现代移动通信蔡跃明第三版思考题与习题参考答案chapter_2

1第二章思考题与习题1蜂窝移动通信中的典型电波传播方式有哪些？答：典型的电波传播方式有直射、反射、折射、绕射、散射等。当电波的直射路径上无障碍物时，电波直接到达接收天线；当电波的直射路径上存在障碍物时，电波会绕过障碍物遮挡向前传播形成绕射波；当电波在平坦地面上传播时，因大地和大气是不同的介质而使入射波在界面上产生反射波；当电波入射到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。2自由空间中距离发射机距离为d的无线接收功率与那些因素有关？服从什么规律？答：距发射机d处天线的接收功率，其数学表达式（Friis公式）为：其中，Pt为发射功率，亦称有效发射功率；Pr(d)是接收功率，为T-R距离的幂函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；λ为波长。其规律是:—与2d成反比→距离越远，衰减越大。—与2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。3设发射机天线高度为40m，接收机天线高度为3m，工作频率为1800MHz，收发天线增益均为1，工作在市区。试画出两径模型在1km至20km范围的接收天线处的场强。（可用总场强对E0的分贝数表示），并给出距离发射机距离d处的无线接收功率的规律。解：222240,3,1800[1()1()]4337[1()1()]trtrtrhmhmfMHzhhhhddddddd反射波与直射波的路径差为因为）（jRe1EE0又因为18001501;fMHzMHzR所以有])37(1)43(1[12])37(1)43(1[222222ddddddcfd此时接收到的场强为)1(Re1EE])37(1)43(1[20022dddjjeE）（用分贝表示为kmdkmeEEdddj201)1lg(10])37(1)43(1[2022LdGGPdPrttr222)4()(2用Matlab画出变化曲线。由式（2-29）可知，其规律是:—与4d成反比→比自由空间衰减快得多。—与频率成无关。4用两径模型的近似公式解上题，并分析近似公式的使用范围。解：用两径模型的近似公式ddcfdddhhdrt144022120此时接收到的场强为)1(Re1EE144000djjeE）（用分贝表示为kmdkmeEEdj201)1lg(1014400此时近似公式必须满足dhhrt因为满足条件，,1000)(43mdMINmhhrt所以以上近似公式可用5什么是等效地球半径？为什么要引入等效地球半径？标准大气的等效地球半径是多少？答：地球等效半径是指电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径0R(6.37×106m)变成了等效半径eR。为了研究大气折射对电波传播的影响而引入等效地球半径。因为等效地球半径系数k＝4/3，所以等效地球半径8500eRkm。6设发射天线的高度为200m，接收天线高度为20m，求视距传播的极限距离。若发射天线为100m，视距传播的极限距离又是多少？解：视线传播的极限距离为kmhhRdrte7.76)20200(100085002)(2若发射天线的高度为100m，则视线传播的极限距离为kmhhRdrte7.59)20100(100085002)(27为什么说电波具有绕射能力？绕射能力与波长有什么关系？为什么？答：因为电波在传输过程中的波前的所有点都可以作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前，绕射就是由次级波的传播进入阴影去而形成的。绕射能力与波长存在下面的关系12122(),ddhdd即波长越长，绕射能力越弱。这是因为阻挡体对次级波的阻挡产生了绕射损耗，仅有一部分能量能绕过阻挡体，这里的绕射损耗3跟电波的频率有关，相对于同一个阻挡物来说，频率越大，绕射损耗越小，绕射能力就比较强；频率越小，绕射损耗越大，绕射能力就越弱。8相距15km的两个电台之间有一个50m高的建筑物，一个电台距建筑物10km，两电台天线高度均为10m，电台工作频率为900MHz，试求电波传播损耗。解：菲涅尔余隙8612136123105101033.3()151090010ddxdd绕射参数1(5010)1.233.3xx，查表得附加损耗为18.5dB则电波传播损耗为：18.5(32.4420lg1520lg900)18.5133.55fsLLdBdBdBdB9如果其它参数与上题相同，仅工作频率为①50MHz；②1900MHz，试求电波传输损耗各是多少？解：当工作频率为50MHz时，菲涅尔余隙86121361231051010141.4()15105010ddxdd绕射参数1(5010)0.28141.4xx，查表得附加损耗为10dB则电波传播损耗为：18.5(32.4420lg1520lg900)10125.05fsLLdBdBdBdB当工作频率为1900MHz时菲涅尔余隙8612136123105101022.9()1510190010ddxdd绕射参数1(5010)1.7422.9xx，查表得附加损耗为22dB则电波传播损耗为：18.5(32.4420lg1520lg900)22137.05fsLLdBdBdBdB10移动通信信道中电波传播的基本特点是什么？答：移动通信信道中电波传播的基本特点是：1）随信号传播距离而导致的传播损耗（大尺度范围），2）由地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波的遮蔽而引起的损耗（阴4影衰落），3）因发射、绕射和散射等因素造成的多径传播而引起的接收信号幅度和相位的随机变化，结果将导致严重的衰落。11设工作频率分别为900MHz和2200MHz，移动台行驶速度分别为30m/s和80m/s，求最大多普勒频移各是多少？试比较这些结果。解：当工作频率为900MHz，行驶速度为30m/s和80m/s时的最大多普勒频移为：61118309001090()310mffHzc622288090010240()310mffHzc当工作频率为2200MHz，行驶速度为30m/s和80m/s时的最大多普勒频移为：6111830220010220()310mffHzc6222880220010586.7()310mffHzc由以上的计算结果可以知道，最大多普勒频移与移动台的速度和工作频率有关，速度越大；最大多普勒频移越大，频率越大，最大多普勒频移。12设移动台速度为100m/s，工作频率为1000MHz，试求1分钟内信号包络衰减至信号均方根（rms）电平的次数。平均衰落时间是多少？解：：由题rmsRR，所以1rmsRR，由式（3-56）计算出0.915RmNf)(3.01010398mf而）（KHzfm33.0100，所以)(5.2743000915.0HZNR所以在1分钟之内信号包络衰减至信号均方根电平的次数为)(1647060次RNN平均衰落时间为()RRPrRN其中：6321.01]2exp[1)()(122eRdrrpRrprmsRrmsrrms5msNRrPRrmsR3.25.2746321.0)(13移动台以匀速行驶，并接收到900MHz的载频信号。测得信号电平低于rms电平10dB的平均衰落持续时间为1ms，问移动台在10s钟内行驶多远？并求出10s钟内信号经历了多少低于rms门限电平的衰落。解：由题中2110rmsRR得0952.01]2exp[1)()(1.022eRdrrpRrprmsRrrms因为msNNRrPRRrmsR10952.0)(所以HZNR2.95由题意的rmsRR，所以1rmsRR，由式（3-56）计算出0.915RmNf所以104.0437HZ915.0RmNf由)(3/110910388mf和mf可得smfm/6812.323/0437.104所以移动台在10秒内行驶了326.812m在10s内移动台经历了低于rms门限电平的衰落的次数为)(95210次RNN14如果某种特殊调制在/0.1sT时能提供合适的误比特率(BER)，试确定下图（图P14）所示的无均衡器的最小符号周期(由此可得最大符号率)。0dB-10dB-20dB-30dBrP()户内5075100（a）(ns)0dB-10dB-20dB-30dBrP()户外510（b）()s00图2-26习题14的两个功率时延分布6解：对于（a），ns725.27]01.01.011[)100)(01.0()75)(1.0()50)(1()0)(1(2222228.149801.01.011)100)(01.0()75)(1.0()50)(1()0)(1(ns所以rms时延扩展为:ns27)725.27(8.14982由于1.0/sT，即nsTs27010所以最小符号周期nsTs270min对于（b），(0.01)(0)1*(5)(0.1)(10)5.41[10.10.01]s22222(0.01)(0)1*(5)(0.1)(10)31.530.0110.1s所以rms时延扩展为:231.53(5.41)1.50s由于1.0/sT，即1015sTs所以最小符号周期min15sTs若同时满足（a）和（b）两个环境，则最小符号周期为15s。15信号通过移动信道时，在什么样情况下遭受到平坦衰落？在什么样情况下遭受到频率选择性衰落？答：如果信道相关带宽远大于发送信号的带宽，则信号经历平坦衰落；如果信道的相关带宽小于发送信号带宽，则信号经历频率选择性衰落。16简述快衰落、慢衰落产生原因及条件。答：快衰落产生原因：信道的相关（相干）时间比发送信号的周期短，且信号的带宽Bs小于多普勒扩展DB，信道冲击响应在符号周期内变化很快，从而导致信号失真，产生衰落。信号经历快衰落的条件是：scsDTTBB7慢衰落产生的原因：信道的相关（相干）时间远远大于发送信号的周期，且信号的带宽Bs远远大于多普勒扩展DB，信道冲击响应变化比要传送的信号码元的周期低很多，可以认为该信道是慢衰落信道。信号经历慢衰落的条件是：cscsBBTT17某移动通信系统，工作频率为1800MHz，基站天线高度为40m，天线增益为6dB，移动台天线高度为1m，天线增益为1dB；在市区工作，传播路径为准平坦地形，通信距离为10km。试求:（1）传播路径的中值路径损耗；（2）若基站发射机送至天线的信号功率为10W，不考虑馈线损耗和共用器损耗，求移动台天线接收到的信号功率。解：（1）由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式()32.4420lg()20lg()fsLdBdkmfMHz可得自由空间中电波传播损耗117.5455dB)1800lg(20)10lg(2044.32fsL由基站天线高度增益因子图表可查的dBdhHbb14),(由移动台天线高度增益因子图表可查得dBfhHmm4),(由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得dBdfAm33),(由传播路径的中值路径损耗公式(,)(,)(,)MfsmbbmmLLAfdHhdHhf可得dBLM5455.168144335455.117（2）由(,)(,)(,)MfsmbbmmLLAfdHhdHhf和dmbmbMTRLLLGGLPP可得：dB