性能答出将突发错误打散得1分，答出便于信道编码纠错得1分
】

3、 问题:某（7, 4）循环码，生成多项式为g(x)=x^3+x+1，若输入信息序列为10100011（左侧比特先输入编码器），请给出编码器输出的码字序列。该循环码中除全零以外的码字的最小汉明重量为3，问码的最小汉明距离为多少？纠错能力怎样？
评分规则: 【 循环码属于线性分组码，因此首先将信息序列按照分为2组，每组4个比特，即1010和0011，分别进行编码。
1010编码结果1010011
0011编码结果0011101
因此编码器输出为1010011 0011101
循环码的最小汉明距离等于除全零码字以外码字的最小汉明重量，所以码的最小汉明距离为3。
可纠正1比特错误。
】

4、 问题:请简述为什么要采用信道编码。
评分规则: 【 略
】

5、 问题:请简述信道编码的基本思路。
评分规则: 【 信道编码的基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码元中人为地加入一定的多余码元（称为监督码），以引入最小的冗余为代价来尽可能提高传输可靠性。
】

6、 问题:请简述Viterbi译码算法的基本流程，为什么Viterbi算法可以降低译码复杂度。
评分规则: 【 略
】

7、 问题:在衰落信道中，为什么不能只采用信道编码，通常需要配合上交织技术？
评分规则: 【 略
】

8、 问题:某(7, 4)循环码，生成多项式为g(x)=+x+1，若输入信息序列为10100011（左侧比特先输入编码器），请给出编码器输出的码字序列。该循环码中除全零以外的码字的最小汉明重量为3，码的最小汉明距离为多少，能纠错几位错？
评分规则: 【 略
】

9、 问题:假定某(24, 12)线性分组码可纠正所有1比特和2比特错误，而不能纠正所有3比特及以上错误。假定在AWGN信道上传输，传输比特错误概率pb=。求码字错误概率。
评分规则: 【 略
】

10、 问题:请对LDPC码和Turbo码性能进行比较。
评分规则: 【 略
】

11、 问题:请简述Viterbi算法的基本流程，为什么Viterbi算法可以降低译码复杂度。
评分规则: 【 Viterbi算法的基本流程包括“加比选”“加”：计算每个输入路径的累积度量值“比”：比较汇聚到同一节点的各路径的度量值“选”：选择一条似然度较大的路径作为幸存路径
Viterbi译码算法通过提前去除一些不可能成为最佳路径的路径，从而有效地降低了复杂度，而且仍然是一种最大似然译码算法，因此具有很好的性能。
】

12、 问题:请比较卷积码硬判决译码和软判决译码的性能，并加以解释。
评分规则: 【 软判决译码的性能优于硬判决译码，但复杂度略大。这主要是软判决译码进一步考虑了解调结果的可靠性，能够获得更大的信息量。
】

13、 问题:(15,11)线性分组码的最小汉明距离为3。假定在AWGN信道上传输，传输比特错误概率pb=0.001。求码字错误概率。
评分规则: 【 根据线性分组码最小汉明距可知，最多可以纠正1位错误。
错误比特为0的概率：(1-0.001)^15=0.9851
错误比特为1的概率：15(1-0.001)^140.001=0.0148
错误比特为2及以上的概率：1-0.9851-0.0148=1e-4，即0.0001。
】

14、 问题:某LDPC码的校验矩阵H为H=[1 0 1 1;0 1 1 1]请画出对应的Tanner图，该LDPC码的码长和码率分别为多少？
评分规则: 【 Tanner图略
码长为4，码率为1/2
】

15、 问题:在衰落信道中，为什么通常不能仅采用信道编码技术，而要配合交织技术使用。
评分规则: 【 在衰落信道中，可能出现突发错误，而超过信道编码的纠错能力。
通过交织能够将突发错误分散开，充分发挥信道编码的纠错能力，提升传输可靠性。
】

【作业】第7单元 均衡 均衡单元作业

1、 问题:请从时域和频域两个角度描述均衡的目的。
评分规则: 【 时域上看，均衡的目的是使得均衡器输出在采样时刻没有符号间干扰。答出没有符号间干扰，或者降低符号间干扰，都可以得3分。
从频域上看，均衡的目的是使均衡器输出频域平坦。答出频域平坦，或者放大衰减大的频率分量，减少衰减小的频率分量，都可以得3分。
】

2、 问题:简述迫零均衡器和最小均方误差均衡器的均衡的目标分别是什么？迫零均衡器存在的主要问题是什么？
评分规则: 【 迫零均衡器的目标是，在没有噪声的情况下，使均衡器输出没有符号间干扰。答出均衡器没有符号间干扰，得2分，答出没有噪声的情况下，使均衡器输出没有符号间干扰得3分。
答出最小均方误差均衡器的均衡的目标为最小化误比特率，或者在噪声有限时，使均衡器输出的均方误差最小，都可以得3分。
答出迫零均衡器具有对噪声有较大放大的缺点，得2分。
】

3、 问题:判决反馈均衡器的基本结构和原理是什么？
评分规则: 【 答出判决反馈均衡器是一种常用的非线性均衡器，它包括两个滤波器，前向滤波器和反馈滤波器，每部分得2分，全答出得4分。
答出“”反馈滤波器的输入是已判决的序列，作用是近似信道的频率响应，若前面的判决结果是正确的，则反馈滤波器就能消除由前面码元所造成的符号间干扰。“即可得3分
】

4、 问题:请从时域和频域两个角度描述均衡的原理与目标。
评分规则: 【 （A）时域上看，均衡的目的是使得均衡器输出信号在采样时刻不造成符号间干扰。答出没有符号间干扰，或者降低符号间干扰，都可以得3分。
（B）从频域上看，均衡的目的是使均衡器输出信号在频域是平坦的。答出频域平坦，或者放大衰减大的频率分量，减少衰减小的频率分量，都可以得3分。
】

5、 问题:假设有一列高速列车行驶在丘陵地区，其均方根时延扩展为4μs，最大时延扩展为10μs；车载GSM通信系统，中心频率为900MHz，信号传输速率为270.833kbit/s，带宽为200kHz。该系统是否需要使用均衡器，如果需要，则采用线性均衡器时，均衡器长度应该设置为多少较为合适。
评分规则: 【 A）均方根时延扩展Stao = 4μs，信道相干带宽为Bcoh = 1/(2πST) = 40kHz
B）由于GSM系统信号带宽为200kHz> Bcoh，所以信号经历频率选择性衰落，将产生较为严重的ISI，需要进行均衡。
C)K=10μs/(1/270.833kbps)=2.7，向上取整为3，因此均衡器长度为2K+1=7
】

6、 问题:简述最小均方误差均衡器与迫零均衡器有哪些差异？为什么无线通信系统中更多地使用最小均方误差均衡器？
评分规则: 【 答出最小均方误差均衡器目标是让误比特率最小化，或者在噪声有限时，使均衡器输出的均方误差最小，都可以得3分。而迫零均衡器的目标是，在没有噪声的情况下，使均衡器输出没有符号间干扰。答出均衡器没有符号间干扰，得2分，答出没有噪声的情况下，使均衡器输出没有符号间干扰得3分。
答出最小均方误差均衡器相对于迫零均衡器对噪声放大要小，得2分。
】

【作业】第8单元 分集 分集单元作业

1、 问题:分集的基本原理是是什么？从对抗衰落的类型区分，分集技术可以分为哪两种？
评分规则: 【 分集基本原理是：发射信号经过独立或高度不相关的两个或多个传播路径到达接收机；接收机通过查找独立或高度不相关的多径信号，利用某种合并方式，对接收到的同一发射信号的多个样本进行合并来实现分集。答出发射机和接收机的原理分别得2分。
分集技术中，克服小尺度衰落的分集技术统称为微分集，克服大尺度衰落的分集技术称为宏分集。答出微分集和宏分集各得1分。
】

2、 问题:简述空间分集、时间分集和频率分集的实现方式和要求。
评分规则: 【 空间分集实现原理：通过在发射端/接收端由空间上分开排列的多个天线或天线阵列来实现。要求：各天线之间的空间间距要使得每个天线接收到的信号相互独立或互不相关。以上2点，答出1个得1分。
时间分集实现原理：在不同的时刻重复发送信号。要求：时间间隔超过信道相干时间。以上2点，答出1个得1分。
频率分集实现原理：在不同的频率重复发送信号。要求：频率间隔超过信道相干带宽。以上2点，答出1个得1分。
】

3、 问题:瑞利信道下，某系统要求中断概率为0.01，如果分别采用2支路的RSSI选择式分集合并和2支路的最大比值合并分集，则分集增益分别为多少？
评分规则: 【 没有分集时，即天线数为1时，根据瑞利信道中断概率和衰落余量的公式，可得中断概率为0.01，所需的衰落余量为20dB。
采取2支路的RSSI选择式分集时，中断概率为0.01，所需衰落余量为10dB，因此分集增益为20-10=10dB。计算出衰落余量得2分，得出分集增益得3分。
采取2支路的MRC选择式分集时，达到中断概率为0.01，差图可知MRC所需的衰落余量为8dB。因此分集增益为20-8=12dB。计算出衰落余量得2分，得出分集增益得3分。
】

4、 问题:请简述频率分集的原理和要求，并列举至少2种实现方式。
评分规则: 【 略
】

5、 问题:请简述最大比值合并与等增益合并实现方式的差异，并对其性能进行综合分析。
评分规则: 【 略
】

6、 问题:瑞利信道下，某系统要求中断概率为0.01。如果分别采用2支路的RSSI选择式分集合并和2支路的最大比值合并分集，则分集增益分别为多少？
评分规则: 【 略
】

7、 问题:简述分集的物理意义。并以时间分集为例，说明其原理和需要满足的条件。
评分规则: 【 略
】

8、 问题:某信号经历平坦衰落，请问是否可以采用频率分集技术对抗信道衰落，并加以解释。
评分规则: 【 略
】

【作业】第9单元 扩展频谱通信 扩展频谱通信单元作业

1、 问题:简述直接序列扩频系统如何有效地对抗多径干扰？
评分规则: 【 本题总分6分，答案共分为3个方面，即1）直接序列扩频接收机能够搜索、锁定、解扩最强的路径；答出最强路径即可得2分
2）与最强路径延迟间隔大于码片间隔的其他路径在解扩时被当作干扰答出其他路径被当做干扰，得2分
3）采用Rake接收机时，可用多个支路分别同步、解扩不同延迟的路径，增加接收信号能量。答出Rake接收原理，得2分。
】

2、 问题:简述直接序列扩频系统与跳频的区别和联系？
评分规则: 【 略
】

3、 问题:请简述直接序列扩频技术的特点
评分规则: 【 1）抗窄带干扰2）抗宽带干扰3）抗多径4）抗截获5）保密性好答出1个得2分，答出4个及以上得8分。
】

4、 问题:简述直接序列扩频系统如何有效地对抗多径干扰。
评分规则: 【 略
】

5、 问题:请简述直接序列扩频技术的特点。
评分规则: 【 略
】

6、 问题:请简述直接序列扩频中的扩频增益。某直接序列扩频系统数据速率9.6kb/s，扩频码序列速率1.2288Mchip/s，求扩频信号带宽和扩频增益。
评分规则: 【 略
】

【作业】第10单元 正交频分复用 正交频分复用作业

1、 问题:OFDM系统为什么具有较强的抗多径传播的能力？
评分规则: 【 1）将高速串行数据变为多路并行低速数据，时域上符号周期变大使得多径影响程度减小（或频域上整个信号受频率选择性衰落的影响，但各子载波信号只受平坦衰落）；
2）加入长度大于等于最大时延扩展的保护间隔，阻断码间干扰。
】

2、 问题:OFDM系统通过哪些手段有效地抗多径传播的影响？
评分规则: 【 为什么OFDM信号通常比单载波信号的峰值平均功率比（PAPR）大得多。
不同频率的子载波相互叠加，使得合成的OFDM信号振幅波动，从而造成峰值平均功率比（PAPR）较大。
】

3、 问题:请简述OFDM信号载波频率偏差产生的原因和造成的影响。
评分规则: 【 原因主要有两方面。1）发射机和接收机的本振存在频率差2）多普勒频移答出1个得2分
造成的影响主要包括2方面：1）各子载波有用信号的幅度衰减和相位旋转；2）子载波间干扰。答出1个得2分
】