現(xiàn)代移動(dòng)通信蔡躍明第三版思考題與習(xí)題參考答案chapter_2

1、第二章思考題與習(xí)題1 蜂窩移動(dòng)通信中的典型電波傳播方式有哪些？答：典型的電波傳播方式有直射、反射、折射、繞射、散射等。當(dāng)電波的直射路徑上無(wú)障礙物時(shí)，電波直接到達(dá)接收天線(xiàn)；當(dāng)電波的直射路徑上存在障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過(guò)障礙物遮擋向前傳播形成繞射波；當(dāng)電波在平坦地面上傳播時(shí)，因大地和大氣是不同的介質(zhì)而使入射波在界面上產(chǎn)生反射波；當(dāng)電波入射到粗糙表面時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。2 自由空間中距離發(fā)射機(jī)距離為d的無(wú)線(xiàn)接收功率與那些因素有關(guān)？服從什么規(guī)律?答：距發(fā)射機(jī)d處天線(xiàn)的接收功率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式（Friis公式）為：Pr(d)=_.7RGtGr,22(4二)dL其中，Pt為發(fā)射功率

2、，亦稱(chēng)有效發(fā)射功率；Pr（d）是接收功率，為T(mén)-R距離的哥函數(shù);Gt是發(fā)射天線(xiàn)增益；Gr是接收天線(xiàn)增益；d是T-R間距離；L是與傳播無(wú)關(guān)的系統(tǒng)損耗因子；入為波長(zhǎng)。其規(guī)律是：.2一與d成反比一距離越遠(yuǎn)，最減越大。一與九2成正比（與f2成反比）一頻率越高，衰減越大。3 設(shè)發(fā)射機(jī)天線(xiàn)高度為40m接收機(jī)天線(xiàn)高度為3m,工作頻率為1800MHz收發(fā)天線(xiàn)增益均為1,工作在市區(qū)。試畫(huà)出兩徑模型在1km至20km范圍的接收天線(xiàn)處的場(chǎng)強(qiáng)。（可用總場(chǎng)強(qiáng)對(duì)E0的分貝數(shù)表示），并給出距離發(fā)射機(jī)距離d處的無(wú)線(xiàn)接收功率的規(guī)律。解：ht=40m,hr-3m,f=1800MHz,反射波與直射波的路徑差為Ad=d11+(h3)

3、2-j1+(二左)2.dd432372(d)一(d)因?yàn)镋=E0(1+Re-空又因?yàn)閒=1800MHza150MHz所以有R=1;；=21；d=2fd1(43)2-.1(：7)2=12=d.1(：3)2-.1(：7)2c1dld.d；d二酸-)27B.nr-43)2rir37)2此時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)為E=E0(1+ReT紳)=E0(1eYd、d)E-2旬,1牛竺)21+37)2用分貝表示為二10lg(1-edd)1km：d：20kmE。用Matlab畫(huà)出變化曲線(xiàn)。由式(2-29)可知，其規(guī)律是：一與d4成反比一比自由空間衰減快得多。一與頻率成無(wú)關(guān)。4用兩徑模型的近似公式解上題，并分析近似公式的使用

4、范圍。.dhthr120d=1440二解：用兩徑模型的近似公式dd2二2二fddc11440二此時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)為E=E0(1+Re維=Eo(1-ed)j1440二用分貝表示為=10lg(1-ed)1km:二d：二20kmE。此時(shí)近似公式必須滿(mǎn)足hthr；：:；：:d因?yàn)閔t+hr=43m,MIN(d)=1000m,滿(mǎn)足條件所以以上近似公式可用5 什么是等效地球半徑？為什么要引入等效地球半徑？標(biāo)準(zhǔn)大氣的等效地球半徑是多少？答：地球等效半徑是指電波依然按直線(xiàn)方向行進(jìn)，只是地球的實(shí)際半徑R(6.37X106m)變成了等效半徑Q。為了研究大氣折射對(duì)電波傳播的影響而引入等效地球半徑。因?yàn)榈刃У厍虬霃较禂?shù)

5、k=4/3,所以等效地球半徑Re=8500km。6 設(shè)發(fā)射天線(xiàn)的高度為200m接收天線(xiàn)高度為20m,求視距傳播的極限距離。若發(fā)射天線(xiàn)為100m,視距傳播的極限距離又是多少？解：視線(xiàn)傳播的極限距離為d-2Re(.hthr)一85001000(-200-20):76.7km若發(fā)射天線(xiàn)的高度為100m則視線(xiàn)傳播的極限距離為d-.2Re(、.ht.hr)-.285001000(.100公20):59.7km7 為什么說(shuō)電波具有繞射能力？繞射能力與波長(zhǎng)有什么關(guān)系？為什么？答：因?yàn)殡姴ㄔ趥鬏斶^(guò)程中的波前的所有點(diǎn)都可以作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波組合起來(lái)形成傳播方向上新的波前，繞射就是由次級(jí)波的傳播進(jìn)入

6、陰影去而形成的。繞射能力與波長(zhǎng)存在下面的關(guān)系v=兒(綱匚也)，即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射能力越弱。這是因?yàn)椋籨1d2阻擋體對(duì)次級(jí)波的阻擋產(chǎn)生了繞射損耗，僅有一部分能量能繞過(guò)阻擋體，這里的繞射損耗跟電波的頻率有關(guān)，相對(duì)于同一個(gè)阻擋物來(lái)說(shuō)，頻率越大，繞射損耗越小，繞射能力就比較強(qiáng)；頻率越小，繞射損耗越大，繞射能力就越弱。8相距15km的兩個(gè)電臺(tái)之間有一個(gè)50m高的建筑物，一個(gè)電臺(tái)距建筑物10km,兩電臺(tái)天線(xiàn)高度均為10m,電臺(tái)工作頻率為900MH4試求電波傳播損耗。解：菲涅爾余隙xi.一3=.3-叫51010：,33.3(d1d2):151090010繞射參數(shù)=一(50-10)=-1.2,查表得附加損耗為1

7、8.5dBx133.3則電波傳播損耗為：L=Lfs18.5dB=(32.4420lg1520lg900)dB18.5dB=133.55dB9如果其它參數(shù)與上題相同，僅工作頻率為50MHz;1900MHz試求電波傳輸損耗各是多少？解：當(dāng)工作頻率為50MHz時(shí)，菲涅爾余隙d1d2(d1d2)3108510106:1510350106-141.4x-(50-10)-口，繞射參數(shù)一-=-0.28,查表得附加損耗為10dBx1141.4則電波傳播損耗為：L=Lfs18.5dB=(32.4420lg1520lg900)dB10dB=125.05dB菲涅爾余隙X當(dāng)工作頻率為1900MHz時(shí):22.93108

8、510106,151031900106x-(50-10)-口，繞射參數(shù)一二二-=-1.74,查表得附加損耗為22dBx122.9則電波傳播損耗為：L=Lfs18.5dB=(32.4420lg1520lg900)dB22dB=137.05dB1)隨信號(hào)傳播距離而導(dǎo)致的傳播損耗10移動(dòng)通信信道中電波傳播的基本特點(diǎn)是什么？答：移動(dòng)通信信道中電波傳播的基本特點(diǎn)是:(大尺度范圍)，2)由地形起伏、建筑物及其它障礙物對(duì)電波的遮蔽而引起的損耗(陰影衰落)，3)因發(fā)射、繞射和散射等因素造成的多徑傳播而引起的接收信號(hào)幅度和相位的隨機(jī)變化，結(jié)果將導(dǎo)致嚴(yán)重的衰落。11設(shè)工作頻率分別為900MHz和2200MHz移動(dòng)

9、臺(tái)行駛速度分別為30m/s和80m/s,求最大多普勒頻移各是多少？試比較這些結(jié)果。解：當(dāng)工作頻率為900MHz行駛速度為30m/s和80m/s時(shí)的最大多普勒頻移為：1.1f309001031086-=90(Hz)fm2、:2fc80900106F=240(Hz)當(dāng)工作頻率為2200MHz行駛速度為30m/s和80m/s時(shí)的最大多普勒頻移為:fm11f30220010618=220(Hz)310fm2、2-2fc8022001063108=586.7(Hz)12由以上的計(jì)算結(jié)果可以知道,速度越大；最大多普勒頻移越大,最大多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)的速度和工作頻率有關(guān),頻率越大，最大多普勒頻移。設(shè)移動(dòng)臺(tái)速

10、度為100m/s,工作頻率為1000MHz,試求1分鐘內(nèi)信號(hào)包絡(luò)衰減至信號(hào)均方根(rms)電平的次數(shù)。平均衰落時(shí)間是多少?解：由題R=Rrms,所以P=Rrms=1,由式(3-56)計(jì)算出Nr=0.915fm310、100=9=0.3(m)而fm=3KHz),所以f1090.3Nr=0.9153000=274.5(HZ)所以在1分鐘之內(nèi)信號(hào)包絡(luò)衰減至信號(hào)均方根電平的次數(shù)為N=60父Nr=16470(次)平均衰落時(shí)間為Nr其中:P(r三Rrms)=Rrmspr(r)dr=1-exp3R2=1-e“：0.63212P(rRrms)0.6321274.52.3ms13移動(dòng)臺(tái)以勻速行駛，并接收到900

11、MHz的載頻信號(hào)。測(cè)得信號(hào)電平低于rms電平10dB的平均衰落持續(xù)時(shí)間為1ms,問(wèn)移動(dòng)臺(tái)在10s鐘內(nèi)行駛多遠(yuǎn)？并求出10s鐘內(nèi)信號(hào)經(jīng)歷了多少低于rms門(mén)限電平的衰落。解：由題中R=Rrm：得102R22=1-e1：0.09522Rrmsp(rRrms)=Pr(r)dr=1exp-00952=1msNrq因?yàn)?r二PCRms)Nr所以Nr=95.2HZR由題意的R=Rrms,所以P=1,由式(3-56)計(jì)算出NR=0.915fmRrms所以fm=-NR-=104.0437HZ0.915,3108，、由九=-=1=1/3(m)和標(biāo)=一f9108可得.=fm=104.0437/3=32.6812m/

12、s所以移動(dòng)臺(tái)在10秒內(nèi)行駛了326.812m在10s內(nèi)移動(dòng)臺(tái)經(jīng)歷了低于rms門(mén)限電平的衰落的次數(shù)為N=10NR=952（次）14如果某種特殊調(diào)制在A(yíng)/TsM0.1時(shí)能提供合適的誤比特率（BER）,試確定下圖（圖P14）所示的無(wú)均衡器的最小符號(hào)周期（由此可得最大符號(hào)率）。戶(hù)內(nèi)5075100(ns)Pr(力0dBn- 10dB- 20dB- 30dB一0圖2-26習(xí)題14的兩個(gè)功率時(shí)延分布(1)(0)+(1)(50)+(0.1)(75)+(0.01)(100)=27.725ns110.10,0122222_(0)(1)(50)(0.1)(75)(0.01)(100)21490.0ns110.10.

13、01所以rms時(shí)延擴(kuò)展為：仃t=vi490.0-(27.725)2=27ns由于、./Ts三0.1,即Ts_10c-=270ns所以最小符號(hào)周期Tsmin=270ns對(duì)于(b),了10.015)+(.1)(10)=541Ns10,10,01222=31.53s-_(0.01)(0)1*(5)(0.1)(10)一0.0110.1所以rms時(shí)延擴(kuò)展為：仃=J31.53(5.41)2=1.50Ns由于、/Ts0.1,即Ts10c-=15s所以最小符號(hào)周期Tsmin=15s若同時(shí)足（a）和（b）兩個(gè)環(huán)境，則最小符號(hào)周期為15Ns。15信號(hào)通過(guò)移動(dòng)信道時(shí)，在什么樣情況下遭受到平坦衰落？在什么樣情況下遭受

14、到頻率選擇性衰落？答：如果信道相關(guān)帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的帶寬，則信號(hào)經(jīng)歷平坦衰落；如果信道的相關(guān)帶寬小于發(fā)送信號(hào)帶寬，則信號(hào)經(jīng)歷頻率選擇性衰落。16簡(jiǎn)述快衰落、慢衰落產(chǎn)生原因及條件。答：快衰落產(chǎn)生原因：信道的相關(guān)（相干）時(shí)間比發(fā)送信號(hào)的周期短，且信號(hào)的帶寬Bs小于多普勒擴(kuò)展Bd，信道沖擊響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很快，從而導(dǎo)致信號(hào)失真，產(chǎn)生衰落。信號(hào)經(jīng)歷快衰落的條件是:Ts工scBs；Bd慢衰落產(chǎn)生的原因：信道的相關(guān)(相干)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的周期，且信號(hào)的帶寬Bs遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多普勒擴(kuò)展Bd，信道沖擊響應(yīng)變化比要傳送的信號(hào)碼元的周期低很多，可以認(rèn)為該信道是慢衰落信道。信號(hào)經(jīng)歷慢衰落的條件是：Ts二工Bs

15、Bcsc17某移動(dòng)通信系統(tǒng)，工作頻率為1800MHz,基站天線(xiàn)高度為40m,天線(xiàn)增益為6dB,移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度為1m,天線(xiàn)增益為1dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平坦地形，通信距離為10km。試求：(1)傳播路徑的中值路徑損耗；(2)若基站發(fā)射機(jī)送至天線(xiàn)的信號(hào)功率為10W不考慮饋線(xiàn)損耗和共用器損耗，求移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)接收到的信號(hào)功率。解：(1)由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式Lfs(dB)=32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波傳播損耗Lfs=32.44201g(10)201g(1800)：117.5455dB由基站天線(xiàn)高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=-14dB

16、由移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)=-4dB由準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得Am(f,d)=33dB由傳播路徑的中值路徑損耗公式Lm=LfsAm(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)可得Lm=117.545533414=168.5455dB(2)由Lm-fs+AJfMHbhMHmSmf)和Pr=PTLm+Gb+GmLbLmLd可得：Pr=10lg(R)-LmGbGm=10-168.545561=-151.5455dBW18設(shè)某系統(tǒng)工作在準(zhǔn)平坦地區(qū)的大城市，工作頻率為900MHz小區(qū)半徑為10km,基站天線(xiàn)高80m,天線(xiàn)增益為6dB,移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度為1.5m,

17、天線(xiàn)增益為0dB,要使工作在小區(qū)邊緣的手持移動(dòng)臺(tái)的接收電平達(dá)-102dBm,基站發(fā)射機(jī)的功率至少應(yīng)為多少？解：(1)由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式Lfs(dB)=32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波傳播損耗Lfs=32.4420lg(10)201g(900)111.5249dB由基站天線(xiàn)高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=8dB由移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)=-3dB由準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得Am(f,d)=29.7dB由傳播路徑的中值路徑損耗公式Lm=LfsAm(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)可得L

18、m=111.524929.738=152.2249dB由Lm=Lfs+A(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)和Pr=Pt-Lm+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld可得：PR=10lg(Pr)-LmGbGm=10lg(PT)-152.224960=-132dBWP-26.4539W19如果上題中其它參數(shù)保持不變，僅工作頻率改為1800MHz,計(jì)算結(jié)果又是如何？解：(1)由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式Lfs(dB)=32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波傳播損耗Lfs=32.4420lg(10)201g(1800)：117.5455dB由基站天線(xiàn)高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=-8dB由移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)