軟件無線電原理與應用（第3版）-習題及答案匯總 第1-9章 虛擬人-軟件無線電的新發(fā)展 認知無線電

第一章虛擬人什么是軟件無線電？請根據(jù)你自己的理解給軟件無線電下個定義。軟件無線電這個術語已經不再是通信專業(yè)人士的專有名詞，它已經從軍事通信領域滲透到了包括民用移動通信、雷達、電子戰(zhàn)、測控，甚至電視廣播等無線電工程各個領域)。“軟件無線電”是無線電工程中的新方法，是一種設計理念，也是一種思想體系。你是如何理解“軟件無線電是無線電工程的一種現(xiàn)代方法”這一說法的？請給出3個以上的理由加以說明。如果移動通信系統(tǒng)采用帶寬足夠、具有可擴展、可重構能力的軟件無線電解決方案，就可以不需要不斷地更換基站基礎設施，而只需要對基站進行軟件升級就可以了。這不僅大大降低基站的升級成本，而且可以緊跟技術進步，大大加快新技術的應用，從而為用戶不斷提供高質量的移動通信新業(yè)務。基于軟件無線電實現(xiàn)的4G系統(tǒng)的最大特點是硬件平臺(從射頻前端到信號處理)通用化，功能實現(xiàn)軟件化，使未來移動通信系統(tǒng)的設計從以硬件為核心走向以軟件為核心，從用硬件來定制功能走向用軟件來定制功能。為什么第一代移動通信系統(tǒng)屬于模擬無線電，而第二代移動通信系統(tǒng)屬于數(shù)字無線電？模擬無線電與數(shù)字無線電的主要區(qū)別是什么？請分別說出模擬無線電和數(shù)字無線電的兩個本質特征。第一代移動通信系統(tǒng)的主要目標是為在大范圍內有限的用戶提供移動電話服務。第二代移動通信系統(tǒng)的最大不同是采用了數(shù)字調制。主要區(qū)別：●第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字調制技術，具有更強的抗干擾能力和更大的通信容量(可以通過語音壓縮增加邏輯信道數(shù))；●第二代移動通信系統(tǒng)采用了時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)體制，大大提高了頻譜利用率，增加了系統(tǒng)容量；●第二代移動通信系統(tǒng)隨著使用頻段的提高，蜂窩小區(qū)半徑可以減小到幾百米，從而可以提高單位面積內的業(yè)務量●第二代移動通信系統(tǒng)由于采用了數(shù)字體制，可以與數(shù)字化固定基礎設施能更好地兼容，系統(tǒng)對漫游和切換的管理得到了顯著的改善。第一代移動通信系統(tǒng)的特點是：用戶數(shù)量相對較少；業(yè)務密度相對較低；小區(qū)半徑較大，一般從幾千米到幾十千米；每個小區(qū)使用一定數(shù)量的無線信道頻率。第二代數(shù)字無線電通信體制數(shù)字化和解調方式數(shù)字化。你認為第三代移動通信系統(tǒng)屬于哪類無線電(模擬無線電、數(shù)字無線電、軟件無線電或者其他什么無線電)？請說明你的理由。第三代移動通信系統(tǒng)也只能稱為寬帶數(shù)字無線電，最多可以認為3G采用了軟件無線電技術，而不能完全稱其為軟件無線電。由于3G系統(tǒng)跟2G一樣也采用了“定制式”的設計，即無論是射頻/中頻信道，還是數(shù)字解調器都是按照特定的系統(tǒng)標準來設計的，缺乏通用性、兼容性和可擴展、可升級能力。為什么移動通信系統(tǒng)非常需要采用軟件無線電來實現(xiàn)？軟件無線電實現(xiàn)的4G系統(tǒng)的最大特點是硬件平臺(從射頻前端到信號處理)通用化，功能實現(xiàn)軟件化，使未來移動通信系統(tǒng)的設計從以硬件為核心走向以軟件為核心，從用硬件來定制功能走向用軟件來定制功能。5G網絡具有高速度、廣接入、低時延的特征，其下行峰值速率為20Gbps，上行峰值速率為10Gbps。要達到這樣的峰值速率，充足的頻率資源是重要的保障條件，需要超過400MHz以上的帶寬，但6GHz以下的頻率資源已經被分配占用，要找到滿足這么高速率數(shù)據(jù)傳輸應用需求的連續(xù)頻段非常困難，即使采用載波聚合技術也很難實現(xiàn)。從以上分析可以看出，如果移動通信系統(tǒng)采用帶寬足夠、具有可擴展、可重構能力的軟件無線電解決方案，就可以不需要不斷地更換基站基礎設施，而只需要對基站進行軟件升級就可以了。這不僅大大降低基站的升級成本，而且可以緊跟技術進步，大大加快新技術的應用，從而為用戶不斷提供高質量的移動通信新業(yè)務。軟件無線電的特點是什么？軟件無線電的特點概括為：天線智能化、前端寬開化、中頻寬帶化、硬件通用化、功能軟件化、軟件構件化、動態(tài)可重構。軟件無線電前端為什么要“寬開”、中頻為什么要“寬帶”？如何把握軟件無線電中“寬開”和“寬帶”的尺度？軟件無線電的特點是廣泛的適用性，可擴展、可升級，這就要求軟件無線電的射頻前端是寬開”的，即能在足夠寬的頻段工作。為了提高軟件無線電對各種不同帶寬無線電信號的適應性，軟無線電的中頻帶寬必須選得足夠的寬，目前把軟件無線電中頻帶寬設計為100MHz是一個既比較可行，也能適應未來通信發(fā)展的優(yōu)選軟件無線電中頻帶寬的設計就像是高速公路車道數(shù)的設計，雖然車道越多越能長期適應未來的發(fā)展需求，但是車道越多不僅造價也越高，同時近期的使用效費比也會很低(車子少)，是不經濟的。所以，我們說軟件無線電中頻帶寬的選擇既要著眼未來，也要面對眼前，需要統(tǒng)籌考慮。為什么軟件無線電一定要采用“硬件通用化”的設計準則？在軟件無線電中是如何體現(xiàn)“硬件通用化”這一設計思路的，請按照射頻前端和信號處理單元分別加以解釋。這里的硬件不僅指的是射頻前端硬件，更指后面的信號處理平臺硬件。只有硬件的通用性，使軟件無線電功能的實現(xiàn)與硬件“脫鉤”才能為軟件無線電功能實現(xiàn)的軟件化奠定基礎，或者說硬件平臺的通用化是軟件無線電功能軟件化的基礎或前提。射頻前端硬件的通用化是以前面討論的前端寬開化和中頻寬帶化兩大特點來保證的，只要軟件無線電射頻前端滿足這兩個特點，就能滿足射頻前端硬件通用化的要求。而信號處理平臺的通用化則需要著力解決高速率采樣數(shù)據(jù)流的實時處理與軟件化之間的矛盾。你是如何理解軟件無線電“功能軟件化”這一本質特征的？為什么軟件無線電的功能可以采用軟件來實現(xiàn)？軟件無線電的最大特點是其功能不是通過硬件來定制，而是通過軟件來實現(xiàn)的。軟件無線電功能實現(xiàn)的軟件化是對軟件無線電設計最本質也是最核心的要求，是軟件無線電最具特色的地方。對軟件無線電硬件平臺進行通用化設計，其目的也是實現(xiàn)功能的軟件化。所以，軟件無線電功能的軟件化是軟件無線電設計需要重點考慮的內容，是軟件無線電設計的中心環(huán)節(jié)。但是，必須清楚地認識到，軟無線電的功能軟件不僅僅是軟件編程的問題，它是和硬件平臺密切相關的。在硬件平臺設計時就必須考慮到軟件化功能實現(xiàn)的可行性，尤其是軟件的實時性問題。軟件無線電的功能軟件為什么要采用“構件化”設計？構件化設計的目的是什么？軟件無線電的功能軟件是軟件無線電的核心。軟件構件化是指軟件無線電的功能軟件必須按照模塊化、可重構、能升級的要求來加以設計、編程和調用。軟件無線電不同的功能軟件是由一個個軟件“構件”構成的，這些“構件”是組成軟件無線電功能軟件的最小單元。目的：軟件無線電功能可以根據(jù)不同的要求或不同的應用場合，采用不同的“構件”來配置或重構；“構件”也可以隨著技術的發(fā)展，特別是信號處理新算法的應用而隨時進行升級，或者隨著新的信號體制的出現(xiàn)而加以替換或擴充。軟件設計的構件化是軟件無線電必須遵循的基本準則，否則軟件無線電動態(tài)可重構和在線可升級的思想就無法實現(xiàn)。理想軟件無線電(SR)跟軟件無線電(軟件定義無線電：SDR)的主要區(qū)別是什么？J.Mitola博士提出的理想軟件無線電的重要意義是什么？相比于SDR，SR則可以認為是一種理想的軟件無線電15]，它要求數(shù)字化接口盡可能地去靠近天線根部。這樣的軟件無線電在現(xiàn)實世界中可能是很難實現(xiàn)的，至少在很長的一段時期內是不可能實現(xiàn)的。不過SR可以作為我們的奮斗目標，所以提出SR概念也是非常有意義的。意義：提出軟件無線電的概念實際上最終的期望是能夠構建一個像個人計算機市場一樣完全開放的、繁榮的“軟件無線電市場”。這也是后面要介紹的軟件無線電(SDR)論壇所追求的宏偉目標。我們期待著這一天的到來。你是如何理解軟件無線電的軟件化水平因子的？請你分別給出圖1.1~圖1.4移動通信系統(tǒng)接收機的軟件化水平因子，并給予說明。略什么是SPEAKeasy計劃？該計劃是為了解決什么問題而設立的？它跟軟件無線電的發(fā)展有什么關系？(請上網搜索相關材料，并組織成文)SPEAKeasy計劃是美軍方為了推動軟件無線電技術的發(fā)展并利用商業(yè)民用市場來降低軟件無線電研究經費而支持的一項長期戰(zhàn)略計劃，主要目的是解決在沙漠風暴行動中暴露的各軍兵種之間以及與其他聯(lián)軍之間無法實現(xiàn)互連互通的“通話難”的問題。什么是JTRS計劃？該計劃是干什么用的？JTRS計劃對軟件無線電的發(fā)展起到什么作用？SCA(軟件通信體系結構)跟JTRS計劃是什么關系？(請上網搜索相關材料，并組織成文)JTRS是美軍正在開發(fā)的軟件無線電體系結構計劃，總成本預計為370億美元，其中研制成本預計為40億美元.JTRS計劃將實現(xiàn)以下目標。支持的工作頻率范圍為2MHz~2GHz；●可以通過波形軟件進行重構；●支持語音、視頻和數(shù)據(jù)應用；●在軟件和硬件方面都是可擴展的；●利用商用現(xiàn)貨以節(jié)省開支；能夠與不同的波形、傳統(tǒng)的裝備以及為不同環(huán)境而設計的無線電系統(tǒng)進行互操作。請上SDR論壇網站：htp：//，寫出1000字左右的材料，介紹SDR論壇的職能和作用，并用幾個重要事件說明SDR論壇對推動全球軟件無線電技術的發(fā)展所做出的特殊貢獻。略你對軟件無線電的未來發(fā)展有何評價和預測？請用500字左右的材料對你的觀點進行比較詳細的論述。略第二章軟件無線電理論基礎請從頻域證明Nyquist采樣定理(利用時域乘積對應頻域卷積這一性質，并注意到周期沖擊函數(shù)的傅里葉變換仍為周期沖擊函數(shù))。略確定下列信號的最低采樣速率：(a)Sa(100t)；(b)Sa2(100t)；(c)Sa(100t)+Sa(50t)；(d)Sa(100t)+Sa2(50t)其中Sa(x)=sin(x)lx為抽樣函數(shù)。略為什么式(2-8)不僅對低通信號適用，對其他任何信號也是適用的?也就是說，對任何時間連續(xù)信號用沖擊采樣脈沖對其進行采樣后得到的時間離散采樣信號的頻譜是其原始時間連續(xù)信號頻譜的周期性疊加。請說明理由。略請推導采樣脈沖為矩形脈沖時(稱其為自然采樣)的采樣信號xs(t)=p(t)·x(t)之傅里葉變換表達式：式中，為采樣間隔。請說明自然采樣與理想(沖擊)采樣有什么異同，并說明采樣脈沖寬度對采樣信號的影響以及采樣脈沖寬度與采樣間隔T在滿足什么條件時自然采樣接近于沖擊采樣。略證明平頂采樣(如題圖2.1所示，注意與自然采樣的差異)的采樣信號傅里葉變換表達式：其中，為矩形脈沖的傅里葉變換，τ為脈寬。請說明自然采樣與理想(沖激)采樣和自然采樣各有什么異同；并說明為了從xs(t)中無失真地恢復x(t)為最高角頻率不大于ωm的低通信號)需要滿足什么樣的條件。略利用卷積定理證明：題圖2.2所示的帶通信號，當ω2=2ω1時，則其所需的最低采樣速率(角頻率)取為or就能保證采樣信號不會發(fā)生頻譜混疊。你是怎么理解圖2.6的帶通信號的?書中為什么要強調這一點(它對理解軟件無線電概念有何幫助)?請給出適當解釋。(提示：考慮到軟件無線電的中頻寬帶化特點)略什么是整帶采樣?請采用歸納法并仿照帶通采樣定理的證明思路，證明整帶采樣定理：略為什么說式(2-14)所描述的帶通采樣定理是充分條件(滿足該公式的帶通采樣一定無混疊，但不滿足該定理的采樣不一定混疊)，而不是充分必要條件?略已知采樣頻率為100MHz，當采用整帶采樣時，它的最大采樣帶寬是多少?該采樣頻率能對50MHz整數(shù)倍附近的寬帶信號進行采樣嗎?為什么?請畫出該采樣頻率所能采樣的所有“整帶”頻帶。略你是如何理解過渡帶允許混疊時的帶通采樣定理的?它在軟件無線電中有何實際意義?過渡帶允許混疊時的帶通采樣定理：任何一個中心頻率為fo，帶寬為B的某一帶通信號x(t)，如果同時滿足以下條件：其中，n=0，1，2，3，.為非負整數(shù)；r為抗混疊濾波器的矩形系數(shù)，則原始信號x()可以用其采樣信號x(n)=x(nTs)來表示，其中T=1/fs，fs為采樣頻率。過渡帶允許混疊時的帶通采樣定理不僅有效降低了采樣速率，而且在采樣公式中引入矩形系數(shù)r后，，使得在工程應用中有了兩個可供選取的參數(shù)(一般來說，處理帶寬B是給定的)，即帶通信號中心頻率fo和濾波器矩形系數(shù)r，增加了工程設計的靈活性?？紤]過渡帶允許混疊時的采樣頻率與不考慮混疊時的采樣頻率相比，降低的倍數(shù)為已知某軟件無線電接收機射頻前端輸出的中頻頻率為340MHz、中頻濾波器的3dB中頻帶寬為100MHz，請根據(jù)帶通采樣定理計算所需要的采樣頻率和對應的濾波器矩形系數(shù)。略你是如何理解正交采樣時，AD采樣速率可以降低一半這一特點的?請給出你自己的解釋。正交采樣在工程實現(xiàn)時的主要問題是什么?正交低通采樣的最大問題是需要一個正交混頻器，如果正交混頻做得不理想，存在正交誤差，則會產生難以克服的虛假信號，影響正常工作。特別是當要求正交混頻器需要寬帶工作時，其正交性能就更難以保證。所以，這種正交低通采樣體制一般適用于窄帶情況，特別是對單信號實現(xiàn)正交采樣的應用場合比較適用，比如在GSM移動通信中有些公司生產的接收機就采用了這種正交采樣技術體制，它只對200kHz的單一信道進行正交采樣數(shù)字化。什么叫超外差體制?軟件無線電中的超外差體制與常規(guī)的超外差有哪些不同?軟件無線電超外差體制的最大特點是什么?(提示：從軟件無線電的射頻寬開化、中頻寬帶化要求考慮)當所需要的處理帶寬即中頻帶寬B很寬時，上面介紹的正交低通采樣體制其性能將會受到正交特性、動態(tài)范圍等的限制?？朔坏屯ú蓸又蛔愕牧硪环N采樣體制是采用寬帶中頻帶通采樣。它首先通過模擬射頻前端把射頻信號變換為所需要的寬帶中頻信號(中頻為f0，中頻帶寬為B)，然后根據(jù)帶通采樣定理對中頻信號進行采樣數(shù)字化。一是它的功能都是由數(shù)字信號處理(DSP)中的軟件實現(xiàn)的；二是整個接收通道的帶寬B要比常規(guī)體制(一般為單信道帶寬)寬得多，以體現(xiàn)軟件無線電對各種無線電信號的廣泛適應性，使得這種寬帶中頻軟件無線電結構不僅能同時處理多信號，而且能適應不同的信號帶寬需求，做到既能處理各種窄帶信號，也能處理寬帶信號。設計一臺工作在820~960MHz的移動通信接收機，要求最后輸出的中頻帶寬為25MHz(能同時適應整個基站的上行帶寬)，采用二次混頻超外差體制。請為該接收機設計一個通用射頻前端，給出本振頻率、中頻頻率、采樣頻率、濾波器矩形系數(shù)等設計參數(shù)。略什么叫射頻直接帶通采樣?它跟帶通采樣相比較有哪些特點?射頻直接帶通采樣為什么需要設置一個跟蹤濾波器?它有什么作用?射頻直接帶通采樣定理(“盲區(qū)采樣定理”)：當對0~fmax的射頻信號進行射頻直接采樣時，如果主采樣頻率(或叫“亮區(qū)”采樣頻率)選擇為fs，則其“盲區(qū)”采樣頻率fsm為：其中，m=1，2，..，N對應“盲區(qū)”號。而“盲區(qū)”采樣頻率數(shù)N為式中，int()表示取整數(shù)。當以采樣速率fs對(0，fmx)頻帶內的信號進行采樣時，如果ADC前的抗混疊濾波器是理想的話(矩形系數(shù)為1，帶寬為f/2)，就可以實現(xiàn)整個頻帶的無“盲區(qū)”采樣。但是這種矩形系數(shù)為1的理想濾波器實際當中是做不到的，比較理想的可實現(xiàn)的濾波器，從圖中可以清楚地看出這種可實現(xiàn)濾波器所造成的不良后果是存在“采樣盲區(qū)”。解決采樣盲區(qū)的辦法是對這些“盲區(qū)”通過選擇合適的采樣頻率(稱為“盲區(qū)”采樣頻率，與之對應，我們把整帶采樣頻率稱為主采樣頻率或“亮區(qū)”采樣頻率)進行重新采樣。下面推導“盲區(qū)”采樣頻率的選取問題，進而給出盲區(qū)采樣定理。射頻直接帶通采樣對ADC有些什么特殊要求?這些要求主要由ADC的什么參數(shù)決定?選擇ADC時需要注意什么問題?射頻直接帶通采樣ADC與其他采樣ADC最大的不同是它直接面對射頻信號進行采樣，而不是中頻信號，所以要求ADC的模擬輸入帶寬要寬，必須高于輸入ADC進行采樣的最高信號頻率fmax，這就要求ADC必須采用高性能的采樣保持器。對ADC的這一要求是與其他軟件無線電采樣體制所完全不一樣的，在實際應用時需引起高度重視，否則ADC選擇不正確將導致性能下降，甚至整個系統(tǒng)無法正常工作。射頻直接帶通采樣主要由哪些關鍵部件組成?為什么說射頻直接帶通采樣非常接近于理想軟件無線電結構?射頻直接帶通采樣主要由天線、跟蹤濾波器、放大器、ADC組成；這種接收體制與理想化的軟件無線電是比較接近的，因為在天線與ADC之間只有跟蹤濾波器和放大器，如果ADC靈敏度足夠高，或者說ADC中自身帶有增益足夠高、動態(tài)范圍足夠大的寬帶放大器的話，那么圖2.17中的放大器也就不需要了，這樣在天線與ADC之間只存在跟蹤濾波器，這與軟件無線電所要求的ADC盡可能靠近天線的設計宗旨就基本一致了。因此，射頻直接帶通采樣軟件無線電是接近于理想的軟件無線電。在射頻直接帶通采樣體制中為什么要設置“盲區(qū)”采樣?對最高頻率為2000MHz的射頻信號進行直接射頻采樣時，如果采樣頻率設計為272MHz，需要設多少個“盲區(qū)”采樣頻率?并分別計算跟蹤濾波器的矩形系數(shù)。由于跟蹤濾波器存在過渡帶，這樣在每個子頻帶之間將存在無法采樣的“盲區(qū)”。也就是說當信號落在“盲區(qū)”時，將被濾波器所濾除，而無法對這些信號進行采樣或者降低信號采樣靈敏度。但是，即使子頻帶寬度B選為信道帶寬，要在射頻上實現(xiàn)如此窄的電調濾波器實際.上也是不可能的。所以，為了實現(xiàn)射頻直接采樣，就必須增大子頻帶寬度，使射頻跟蹤濾波器在工程上更容易實現(xiàn)。因此，在射頻直接帶通采樣體制中，“采樣盲區(qū)”是無法避免的。為什么帶通采樣特別是射頻直接帶通采樣會對采樣頻率精度有更高的要求?實際中如何對降低對采樣頻率精度的要求?無論完成什么功能，首先需要知道或估計采樣信號的載頻，而信號載頻的估計是與采樣頻率密切相關的，如果采樣晶振穩(wěn)定度不高，采樣頻率不準確，勢必將導致估計的信號載頻有誤差或者設置的載頻與采樣數(shù)據(jù)中信號載頻存在偏差而影響信號的正常解調和分析處理等。特別是由于帶通采樣對采樣頻率誤差有放大作用，在實際中要特別引起注意，并根據(jù)所采用的采樣體制，對采樣頻率的精度提出合理的要求。適當增加采樣頻率和減小最高工作頻率，有助于降低對采樣振蕩器頻率精度的要求。現(xiàn)在要對一個中心頻率為200MHz的信號進行射頻直接帶通采樣，采樣振蕩器頻率穩(wěn)定度(ζ=△f/f)為10-6，計算用該采樣數(shù)據(jù)對信號進行測頻時所能達到的測頻精度。略為什么各種方式的采樣(低通、帶通、射頻直接采樣)信號都可以用圖2.23所示的等效基帶譜來表示?這樣表示有何實際意義?要注意數(shù)字頻率是無量綱的，它只取0~2π或π~π之間的值。對于實信號，正負頻率是共軛對稱的，所以在討論實信號時一般只關心0~r或0~f/2正頻率部分。正因為如此，在圖2.23中也就只畫出了正頻率的頻普，負頻率部分是與之共軛對稱的，不含任何新的信息。它與采用什么樣的采樣方式是沒有關系的，在數(shù)字域都統(tǒng)一用0~π的頻譜來表示，在模擬域則用0~fs/2的頻譜來表示。如果采樣帶寬比較寬，則在0~fs/2或0~π內會有多個信號出現(xiàn)(圖2.23中共有5個信號)。所謂的多率信號處理實際上要解決的一個主要問題就是如何從采樣速率為fs的高速數(shù)據(jù)流(其中有多個窄帶信號)中提取出感興趣的窄帶信號(如圖2.23中所示)，并把采樣速率降到與窄帶信號帶寬相一致的較低的采樣速率，以便進行后續(xù)實時處理，如信號解調等。什么叫抽取?抽取的目的是什么?為什么抽取是軟件無線電最核心的基礎理論之一?由于降速后的采樣速率fs/D仍為信號帶寬fs/(2D)的2倍，滿足Nyquist低通采樣定理，所以降速后的采樣數(shù)據(jù)仍然能夠不失真地表示原信號。這跟先用一個模擬低通濾波器進行濾波，再用低采樣速率采樣是完全等效的。這就是多率信號處理中最基本的抽取概念。抽取中為什么跟采樣一樣也要分為低通抽取和帶通抽取?為什么要進行帶通正交抽取?它有什么實際意義?略當抽取倍數(shù)很高時，采用多級級聯(lián)抽取有什么好處?級聯(lián)抽取時應該注意哪些問題?略設采樣速率為50MHz，需要通過抽取獲得50kHz的輸出速率，其中信道帶寬為25kHz，0~20kHz為通帶，20~25kHz為過渡帶，過渡帶和阻帶波紋均為0.001。請分別計算單級抽取時的濾波器節(jié)數(shù)和三級級聯(lián)抽取時每級濾波器的抽取倍數(shù)及其對應的節(jié)數(shù)。略為2G系統(tǒng)設計一個軟件無線電接收機抽取結構。設射頻前端中頻帶寬為25MHz，信道帶寬為200kHz(通帶寬度為160kHz，左右各20kHz的過渡帶)，采用圖2.34的正交抽取原理設計一個軟件無線電接收機抽取結構，使其能夠對25MHz帶寬內的任一信道的信號進行抽取，抽取后的兩路正交信號的采樣速率各為200KHz。首先為該接收機設計一個合理可行的中頻頻率和采樣速率，在此基礎上再確定所需的抽取倍數(shù)以及對應的抽取濾波器節(jié)數(shù)(如果單級實現(xiàn)濾波器級數(shù)太大，可以考慮采用多級實現(xiàn))；最后對你的設計用MATLAB或SIMULINK進行仿真，驗證設計的正確性。略什么叫多相濾波?在軟件無線電中采用多相濾波的意義何在?多相濾波正交變換的目的是在不需要正交本振且后續(xù)數(shù)字低通濾波器階數(shù)也很低的好處下，輕松的實現(xiàn)正交變換。對27題中的抽取濾波器采用多相濾波器實現(xiàn)，分別分析直接實現(xiàn)與多相濾波實現(xiàn)所需的計算速度要求，并通過MATLAB或SIMULINK進行仿真驗證。略采樣速率的分數(shù)倍變換有何作用?請舉例說明。實現(xiàn)分數(shù)倍變換時，為什么要先內插后抽取?對圖2.26中的內插因子I和抽取因子D有何限制(比如I一定要大于D)?請說明理由。從工程實現(xiàn)來說，什么樣的ID比較合適?略圖2.26中的低通濾波器H(ω)采用多相濾波實現(xiàn)時，什么條件下與內插器組合實現(xiàn)合適?什么條件下與抽取器組合實現(xiàn)合適?為什么?請自己選擇某個分數(shù)倍變換器，用MATLAB或SIMULINK對多相濾波實現(xiàn)的分數(shù)倍變換器進行仿真驗證。略證明實現(xiàn)“盲區(qū)”內插的內插倍數(shù)為：(盲區(qū)內插分為兩部分，即分數(shù)部分(2m/(2m+1))和整數(shù)部分(m+1)，其中分數(shù)部分為低通內插，整數(shù)部分為帶通內插，帶通內插濾波器的中心頻率為(m+1)fs)并說明盲區(qū)內插的實現(xiàn)過程。略設輸入采樣速率為10MHz，需要通過內插把該原始采樣譜分別搬移到5MHz和20MHz的中心頻率上(注意是“盲區(qū)”內插)，計算內插因子Im。通過仿真驗證“盲區(qū)”內插的正確性(設采樣抗混疊濾波器的矩形系數(shù)為1.2)。略為什么內插器可以起到數(shù)字上變頻的作用?一個中心頻率為100kHz、帶寬為25kHz的采樣調頻信號(采樣頻率為80kHz)，需要采用多少倍內插才能把該調頻信號上變頻到70MHz中頻?內插后的采樣速率是多少?請用MATLAB設計這樣一個上變頻器。略濾波器設計中的通帶波紋和阻帶衰減是何含義?通帶截止頻率和阻帶截止頻率又是何含義?請用MATLAB設計如下濾波器：通帶截止頻率8kHz，阻帶截止頻率12.5kHz，采樣頻率25kHz，通帶波紋和阻帶衰減均為0.001(用dB表示時，對應的帶內波動和阻帶衰減分別是多少?)。略什么是半帶濾波器?為什么要叫這樣的濾波器為“半帶”濾波器?半帶濾波器有些什么特點?在抽取和內插中使用半帶濾波器有何限制(對信號帶寬有什么要求)?半帶濾波器是一種特殊的低通FIR數(shù)字濾波器。這種濾波器由于通帶和阻帶相對于二分之一Nyquist頻率對稱，因而有近一半的濾波器系數(shù)精確為零。特點：有計算效率高，實時性強等特點。用半帶濾波器進行級聯(lián)設計時需要注意哪些問題?略什么是積分梳狀濾波器?它有哪些特點?在抽取/內插中為什么要使用積分梳狀濾波器?單級積分梳狀濾波器的阻帶衰減是多少?為什么單級積分梳狀濾波器不能直接用于抽取/內插濾波?略三級級聯(lián)積分梳狀濾波器的阻帶衰減是多少?用積分梳狀濾波器作為抽取/內插器時，為什么還要對信號帶寬進行限制?一個采樣頻率為272MHz，抽取倍數(shù)為100的3級級聯(lián)積分梳狀濾波抽取器，要使混疊抑制達到60dB以上，最大允許的信號帶寬是多少?如果采用5級級聯(lián)積分梳狀濾波器，最大允許的信號帶寬又是多少?請用MATLAB對該CIC濾波器進行仿真。略對一個信號進行正交分解的意義是什么?無線電信號的三大瞬時特征是什么?作為通信信號分別有什么含義和作用?如何通過正交分解提取這三大瞬時特征?略證明窄帶射頻信號的Hilbert變換為略什么是射頻信號的正交基帶分量?請寫出正交基帶分量的數(shù)學表達式，及其提取正交基帶分量的數(shù)學運算過程。略采用模擬正交變換的主要問題是什么?什么是正交混頻器的虛假信號?為什么不能存在虛假信號?當正交誤差為1°，幅度誤差為0.5dB時，該模擬正交變換(正交混頻器)的虛假抑制是多少?該方法的主要缺點是需要產生正交的兩個本振信號cos(ω0t)和sin(ω0t)，當這兩個本振信號不正交時，就會產生虛假信號。為使虛假信號盡可能地小(虛假抑制足夠大)，就必須對上述兩個正交本振的正交性提出要求。數(shù)字混頻正交變換的優(yōu)缺點是什么?NCO(數(shù)控振蕩器)是數(shù)字正交混頻器的關鍵部件，設采樣頻率為100MHz，需要獲得的頻率分辨率為100Hz，計算所需的正余弦查找表存儲單元數(shù)。在圖中由于兩個正交本振序列的形成和相乘都是數(shù)學運算的結果，所以，其正交性是完全可以得到保證的，只要確保運算精度即可。圖中所示的數(shù)字正交變換方法隨著高速集成電路的發(fā)展將會獲得越來越廣泛的應用。這種方法的主要缺點是對ADC采樣的要求比較高，需在中頻或射頻(f0)進行采樣數(shù)字化，而不是如圖2.75所示的那樣只需對基帶數(shù)字化。設輸入采樣速率為272MHz，瞬時工作帶寬100MHz，信道帶寬1.6MHz(通帶1.3MHz，過渡帶左右各150kHz)，要求頻率分辨率為10kHz。采用MATLAB對該數(shù)字正交混頻器(含正交本振、低通濾波、抽取)進行仿真(提示：正交混頻器兩個正交支路的輸出采樣速率為1.6MHz，即只需取信道帶寬)。.略為什么多相濾波正交變換既適用于單信號[見式(2-187)]，也同樣適用于多信號，即在取樣帶寬B內可以同時有多個信號(提示：參見2.5.6小節(jié)的討論)?為什么式(2-190)中的sr()、sgo(m)數(shù)字譜寬度為π/2?在圖2.63中，2倍抽取前為什么不需要抽取濾波器?多相濾波正交變換器中低通濾波器是起什么作用的?為什么?略請自己設計一個多相濾波正交變換校正濾波器，用MATLAB對圖2.63的多相濾波正交變換器進行仿真，并通過仿真與用書中給出的校正濾波器實現(xiàn)的正交變換之性能進行比較(帶寬特性、正交特性、實時計算能力等)。略請用CORDIC算法編寫MATLAB程序用于計算已知I、Q正交分量時的瞬時幅度α(n)和瞬時相位φ(n)。略請說明多信號之和的正交分解表達式的實際意義。寫出如下信號的正交分解表達式：對該信號采樣時的最低采樣頻率是多少?并通過MATLAB仿真加以驗證。(提示：要考慮到4MHz信號的帶寬)略第三章軟件無線電體系結構軟件無線電有哪三種結構?它們各自采用什么樣的采樣體制?各有什么特點?三種軟件無線電結構的應用場合有什么不同?哪種軟件無線電結構目前應用最多?為什么?軟件無線電的組成結構也有三種：低通采樣軟件無線電結構、射頻直接帶通采樣軟件無線電結構和寬帶中頻帶通采樣軟件無線電結構。低通采樣軟件無線電結構：它的特點是采樣速率不高，對ADC及后續(xù)DSP的要求比較低，但從硬件結構來看卻非常接近于理想的軟件無線電。射頻直接帶通采樣軟件無線電結構的特點是對ADC采樣的速率要求并不高，而且整個前端接收通帶并不是全寬開的，它先由窄帶電調濾波器選擇所需的信號，然后進行放大，再進行帶通采樣，這顯然有助于提高接收通道信噪比，也有助于改善動態(tài)范圍，實現(xiàn)這種射頻直接帶通采樣的基本原理。寬帶中頻帶通采樣軟件無線電結構的兩大特點是射頻“寬開化”，中頻“寬帶化”。為什么三種軟件無線電采樣結構都可以統(tǒng)一用圖3.10所示的等效基帶譜來表示?用56MHz的采樣頻率對中心頻率為70MHz的寬帶中頻信號進行采樣，在得到的等效基帶譜中，14MHz的頻率分量對應中頻上的實際頻率分量為多少?而10MHz和20MHz的頻率對應中頻上的實際頻率又是多少?請用數(shù)學表達式來表示它們之間的對應關系。如果中頻改為98MHz，采樣頻率不變，重新計算上述三個頻率的對應關系，并重新給出數(shù)學表達式。從以上對三種軟件無線電結構的采樣數(shù)字譜分析可以得出結論：無論是射頻低通采樣還是中頻帶通采樣或者是射頻直接帶通采樣，其采樣后的數(shù)字譜均可等效為其總帶寬為fs/2的基帶譜，如圖3.10所示，其中有用帶寬為B，AD采樣速率為后。略采用圖3.15的正交采樣器對寬帶中頻信號進行采樣，中頻頻率為340MHz，帶寬為100MHz，信道帶寬為2MHz，中頻跟蹤濾波器的矩形系數(shù)為4。計算對100MHz帶寬中的50個信道進行正交采樣時的50個采樣頻率(50個采樣頻率應盡可能地接近，以簡化采樣時鐘的設計)。如果要求頻率跟蹤誤差小于100Hz，則采樣時鐘的頻率精度或頻率穩(wěn)定度至少達到多少?略什么叫信道化接收機?它有什么特點?有何用途?信道化接收機（ChannelizedReceiver）是一種接收系統(tǒng)，用于從復雜的信號中提取出特定的頻率子帶（信道）的信息。它的主要特點和用途如下：特點：1.頻率選擇性：信道化接收機通過濾波器或頻率選擇網絡來選擇感興趣的頻率子帶，抑制其他頻率的干擾信號。2.高靈敏度：信道化接收機通常具有高靈敏度，能夠在弱信號環(huán)境下提取出需要的信息。3.并行處理：信道化接收機可以同時處理多個信道，每個信道獨立進行處理，提高了多路信號處理的效率。用途：1.無線通信系統(tǒng)：在無線通信領域中，信道化接收機用于接收不同頻率信道上的信號，并提取出所需的信息，用于解調、解碼等后續(xù)處理。2.電視和廣播接收：信道化接收機用于接收和處理電視和廣播信號，將不同的頻道或頻率子帶的信號分開，以供觀看和聽取。3.雷達系統(tǒng)：在雷達系統(tǒng)中，信道化接收機用于接收和處理不同的脈沖信號，以提取目標的回波信號，實現(xiàn)目標檢測和跟蹤功能。4.信號監(jiān)測與偵測：信道化接收機可用于監(jiān)測特定頻率范圍內的信號活動，如無線電頻譜監(jiān)測、頻率偵聽等。總的來說，信道化接收機通過選擇特定的頻率子帶，提高對信號的靈敏度和處理效率，廣泛應用于無線通信、廣播電視、雷達和信號監(jiān)測等領域。為什么圖3.22和圖3.23中的抽取倍數(shù)不一樣(分別為D和2D)?請從抽取的基本原理出發(fā)，給出合理、清晰的解釋。設輸入采樣速率為272MHz，信道帶寬為1.6MHz，計算抽取倍數(shù)。略請詳細解讀3.3.2節(jié)對復信道化接收機多相濾波高效實現(xiàn)結構的推導過程，解釋為什么要采用圖3.24的信道劃分才能實現(xiàn)高效率的實信道化多相濾波結構。你能給出其他高效率實現(xiàn)的信道劃分方案嗎?并推導按這種信道劃分實現(xiàn)的多相濾波信道化結構。詳細說明圖3.26輸入信道與輸出信道的對應關系。略請用MATLAB對圖3.26的實信道化接收機進行仿真(相鄰信道無重疊)。仿真參數(shù)：祥速率128MHz，信道帶寬2MHz(其中通帶寬度1.8MHz)，要求通帶波動小于0.5dB，阻帶衰減大于60dB。通過仿真驗證輸入信道與輸出信道的對應關系。略如何使圖3.24的信道劃分與要求的實際射頻(中頻)信道相一致(保證每個信道的中心頻率是一致對等的)?(提示：有效信道數(shù)即通帶內的信道數(shù)分奇數(shù)和偶數(shù)兩種情況討論，并要注意無用信道數(shù)即過渡帶的信道個數(shù))設某射頻前端的中頻帶寬為100MHz，需劃分成5MHz帶寬的20個有效信道，采樣頻率和中頻分別應該選擇多少?中頻濾波器的矩形系數(shù)不能小于多少?如果需要劃分成4MHz的25個信道，又該如何選擇上述參數(shù)?略信道化接收機的信道設計分為相鄰信道重疊設計和無重疊設計兩種情況，它們分別適用于哪種應用場合?在設計相鄰信道重疊的信道化濾波器時，其通帶寬度和過渡帶寬度應該如何取?請采用相鄰信道重疊設計，重新對題7進行仿真。略在圖3.31所示的軟件無線電發(fā)射機中，要得到100MHz的最高輸出載頻f0=ω0/(2π)，設調制信號占據(jù)的總帶寬為1.6MHz。確定輸入、輸出采樣速率，并計算需要的內插倍數(shù)I。略如果上題中調制信號的通帶寬度為1.3MHz，設計一個內插濾波器，計算內插濾波器的階數(shù)，并用MATLAB對該軟件無線電發(fā)射機進行仿真。略如果上題中的內插濾波器采用FIR、HB、CIC三種濾波器級聯(lián)實現(xiàn)，對內插倍數(shù)進行合理分配后，設計這三種濾波器參數(shù)，并進行MATLAB仿真。略圖3.36中的接“零”開關是起什么作用的?如果D/A的輸出采樣速率為100MHz，要得到5GHz的輸出采樣速率，接“零”開關的轉換速度需要達到多少?略什么叫信道化發(fā)射機?它有什么特點?有何用途?通常的發(fā)射機同一時刻往往只能發(fā)射單個信號，比如目前的常規(guī)電臺、無線基站發(fā)射機等，為了能做到同時發(fā)射多個信號，就需要用多部發(fā)射機并聯(lián)工作，構成一個發(fā)射機陣列來實現(xiàn)。特點：這種模型計算效益高，實時處理能力強，結構簡單，易于實現(xiàn)。編寫一個產生64信道32QAM信號的信道化發(fā)射機MATLAB仿真程序，整形濾波器采用滾降系數(shù)為0.5的升余弦濾波器，碼速率為10Mbps，信道帶寬和輸出采樣速率根據(jù)給定的碼速率和調制方式自行進行優(yōu)化設計。以下是符合您需求的MATLAB仿真程序，實現(xiàn)了產生64信道32QAM信號的信道化發(fā)射機：```matlab%信道化發(fā)射機仿真程序MATLAB代碼clearall;closeall;%%參數(shù)設置M=32;%調制階數(shù)L=64;%信道數(shù)T=1/10e6;%碼元時間fs=2e6;%采樣頻率upSampleFactor=8;%上采樣系數(shù)fc=10e6;%信道中心頻率rolloff=0.5;%滾降系數(shù)span=4;%卷積卷積窗口長度eyeDistance=0.5;%眼圖的間距比例SNR=20;%信噪比%%生成32QAM調制符號序列N=L*upSampleFactor;%符號數(shù)，即每個信道的符號數(shù)bitsPerSymbol=log2(M);%每個符號所含比特數(shù)bitStream=randi([01],bitsPerSymbol*N,1);%生成比特流symbolIdx=bi2de(reshape(bitStream,bitsPerSymbol,[])');%比特轉換為調制符號索引modulatedSignal=qammod(symbolIdx,M,'UnitAveragePower',true);%32QAM調制%%信道化chFilter=rcosdesign(rolloff,span,upSampleFactor);%升余弦濾波器設計upSampledSignal=upsample(modulatedSignal,upSampleFactor);%上采樣filteredSignal=conv(chFilter,upSampledSignal);%卷積濾波chSignal=filteredSignal(span+1:end-span);%截取卷積結果%%添加高斯白噪聲signalPower=norm(chSignal)^2/numel(chSignal);%信號功率noisePower=signalPower/10^(SNR/10);%噪聲功率noisySignal=awgn(chSignal,SNR,'measured',rng(100));%添加高斯白噪聲%%畫眼圖eyediagram(noisySignal,upSampleFactor);%%調制輸出t=(0:length(noisySignal)-1)/fs;%時間向量carrier=cos(2*pi*fc*t);%產生載波transmittedSignal=real(noisySignal.*carrier);%調制輸出%%畫調制后的信號figure()plot(t,transmittedSignal);xlabel('時間（s）');ylabel('信號幅度');title('信道化發(fā)射機輸出信號');```該程序首先生成32QAM調制的符號序列，并進行信道化處理（使用滾降系數(shù)為0.5的升余弦濾波器）。然后添加高斯白噪聲并進行調制輸出（調制頻率為10MHz）。最后繪制了眼圖和調制后的信號。第四章軟件無線電硬件平臺設計一個502的阻抗和一個等效阻抗為502的接收機相連，接收機的通帶寬度為10MHz，阻抗溫度為環(huán)境溫度(290K)。試計算接收機輸入端的噪聲功率和噪聲電壓。略一個放大器的噪聲系數(shù)為2dB，試計算它的等效噪聲溫度。略有一個三級放大器，其特性參數(shù)如下表所示，假設各級阻抗匹配，試計算整個系統(tǒng)的增益、噪聲系數(shù)、噪聲溫度。略已知某接收網絡的三階互調抑制比，輸入信號為Pin=－10dBm，求其三階輸入截點IP3in為多少?略已知某接收網絡的三階輸出截點，增益G=30dB，輸入信號為Pin=-30dBm，求互調抑制比αIM3為多少?略把圖4.37中的濾波器放到RF放大器之前，試求整個網絡的噪聲系數(shù)、輸入三階截點值、靈敏度和無虛假動態(tài)范圍。略有一種ADC，其參考電壓為：VREF+=1.5V，VREF-=0V，經測量得到其噪聲電壓為1.8mV，求該ADC的有效轉換位數(shù)。為了計算ADC的有效轉換位數(shù)，我們可以使用噪聲電壓和參考電壓之間的關系。有效轉換位數(shù)（ENOB）可以由以下公式計算：ENOB=(SNR-1.76)/6.02其中，SNR表示信噪比，可以通過噪聲電壓和參考電壓之間的比值計算得到：SNR=20*log10(VREF+/Vnoise)根據(jù)提供的信息，參考電壓VREF+為1.5V，噪聲電壓Vnoise為1.8mV（0.0018V）。將這些值代入公式中計算ENOB：SNR=20*log10(1.5/0.0018)≈76.49dBENOB=(76.49-1.76)/6.02≈12.31因此，該ADC的有效轉換位數(shù)為大約12.31位。假設有一個轉換位數(shù)為10bit的ADC，其采樣時鐘的頻率為900MHz，。假定允許的最大采樣誤差為0.5LSB，輸入信號為100MHz的正弦波。試求ADC所允許的最大抖動。為了計算ADC所允許的最大抖動，我們需要知道轉換位數(shù)、采樣時鐘頻率和允許的最大采樣誤差之間的關系。首先，我們可以使用轉換位數(shù)來計算ADC的量化步長（quantizationstep）：QuantizationStep=VREF/(2^n)其中，VREF表示ADC的參考電壓，n表示轉換位數(shù)。在本例中，轉換位數(shù)為10位，則量化步長為：QuantizationStep=VREF/(2^10)接下來，我們可以使用采樣時鐘頻率和輸入信號頻率之間的關系，計算出ADC的理論最大抖動。最大抖動（jitter）的計算公式如下：Jitter=(FrequencyError/InputFrequency)*QuantizationStep其中，F(xiàn)requencyError表示采樣時鐘頻率和輸入信號頻率之間的偏差。在本例中，輸入信號頻率為100MHz，允許的最大采樣誤差為0.5LSB。我們可以通過計算允許的最大采樣誤差對應的頻率偏差來求解最大抖動。最大頻率偏差（MaximumFrequencyError）可以通過以下公式計算：MaximumFrequencyError=(0.5*QuantizationStep)/(QuantizationStep*2)代入具體的數(shù)值計算：QuantizationStep=VREF/(2^10)=1.5V/1024≈0.001465V(約等于1.465mV)MaximumFrequencyError=(0.5*0.001465)/(0.001465*2)=0.25然后，使用最大頻率偏差計算最大抖動：Jitter=(MaximumFrequencyError/InputFrequency)*QuantizationStep=(0.25/100MHz)*0.001465V≈2.91e-15V因此，該ADC所允許的最大抖動約為2.91e-15V。一個采樣時鐘為100MHz的8bit理想ADC，輸入采樣時鐘的峰——峰抖動tcon為100ps，若ADC的輸入信號是25MHz的滿幅正弦波，求該ADC的SNR。為了計算ADC的信噪比（SNR），我們需要知道ADC的位數(shù)、輸入信號的幅度和峰-峰抖動之間的關系。首先，我們可以使用位數(shù)來計算ADC的量化步長（QuantizationStep）：QuantizationStep=(Vref+-Vref-)/(2^n)其中，Vref+和Vref-分別表示ADC的正負參考電壓，n表示位數(shù)。在本例中，ADC的位數(shù)為8位，則量化步長為：QuantizationStep=(Vref+-Vref-)/(2^8)接下來，我們可以使用輸入信號的幅度和量化步長之間的關系，計算出ADC的理想信號幅度。理想信號幅度（IdealSignalAmplitude）的計算公式如下：IdealSignalAmplitude=(2^8)*QuantizationStep/2在本例中，輸入信號的頻率是25MHz，滿幅正弦波的幅度為理想信號幅度的一半。因此，輸入信號的幅度為：InputSignalAmplitude=(2^8)*QuantizationStep/4=(2^8)*QuantizationStep/4=(2^8)*([Vref+-Vref-]/(2^8))/4=(Vref+-Vref-)/4接下來，我們可以使用峰-峰抖動和采樣時鐘頻率之間的關系計算抖動對信號的影響。抖動對信號的影響（Jitter-to-SignalRatio）的計算公式如下：Jitter-to-SignalRatio=tcon/(1/InputSignalFrequency)在本例中，輸入信號的頻率為25MHz，峰-峰抖動為100ps，則抖動對信號的影響為：Jitter-to-SignalRatio=100ps/(1/25MHz)=25*10^-12/(4*10^-8)=625*10^-4=0.0625最后，我們可以使用抖動對信號的影響來計算ADC的信噪比。信噪比（SNR）的計算公式如下：SNR=6.02*n+1.76-10*log10(Jitter-to-SignalRatio^2)在本例中，位數(shù)為8位，則ADC的信噪比為：SNR=6.02*8+1.76-10*log10(0.0625^2)=48.16+1.76-10*log10(0.00390625)=49.92-40.96=8.96dB因此，該ADC的信噪比為約8.96dB。一個12bit的數(shù)模轉換器(DAC)，其輸出幅度為滿量程幅度的80%，采樣頻率為Nyquist采樣速率的4倍，求其輸出信噪比。略什么是前端、什么是軟件無線電前端、模擬前端、數(shù)字前端?數(shù)字前端跟模擬前端從實現(xiàn)的功能上講有些類似，主要完成數(shù)字上下變頻、濾波、采樣速率變換等功能。無線電系統(tǒng)前端的概念傳統(tǒng)上一般是指安裝在天線上或天線附近的模擬高頻電路，通過電纜與離天線相當遠的后端連接，常見的如大型衛(wèi)星地球站系統(tǒng)。天線與模數(shù)/數(shù)模轉換之間的收發(fā)電路和處理環(huán)節(jié)定義為模擬前端；而模數(shù)/數(shù)模轉換與基帶處理之間的處理環(huán)節(jié)定義為數(shù)字前端。軟件無線電前端有哪幾個部分組成?數(shù)字前端主要有幾個功能?軟件無線電的前端包括射頻模擬前端、A/D/A轉換、數(shù)字前端等三部分。功能：①數(shù)字信道化(將所有感興趣的信號從數(shù)字中頻下變頻到基帶)；②濾波(濾除倍頻分量、其他信號并盡可能匹配濾波)；③采樣速率轉換(降低采樣速率，減少處理負擔)。數(shù)字上、下變頻器有哪幾部分組成?工作原理是什么?數(shù)字下變頻器主要包括數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器(NumericallyControlledOsillator，NCO)和低通濾波器三部分組成。工作原理：從工作原理講，數(shù)字下變頻與模擬下變頻是一一樣的，就是輸入信號與一個本地振蕩信號進行乘法運算并濾除帶外干擾。數(shù)字下變頻的運算速度決定了其輸入信號數(shù)據(jù)流可達到的最高速率，相應地也限定了ADC的最高采樣速率；另外，數(shù)字下變頻的數(shù)據(jù)精度和運算精度也影響著接收機的性能，所以，數(shù)字下變頻器必須進行優(yōu)化設計。數(shù)字上變頻器由成形濾波器、內插器、數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器等組成。工作原理：數(shù)字上變頻器是數(shù)字下變頻器的逆過程，兩者的工作原理、結構和實現(xiàn)都大同小異，只是處理順序剛好相反。數(shù)字控制振蕩器工作原理是什么?簡述數(shù)字控制振蕩器優(yōu)化設計。數(shù)字控制振蕩器(數(shù)字控制本地振蕩器)在DDC中相對來說是最復雜的，也是決定DDC性能的最主要因素之一，或者說DDC需要一個高速、高精度的NCO，所以，作為重點進行介紹。NCO的目標就是產生理想的正弦波和余弦波，更確切地說是產生一個頻率可變、時間離散的正弦波和余弦波的數(shù)據(jù)樣本，如下式所示。DDC工作時，每向DDC輸入一個待下變頻的信號采樣樣本，NCO就增加一個2πfc/fs相位增量角度，然后以了相位累加角度作為地址，查詢該地址上的數(shù)值就是正弦波的值；余弦波與正弦波相差90°，在地址上就是相差一個固定的長度，也即正弦波值的地址加上固定長度地址上的數(shù)值就是余弦波的值，正弦波和余弦波的值分別輸出到兩個數(shù)字混頻器，與信號樣本相乘，乘積樣本分別經低通濾波器濾除倍頻分量和帶外信號，并進行匹配濾波，這樣就完成了正交數(shù)字下變頻。用FPGA實現(xiàn)FIR濾波器有哪幾種結構，各種結構有哪些優(yōu)缺點?FIRIP核中可實現(xiàn)的FIR濾波器有三種結構：全并行結構(fullparallelfilter)、全串行結構(fullserialfilter)、多比特結構(multi-bitfilter)。并行結構的濾波器運算速度快，只需一個處理時鐘周期便可計算出濾波器的輸出，性能很高，但資源消耗也很大。串行濾波器每個處理時鐘周期運算數(shù)據(jù)的一個比特。因此，全串行結構的FIR濾波器需要N個處理時鐘才能計算出一個濾波器的輸出結果，N為輸入數(shù)據(jù)的位寬。全串行結構的FIR濾波器的處理速度較慢，但可以節(jié)省很多硬件資源。多比特結構它的處理速度、資源消耗介于全并行結構與全串行結構之間，它由M個全串行結構構成，因此它需要NIM個處理時鐘才能計算一個濾波器的輸出結果。軟件無線電的數(shù)字硬件系統(tǒng)包括哪三大基本要素?軟件無線電的數(shù)字硬件系統(tǒng)為軟件提供運行和處理的平臺，主要包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲三大基本要素。軟件無線電的數(shù)字硬件系統(tǒng)性能怎樣表征?(1)性能(2)模塊化(3)可擴展(4)靈活性各種數(shù)字信號處理器優(yōu)缺點是什么?ASIC特點是功能固定，ASIC往往作為硬件加速器，完成特定的算法，適合于功能實現(xiàn)相對固定、數(shù)據(jù)結構明確的應用。ASCI的弱點：當用戶定制時，費用較高，設計周期較長，需要足夠大的量把費用均攤下來。FPGA具有并行處理的架構，而且，可以構造多個并行處理執(zhí)行單元并同時執(zhí)行，具有極高的效率，F(xiàn)PGA最適合那些高度并行的流水線應用，可提供極高性能的信號處理能力。FPGA的弱點：當算法中存在復雜的判決、控制和嵌套循環(huán)時，實現(xiàn)起來比較困難。DSP處理器的靈活性主要體現(xiàn)在軟件容易更改以及對各種算法處理和復雜算法的實現(xiàn)上。而硬件本身的更改則沒有任何靈活性而言。DSP的所有信號處理都是串行處理的方式實現(xiàn)的，這種架構局限就是：當要求進行并行處理時，不得不分解成一系列串行計算動作，分步順序執(zhí)行，這就大大降低了運行效率。軟件無線電數(shù)字處理系統(tǒng)硬件要求怎樣的器件性能?軟件無線電的數(shù)字硬件系統(tǒng)的性能主要以處理能力來衡量，而處理能力的度量，以每秒完成的指令數(shù)或者操作數(shù)等作為指標：主要有MIPS(MillionsofInstructionsperSecond，百萬條指令每秒)、MOPS(MillionsofOperationsperSecond，百萬次操作每秒)兩個運算速度單位，對于浮點處理器還有MFLOPS(MillionsofFloatingPointOperationsperSecond，百萬次浮點操作每秒)。FPGA實現(xiàn)軟件無線電數(shù)字信號處理有哪些優(yōu)越性?(1)極其強大的處理能力(2)最理想化的算法定制(3)最理想的適配接口(4)無比靈活的重配置能力5)相對低的功耗FPGA基本組成有哪些?當前FPGA有哪些主要特點?有哪些發(fā)展趨勢?FPGA基本組成有可編程邏輯功能模塊、可編程內部互連線、可編程輸入輸出模塊、嵌入式存儲器、數(shù)字時鐘管理。特點：容量大：高端的FPGA規(guī)模已達到上千萬門級，能承擔繁重的信號處理任務、完成復雜的功能；功能強：以PowerPC、MicroBlaze和Nios等為代表的RISC處理器軟硬IP核，極大地加強了FPGA的功能，可輕松實現(xiàn)大規(guī)模的片上系統(tǒng)(SOC)；保密性好：有防止反向技術的FPGA，能很好地保護系統(tǒng)的安全性和設計者的知識產權；開發(fā)容易：FPGA開發(fā)工具功能強大，可完成從輸入、綜合、實現(xiàn)到配置芯片等一系列的功能。還有很多工具可以完成對設計的仿真、優(yōu)化、約束和在線調試等功能。這些工具智能化程度高、易學易用。FPGA的發(fā)展趨勢：向更高密度、更大容量的系統(tǒng)級方向發(fā)展；向低電壓、低功耗、環(huán)保型發(fā)展；IP資源復用理念得到普遍認同并成為主要設計方式；FPGA動態(tài)可重構技術越來越重視?；贔PGA的軟件無線電系統(tǒng)設計要考慮些什么?從軟件無線電實現(xiàn)角度看，軟件無線電最高設計原則有三點，即：●最大限度地進行寬帶數(shù)字化；●最大限度地實現(xiàn)功能軟件化；●最大可能地進行靈活重構。FPGA重配置設計有哪些方法?第一種方法是，功能實現(xiàn)時有一定的參數(shù)變量，通過設置不同的參數(shù)，實現(xiàn)有一定差別的功能；第二種方法是，片內本身就已設計了幾種功能，通過切換，來進行功能重構；第三種方法是，用新功能的FPGA模塊，重新配置，來實現(xiàn)新的功能。這三種方法互相之間并不排斥，在軟件無線電系統(tǒng)設計中，都會充分利用這三種方法，來重配置、更改和升級系統(tǒng)的功能。第五章軟件無線電信號處理算法寫出無線信號的統(tǒng)一表示形式，以及在數(shù)字域對瞬時幅度、相位、頻率特征提取的表達式。略在一個數(shù)字通信系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)哪些同步，如何實現(xiàn)?通信中的同步除載波同步、位同步、幀同步外，還包括直擴通信中的偽碼同步，跳頻通信中的跳頻同步，通信網中的網同步，等等。實現(xiàn)各種同步時，首先需要知道一個參數(shù)的初值，對同步所需要的各種參數(shù)進行估計，并且估計精度至少要達到同步捕獲的要求。對于信號解調來說，需要對載波頻率、信息碼速率、偽碼速率、信號帶寬等參數(shù)進行估計。載波同步一般有哪些方法?簡述其實現(xiàn)原理。對BPSK信號，可采用平方環(huán)來實現(xiàn)載波提取。首先對輸入的信號進行平方，產生載波的二倍頻信號，然后用帶通濾波器將其濾出，再用一個鎖相環(huán)來跟蹤提取這個載波的二倍頻分量。同相一正交環(huán)又稱科斯塔斯環(huán)(costas)。輸入信號被分成上下兩個支路，分別與同相和正交載波相乘，它們的積就是環(huán)路誤差電壓，這個電壓經過低通濾波后去控制VCO。假設輸入信號為BPSK信號，并存在加性噪聲，可表示為載波同步的第三種方法是采用判決反饋環(huán)，其基本原理是對信號進行相干解調，然后將解調出來的信號去抵消接收信號中的調制來恢復載波分量。試推導存在噪聲情況下，松尾環(huán)的鑒相特性表達式。略早-遲積分同步環(huán)的基本依據(jù)是什么?畫出絕對值運算的實現(xiàn)框圖。早-遲積分同步法就是通過比較本地時鐘與接收碼元，使本地時鐘與接收碼元同步的定時(位)同步方法，這種方法利用了濾波器或相關器輸出信號的對稱性。解調QPSK時，采用四次方鎖相環(huán)實現(xiàn)載波同步，試求該鎖相環(huán)輸入端的信號和噪聲分量。假定只考慮噪聲n(t)中線性分量，忽略其他分量，試求鎖相環(huán)輸出端的相位估計的方差。略畫出QPSK信號的產生、解調框圖，利用MATLAB對該信號的產生、解調進行仿真，并比較在不同誤碼率(10-1~10-5)下所需要的信噪比，畫出星座圖、誤碼率曲線。略如果發(fā)送一個沖激信號，接收到信號的采樣序列值為x(-3)、x(-2)、...x(3)為：0.1，0.3，-0.2，1.0，0.4，-0.1，0.1。設計一個三抽頭的橫向濾波器，使主瓣的值為1，并使主瓣兩側的采樣點值為0；計算k=-3，-，1，0，1，2，3時刻的輸出值；均衡器后，造成碼間干擾的最大采樣幅度為多少?所有碼間干擾的采樣點幅值之和為多少?略假如接收信號的采樣序列為x(-4)、x(-2)、..x(4)為：0.001，0.002，-0.003，0.1，1，0.2，-0.1，0.005，0.02.在最小MSE準則下，利用計算機求出9個抽頭系數(shù)；計算均衡器的輸出信號在k=0，+8，t7，土6，ts，t4，3，+2，+1時的取值。均衡后，造成碼間干擾的最大采樣幅度值為多少?所有造成碼間干擾的采樣幅度值之和為多少?略第六章信道編譯碼技術已知Hamming碼的校驗矩陣(1)寫出其生成矩陣G；(2)如信息碼組為0110，求對應編碼后的碼字；(3)求所有校正子與誤碼位置的關系。略如RS(255，239)碼本原元a=2，本原多項式為，求出該碼的生成多項式，計算該碼的縮短碼RS(55，39)中對信息碼字：1，2，3…，39進行編碼的結果。略設計RS(15，11)碼的錢搜索電路。略RS(8，4)碼的生成多項式為，如接收碼字為：6，7，2，7，5，13，1，13。(1)求相應伴隨式；(2)求錯誤位置多項式。略已知(3，2，2)系統(tǒng)卷積碼如下圖所示。.(1)寫出其生成多項式，并計算基本監(jiān)督矩陣；(2)列出該卷積碼輸入和輸出比特關系的所有可能；(3)畫出該卷積碼的狀態(tài)圖和柵格圖；(4)計算相應于信息序列(10，01，00，11，10)的編碼序列。略已知(2，1，4)卷積碼的生成多項式(1)求出所有的蝶形結構；(2)用硬判決Viterbi算法對接收序列進行譯碼：11，01，11，11，10，10，11，10，10，00，00，00。略考慮Turbo碼中RSC的一般編碼結構，如下圖所示。如以uk為輸入，以dk和xk2為輸出，證明dk、xk2、uk之間存在普通卷積碼的編碼關系。略對于1/3碼率的經典Turbo碼，設兩個分量編碼器的生成多項式均為(7，5)，交織為3×5行列交織，刪余結構為：101，110；計算對以下信息序列的編碼結果：110001010000111。略第七章無線電通信天線設天線的輸入功率為10W，反射功率為1W，求天線的駐波比。天線的駐波比（VoltageStandingWaveRatio，VSWR）是用來描述駐波在天線傳輸線上的衰減和反射情況的一個無量綱指標。駐波比的計算公式如下：VSWR=(1+√(Pr/Pf))/(1-√(Pr/Pf))其中，Pr為反射功率，Pf為正向傳輸功率。根據(jù)提供的信息，輸入功率為10W，反射功率為1W。正向傳輸功率可以通過輸入功率減去反射功率來計算：Pf=Pi-Pr=10W-1W=9W將數(shù)值代入駐波比的計算公式中：VSWR=(1+√(1W/9W))/(1-√(1W/9W))化簡之后可得：VSWR=(1+1/3)/(1-1/3)=4/2=2因此，該天線的駐波比為2。天線的極化是如何定義的?天線極化是指在輻射遠場區(qū)和規(guī)定的方向上，天線輻射的電場矢量端點在垂直于電磁波傳播方向平面上的軌跡。簡述微帶天線的基本特點。微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線。具有質量輕、低剖面的特點，易于與載體共形。另外，在設計制作微帶天線的同一介質基片還可以進行饋電網絡、微波有源電路的設計與制作，在一塊基片上完成天線與RF通道的集成。但微帶天線也存在缺點：微帶天線工作于諧振模式，所以頻帶較窄；在毫米波波段，導體和介質損耗增大，并且會激勵表面波，導致輻射效率降低。四、以對數(shù)周期天線為例，簡述寬頻帶天線的工作原理。采用的漸變槽線曲線函數(shù)如下：指數(shù)漸變的槽線滿足比例變換原理，理論上無限長槽線的天線可具有無限的帶寬。然而實際天線的尺寸受限，根據(jù)工作頻段的要求，對無限長漸變槽線進行截斷。五、考慮Turbo碼中RSC的一般編碼結構，如下圖所示。一直徑為2.5m的反射面天線，工作頻率為6GHz，口徑效率為0.55。計算該天線的增益以及其半功率波束寬度。略六、一維線性陣列，天線陣元間距為半波長，要求波束指向偏離法線方向15°，此時相鄰天線單元間的相位差應為幾度?在一維線性陣列中，相鄰天線單元的相位差可以通過以下公式計算：相位差（PhaseDifference）=2π*d/λ*sin(θ)其中，d為天線陣元間距，λ為波長，θ為波束指向偏離法線方向的角度。根據(jù)題目的要求，天線陣元間距為半波長，即d=λ/2。偏離法線方向15°，即θ=15°。將這些值代入相位差的計算公式中：相位差=2π*(λ/2)/λ*sin(15°)由于波長λ和相位差都是以弧度為單位的，所以計算sin(15°)的值時需要將角度轉換為弧度：相位差=2π*(λ/2)/λ*sin(15°)=2π*(1/2)*sin(15°)≈0.5236*sin(15°)≈0.1309因此，相鄰天線單元間的相位差約為0.1309弧度，或大約7.5度。第八章軟件無線電在無線工程中的應用什么叫JTRS計劃?美軍為什么要執(zhí)行這一計劃?JTRS電臺有些什么特點?它能支持哪些波形?JTRS計劃的構想最早于1997年提出，旨在使用一種真正的聯(lián)合通信能力來取代傳統(tǒng)無線電臺，把各軍種的電臺開發(fā)工作整合為一項計劃，實現(xiàn)多軍種的互聯(lián)互通互操作聯(lián)合作戰(zhàn)能力。通過整合JTRS波形也從最初的32種縮減為如下9種：●寬帶組網波形(WNW)；●士兵電臺波形(SRW)；●單信道地面與機載無線電系統(tǒng)(SINCGA)；●增強型定位報告(EPLRS)；●高頻波形(HF)；●UHF衛(wèi)星通信波形；●Link16波形；●戰(zhàn)術邊緣聯(lián)合機載波形(JAN-TE)；●移動用戶目標波形(MUOS)。參考圖8.5的移動通信通用前端設計方案，