現(xiàn)代移動通信第四版 第二章課后答案 1

1、 第二章 思考題與習(xí)題 1 無線電波傳播共有哪幾種主要方式？各有什么特點？ 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，電波直接到達接收天線；當(dāng)電波的直射路徑上存在障礙物時，電波會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，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，反 射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。 2 自由空間傳播的特點是什么？答：自由空間傳播是指空間周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。電波在自傳播路徑

2、上沒有障礙物阻擋，由空間傳播時，媒質(zhì)的相對介電常數(shù)和相對導(dǎo)磁率都等于1，到達接收天線的地面反射信號場強忽略不計。自由空間中電波傳播損耗為f(MHz)20lgf32.44L?20lgd(km)?d其間距離，其中，為電波頻率。為T-Rfs22fd 成反比距離越遠，衰減越大；與成反頻率越高，衰減越大。規(guī)律是:與，收發(fā)天線1800MHz3 設(shè)發(fā)射機天線高度為40m，接收機天線高度為3 m，工作頻率為范圍的接收天線處的場強。增益均為1，工作在市區(qū)。試畫出兩徑模型在1km至20kmE （可用總場強對的分貝數(shù)表示）0 解：?j;?1所以有R?150f?1800MHz?MHzRe?1E?E（） 因為又因為03

3、74322?1?1?()2?j?d?j?dd)e?EE?（1ReE）?(1 此時接收到的場強為004337E22?()1?(?2?j1d?)dd)1km?lg(?101?ed?20km 用分貝表示為 E0用Matlab畫出變化曲線。 由式（2-29）可知，其規(guī)律是: 4d成反比比自由空間衰減快得多。與 與頻率成無關(guān)。 用兩徑模型的近似公式解上題，并分析近似公式的使用范圍。 4 hh120rt?d? dd解：用兩徑模型的近似公式 ?f214402?d?d? ?dc?1440j? ?j?d)?1EE?（ReE）?(1e 此時接收到的場強為00 ?1440E ?j d 用分貝表示為km20?10lg

4、(1?e?d?)1km E0 此時近似公式必須滿足d?hhrt 因為滿足條件m,mh?h?43，MIN(d)?1000rt 所以以上近似公式可用。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 5 少？6m)10答：地球等效半徑是指電波依然按直線方向行進，只是地球的實際半徑 R0因為等效。為了研究大氣折射對電波傳播的影響而引入等效地球半徑。變成了等效半徑Re 。地球半徑系數(shù)k4/3，所以等效地球半徑km?8500Re，求視距傳播的極限距離。若發(fā)射天200m6 設(shè)發(fā)射天線的高度為，接收天線高度為20m 線為100m，視距傳播的極限距離又是多少？)20(200?10002

5、R(h?h)?2?8500?drte 解：視線傳播的極限距離為km76.7?，則視線傳播的極限距離為100m若發(fā)射天線的高度為d?2R(h?h)?2?8500?1000(100?20)ret km759.?7 為什么說電波具有繞射能力？繞射能力與波長有什么關(guān)系？為什么？ 答：因為電波在傳輸過程中的波前的所有點都可以作為產(chǎn)生次級波的點源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前，繞射就是由次級波的傳播進入陰影去而形成的。繞 2(d?d)?21,?h即波長越長，繞射能力越弱。這是因為射能力與波長存在下面的關(guān)系?dd21阻擋體對次級波的阻擋產(chǎn)生了繞射損耗，僅有一部分能量能繞過阻擋體，這里的繞射損耗跟

6、電波的頻率有關(guān)，相對于同一個阻擋物來說，頻率越大，繞射損耗越小，繞射能力就比較強；頻率越小，繞射損耗越大，繞射能力就越弱。 8 相距15km的兩個電臺之間有一個50m高的建筑物，一個電臺距建筑物10km，兩電臺天線高度均為10m，電臺工作頻率為900MHz，試求電波傳播損耗。 86?dd10?5?103?10?21?x?33.3?解：菲涅爾余隙 1631010d)15?900?d(?21x?(50?10)?1.2查表得附加損耗為繞射參數(shù) ， x33.31則電波傳播損耗為：L?L?18.5dB?(32.44?20lg15?20lg900)dB?18.5dB?133.55dB fs 9 如果其它參

7、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， 86?dd105?3?1010?21?141.4x?菲涅爾余隙 1631050?d?d)15?10?(21x?(50?10)?0.28查表得附加損耗為 繞射參數(shù)10dB ， x141.41 則電波傳播損耗為：L?L?18.5dB?(32.44?20lg15?20lg900)dB?10dB?125.05dB fs當(dāng)工作頻率為1900MHz時 1111?x22.9菲涅爾余隙 163101900?(d?d)15?10?21x?(50?10)?1.74查表得附加損耗為22dB 繞射參數(shù)，

8、 x22.91則電波傳播損耗為： L?L?18.5dB?(32.44?20lg15?20lg900)dB?22dB?137.05dB fs10 移動通信信道中電波傳播的特點是什么？ 答：移動通信信道中電波傳播的基本特點是：1）隨信號傳播距離而導(dǎo)致的傳播損耗（大尺度范圍），2）由地形起伏、建筑物及其它障礙物對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幅度和相位的隨機變化，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，移動臺行駛速度分別為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

9、率為900MHz，行駛速度為30m/s和80m/s時的最大多普勒頻移為： 當(dāng)工作頻率為2200MHz，行駛速度為30m/s和80m/s時的最大多普勒頻移為： 由以上的計算結(jié)果可以知道，最大多普勒頻移與移動臺的速度和工作頻率有關(guān)，速度越大；最大多普勒頻移越大，頻率越大，最大多普勒頻移。 12 設(shè)移動臺速度為100m/s，工作頻率為1000MHz，試求1分鐘內(nèi)信號包絡(luò)衰減至信號均方根（rms）電平的次數(shù)。平均衰落時間是多少？ R?1N?0.915fR?R 3-56，由式（）計算出，所以：由題解： mRrmsRrms 8?103?100?)m.3(?0）（3KHzf? ，所以而 m9?f1030.

10、分鐘之內(nèi)信號包絡(luò)衰減至信號均方根電平的次數(shù)為所以在1)R(r?P? 平均衰落時間為其中： RNRR2Rrms1?rms6321.1?e?0dr(r)?1?p(rR)?exp?p rrms2?2?10dB電平測得信號電平低于rms 設(shè)移動臺以勻速行駛，并接收到900MHz的載頻信號。13鐘內(nèi)信號經(jīng)10s10s鐘內(nèi)行駛多遠？并求出的平均衰落持續(xù)時間為1ms，問移動臺在 門限電平的衰落。歷了多少低于rmsRrms?R 得解：由題中 1 102)Rr?P(09520.rms?ms?1 因為 RNNRRHZ.2N?95 所以RR?1?fN?0.915RR?所以由式（3-56由題意的）計算出， mRrms

11、Rrms8?N103?R?m)?3?1/(?f?104.0437HZ?f和 由所以 mm8?f9150.10?9?s/6812m/3?32?.f?104.0437可得 m326.812m 秒內(nèi)行駛了所以移動臺在10)(次N?10?952N rms門限電平的衰落的次數(shù)為在10s內(nèi)移動臺經(jīng)歷了低于R0.1T?/（圖題），14 如果某種特殊調(diào)制在試確定下圖時能提供合適的誤比特率(BER)s )。所示的無均衡器的最小符號周期(由此可得最大符號率 14的兩個功率時延分布圖 習(xí)題)(10001?(0.1)(50)?(0.)(75)10(1)()?(?ns.725?27? a），解：對于（ 01?0.1?1

12、?012?27ns.725)27.?14988?( rms所以時延擴展為:?27010?T.?T/01ns ，即由于?ss T?270nsmins 所以最小符號周期(0.01)(0)?1*(5)?(0.1)(10)?s?5.41? b），對于（ 1?0.1?0.01 2?s1.50?31.53?(5.41) rms時延擴展為:所以?s?1T1015/T?0. 由于，即?ss?s?15T 所以最小符號周期mins?s15。b）兩個環(huán)境，則最小符號周期為 若同時滿足（a）和（15 信號通過移動通信信道時，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)帶寬遠大于

13、發(fā)送信號的帶寬，則信號經(jīng)歷平坦衰落；如果信道的相關(guān)帶寬小于發(fā)送信號帶寬，則信號經(jīng)歷頻率選擇性衰落。 16 簡述快衰落、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）時間比發(fā)送信號的周期短，且信號的帶寬BB，信道沖擊響應(yīng)在符號周期內(nèi)變化很快，從而導(dǎo)致信號失真，產(chǎn)生小于多普勒擴展sD衰落。 信號經(jīng)歷快衰落的條件是： 慢衰落產(chǎn)生的原因：信道的相關(guān)（相干）時間遠遠大于發(fā)送信號的周期，且信號的帶BB，信道沖擊響應(yīng)變化比要傳送的信號碼元的周期低很多，可寬遠遠大于多普勒擴展sD以認(rèn)為該信道是慢衰落信道。 信號經(jīng)歷慢衰落的條件是： 17 某移動通信系統(tǒng)，工作頻率為1800 MHz，基站天線高度

14、為40 m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為1 m，天線增益為1 dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平坦地形，傳播距離為10 km。試求:（1）傳播路徑的中值路徑損耗；（2）若基站發(fā)射機送至天線的信號功率為10W，不考慮饋線損耗和共用器損耗，求移動臺天線接收到的信號功率。 解：（1）由傳播路徑的自由空間中電波傳播損耗公式 可得自由空間中電波傳播損耗 H(h,d)?14dB 由基站天線高度增益因子圖表可查的bbH(h,f)?4dB 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得mm A(f,d)?33dB 由準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得mL?L?A(f,d)?H(h,d)?H(h,f) 由傳播路

15、徑的中值路徑損耗公式mMbmfsbmL?117.5455?33?4?14?168.5455dB 可得ML?L?A(f,d)?H(h,d)?H(h,f)和2）由（mmmMbfsbP?P?L?G?G?L?L?L可得：dbmMbRmTP?10lg(P)?L?G?G?10?168.5455?6?1?151.5455dBW mMTRb18 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，基站天線高80m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為1.5m，天線增益為0 dB，要使工作在小區(qū)邊緣的手持移動臺的接收電平達-102dBm，基站發(fā)射機的功率至少應(yīng)為多少？ 解：（1）由傳播路

16、徑的自由空間中電波傳播損耗公式 可得自由空間中電波傳播損耗 H(h,d)?8dB 由基站天線高度增益因子圖表可查的bbH(h,f)?3dB 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得mmA(f,d)?29.7dB 由準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得mL?L?A(f,d)?H(h,d)?H(h,f) 由傳播路徑的中值路徑損耗公式mmmbMbfsL?111.5249?29.7?3?8?152.2249dB 可得ML?L?A(f,d)?H(h,d)?H(h,f)和）由（2mbmMbfsmP?P?L?G?G?L?L?L可得：dmRbTbmMP?10lg(P)?L?G?G?10lg(P)?152.22

17、49?6?0?132dBWTRMmTbP?26.4539W T19 如果上題中其它參數(shù)保持不變，僅工作頻率改為1800MHz，計算結(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 可得自由空間中電波傳播損耗 H(h,d)?8dB 由基站天線高度增益因子圖表可查的bb H(h,f)?3dB 由移動臺天線高度增益因子圖表可查得mmA(f,d)?29.7dB 由準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的基本中值損耗圖表可得mL?L?A(f,d)?H(h,d)?H(h,f) 由傳播路徑的中值路徑損耗公式mbmMmbfsL?117.5455?29.7?3?8?158.2455dB 可得ML?L?A(f,d)

18、?H(h,d)?H(h,f)和）由（2mbmMbfsmP?P?L?G?G?L?L?L可得：dmRbTbmMP?10lg(P)?L?G?G?10lg(P)?158.2455?6?0?132dBWTMbTmRP?105.8157W T20 試給出Jakes模型的信道仿真結(jié)果，結(jié)果中應(yīng)包括輸出的波形以及響應(yīng)的功率譜。1 出0.80.60.40.20-0.2-0.4 150100500-50-100-150 11000 譜功率1000090008000700060005000400030002000100 10000200400600800-600-1000-800-400-200 21 MIMO信道建模與SISO信道建模的不同點