微波通信技术期末复习.doc

微波通信技术简答题&1微波通信概述1 数字微波通信的特点？传输容量大，效费比高，抗干扰能力强，可采用再生中继实现高质量的远距离传输，可与程控数字交换机直接接口，数字通信易于加密，适宜于集成化。通信频段的频带宽，受外界干扰的影响小，通信灵活性较大，天线增益高、方向性强，投资少、建设快。2 数字微波通信的组成？终端站（发射、接收）、中间站（中频转接/微波转接/直接转接/无源转接）、再生中继站（基带转接）、枢纽站&2微波信号的传播1自由空间条件？均匀无损耗的无限大空间；各向同性；充满理想介质，电导率为0，er=1、mr=1。满足上述条件的空间不存在电磁波的反射、折射、散射、色散。2自由空间传播损耗定义？电波在自由空间中传播时，其能量会向空间扩散，因此单位面积上接收到的电波能量会降低，距离越远，单位面积上接收到的能量也越少。这种由于扩散而引起的电波损耗称为自由空间传播损耗。3自由空间传播损耗公式推导？假定发射功率为PT，发射天线为各向均匀辐射，即增益为1。则在以发射源为中心、半径为d的球面上单位面积的接收功率为则定义自由空间损耗为两边取对数4衰落产生的机理与分类从发生衰落的物理原因看，有闪烁衰落、K型衰落及波导型衰落三种。闪烁衰落：由于对流层散射到收信点的多径电场强度叠加在一起，形成了闪烁衰落。持续时间短，电平变化小，一般不至于造成通信中断。K型衰落：由多径传输引起的干涉型衰落，由于直射波和反射波到达收信端的相位不同互相干涉造成的电波衰落。在对流层中行程差是随K值变化的，故称K型衰落，又称多径衰落。除地面效应外，大气中的突变层也会产生发射和散射，形成多径衰落。波导型衰落：由于各种气象条件的影响，如早晨地面被太阳晒热，夜间地面的冷却，以及海面和高气压地区会形成大气层中的不均匀结构。当电磁波通过对流中这些不均匀结构时，将产生超折射现象，形成大气波导。收信点的电场强度是直射波、地面反射波及大气波导层的反射波的矢量合成，从而形成严重的干涉型衰落。平衰落产生原因1)信号频带内的各频率分量基本相等2)由气象条件的慢变化引起，如雨雾衰减，大气中不均匀气体的散射等。3)多经传播现象也会引入平衰落4)浅度的波导型衰落。频率选择性衰落(快衰落)产生的原因1)信号频带内的各频率分量起伏较大，甚至剧烈;2)直射波和强反射波的干涉所致;3)波导型的衰落深度较大时，也会产生此类衰落。5各种抗衰落技术1)平衰落AGC电路;波道倒换2)频率选择性衰落分集技术利用自然界无线传播环境中独立的多径信号来实现，由于它们同时出现深衰落的可能性很小，故可以在多个信号中选择两个或更多个信号进行合并频域/时域均衡技术基带系统中插入一种可调（或不可调）滤波器就可以补偿整个系统的幅频和相频特性，从而减小码间串扰的影响。这个对系统校正的过程称为均衡，实现均衡的滤波器称为均衡器。频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。而时域均衡，则是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。智能天线技术具有测向和波束形成能力的天线阵列。OFDM技术将高速的串行数据流分解为多个并行的低速数据流，然后分别将其调制到多个正交子载波上传输，此时各子载波上传输信号的符号持续时间增长，当持续时间大于信道的时延扩展时，传输信号对信道的时间色散不在敏感，可消除符号间干扰(ISI)。从频域来看，各子载波的传输带宽远小于信道的相干带宽，各子载波只受到平坦衰落，避免了频率选择性衰落带来的失真MIMO技术M个发射天线和N个接收天线，不考虑复用的情况有有MN个独立通道。显然多个路径同时衰落的概率极低，MIMO天线能获得MN级空间分集效果，接收信号的误码率性能会有显著提高圆柱面自适应阵列天线由于整个360度圆周上任意段等长圆弧组成的阵列都处于相同条件下，因此，可以在任意方向形成相同的波束，天线单元之间的互耦、天线增益和波束宽度等也不会随天线波束的扫描角的变化而变化，也就是说该阵列天线可以在任意信号来波方向形成主波束，在任意干扰方向形成零陷，具有全方位360度的扫描能力。扩频技术3)绕射衰落、吸收衰落增强发射功率;缩短站距;适当地改变天线设计6频率选择性对通信系统的影响1)引起带内失真；2)使交叉极化鉴别率下降；3)使系统原有的衰落储备值下降&31 为什么要调制？a) 数字基带信号、低频信号不适合信道传输；b) 利用调制解调技术可以提供有效的方法来克服信道缺陷，如信道的加性噪声、失真和衰落。c) 无线系统中，只有当天线尺寸与波长可比拟时才能有效地辐射功率；d) 调制到高频，可以实现频率复用；e) 改变信号占据的带宽；&41 非线性对微波传输系统的影响1)信号灵敏度降低和堵塞2)输出端产生输入端不存在的频率信号3)增益压缩系统增益随信号输入电平变化而非线性增长2 三种频率源合成方式的优缺点1） 直接频率合成（DS）原理：利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经加、减、乘、除运算直接组合出所求的频率优点：频率转换时间快，具有较高的频率分辨力，相位噪声低缺点：结构复杂、杂散大、体积大、频率分辨率差2）间接频率合成（IS）锁相环（PLL）原理：能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动控制系统优点：锁定时无频差，良好的窄带跟踪特性，良好的调制跟踪特性，门限性能好，易于集成化缺点：频率转换时间慢3） 数字频率合成（DDS）原理：利用数字方式累加相位，再以相位和作为地址查找正弦函数表，得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经过D/A转化得到模拟正弦波输出优点:极高的频率分辨率，输出频率带宽宽，频率转换时间极短，频率捷变时的相位是连续的，可输出任意波形，具有数字调制功能，缺点：杂散抑制差，工作频率受限，DSS+PLL宽带输出，频率分辨率高，快速转换时间，快速锁定时间，低相位噪声，低杂散3接收机实现方案：超外差式接收机：中频远低于载频信号，易实现信道选择；避免系统高增益放大的自激现象；较低中频上解调或A/D相对容易零中频（直接下变频）接收机：无镜像频率干扰；射频接收部分简单；变频后为基带信号，无需专用中频滤波器；易于集成设计；本振泄漏，容易从天线辐射出去形成邻道干扰；LNA偶次谐波失真干扰，三阶交调分量容易泄漏到基带形成干扰；直流偏差（零中频方案特有的一种干扰，是自混频引起的直流）叠加在基带信号上，使信噪比变差；有源器件噪声镜像抑制接收机：数字中频基色接收机：接收机技术指标：噪声系数、灵敏度、增益、动态范围、带宽、选择性、I/Q正交特性、相位噪声、杂散/谐波抑制度、频率准确度、频率稳定度名词解释&11传输容量数据传输率：每秒种传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。信号传输速率：也称码元率、调制速率或波特率，表示单位时间内通过信道传输的码元个数，单位记做BAND 带宽 :信道可以不失真地传输信号的频率范围。信道容量：信道在单位时间内可以传输的最大信号量，表示信道的传输能力。信道在单位时间内可以传输的最大比特数。2频带利用率：所传输的信息速率（或符号速率）与系统带宽之比值，其单位为bit/s/HZ（或为Band/Hz).3 误码率比特误码率=错误接收的比特数/信道传输的总比特数码元误码率=错误接收的码元数/信道传输的总码元数&21惠更斯-菲涅尔原理波在传播过程中，波面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波波源，而下一个波面就是前一个波面上无数个二次辐射波面的包络面。2 菲涅尔区满足下列关系式：TP +PR-TR=d+nl/2，n=1,2,3,的发射源和接收点连线TR之外的任一点P所构成的轨迹就是费涅尔区。T点是发射点，R点是接收点，有一动点P，满足TP+PR-TR=d+l/2,动点P在空间的轨迹为一个旋转椭球面，这个椭球面的内部空间称为第一费涅尔区。菲涅尔半径：菲涅尔椭球面上任何一点到TR连线的垂直距离。物理意义：菲涅尔区半径越小，即频率高、波长小，传输波束越锐，能量越集中，越接近光传播。费涅尔区估算能量传播区域的一个重要概念，在工程设计中尤其关心第一费涅尔区，因为它是传播能量最集中的区域。一般要求在第一费涅尔区范围内不能有阻挡。3 衰落余量：与自由空间传播条件相比，当热噪声增加时，为了在不超过门限误码的情况下系统仍能正常工 作所必须留有的余量。衰落余量越大，接收电平下降到门限电平以下的概率就越小。改善系统的性能，可增加衰落余量。增加衰落余量的方法：提高发射功率；增加天线增益；降低接收机的门限电平；缩短路径长度。&41dB分贝是一个一个以10为底的对数表示的比值单位，它常用在测量计算机中表示功率比值。dBm：分贝毫瓦，功率单位，功率P(mW)，10log10(P/1mW)dBW：分贝瓦，功率单位，功率P(W)，10log10(P/1W)dBc：Ccompare是一个表示功率相对值的单位，dBc相对于载波dBi和dBd是功率增益的单位，两者都是相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线；dBd的参考基准为偶极子。16dBd=18.15dBi21dB压缩点：当输入信号的增加1dB，而放大器的实际输出与线性输出相比降低1dB的输出功率。3. 交调分量当两个不同频率的信号加入到一个非线性系统的输入端时，则会产生两个频率的多次组合分量(mw1nw2)，产生交调现象。 三阶交调分量当m+n=3时，交调产物为三阶交调产物4三阶交调系数:三阶交调产物与基波功率比，IM3表示三阶交调截获点：基波信号输出特性曲线的延长线与三阶交调特性曲线的延长线的交汇点所对应的输出功率为输出三阶交调截获点功率OIP3，所对应的输入功率为输入三阶交调截获点功率IIP3。级联非线性网络：1/AIIP32=1/AIIP3,12+12/AIIP3,22+1212/AIIP3,32+1/IIP3=1/IIP31+G1/IIP32+G1G2/IIP33+5噪声系数的定义：信号通过二端口网络(放大器)后，由于器件本身产生噪声，使信噪比变坏，使信噪比下降的倍数就是该器件的噪声系数。NF=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)NF=Na+NinGa/NinGa=Na+kT0BnGa/kT0BnGaNF=(T0+Te)/T0=LT/T0 (Ga=1/L)级联系统：F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+(FN-1)/G1G2GN-16噪声度量的定义：M=(F-1)/(1-1/G)7灵敏度的定义：在给定接收机解调器前所要求的输出信噪比的条件下，接收机所能检测的最低输入信号电平。8动态范围的定义：通信系统高性能工作所承受的信号变化范围下限是灵敏度，受噪声基底的限制；上限由最大可接受信号失真决定。1）对功率放大器常用线性动态范围的概念：产生1dB压缩点的信号电平与灵敏度（或噪声基底之比）2）对LNA和混频器常用无杂散动态范围的概念：输入信号下限为灵敏度（或基底噪声），上限为在输出端引起的三阶交调分量Po3折合到输入端，恰好等于基底噪声的信号输入电平（Pin,max=Ft/GP）发射机带宽：取决于信号能量所占带宽，通常用3dB带宽来表示，即功率下降3dB对应的频谱宽度。9频率准确度：实际频率和标称值的差比标称值。=(fx-f0)/f010频率稳定度：在一定