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障礙物時(shí),電波直接到達(dá)接收天線；當(dāng)電波的直射路徑上存在障礙物時(shí),電波會(huì)繞過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)電波入射到粗糙外表時(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的無線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,亦稱有

2、效發(fā)射功率；Prd是接收功率,為T-R距離的哥函數(shù);Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；d是T-R間距離；L是與傳播無關(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)天線高度為40m接收機(jī)天線高度為3m,工作頻率為1800MHz收發(fā)天線增益均為1,工作在市區(qū).試畫出兩徑模型在1km至20km范圍的接收天線處的場(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處的無線接收功率的規(guī)律.解：ht=40m,hr-3m,f=1800MHz,反射波與直射波的路徑差為Ad=d11+(h3)2-j1+(二左)2

3、.dd432372"(d)一"(d)由于E=E0(1+Re-空又由于f=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)2'rir37)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畫出變化曲線.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.一與頻率成無關(guān).4用兩徑模型的近似公式解上題,并分析

4、近似公式的使用范圍.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)近似公式必須滿足hthr；：:；：:d由于ht+hr=43m,MIN(d)=1000m,滿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.由于等效地球半

5、徑系數(shù)k=4/3,所以等效地球半徑Re=8500km.6 設(shè)發(fā)射天線的高度為200m接收天線高度為20m,求視距傳播的極限距離.假設(shè)發(fā)射天線為100m,視距傳播的極限距離又是多少解：視線傳播的極限距離為d-2Re(.ht'hr)一85001000(-200-20):'76.7km假設(shè)發(fā)射天線的高度為100m那么視線傳播的極限距離為d-.2Re(、.ht.hr)-.285001000(.100公20):59.7km7 為什么說電波具有繞射水平繞射水平與波長(zhǎng)有什么關(guān)系為什么答：由于電波在傳輸過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)波組合起來形成傳播方向上新的波前,繞

6、射就是由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影去而形成的.繞射水平與波長(zhǎng)存在下面的關(guān)系v=兒(綱匚也),即波長(zhǎng)越長(zhǎng),繞射水平越弱.這是由于；'d1d2阻擋體對(duì)次級(jí)波的阻擋產(chǎn)生了繞射損耗,僅有一局部能量能繞過阻擋體,這里的繞射損耗跟電波的頻率有關(guān),相對(duì)于同一個(gè)阻擋物來說,頻率越大,繞射損耗越小,繞射水平就比較強(qiáng)；頻率越小,繞射損耗越大,繞射水平就越弱.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(50-1

7、0)=-1.2,查表得附加損耗為18.5dBx133.3那么電波傳播損耗為：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那么電波傳播損耗為：L=Lfs18.5dB=(32.4420lg1520lg900)dB10dB=125.05dB菲涅爾余隙X當(dāng)工作頻率

8、為1900MHz時(shí):22.93108510106,151031900106x-(50-10)-口,繞射參數(shù)一二二-=-1.74,查表得附加損耗為22dBx122.9那么電波傳播損耗為：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根本特點(diǎn)是什么答：移動(dòng)通信信道中電波傳播的根本特點(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

9、別為900MHz和2200MHz移動(dòng)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擬這些結(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

10、率越大,最大多普勒頻移.設(shè)移動(dòng)臺(tái)速度為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f109'0.3Nr=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(r<Rrms)0.632127

11、4.52.3ms13移動(dòng)臺(tái)以勻速行駛,并接收到900MHz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門限電平的衰落.解：由題中R=Rrm：得102R22=1-e1：0.09522Rrmsp(r<Rrms)=Pr(r)dr=1exp-00952=1msNrq由于.r二PC'Rms)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)

12、=一f9108可得.=fm=104.0437/3=32.6812m/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/TsM0.1時(shí)能提供適宜的誤比特率BER,試確定下列圖圖P14所示的無均衡器的最小符號(hào)周期由此可得最大符號(hào)率.戶內(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)

13、(0.01)(100)21490.0ns110.10.01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、/Ts£0.1,即Ts10c-=15s所以最小符號(hào)周期Tsmin=15s假設(shè)同時(shí)足a和b兩個(gè)環(huán)境,那么最小符號(hào)周期為15Ns

14、.15信號(hào)通過移動(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,那么信號(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,那么信號(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)元的周期低很

15、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BsBcsc17某移動(dòng)通信系統(tǒng),工作頻率為1800MHz,基站天線高度為40m,天線增益為6dB,移動(dòng)臺(tái)天線高度為1m,天線增益為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)假設(shè)基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為10W不考慮饋線損耗和共用器損耗,求移動(dòng)臺(tái)天線接收到的信號(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)：117.5

16、455dB由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=-14dB由移動(dòng)臺(tái)天線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)的根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1

17、0km,基站天線高80m,天線增益為6dB,移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m,天線增益為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由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=8dB由移動(dòng)臺(tái)天線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)的根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

18、Lm=LfsAm(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)可得Lm=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由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)=-8dB由移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子圖表可查得Hm(hm,