现代移动通信蔡跃明第三版习题参考答案.doc

1、 1 第一章思考题与习题 1. 何为移动通信？移动通信有哪些特点？ 答： 移动通信是指通信的双方至少有一方在移动中（或者停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机和行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台和有线用户）之间的通信。 移动通信的特点： （ 1）无线电波传播复杂 （ 2）移动台受到的干扰严重 （ 3）无线电频谱资源有限 （ 4）对移动设备的要求高 （ 5）系统复杂 2. 单工通信与双工通信有何特点？各有何优缺点？ 答：单工通信的特点：收发信机轮流工作、设备简单、省电、只允许一方发 送时另一方进行接收；优点：设备简单、省电。缺点：通信的时

2、间长、使用不方便。 双工通信的特点：收发信机可以同时工作、使用方便，电源的消耗大；优点：使用方便、收发信机可以同时工作。缺点：发射机总是工作的，电源消耗大。 3. 常用的移动通信系统包括哪几种类型？ 答：蜂窝移动通信系统，无绳电话系统，集群移动通信系统，卫星移动通信系统，无线 LAN等 4. 移动通信系统由哪些功能实体组成？ 答： 移动通信系统包括移动交换子系统（ SS）、操作管理子系统（ OMS）和基站子系统（ BSS）（通常包括移动台（ MS），是一个完整 的信息传输实体。 无线接口的主要功能如下： （ 1）用户与移动网之间的接口（ Sm 接口），即人机接口。 （ 2）移动台与基站之间的接

3、口（ Um 接口）。 （ 3）基站与移动交换中心之间的接口（ A 接口）。 （ 4） 基站控制器（ BSC）与基站收发信机（ BTS）之间的接口（ Abis 接口）。 （ 5） 移动交换中心 (MSC)与访问位置寄存器（ VLR）之间的接口 (B接口 )。 （ 6）移动交换中心 (MSC)与原籍位置寄存器 (HLR)之间的接口 (C 接口 )。 （ 7） 原籍位置寄存器（ HLR）与访问位置 寄存器（ VLR）之间的接口 (D 接口 )。 （ 8）移动交换中心之间的接口 (E 接口 )。 （ 9）移动交换中心（ MSC）与设备标志寄存器（ EIR）之间的接口（ F 接口）。 （ 10）访问位置

4、寄存器 VLR 之间的接口（ G 接口）。 5. FDD和 TDD 的概念和各自优势是什么？ 答： FDD：在某些系统中，按照频率划分上行链路和下行链路信道的方法； TDD：在某些系统中，上行链路和下行链路使用相同的频率，允许上行链路在在当前时隙内使用该频率，而下行链路可以在下一时隙内使用该频率的方法； 2 FDD 的优势： FDD 系统对于定时同步的要求远远低 于 TDD 系统，更适用于大功率、远距离的通信系统； TDD 的优势：不需要使用带通滤波器，非常适用于可变速率、非对称带宽系统 6. 简述移动通信的发展过程与发展趋势。 移动通信就正式商业运营而言，至今已有 30 多年，大致是每十年更

5、新一代。第一代以模拟蜂窝网为主要特征，第二代以数字化为主要特征，第三代以多媒体业务为主要特征，第四代以宽带高速数据传输为主要特征，如下图所示。移动通信将向宽带化、分组化、智能化、业务多样化和融合化的方向发展。 7. 移动通信的标准化组织主要有哪些？ 答：国际无线电标准化组织、欧洲通信标准化组织 、北美地区的通信标准化组织、 IEEE 802标准委员会、中国通信标准化协会 3 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

6、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；为波长。其规律是 : 与 2d 成反比距离越远，衰减越大。

7、 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 3 m，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： 22224 0 , 3 , 1 8 0 0 1 ( ) 1 ( ) 4 3 3 7 1 ( ) 1 ( ) trt r t rh m h m f M H zh h h hddddddd 反 射 波 与 直 射 波 的 路 径 差 为因为 ）（ jRe1EE 0 又

8、因为 1 8 0 0 1 5 0 1 ;f M H z M H z R 所 以 有 )37(1)43(112)37(1)43(122 2222ddddddc fd 此时接收到的场强为 )1(Re1EE )37(1)43(1200 22 dddjj eE ）（ LdGGPdP rttr 22 2)4()( 4 用分贝表示为 kmdkmeEE dddj 201)1l g (10 )37(1)43(12022 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：

9、用两径模型的近似公式ddcfdddhhd rt 144022120 此时接收到的场强为 )1(Re1EE 144000 djj eE ）（ 用分贝表示为 kmdkmeEE dj 201)1lg (101440 0 此时近似公式必须满足 dhh rt 因为 满足条件， ,1000)(43 mdM I Nmhh rt 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 (6.37106m)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

10、半 径系数 k 4/3，所以等效地球半径 8500eR km 。 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kmhhRd rte 7.76 )20200(100085002)(2 若发射天线的高度为 100m，则视线传播的极限距离为kmhhRd rte 7.59 )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

11、就是由次级波的传播进入阴影去而形成的。绕5 射能力与波长存在下面的关系 12122( ) ,ddh dd 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 86121 3612 3 1 0 5 1 0 1 0 3 3 . 3

12、( ) 1 5 1 0 9 0 0 1 0ddx dd 绕射参数1(50 10) 1.233.3xx ， 查表得附加损耗为 18.5dB 则电波传播损耗为：1 8 . 5 ( 3 2 . 4 4 2 0 l g 1 5 2 0 l g 9 0 0 ) 1 8 . 5 1 3 3 . 5 5fsL L d B d B d B d B 9 如果其它参数与上题相同，仅工作频率为 50MHz； 1900MHz，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 86121 3612 3 1 0 5 1 0 1 0 1 4 1 . 4( ) 1 5 1 0 5 0 1 0ddx

13、dd 绕射参数1(5 0 1 0 ) 0.28141.4xx ， 查表得附加损耗为 10dB 则电波传播损耗为：1 8 . 5 ( 3 2 . 4 4 2 0 l g 1 5 2 0 l g 9 0 0 ) 1 0 1 2 5 . 0 5fsL L d B d B d B d B 当工作频率为 1900MHz 时 菲涅尔余隙 86121 3612 3 1 0 5 1 0 1 0 2 2 . 9( ) 1 5 1 0 1 9 0 0 1 0ddx dd 绕射参数1(5 0 1 0 ) 1.7422.9xx ， 查表得附加损耗为 22dB 则电波传播损耗为：1 8 . 5 ( 3 2 . 4 4

14、2 0 l g 1 5 2 0 l g 9 0 0 ) 2 2 1 3 7 . 0 5fsL L d B d B d B d B 6 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

15、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： 6111 83 0 9 0 0 1 0 9 0 ( )3 1 0m ff H zc 6222 88 0 9 0 0 1 0 2 4 0 ( )3 1 0m ff H zc 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： 6111 83 0 2 2 0 0 1 0 2 2 0 ( )3 1 0m ff H zc 6222 88 0 2 2 0 0 1 0 5 8 6 . 7( )3 1 0m ff H zc 由以上的计算结果可以知道，最大多普勒频移

16、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 )(3.010103 9 8 mf 而 ）（ KHzf m 33.01 0 0 ， 所以 )(5.2743000915.0 HZN R 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 )(1 6 4 7 060 次 RNN 7 平均衰落时间为 ()R RP

17、 r RN 其中：6321.012e x p 1)()( 122 eRdrrpRrp r m sR r m srr m s msN RrP R r m sR 3.25.2 7 46 3 2 1.0)( 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 0952.012e x p 1)()( 1.022 eRdrrpRrp r m sR rr m s 因为 msNN RrP RR r

18、 m sR 10 9 5 2.0)( 所以 HZNR 2.95 由题意的 rmsRR ， 所以 1rmsRR， 由式（ 3-56）计算出 0.915RmNf 所以 1 0 4 . 0 4 3 7 H Z915.0 Rm Nf由 )(3/1109 103 88 mf 和 mf可得 smf m /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 RNN 14 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

19、 (由此可得最大符号率 )。 8 0 dB- 10 dB- 20 dB- 30 dBrP ( )户内50 75 100（ a ）( ns)0 dB- 10 dB- 20 dB- 30 dBrP ( )户外5 10（ b ）() s00图 2-26 习题 14 的两个功率时延分布 解：对于（ a）， ns725.2701.01.011 )100)(01.0()75)(1.0()50)(1()0)(1( 222222 8.1 4 9 801.01.011 )1 0 0)(01.0()75)(1.0()50)(1()0)(1( ns 所以 rms时延扩展为 : ns27)725.27(8.1498

20、2 由于 1.0/ sT ，即 nsT s 27010 所以最小符号周期 nsTs 270min 对于（ b）， (0 . 0 1 ) (0 ) 1* ( 5 ) (0 . 1 ) (1 0 ) 5 . 4 11 0 . 1 0 . 0 1 s2 2 222(0 . 0 1 ) (0 ) 1* ( 5 ) (0 . 1 ) ( 1 0 ) 3 1 . 5 30 . 0 1 1 0 . 1 s 所以 rms时延扩展为 : 231 .5 3 ( 5. 41 ) 1. 50 s 由于 1.0/ sT ，即 10 15sTs 所以最小符号周 期 min 15sTs 若同时满足（ a）和（ b）两个环境

21、，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？ 9 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 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

22、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： cscs BB TT 17 某移动通信系统，工作频率为 1800 MHz，基站天线高度为 40 m，天线增益为 6dB，移动台天线高度为 1 m，天线增益为 1 dB；在市区工作，传播路径为准平坦地形，通信距离为 10 km。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 ( ) 3 2 . 4 4 2 0 l

23、g ( ) 2 0 l g ( )fsL d B d k m f M H z 可得自由空间中电波传播损耗 1 1 7 .5 4 5 5 d B)1800lg (20)10lg (2044.32 fsL 由基站天线高度增益因子图表可查的 dBdhH bb 14),( 由移动台天线高度增益因子图表可查得 dBfhH mm 4),( 由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得 dBdfAm 33),( 由传播路径的中值路径损耗公式 ( , ) ( , ) ( , )M f s m b b m mL L A f d H h d H h f 可得 dBL M 5455.168144335455.117

24、 10 （ 2）由 ( , ) ( , ) ( , )M f s m b b m mL L A f d H h d H h f 和dmbmbMTR LLLGGLPP 可得：d B WGGLPP mbMTR 5 4 5 5.151165 4 5 5.16810)l g (10 18 设某系统工作在准平坦地区的大城市，工作频率为 900MHz，小区半径为 10km，基站天线高 80m，天线增益为 6dB，移动台天线高度为 1.5m，天线增益为 0 dB，要使工作在小区边缘的手持移动台的接收电平达 -102dBm，基站发射机的功率至少应为多少？ 解：（ 1） 由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式

25、( ) 3 2 . 4 4 2 0 l g ( ) 2 0 l g ( )fsL d B d k m f M H z 可得自由空间中电波传播损耗 1 1 1 .5 2 4 9 d B)9 0 0lg (20)10lg (2044.32 fsL 由基站天线高度增益因子图表可查的 dBdhH bb 8),( 由移动台天线高度增益因子图表可查得 dBfhH mm 3),( 由准平坦地形大城市地区的基本中值损耗图表可得 dBdfA m 7.29),( 由传播路径的中值路径损耗公式 ( , ) ( , ) ( , )M f s m b b m mL L A f d H h d H h f 可得 dBL

26、M 2249.152837.295249.111 （ 2）由 ( , ) ( , ) ( , )M f s m b b m mL L A f d H h d H h f 和dmbmbMTR LLLGGLPP 可得：d B WPGGLPP TmbMTR 132062 2 4 9.152)l g (10)l g (10 WPT 4539.26 19 如果上题中其它参数保持不变，仅工作频率改为 1800MHz，计算结果又是如何？ 解：（ 1） 由传播路径的自由空间中电波传播损耗公式 ( ) 3 2 . 4 4 2 0 l g ( ) 2 0 l g ( )fsL d B d k m f M H z 可得自由空间中电波传播损耗 1 1 7 .5 4 5 5 d B)1800lg (20)10lg (2044.32 fsL