現(xiàn)代移動(dòng)通信第四版第二章課后答案

第二章思慮題與習(xí)題無(wú)線電波流傳共有哪幾種主要方式？各有什么特色？答：典型的電波流傳方式有直射、反射、折射、繞射、散射等。當(dāng)電波的直射路徑上無(wú)阻攔物時(shí)，電波直接抵達(dá)接收天線；當(dāng)電波的直射路徑上存在阻攔物時(shí)，電波會(huì)繞過(guò)阻攔物遮擋向前流傳形成繞射波；當(dāng)電波在平展地面上流傳時(shí)，因大地和大氣是不同樣的介質(zhì)而使入射波在界面上產(chǎn)生反射波；當(dāng)電波入射到粗拙表面時(shí)，反射能量因?yàn)樯⑸涠⒉加谌糠较颍纬缮⑸洳?。自由空間流傳的特色是什么？答：自由空間流傳是指空間四周為無(wú)窮大真空時(shí)的電波流傳，它是理想流傳條件。電波在自由空間流傳時(shí)，其能量既不會(huì)被阻攔物所吸取，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。電波在自由空間流傳時(shí)，媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)導(dǎo)磁率都等于1，流傳路徑上沒(méi)有阻攔物阻截，抵達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)忽略不計(jì)。自由空間中電波流傳消耗為L(zhǎng)fs32.4420lgd(km)20lgf(MHz)，此中，d為T(mén)-R間距離，f為電波頻次。其規(guī)律是:與d2成反比→距離越遠(yuǎn)，衰減越大；與f2成反→頻次越高，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，工作頻次為1800MHz，收發(fā)天線增益均為1，工作在市里。試畫(huà)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）解：Qht40m,hr3m,f1800MHz反射波與直射波的路徑差為dd[1(hthr)21(hthr)2]ddd[1(43)21(37)2]dd因?yàn)椋≧ej）又因?yàn)閒1800MHz150MHz因此有R1;EE012d2fd[1(43)21(37)2]12d[1(43)21(37)2]cddddEE（1Rej(1j2d[1(43)21(37)2])此時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)為）E0edd0Eej2d[1(43)21(37)2]1kmd20km用分貝表示為10lg(1dd)E0用Matlab畫(huà)出變化曲線。由式（2-29）可知，其規(guī)律是:—與d4成反比→比自由空間衰減快得多?！c頻次成沒(méi)關(guān)。用兩徑模型的近似公式解上題，并解析近似公式的使用范圍。hthr120ddd解：用兩徑模型的近似公式22f1440ddcdjj1440此時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)為E（Re）E0(1ed)E01Eej1440kmdkm用分貝表示為10lg(1d)20E0此時(shí)近似公式一定知足hthrd因?yàn)閔thr43m，MIN(d)1000m,知足條件因此以上近似公式可用。什么是等效地球半徑？為何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？6答：地球等效半徑是指電波依舊按直線方向前進(jìn)，但是地球的實(shí)質(zhì)半徑R0×10m)變成了等效半徑Re。為了研究大氣折射對(duì)電波流傳的影響而引入等效地球半徑。因?yàn)榈刃У厍虬霃较禂?shù)k＝4/3，因此等效地球半徑e8500Rkm。設(shè)發(fā)射天線的高度為200m，接收天線高度為20m，求視距流傳的極限距離。若發(fā)射天線為100m，視距流傳的極限距離又是多少？解：視野流傳的極限距離為d2Re(hthr)285001000(20020)76.7km若發(fā)射天線的高度為100m，則視野流傳的極限距離為d2Re(hthr)285001000(10020)59.7km為何說(shuō)電波擁有繞射能力？繞射能力與波長(zhǎng)有什么關(guān)系？為何？答：因?yàn)殡姴ㄔ趥鬏斶^(guò)程中的波前的全部點(diǎn)都能夠作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波組合起來(lái)形成流傳方向上新的波前，繞射就是由次級(jí)波的流傳進(jìn)入暗影去而形成的。繞射能力與波長(zhǎng)存在下邊的關(guān)系h2(d1d2),即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射能力越弱。這是因?yàn)閐1d2阻截體對(duì)次級(jí)波的阻截產(chǎn)生了繞射消耗，僅有一部分能量能繞過(guò)阻截體，這里的繞射消耗跟電波的頻次相關(guān)，相關(guān)于同一個(gè)阻截物來(lái)說(shuō)，頻次越大，繞射消耗越小，繞射能力就比較強(qiáng)；頻次越小，繞射消耗越大，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)距建筑物天線高度均為10m，電臺(tái)工作頻次為900MHz，試求電波流傳消耗。

10km，兩電臺(tái)解：菲涅爾余隙xd1d2310851010633.31(dd)1510390010612繞射參數(shù)x(5010)1.2，查表得附帶消耗為x133.3則電波流傳消耗為：LLfs18.5dB(32.4420lg1520lg900)dB18.5dB133.55dB假如其余參數(shù)與上題同樣，僅工作頻次為①50MHz；②1900MHz，試求電波傳輸消耗各是多少？解：當(dāng)工作頻次為50MHz時(shí)，菲涅爾余隙x1d1d23108510106141.4(d1d2)1510350106繞射參數(shù)x(5010)0.28，查表得附帶消耗為10dBx1141.4則電波流傳消耗為：LLfs18.5dB(32.4420lg1520lg900)dB10dB125.05dB當(dāng)工作頻次為1900MHz時(shí)菲涅爾余隙x1d1d2310851010622.9(d1d2)151031900106繞射參數(shù)x(5010)1.74，查表得附帶消耗為22dBx122.9則電波流傳消耗為：LLfs18.5dB(32.4420lg1520lg900)dB22dB137.05dB挪動(dòng)通訊信道中電波流傳的特色是什么？答：挪動(dòng)通訊信道中電波流傳的基本特色是：1）隨信號(hào)流傳距離而致使的流傳消耗（大尺度范圍），2）由地形起伏、建筑物及其余阻攔物對(duì)電波的掩蓋而惹起的消耗（陰影衰?。?，3）因發(fā)射、繞射和散射等要素造成的多徑流傳而惹起的接收信號(hào)幅度和相位的隨機(jī)變化，結(jié)果將致使嚴(yán)重的衰敗。11設(shè)工作頻次分別為900MHz和2200MHz，挪動(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？試比較這些結(jié)果。解：當(dāng)工作頻次為900MHz，行駛速度為30m/s和80m/s時(shí)的最大多普勒頻移為：11f30900106fm1c310890(Hz)fm222f80900106c3108240(Hz)當(dāng)工作頻次為2200MHz，行駛速度為30m/s和80m/s時(shí)的最大多普勒頻移為：11f302200106fm1c3108220(Hz)22f802200106fm2c3108586.7(Hz)由以上的計(jì)算結(jié)果能夠知道，最大多普勒頻移與挪動(dòng)臺(tái)的速度和工作頻次相關(guān)，速度越大；最大多普勒頻移越大，頻次越大，最大多普勒頻移。設(shè)挪動(dòng)臺(tái)速度為100m/s，工作頻次為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)。平均衰敗時(shí)間是多少？解：：由題RRrms，因此R，由式（3-56）計(jì)算出NR0.915fm1Rrms31080.3(m)而100，因此fm（3f1090.3NR0.9153000274.5(HZ)因此在1分鐘以內(nèi)信號(hào)包絡(luò)衰減至信號(hào)均方根電平的次數(shù)為N60NR16470(次)平均衰敗時(shí)間為P(rR)RNR此中：Rrms2p(rRrms)pr(r)dr1exp[Rrms2]1e10.63212RP(rRrms)0.63212.3msNR274.5設(shè)挪動(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的平均衰敗連續(xù)時(shí)間為1ms，問(wèn)挪動(dòng)臺(tái)在10s鐘行家駛多遠(yuǎn)？并求出10s鐘內(nèi)信號(hào)經(jīng)歷了多少低于rms門(mén)限電平的衰敗。解：由題中RRrms1得102Rrms2p(rRrms)pr(r)dr1exp[R2]1e0.10.09522因?yàn)镻(rRrms)0.0952RNR1msNR因此NR95.2HZ由題意的RRrmsR，由式（3-56）計(jì)算出NR0.915fm，因此1Rrms因此fmNR104.0437HZ由31081/3(m)和fm0.915f9810可得fm104.0437/332.6812m/s因此挪動(dòng)臺(tái)在10秒行家駛了326.812m在10s內(nèi)挪動(dòng)臺(tái)經(jīng)歷了低于rms門(mén)限電平的衰敗的次數(shù)為N10NR952(次)假如某種特別調(diào)制在/Ts0.1時(shí)能供給適合的誤比特率(BER)，試確立下列圖（圖題）所示的無(wú)平衡器的最小符號(hào)周期(由此可得最大符號(hào)率)。Pr( )Pr( )0dB戶內(nèi)0dB戶外-10dB-10dB-20dB-20dB-30dB-30dB05075100(ns)0510(s)（a）（b）圖習(xí)題14的兩個(gè)功率時(shí)延散布(1)(0)(1)(50)(0.1)(75)(0.01)(100)解：關(guān)于（a），10.127.725ns[10.01]2(1)(0)2(1)(50)2(0.1)(75)2(0.01)(100)21498.8ns2110.10.01因此rms時(shí)延擴(kuò)展為:1498.8(27.725)227ns因?yàn)?Ts0.1，即Ts10270ns因此最小符號(hào)周期Tsmin270ns關(guān)于（b），

(0.01)(0)1*(5)(0.1)(10)[10.15.41s0.01]2(0.01)(0)21*(5)2(0.1)(10)220.0110.131.53s因此rms時(shí)延擴(kuò)展為:31.53(5.41)21.50s因?yàn)?Ts0.1，即Ts1015s因此最小符號(hào)周期Tsmin15s若同時(shí)知足（a）和（b）兩個(gè)環(huán)境，則最小符號(hào)周期為15s。15信號(hào)經(jīng)過(guò)挪動(dòng)通訊信道時(shí)，在什么樣狀況下受到到平展衰??？在什么樣狀況下受到到頻次選擇性衰敗？答：假如信道相關(guān)帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的帶寬，則信號(hào)經(jīng)歷平展衰??；假如信道的相關(guān)帶寬小于發(fā)送信號(hào)帶寬，則信號(hào)經(jīng)歷頻次選擇性衰敗。簡(jiǎn)述快衰敗、慢衰敗產(chǎn)生原由及條件。答：快衰敗產(chǎn)生原由：信道的相關(guān)（相關(guān)）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，進(jìn)而致使信號(hào)失真，產(chǎn)生衰敗。信號(hào)經(jīng)歷快衰敗的條件是：TsTcBsBD慢衰敗產(chǎn)生的原由：信道的相關(guān)（相關(guān)）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)變化比要傳達(dá)的信號(hào)碼元的周期低好多，能夠以為該信道是慢衰敗信道。信號(hào)經(jīng)歷慢衰敗的條件是：TsTcBsBc17某挪動(dòng)通訊系統(tǒng)，工作頻次為1800MHz，基站天線高度為40m，天線增益為6dB，挪動(dòng)臺(tái)天線高度為1m，天線增益為1dB；在市里工作，流傳路徑為準(zhǔn)平展地形，傳播距離為10km。試求:（1）流傳路徑的中值路徑消耗；（2）若基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為10W，不考慮饋線消耗和共用器消耗，求挪動(dòng)臺(tái)天線接收到的信號(hào)功率。解：（1）由流傳路徑的自由空間中電波流傳消耗公式Lfs(dB)32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波流傳消耗Lfs32.4420lg(10)20lg(1800)117.5455dB由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)14dB由挪動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)4dB由準(zhǔn)平展地形大城市地域的基本中值消耗圖表可得Am(f,d)33dB由流傳路徑的中值路徑消耗公式LMLfsAm(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)可得LM117.545533414168.5455dB（2）由LMLfsAm(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)和PRPTLMGbGmLbLmLd可得：PR10lg(PT)LMGbGm10168.545561151.5455dBW18設(shè)某系統(tǒng)工作在準(zhǔn)平展地域的大城市，工作頻次為900MHz，小區(qū)半徑為10km，基站天線高80m，天線增益為6dB，挪動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，天線增益為0dB，要使工作在小區(qū)邊沿的手持挪動(dòng)臺(tái)的接收電平達(dá)-102dBm，基站發(fā)射機(jī)的功率最少應(yīng)為多少？解：（1）由流傳路徑的自由空間中電波流傳消耗公式Lfs(dB)32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波流傳消耗Lfs32.4420lg(10)20lg(900)111.5249dB由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)8dB由挪動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)3dB由準(zhǔn)平展地形大城市地域的基本中值消耗圖表可得Am(f,d)29.7dB由流傳路徑的中值路徑消耗公式LMLfsm(f,d)Hb(b,d)Hm(m,f)Ahh可得LM111.524929.738152.2249dB（2）由LMLfsAm(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)和PRPTLMGbGmLbLmLd可得：PR10lg(PT)LMGbGm10lg(PT)152.224960132dBWPT26.4539W19假如上題中其余參數(shù)保持不變，僅工作頻次改為1800MHz，計(jì)算結(jié)果又是怎樣？解：（1）由流傳路徑的自由空間中電波流傳消耗公式Lfs(dB)32.4420lgd(km)20lgf(MHz)可得自由空間中電波流傳消耗Lfs32.4420lg(10)20lg(1800)117.5455dB由基站天線高度增益因子圖表可查的Hb(hb,d)8dB由挪動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子圖表可查得Hm(hm,f)3dB由準(zhǔn)平展地形大城市地域的基本中值消耗圖表可得Am(f,d)29.7dB由流傳路徑的中值路徑消耗公式LMLfsAm(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)可得LM117.545529.738158.2455dB（2）由LMLfsAm(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)和PRPTLMGbGmLbLmLd可得：PR10lg(PT)LMGbGm10lg(PT)158.245560132dBWPT105.8157W20試給出Jakes模型的信道仿真結(jié)果，結(jié)果中應(yīng)包含輸出的波形以及響應(yīng)的功率譜。MIMO信道建模與SISO信道