微波通信作業(yè)集

1、電子信息學(xué)院 電磁場與無線技術(shù)2015-2016學(xué)年微波通信系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)老師 目錄第一次作業(yè)1題目11a）微波通信特點(diǎn)及系統(tǒng)舉例1b）蜂窩移動(dòng)通信1題目2 香農(nóng)公式2題目3 多種調(diào)制體制誤碼率性能比較（使用matlab）2第二次作業(yè)6題目5 FFT函數(shù)繪制方波時(shí)域波形與頻譜并分析6題目6 PSK調(diào)制matlab分析7第三次作業(yè)9題目7 推導(dǎo)數(shù)字通信中，歸一化信噪比（Eb/n0）與信噪比（C/N）的關(guān)系。9題目89a）調(diào)制方式性能優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)9b）PSK、MSK、QPSK分析比較9題目9 接收機(jī)參數(shù)計(jì)算10題目10多徑效應(yīng)對通信系統(tǒng)的影響分析11第四次作業(yè)13題目11、功率密

2、度13題目12、自由空間損耗13題目13、接收機(jī)靈敏度15題目14、歸一化信噪比16題目15、中頻鏡像現(xiàn)象及其抑制16題目16、三階交調(diào)17題目17、技術(shù)文獻(xiàn)查閱17作業(yè)要求24附錄25參考文獻(xiàn)292015-2016年本科微波通信課程平時(shí)作業(yè)題第一次作業(yè)題目1a）微波通信特點(diǎn)及系統(tǒng)舉例簡要回答微波通信有何特點(diǎn)，請指出微波通信系統(tǒng)的工作頻率，即一般為多少頻率以上，波長小于多少？并舉23個(gè)常見的微波通信系統(tǒng)例子。b）蜂窩移動(dòng)通信簡述蜂窩通信系統(tǒng)的小區(qū)制在頻率復(fù)用、個(gè)人移動(dòng)用戶方面有何突出優(yōu)點(diǎn)？城市區(qū)域的小區(qū)半徑一般在什么范疇？答：a）微波通信的特點(diǎn)：（1）通信頻段的頻帶寬,傳輸信息容量大。微波頻段

3、占用的頻帶約300GHz，而全部長波、中波和短波頻段占有的頻帶總和不足30MHz。（2）通信穩(wěn)定、可靠。當(dāng)通信頻率高于100MHz時(shí),工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動(dòng)對其影響小。（3）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方式，可以實(shí)現(xiàn)地面上的遠(yuǎn)距離通信，并且可以跨越沼澤、江河、高山等特殊地理環(huán)境。（4）天線增益高、方向性強(qiáng)。當(dāng)天線面積給定時(shí)，天線增益與工作波長的平方成反比。（5）微波通信設(shè)施建設(shè)周期短，耗費(fèi)少。對于無線通信的基站的互聯(lián)具有較好的適應(yīng)性，體積小、重量輕、安裝容易。（6）數(shù)字化。對于數(shù)字微波通信系統(tǒng)來說，是利用微波信道傳輸數(shù)字信號，因?yàn)榛鶐盘枮閿?shù)字信號，所以稱為數(shù)字微波通信系統(tǒng)

4、。微波通信系統(tǒng)的工作頻率1000MHz以上，波長小于30cm。微波通信系統(tǒng)舉例：無線電尋呼系統(tǒng)，廣播 b）蜂窩通信系統(tǒng)小區(qū)制采用頻率復(fù)用技術(shù)提高了頻率利用率。在小區(qū)制中，相鄰小區(qū)中使用不同的頻率，而在非相鄰且距離較遠(yuǎn)的小區(qū)中使用相同的載波頻率。由于相距較遠(yuǎn)，基站功率有限，使用相同的頻率不會(huì)造成明顯的同頻干擾，這樣就提高了利用率。對個(gè)人移動(dòng)用戶來說，定位更加準(zhǔn)確。城市區(qū)域的小區(qū)半徑0.1-1Km。 題目2 香農(nóng)公式在通信系統(tǒng)中，請簡述香農(nóng)（shannon）信道容量公式，在加性白高斯噪聲信道中的指導(dǎo)作用和意義。答：斯白噪聲干擾的信道中，計(jì)算最大信息傳送速率，即信道容量C=Blog2(1+SN),

5、（1.2-1）即香農(nóng)公式。B是信道帶寬（Hz），S是信號功率（W），N是噪聲功率（W）。如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理論上存在一種方法可使信息源的輸出能夠以任意小的差錯(cuò)概率通過信道傳輸。該定理還指出：如果RC，則沒有任何辦法傳遞這樣的信息，或者說傳遞這樣的二進(jìn)制信息的差錯(cuò)率為1/2。信道帶寬限制了比特率的增加，信道容量還取決于系統(tǒng)信噪比以及編碼技術(shù)種類。信道上的噪聲對信道容量產(chǎn)生負(fù)面影響。信道容最取決于傳輸帶寬w和信噪比sN。，與窄帶寬、低功率的信號相比，寬帶寬、高功率的信號具有更大的信道容量C。而信道容量又反映了在一定信道條件下通信系統(tǒng)無差錯(cuò)傳輸信息的能力。更具體地

6、說，該式表明了當(dāng)給定信號平均功率與噪聲平均功率時(shí)，在具有一定頻帶寬度w的信道E，單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限值?？梢姡诺廊莶蛯?shí)際上表明了通信系統(tǒng)的通信能力，而保證一定誤碼率條件下通信容量的能力就表明了抗干擾能力。所以，香農(nóng)公式表明了系統(tǒng)的通信能力和抗干擾能力與傳輸信息所用帶寬以及信噪比之間的關(guān)系。題目3 多種調(diào)制體制誤碼率性能比較（使用matlab）依據(jù)教材或者參考文獻(xiàn)上的解調(diào)理論公式，對PSK、QPSK、FSK、MSK、GMSK、QAM等體制解調(diào)，用Matlab程序編程，繪制誤碼率性能和信噪比變化關(guān)系曲線。并進(jìn)行簡要分析說明 提示：不少于二種體制，附源程序。答：不同調(diào)制方式下的誤碼率公

7、式如下所示： 其中 r=a22n2 為解調(diào)器輸入端信號噪聲功率比，誤差函數(shù)定義為erfc=20e-y2dy (1.3-4)誤碼率性能和信噪比變化關(guān)系曲線： 圖1.3-1分析說明：對于所有的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤碼率與信噪比的關(guān)系的圖表來看，所有的曲線呈減函數(shù)的下降曲線，即隨著信噪比的增大，誤碼率降低；解調(diào)方式一定，信噪比相同時(shí)，誤碼率性能從低到高依次是ASK,FSK,PSK。題目4a）查閱文獻(xiàn)資料，簡要描述移動(dòng)通信1G2 G 3 G 4G 5G簡要發(fā)展歷程；b）并從其通信功能、性能、技術(shù)指標(biāo)等方面描述其技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)特點(diǎn)；c）并對不同Generation的通信技術(shù)方案進(jìn)行簡要介紹，分析其傳輸速率能夠得

8、以提高的原因（可選做）；d）對不同Generation的國際標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行簡要介紹。（可在b小題中結(jié)合，簡要介紹其標(biāo)準(zhǔn)） 提示：b,c,d各小題要從專業(yè)的角度說明；各Generation的技術(shù)方案以中國采用的方案為主說明。答：a) 1G：FDMA，80年代。模擬式通信系統(tǒng)，模擬式是代表在無線傳輸采用模擬式的FM調(diào)制，將介于300Hz到3400Hz的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率MHz上。缺點(diǎn):保密性不強(qiáng)、系統(tǒng)容量有限以及無法傳輸數(shù)據(jù)等。2G: GSM，90年代。從1G跨入2G的分野則是從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制，相比于第1代移動(dòng)通信，第二代移動(dòng)通信具備高度的保密性，系統(tǒng)的容量也在增加，支持wap上網(wǎng)。主

9、流TDMA、CDMA以及GSM。最后GSM被廣泛采用。早在1989年歐洲就以GSM為通信系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并正式商業(yè)化。3G: TD-SCDMA，二十世紀(jì)初。國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了官方第3代移動(dòng)通信（3G）標(biāo)準(zhǔn)IMT-2000（International Mobile Telecommunications 2000，國際移動(dòng)通信2000標(biāo)準(zhǔn)）。3G存在四種標(biāo)準(zhǔn)制式，分別是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。4G：OFDM。TDLTE，F(xiàn)DDLTE。頻譜更寬，通信速度更快，智能程度更高。三種語言解決方案：CSFB，SGLTE，VoLTE。5G: 5G（fifth-gen

10、eration）即第五代移動(dòng)電話系統(tǒng)，是4G移動(dòng)通信技術(shù)的延伸。目前尚未有任何一家標(biāo)準(zhǔn)制定組織或者電信公司的公開規(guī)格，也沒有在任何官方文件中有所涉及，即該技術(shù)尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)。b）1G：區(qū)域性的移動(dòng)通信，容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能提供自動(dòng)漫游。2G：較高的通話質(zhì)量，保密性強(qiáng)、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)。3G：(1)、全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)全球無縫覆蓋和漫游。(2)、頻譜利用率高。(3)、在144kbps（最好在384kbps）能達(dá)到全覆蓋和全移動(dòng)性，還能提高最高塑料布大2Mbps的多媒體業(yè)務(wù)。(4)、支持高質(zhì)量話音、分組

11、多媒體業(yè)務(wù)和多用戶速率通信。(5)、有按需分配帶寬和根據(jù)不同業(yè)務(wù)設(shè)置不同服務(wù)等級的能力。(6)、適應(yīng)多用戶環(huán)境，包括室內(nèi)、室外、快速移動(dòng)和衛(wèi)星環(huán)境。(7)、安全保密性能優(yōu)良。(8)、便于從第二代移動(dòng)通信向第三代移動(dòng)通信平滑過渡。(9)、可與各種移動(dòng)通信系統(tǒng)融合，包括蜂窩、無繩電話和衛(wèi)星移動(dòng)通信等。4G：(1)、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬。每個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CMDA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。(2)、通信速度更快。傳輸速率可以達(dá)到IOM20Mbps，最高可以達(dá)到100Mbps。(3)、通信更加靈活。(4)、智能性更高。終端設(shè)計(jì)和操作具有智能化，兼容性更平滑。5G：通信速度大幅加快，下載速度

12、3.6Gbps；更加智能化。d）TACS: Total Access Communications System第一代全入網(wǎng)通信系統(tǒng)技術(shù)。該技術(shù)按照英國標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的模擬式移動(dòng)電話系統(tǒng)，其頻率范圍為900MHz。TACS系統(tǒng)也是一種模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，提供了全雙工、自動(dòng)撥號等功能，與AMPS系統(tǒng)類似， GSM: Global System For Mobile Communications，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一個(gè)數(shù)字移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile communications) 的簡稱。它的空中接口采用時(shí)分多址技術(shù)。自90年代

13、中期投入商用以來，被全球超過100個(gè)國家采用。TD-SCDMA：該標(biāo)準(zhǔn)是由中國大陸?yīng)氉灾贫ǖ?G標(biāo)準(zhǔn)，1999年6月29日，中國原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）向ITU提出。該標(biāo)準(zhǔn)將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、對業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨(dú)特優(yōu)勢。WCDMA: CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，其支持者主要是以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中，包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日本的NTT、富士通、夏普等廠商。這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對于系統(tǒng)提供

14、商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統(tǒng)相當(dāng)普及的亞洲對這套新技術(shù)的接受度預(yù)料會(huì)相當(dāng)高。CDMA2000: CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，也稱為CDMA Multi-Carrier，它是由美國高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現(xiàn)在成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構(gòu)直接升級到3G，TD-LTE: TD- LTE（Time Division Long Term Evolution，分時(shí)長期演進(jìn)）是基于3GPP長期演進(jìn)技術(shù)（LTE）的一種

15、通訊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，屬于LTE的一個(gè)分支。該技術(shù)由上海貝爾、諾基亞西門子 通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動(dòng)、高通、ST-Ericsson等業(yè)者共同開發(fā)。FDD-LTE：FDD（頻分雙工）是該LTE技術(shù)的雙工模式之一，應(yīng)用FDD（頻分雙工）式的LTE即為FDD-LTE。FDD模式的特點(diǎn)是在分離（上下行頻率間隔190MHz）的兩個(gè)對稱頻率信道上，系統(tǒng)進(jìn)行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。FDD模式的優(yōu)點(diǎn)是采用包交換等技術(shù)，可突破二代發(fā)展的瓶頸，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并可提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量。第二次作業(yè)題目5 FFT函數(shù)繪制方波時(shí)域波形與頻譜并分析用Matlab程序編程，用FF

16、T函數(shù)繪制出方波時(shí)域波形和對應(yīng)的頻域頻譜。 (提示：先要進(jìn)行時(shí)域波形的函數(shù)表述，并用傅里葉變換表述出變換結(jié)果（建模）；再用軟件繪制時(shí)域和頻域曲線；頻域曲線的坐標(biāo)單位要轉(zhuǎn)換成Hz；并將不同寬度方波（建議3倍）變換結(jié)果進(jìn)行比對和分析說明，附源程序)答：一個(gè)周期內(nèi)方波時(shí)域表示 （2.5-1）方波信號的傅立葉級數(shù)展開為 （2.5-2）方波信號的傅立葉變換為 （2.5-3）頻率f=100Hz的方波信號及其頻譜函數(shù)如圖2.5-1所示：圖2.5-1頻率f=300Hz的方波信號及其頻譜函數(shù)如圖2.5-2所示：圖2.5-2 由上述內(nèi)容分析，周期方波信號的頻譜是非周期性離散的線狀頻譜，成為譜線，連接個(gè)譜線頂點(diǎn)的曲

17、線為頻譜的包絡(luò)線，它反映了各頻率分量的幅度隨頻率的變化情況。周期信號的幅值頻譜是收斂的。即諧波的頻率越高，其幅值越小，再整個(gè)信號中所占的比重也就越小。題目6 PSK調(diào)制matlab分析用Matlab程序編程，對PSK調(diào)制體制，繪制輸入調(diào)制碼元（基帶信號）、載波頻率、已調(diào)PSK信號的時(shí)域波形；用FFT函數(shù)繪制出輸入調(diào)制碼元（基帶信號）、已調(diào)PSK信號的頻譜，并對二者的頻譜關(guān)系進(jìn)行分析說明。 (提示：附源程序)答：當(dāng)碼元寬度Tb為載波周期Tc的整數(shù)倍時(shí)，2PSK信號的典型波形如圖2-61所示：圖2-612PSK已調(diào)信號的時(shí)域表達(dá)式為 （2-61）s(t)是雙極性數(shù)字基帶信號，即 （2-62） （2

18、-63） （2-64）圖2.6-1 給出了基帶信號、載波信號及調(diào)制信號的波形圖 圖2.6-1第三次作業(yè)題目7 推導(dǎo)數(shù)字通信中，歸一化信噪比（Eb/n0）與信噪比（C/N）的關(guān)系。答：S為信號功率，單位為瓦特W或J/s, Rb為信道傳信率（bit/s）,Eb為信號比特能量（J/bit）有S=Eb*Rb; N為噪聲功率（W），no為噪聲功率譜密度(W/Hz)，傳輸帶寬B（Hz），有N=noB , 題目8a）調(diào)制方式性能優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)衡量某種調(diào)制方式性能較優(yōu)良的主要標(biāo)準(zhǔn)是什么，并用示意圖進(jìn)行說明。（1）誤碼率Pe：衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。

19、相同信噪比情況下，誤碼率越大，對應(yīng)調(diào)制性能越差。（如圖1.3-1）（2）傳輸速率（傳信率）（3）頻帶利用率：數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)的頻帶利用率定義為：所傳輸?shù)男畔⑺俾剩ɑ蚍査俾剩┡c系統(tǒng)帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ（或?yàn)锽aud/Hz).其他條件相同時(shí)，多進(jìn)制調(diào)制可以增大頻帶利用率，調(diào)制性能較好。b）PSK、MSK、QPSK分析比較傳輸符號時(shí)寬為Tb(s)的信號時(shí)，當(dāng)采用PSK調(diào)制，其功率譜密度雙邊帶帶寬為多少？當(dāng)傳輸同樣符號時(shí)寬信號時(shí)，分別采用MSK、QPSK調(diào)制，其功率譜密度雙邊帶帶寬各自為多少？試將PSK、MSK、QPSK等時(shí)寬符號傳輸時(shí)的功率譜密度繪制在同一圖表上，并分析說明這三者之

20、間的調(diào)制譜特性。答：PSK、MSK、QPSK調(diào)制功率譜密度雙邊帶帶寬見式3.8-1 (3.8-1a) (3.8-1b) (3.8-1c)三種調(diào)制方式的功率譜密度表達(dá)式如下，其中Tb為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。PSK功率譜密度： (3.8-2a)MSK信號的歸一化單邊功率譜密度表達(dá)式如下： (3.8-2b)QPSK功率譜密度： (3.8-2c)題目9 接收機(jī)參數(shù)計(jì)算圖3.9-1所示為接收機(jī)RF前端構(gòu)成框圖，天線接收到信號的功率電平Pr=-113dBm（A點(diǎn)），中頻濾波器帶寬Br=10MHz。 a）計(jì)算接收機(jī)的等效噪聲系數(shù)NF； b）計(jì)算接收機(jī)的等效噪聲溫度Te； c）計(jì)算解調(diào)器輸入端（B點(diǎn)）的信噪比

21、S/N。本振低噪聲放大器帶通濾波器中放解調(diào)器G2=-5dBA點(diǎn)B點(diǎn)Pr=-113dBmG1=10dBNF1=3dBG3=-1dBNF3=2dBG4=25dBNF4=5dB圖3.9-1接收機(jī)RF前端部件參數(shù)及構(gòu)成框圖解：(a) 求接收機(jī)等效噪聲系數(shù)NF 各部分增益以及噪聲系數(shù)如下:G1=10dB=10;NF1=3dB=1.96;G2=-5dB=0.316;NF2=L2=1/0.316=3.16;L2為混頻器的插入損耗;G3=-1dB=0.794;NF3=2dB=1.585;G4=25dB=316.23;NF4=5dB=3.16;由噪聲系數(shù)級聯(lián)公式得等效噪聲系數(shù)為=3.222，則NF=5.1dB;

22、(b) 接收機(jī)等效噪聲溫度Te；= 2.222 X 290K = 644.4K(c) 解調(diào)器輸入端信噪比，即接收機(jī)前端輸出信噪比；系統(tǒng)總增益 G=G1+G2+G3+G4=29dB;B點(diǎn)輸出信號功率 SO=Pr+G=-84dBm;B點(diǎn)輸出噪聲功率 No=kToB+NF+G=-70dBm；解調(diào)器輸出端信噪比 SO/ No=-13.9dBm;題目10多徑效應(yīng)對通信系統(tǒng)的影響分析 要求：簡述多徑效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理，分析對通信系統(tǒng)的影響。 用圖形和公式表明，并用眼圖定性描述影響。答：通信系統(tǒng)中，由于通信地面站天線波束較寬，受地物、地貌和海況等諸多因素的影響，使接收機(jī)收到經(jīng)折射、反射和直射等幾條路徑到達(dá)的電磁波

23、，這種現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。這些不同路徑到達(dá)的電磁波時(shí)間與相位也都不一樣且具有時(shí)變性，導(dǎo)致接收信號呈衰落狀態(tài)；這些電磁波射線到達(dá)的時(shí)延不同，又導(dǎo)致碼間干擾。多徑會(huì)導(dǎo)致信號的衰落和相移，除了能量的衰落，即使信號加強(qiáng)，也會(huì)產(chǎn)生信號的時(shí)域的混疊，使解調(diào)判決產(chǎn)生誤碼（眼圖雜亂）； 在接收方收到的信號為N個(gè)不同路徑傳播的信號之和，即：式中：為第i條路徑的衰減系數(shù)；為第i條路徑的相對延時(shí)差。在短波通信中，為保證電路在多徑傳輸中的最大時(shí)延與最小時(shí)延差不大于某個(gè)規(guī)定值，工作頻率要求不低于電路最高可用頻率的某個(gè)百分?jǐn)?shù)。這個(gè)百分?jǐn)?shù)稱為多徑縮減因子。下面給出多徑縮減因子與路徑距離的關(guān)系曲線:圖3.10-1眼圖參數(shù)如眼高

24、、眼寬、眼幅度、眼交叉比、“1”電平，“0”電平，消光比，Q因子，平均功率等如圖3.10-2所示：圖3.10-2多徑效應(yīng)增大了碼間串?dāng)_，反映在眼圖上就是波形失真，碼元不完全重合，眼圖的跡線就會(huì)不清晰，引起“眼”部分閉合。若再加上噪聲的影響，則使眼圖的線條變得模糊，“眼”開啟變小，因此，“眼”張開的大小表示了失真的程度，反映了碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。第四次作業(yè)題目11、功率密度若在某頻率f0時(shí)，發(fā)射機(jī)功率Pt=30W，采用全向天線輻射傳輸?shù)絉0=10km距離時(shí)，計(jì)算：a）其電場強(qiáng)度E0為多少？磁場強(qiáng)度H0為多少？單位面積上的功率密度S為多少？b）若采用增益Gt=13dB的天線，其功率密度S又為多少？解：

25、a)由于采用全向天線，故發(fā)射機(jī)增益Gt=1,由電場強(qiáng)度E0和發(fā)射功率Pt的關(guān)系得：電場強(qiáng)度 磁場強(qiáng)度單位面積上功率密度 b) 采用增益Gt=13dB的天線，其功率密度題目12、自由空間損耗a）對工作頻率為5GHz的電磁波，用MATLAB編程計(jì)算傳播距離為0.1km、至150km的自由空間損耗，繪制出自由空間傳播損耗曲線；標(biāo)注出0.1km、10km、20km、40km、100km、150km等距離點(diǎn)上的損耗數(shù)值?！締挝皇褂胐B】 b）若發(fā)射機(jī)功率Pt=10W，發(fā)射機(jī)天線增益Gt=20dB，接收機(jī)天線增益Gt=6dB，用MATLAB編程計(jì)算傳播距離為0.1km、至150km的自由空間損耗，繪制出接

26、收機(jī)（輸入端口）在不同距離點(diǎn)上接收到的信號功率曲線；標(biāo)注出0.1km、10km、20km、40km、100km、150km等距離點(diǎn)上的功率值?！締挝皇褂胐Bm】 c）若發(fā)射天線高度ht=3m，要保證150km的通視距離，計(jì)算接收天線hr高度至少應(yīng)為多少（精確到m）？答：a) 已知工作頻率f=5GHz,自由空間損耗，故有自由空間傳播損耗曲線如圖4.12-1所示，由曲線可以看出，自由空間損耗隨著傳播距離的增大而增加，距離較近時(shí)影響較大，但隨著傳播距離遠(yuǎn)到一定程度對自由空間損耗的影響趨于平緩。圖4.12-1 b) 接收機(jī)接收到的功率為：接收機(jī)接收到的信號功率與傳播距離的關(guān)系曲線如圖4.12-2所示，

27、由曲線可以看出，接收機(jī)接收到的信號功率隨著傳播距離的增大而減小，距離較近時(shí)影響較大，但隨著傳播距離遠(yuǎn)到一定程度對接收機(jī)接收到的信號功率的影響減弱。圖4.12-2 c) 由標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下通視距離公式 得接收天線高度為：帶入數(shù)據(jù)得hr=1202m題目13、接收機(jī)靈敏度若要求誤碼率Pe=10-5,接收機(jī)噪聲系數(shù)NF=2dB，依據(jù)PSK相干解調(diào)的門限要求，計(jì)算接收機(jī)靈敏度Prmin為多少dBm? 即接收機(jī)輸入端口的最小信號功率。 若采用50特性阻抗系統(tǒng)，計(jì)算接收機(jī)輸入端口感應(yīng)的電壓有效值為多少？解：PSK相干解調(diào)時(shí)，由Pe=10-5對應(yīng)的解調(diào)門限r(nóng)th=9.5dB。由 可得 接下來求噪聲功率取接收機(jī)帶寬

28、Br=1MHz,則帶入數(shù)據(jù)后知 故接收機(jī)靈敏度 若采用50歐特性阻抗系統(tǒng)，由得U有效=1.68 題目14、歸一化信噪比對于碼元速率Rb=500(kb/s)，中頻帶寬Br=1.2MHZ的接收系統(tǒng)，對信噪比S/N=13dB的信號，請計(jì)算其歸一化信噪比Eb/n0應(yīng)為多少？解：由題目7推導(dǎo)結(jié)果 得歸一化信噪比題目15、中頻鏡像現(xiàn)象及其抑制查閱技術(shù)文獻(xiàn)，對接收機(jī)中頻鏡像現(xiàn)象簡述，有那些方法可實(shí)現(xiàn)鏡像抑制？解：當(dāng)接收機(jī)接收頻率為的信號時(shí)，本振頻率、工作頻率與中頻有關(guān)系.若加到混頻器輸入端的是頻率為的干擾信號，則混頻器件輸出電流中將出現(xiàn)眾多組合頻率分量，若p,q的值滿足，考慮到關(guān)系，p=0,q=1時(shí)，稱為中

29、頻干擾，對于這種干擾信號，混頻器起到了中頻放大器的作用，具有比有用信號更強(qiáng)的傳輸能力；p=1,q=1時(shí)，稱為鏡像頻率干擾，為關(guān)于的鏡像。如圖4.15-1所示：圖4.15-1鏡像頻率干擾示意圖鏡像抑制的方法：1、 高中頻方案：將中頻選在高于接收頻段的范圍內(nèi)，由于中頻很高，鏡像頻率干擾的頻率遠(yuǎn)高于有用信號頻率，混頻前的濾波電路很容易抑制鏡頻。2、 采用二次混頻結(jié)構(gòu)。（如圖4.15-2所示）第一中頻選得很高240MHz，可以在第一混頻器前有效地將鏡頻濾除。第二中頻選得低為10.7MHz，中頻放大器容易實(shí)現(xiàn)高增益和高選擇性。圖4.15-2 二次混頻接收機(jī)組成方框圖題目16、三階交調(diào)查閱技術(shù)文獻(xiàn)，簡述形

30、成三階交調(diào)（互調(diào)）的基本原因，分析對接收機(jī)性能的影響。答：三階互調(diào)成因：當(dāng)兩個(gè)信號在一個(gè)線性系統(tǒng)中，由于非線性因素存在使一個(gè)信號的二次諧波與另一個(gè)信號混頻后所產(chǎn)生的寄生信號。比如f1的二次諧波是2f1，他與f2產(chǎn)生了寄生信號2f1-f2和2f2-f1。由于一個(gè)信號是二次諧波（二階信號），另一個(gè)信號是基波信號（一階信號），所以稱之為三階互調(diào)。影響：接收機(jī)天線接收的眾多干擾信號強(qiáng)度往往大于有用信號，三階互調(diào)干擾信號頻率十分接近有用信號，將全部加到混頻器輸入端，產(chǎn)生三階互調(diào)失真。造成接收信號質(zhì)量下降、信號丟失（載波干擾比低于一定數(shù)值無法接通）、虛假信道繁忙、系統(tǒng)容量受限等影響。題目17、技術(shù)文獻(xiàn)查閱

31、1）調(diào)研國際上主要無線通信系統(tǒng)芯片廠家資料，并對各廠家在這一領(lǐng)域的基本情況進(jìn)行簡述；2）重點(diǎn)對一個(gè)廠家的資料進(jìn)行閱讀，列舉其主要的無線通信系統(tǒng)芯片；3）對某一個(gè)無線通信系統(tǒng)芯片認(rèn)真研讀后，進(jìn)行功能、性能分析、指標(biāo)描述，并作簡單設(shè)計(jì)說明。答：1）高通（Qualcomm）是一家美國的無線電通信技術(shù)研發(fā)公司，成立于1985年7月，在以技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)無線通訊向前發(fā)展方面扮演著重要的角色，以在CDMA技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位而聞名，而LTE技術(shù)已成為世界上發(fā)展最快的無線技術(shù)。已經(jīng)向100多位制造商提供技術(shù)使用授權(quán)，涉及了世界上所有電信設(shè)備和消費(fèi)電子設(shè)備的品牌。美國高通公司正積極倡導(dǎo)全球快速部署3G、4G網(wǎng)絡(luò)、

32、手機(jī)的應(yīng)用。公司總部駐于美國加利福尼亞州圣迭戈市，高通公司業(yè)務(wù)涵蓋技術(shù)領(lǐng)先的3G、4G芯片組、系統(tǒng)軟件以及開發(fā)工具和產(chǎn)品，技術(shù)許可的授予，BREW應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，QChat、BREWChatVoIP解決方案技術(shù)，QPoint定位解決方案，Eudora電子郵件軟件，包括雙向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、無線咨詢及網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)等的全面無線解決方案，MediaFLO系統(tǒng)和GSM1x技術(shù)等。美國高通公司擁有所有3000多項(xiàng)CDMA及其它技術(shù)的專利及專利申請。高通已經(jīng)向全球125家以上電信設(shè)備制造商發(fā)放了CDMA專利許可。驍龍（Snapdragon）是高通公司（Qualcomm）推出的高度集成的“全合一”移動(dòng)處理器系列平

33、臺(tái)，覆蓋入門級智能手機(jī)乃至高端智能手機(jī)、平板電腦以及下一代智能終端。2012年2月20日，高通正式將Snapdragon系列處理器的中文名稱定為“驍龍”。2014年2月高通公司發(fā)布了兩款最新的64位移動(dòng)系統(tǒng)芯片驍龍610和615。聯(lián)發(fā)科 臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技股份有限公司（MediaTek.Inc）是全球著名IC設(shè)計(jì)廠商，專注于無線通訊及數(shù)字多媒體等技術(shù)領(lǐng)域。其提供的芯片整合系統(tǒng)解決方案，包含無線通訊、高清數(shù)字電視、光儲(chǔ)存、DVD及藍(lán)光等相關(guān)產(chǎn)品。臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技于2010年7月12日正式加入由谷歌為推廣Android操作系統(tǒng)而發(fā)起的“開放手機(jī)聯(lián)盟”，并將打造聯(lián)發(fā)科“專屬的Android智能型手機(jī)解決方案”

34、。聯(lián)發(fā)科技提供創(chuàng)新的芯片系統(tǒng)整合解決方案，包括光儲(chǔ)存、數(shù)字家庭(含高清數(shù)字電視、DVD播放器及藍(lán)光播放器)及移動(dòng)通訊等產(chǎn)品，為全球唯一橫跨信息科技（IT）、消費(fèi)性電子及無線通訊領(lǐng)域的IC設(shè)計(jì)公司，同時(shí)也是全球前10大和亞洲第1大的IC設(shè)計(jì)公司。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，聯(lián)發(fā)科技已成功在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中，尤其是在中國臺(tái)灣地區(qū)的移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)具有領(lǐng)導(dǎo)地位。 飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale Semiconductor)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，全球總部位于美國德州的奧斯汀市。專注于嵌入式處理解決方案。飛思卡爾面向汽車、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和消費(fèi)電子市場，提供的技術(shù)包括微處理器、微控制器、傳感器、模擬集成電路和連接

35、。產(chǎn)品范圍：8位微控制器（單片機(jī)）、16位微控制器（單片機(jī)）、32位ARM Cortex-M架構(gòu)微控制器（單片機(jī)）Kinetis系列、與ARM Cortex-A架構(gòu)i.MX系列處理器、Power Architecture/PowerQUICC、高性能網(wǎng)絡(luò)處理器、高性能多媒體處理器、高性能工業(yè)控制處理器、模擬和混合信號、ASIC、CodeWarrior開發(fā)工具、數(shù)字信號處理器與控制器、電源管理、RF射頻功率放大器、高性能線性功率放大器GPA、音視頻家電射頻多媒體處理器、傳感器。Kinetis ARM Cortex-M微控制器Kinetis 是飛思卡爾32位微控制器/單片機(jī)，基于ARMCortex

36、-M0+和M4內(nèi)核。Kinetis包含多個(gè)系列的MCU，它們軟硬件互相兼容，集成了豐富的功能和特性，具有出類拔萃的低功耗性能和功能擴(kuò)展性。Kinetis W系列/MKW（無線互聯(lián)，Cortex-M4/M0+產(chǎn)品）飛思卡爾的射頻產(chǎn)品組合非常豐富，主要應(yīng)用于無線基礎(chǔ)設(shè)施、無線個(gè)人局域網(wǎng)、通用放大器、廣播、消費(fèi)電子、醫(yī)療、智能能源、軍事和工業(yè)市場等。我們引領(lǐng)射頻技術(shù)的發(fā)展，并將繼續(xù)成為利用最新技術(shù)開發(fā)具有極高性能的高質(zhì)量、高可靠性產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者。 三星半導(dǎo)體 Nordic2）聯(lián)發(fā)科2012年12月，聯(lián)發(fā)科技發(fā)布全球首款四核智能機(jī)系統(tǒng)單芯片MT6589，系統(tǒng)優(yōu)化達(dá)到性能與功耗的平衡，大幅提升用戶體驗(yàn)。2

37、013年5月，聯(lián)發(fā)科技發(fā)布世界首款采用28納米制程的入門級雙核MT6572，SoC高度整合WiFi、FM、GPS以及藍(lán)牙功能。 2013年7月，聯(lián)發(fā)科技發(fā)布改進(jìn)型四核MT6582，首度將TD-SCDMA及WCDMA雙模整合在同一單芯片中；與MT6589相比，MT6582在提升綜合性能的同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成本。 2013年11月21日，聯(lián)發(fā)科技發(fā)布全球首款八核芯片MT6592，華為、酷派、TCL、北斗青蔥等國內(nèi)知名手機(jī)廠商已明確采用。同時(shí)浮出水面的還有聯(lián)發(fā)科最強(qiáng)四核MT6588。聯(lián)發(fā)科似乎已開始切入以往被高通占領(lǐng)的中高端手機(jī)芯片市場。5 2014年2月11日，聯(lián)發(fā)科正式發(fā)布了全球首款支持4G L

38、TE網(wǎng)絡(luò)的真八核處理器MT6595，該芯片采用四核Cortex-A17以及四核Cortex-A7的大小核方案。2014年2月24日，聯(lián)發(fā)科發(fā)布了旗下64位LTE單芯片四核解決方案MT6732，該芯片基于ARM Cortex- A53架構(gòu)，主頻為1.5GHz，這是繼蘋果A7、高通驍龍410后的第三款64位移動(dòng)處理器。8 2014年2月25日，聯(lián)發(fā)科又發(fā)布了更強(qiáng)悍的MT6752，同樣基于64位ARM Cortex- A53架構(gòu)，而且是實(shí)打?qū)嵉陌撕颂幚砥?，主頻達(dá)到2GHz，商用時(shí)間在第三季度。9 2014年3月，聯(lián)發(fā)科發(fā)布了全球首款六核芯片MT6591，定位介于MT6588、MT6592之間。10

39、2014年7月15日，聯(lián)發(fā)科在正式發(fā)布了全球首款采用A17核心的8核4G單芯片解決方案(SoC)MT6595，MT6595的安兔兔跑分成績高達(dá)47000分以上，是迄今為止得分最高的智能手機(jī)處理器之一。 2015年2月6日，聯(lián)發(fā)科正式發(fā)布首款支持CDMA制式SoC-MT6753、MT6735.，有望大力推進(jìn)電信手機(jī)的發(fā)展。3）無線通信芯片NRF24L01芯片簡介：NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到 2Mbps。NOR

40、DIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留 5個(gè)GPIO，1個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。1 NRF24L01 功能框圖Fig.1 NRF24L01 BLOCK DIAGRAMNRF24L01 的框圖如 Fig.1 所示，從單片機(jī)控制的角度來看，我們只需要關(guān)注 Fig.1 右面 的六個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。CSN：芯片的片選線，CSN 為低電平芯片工作。 SCK：芯片控制的時(shí)鐘線（SPI 時(shí)鐘） MISO：芯片

41、控制數(shù)據(jù)線（Master input slave output） MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）IRQ：中斷信號。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進(jìn)行通信。CE： 芯片的模式控制線。 在 CSN 為低的情況下，CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄 存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài)（參照 NRF24L01 的狀態(tài)機(jī)）。2 NRF24L01 狀態(tài)機(jī)NRF24L01 的狀態(tài)機(jī)見 Fig.2所示，對于 NRF24L01 的固件編程工作主要是參照NRF24L01 的狀態(tài)機(jī)。主要有以下幾個(gè)狀態(tài)Power

42、Down Mode：掉電模式 Tx Mode：發(fā)射模式Rx Mode：接收模式Standby-1Mode：待機(jī) 1 模式Standby-2 Mode：待機(jī) 2 模式 上面五種模式之間的相互切換方法以及切換所需要的時(shí)間參照 Fig.2。 Fig.2 NRF24L01 State Machine 對 24L01 的固件編程的基本思路如下：1） 置 CSN 為低，使能芯片，配置芯片各個(gè)參數(shù)。（過程見 3.Tx 與 Rx 的配置過程）配置參數(shù)在 Power Down 狀態(tài)中完成。2） 如果是 Tx 模式，填充 Tx FIFO。3） 配置完成以后，通過 CE 與 CONFIG 中的 PWR_UP 與 P

43、RIM_RX 參數(shù)確定 24L01要切換到的狀態(tài)。Tx Mode：PWR_UP=1;PRIM_RX=0;CE=1 (保持超過 10us 就可以)；Rx Mode:PWR_UP=1;PRIM_RX=1;CE=1;4) IRQ 引腳會(huì)在以下三種情況變低：Tx FIFO 發(fā)完并且收到 ACK（使能 ACK 情況下）Rx FIFO 收到數(shù)據(jù) 達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)將 IRQ 接到外部中斷輸入引腳，通過中斷程序進(jìn)行處理。3 Tx 與 Rx 的配置過程本節(jié)只是敘述了采用 ENHANCED SHORT BURST 通信方式的 Tx 與 Rx 的配置及通信 過程，熟悉了 24L01 以后可以采用別的通信方式。3.1

44、 Tx 模式初始化過程初始化步驟24L01 相關(guān)寄存器1）寫 Tx 節(jié)點(diǎn)的地址TX_ADDR2）寫 Rx 節(jié)點(diǎn)的地址（主要是為了使能 Auto Ack）RX_ADDR_P03）使能 AUTO ACKEN_AA4）使能 PIPE 0EN_RXADDR5）配置自動(dòng)重發(fā)次數(shù)SETUP_RETR6）選擇通信頻率RF_CH7）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP8 ) 選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P09）配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式CONFIGTx 模式初始化過程1）寫 Tx 節(jié)點(diǎn)的地址 TX_ADDR2）寫 Rx 節(jié)點(diǎn)的地址（主要是為了使能 Au

45、to Ack）RX_ADDR_P03）使能 AUTO ACKEN_AA4）使能 PIPE 0EN_RXADDR5）配置自動(dòng)重發(fā)次數(shù) SETUP_RETR6）選擇通信頻率 RF_CH7）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP8）選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P09）配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG。 3.2 Rx 模式初始化過程初始化步驟24L01 相關(guān)寄存器1）寫 Rx 節(jié)點(diǎn)的地址RX_ADDR_P02）使能 AUTO ACKEN_AA3）使能 PIPE 0EN_RXADDR4）選擇通信頻率RF_CH5) 選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度

46、Rx_Pw_P06）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP7）配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式CONFIGRx 模式初始化過程： 初始化步驟24L01 相關(guān)寄存器1）寫 Rx 節(jié)點(diǎn)的地址 RX_ADDR_P02）使能 AUTO ACKEN_AA3）使能 PIPE 0 EN_RXADDR4）選擇通信頻率 RF_CH5) 選擇通道0有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P06）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP7）配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG。 附錄圖1.3-1源程序：clear all;a =1.0000e-

47、03SNR_dB=-6:0.3:20;SNR=10.(SNR_dB./10);SNR2=a.2./(2*SNR);for i=1:length(SNR_dB) ask_pe=0.5*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2); fsk_pe=0.5*erfc(sqrt(a.2./(4*SNR2); psk_pe=0.5*erfc(sqrt(a.2./(2*SNR2); dbpsk_pe=erfc(sqrt(a.2./(2*SNR2);endsemilogy(SNR_dB,ask_pe,r);hold on;semilogy(SNR_dB,fsk_pe,g);hold on;semilogy(SNR_dB,psk_pe,b);hold on;semilogy(SNR_dB,dbpsk_pe,k);hold on;grid on;legend(相干2ASK,相干2FSK,相干BPSK,相干DBPSK);axis(-6,20,1/1e7,1);xlabel(r(dB);ylabel(Pe);圖2-51源程序：clear;fs=1e6; t1=0:1/fs:0.1; %計(jì)算時(shí)間范圍 ft=square(2*pi*100*t1,50); subplot(2,1,1);plot(t1,f