微波通信技術(shù)期末復(fù)習(xí).doc

微波通信技術(shù)簡(jiǎn)答題&1微波通信概述1 數(shù)字微波通信的特點(diǎn)？傳輸容量大，效費(fèi)比高，抗干擾能力強(qiáng)，可采用再生中繼實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離傳輸，可與程控?cái)?shù)字交換機(jī)直接接口，數(shù)字通信易于加密，適宜于集成化。通信頻段的頻帶寬，受外界干擾的影響小，通信靈活性較大，天線增益高、方向性強(qiáng)，投資少、建設(shè)快。2 數(shù)字微波通信的組成？終端站（發(fā)射、接收）、中間站（中頻轉(zhuǎn)接/微波轉(zhuǎn)接/直接轉(zhuǎn)接/無源轉(zhuǎn)接）、再生中繼站（基帶轉(zhuǎn)接）、樞紐站&2微波信號(hào)的傳播1自由空間條件？均勻無損耗的無限大空間；各向同性；充滿理想介質(zhì)，電導(dǎo)率為0，er=1、mr=1。滿足上述條件的空間不存在電磁波的反射、折射、散射、色散。2自由空間傳播損耗定義？電波在自由空間中傳播時(shí)，其能量會(huì)向空間擴(kuò)散，因此單位面積上接收到的電波能量會(huì)降低，距離越遠(yuǎn)，單位面積上接收到的能量也越少。這種由于擴(kuò)散而引起的電波損耗稱為自由空間傳播損耗。3自由空間傳播損耗公式推導(dǎo)？假定發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線為各向均勻輻射，即增益為1。則在以發(fā)射源為中心、半徑為d的球面上單位面積的接收功率為則定義自由空間損耗為兩邊取對(duì)數(shù)4衰落產(chǎn)生的機(jī)理與分類從發(fā)生衰落的物理原因看，有閃爍衰落、K型衰落及波導(dǎo)型衰落三種。閃爍衰落：由于對(duì)流層散射到收信點(diǎn)的多徑電場(chǎng)強(qiáng)度疊加在一起，形成了閃爍衰落。持續(xù)時(shí)間短，電平變化小，一般不至于造成通信中斷。K型衰落：由多徑傳輸引起的干涉型衰落，由于直射波和反射波到達(dá)收信端的相位不同互相干涉造成的電波衰落。在對(duì)流層中行程差是隨K值變化的，故稱K型衰落，又稱多徑衰落。除地面效應(yīng)外，大氣中的突變層也會(huì)產(chǎn)生發(fā)射和散射，形成多徑衰落。波導(dǎo)型衰落：由于各種氣象條件的影響，如早晨地面被太陽曬熱，夜間地面的冷卻，以及海面和高氣壓地區(qū)會(huì)形成大氣層中的不均勻結(jié)構(gòu)。當(dāng)電磁波通過對(duì)流中這些不均勻結(jié)構(gòu)時(shí)，將產(chǎn)生超折射現(xiàn)象，形成大氣波導(dǎo)。收信點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是直射波、地面反射波及大氣波導(dǎo)層的反射波的矢量合成，從而形成嚴(yán)重的干涉型衰落。平衰落產(chǎn)生原因1)信號(hào)頻帶內(nèi)的各頻率分量基本相等2)由氣象條件的慢變化引起，如雨霧衰減，大氣中不均勻氣體的散射等。3)多經(jīng)傳播現(xiàn)象也會(huì)引入平衰落4)淺度的波導(dǎo)型衰落。頻率選擇性衰落(快衰落)產(chǎn)生的原因1)信號(hào)頻帶內(nèi)的各頻率分量起伏較大，甚至劇烈;2)直射波和強(qiáng)反射波的干涉所致;3)波導(dǎo)型的衰落深度較大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生此類衰落。5各種抗衰落技術(shù)1)平衰落AGC電路;波道倒換2)頻率選擇性衰落分集技術(shù)利用自然界無線傳播環(huán)境中獨(dú)立的多徑信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，由于它們同時(shí)出現(xiàn)深衰落的可能性很小，故可以在多個(gè)信號(hào)中選擇兩個(gè)或更多個(gè)信號(hào)進(jìn)行合并頻域/時(shí)域均衡技術(shù)基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)（或不可調(diào)）濾波器就可以補(bǔ)償整個(gè)系統(tǒng)的幅頻和相頻特性，從而減小碼間串?dāng)_的影響。這個(gè)對(duì)系統(tǒng)校正的過程稱為均衡，實(shí)現(xiàn)均衡的濾波器稱為均衡器。頻域均衡是從頻率響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。而時(shí)域均衡，則是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。智能天線技術(shù)具有測(cè)向和波束形成能力的天線陣列。OFDM技術(shù)將高速的串行數(shù)據(jù)流分解為多個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，然后分別將其調(diào)制到多個(gè)正交子載波上傳輸，此時(shí)各子載波上傳輸信號(hào)的符號(hào)持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，當(dāng)持續(xù)時(shí)間大于信道的時(shí)延擴(kuò)展時(shí)，傳輸信號(hào)對(duì)信道的時(shí)間色散不在敏感，可消除符號(hào)間干擾(ISI)。從頻域來看，各子載波的傳輸帶寬遠(yuǎn)小于信道的相干帶寬，各子載波只受到平坦衰落，避免了頻率選擇性衰落帶來的失真MIMO技術(shù)M個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線，不考慮復(fù)用的情況有有MN個(gè)獨(dú)立通道。顯然多個(gè)路徑同時(shí)衰落的概率極低，MIMO天線能獲得MN級(jí)空間分集效果，接收信號(hào)的誤碼率性能會(huì)有顯著提高圓柱面自適應(yīng)陣列天線由于整個(gè)360度圓周上任意段等長(zhǎng)圓弧組成的陣列都處于相同條件下，因此，可以在任意方向形成相同的波束，天線單元之間的互耦、天線增益和波束寬度等也不會(huì)隨天線波束的掃描角的變化而變化，也就是說該陣列天線可以在任意信號(hào)來波方向形成主波束，在任意干擾方向形成零陷，具有全方位360度的掃描能力。擴(kuò)頻技術(shù)3)繞射衰落、吸收衰落增強(qiáng)發(fā)射功率;縮短站距;適當(dāng)?shù)馗淖兲炀€設(shè)計(jì)6頻率選擇性對(duì)通信系統(tǒng)的影響1)引起帶內(nèi)失真；2)使交叉極化鑒別率下降；3)使系統(tǒng)原有的衰落儲(chǔ)備值下降&31 為什么要調(diào)制？a) 數(shù)字基帶信號(hào)、低頻信號(hào)不適合信道傳輸；b) 利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)可以提供有效的方法來克服信道缺陷，如信道的加性噪聲、失真和衰落。c) 無線系統(tǒng)中，只有當(dāng)天線尺寸與波長(zhǎng)可比擬時(shí)才能有效地輻射功率；d) 調(diào)制到高頻，可以實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用；e) 改變信號(hào)占據(jù)的帶寬；&41 非線性對(duì)微波傳輸系統(tǒng)的影響1)信號(hào)靈敏度降低和堵塞2)輸出端產(chǎn)生輸入端不存在的頻率信號(hào)3)增益壓縮系統(tǒng)增益隨信號(hào)輸入電平變化而非線性增長(zhǎng)2 三種頻率源合成方式的優(yōu)缺點(diǎn)1） 直接頻率合成（DS）原理：利用混頻、倍頻、分頻的方法由參考源頻率經(jīng)加、減、乘、除運(yùn)算直接組合出所求的頻率優(yōu)點(diǎn)：頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間快，具有較高的頻率分辨力，相位噪聲低缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散大、體積大、頻率分辨率差2）間接頻率合成（IS）鎖相環(huán)（PLL）原理：能夠跟蹤輸入信號(hào)相位變化的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：鎖定時(shí)無頻差，良好的窄帶跟蹤特性，良好的調(diào)制跟蹤特性，門限性能好，易于集成化缺點(diǎn)：頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間慢3） 數(shù)字頻率合成（DDS）原理：利用數(shù)字方式累加相位，再以相位和作為地址查找正弦函數(shù)表，得到正弦波幅度的離散數(shù)字序列，最后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化得到模擬正弦波輸出優(yōu)點(diǎn):極高的頻率分辨率，輸出頻率帶寬寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，頻率捷變時(shí)的相位是連續(xù)的，可輸出任意波形，具有數(shù)字調(diào)制功能，缺點(diǎn)：雜散抑制差，工作頻率受限，DSS+PLL寬帶輸出，頻率分辨率高，快速轉(zhuǎn)換時(shí)間，快速鎖定時(shí)間，低相位噪聲，低雜散3接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方案：超外差式接收機(jī)：中頻遠(yuǎn)低于載頻信號(hào)，易實(shí)現(xiàn)信道選擇；避免系統(tǒng)高增益放大的自激現(xiàn)象；較低中頻上解調(diào)或A/D相對(duì)容易零中頻（直接下變頻）接收機(jī)：無鏡像頻率干擾；射頻接收部分簡(jiǎn)單；變頻后為基帶信號(hào)，無需專用中頻濾波器；易于集成設(shè)計(jì)；本振泄漏，容易從天線輻射出去形成鄰道干擾；LNA偶次諧波失真干擾，三階交調(diào)分量容易泄漏到基帶形成干擾；直流偏差（零中頻方案特有的一種干擾，是自混頻引起的直流）疊加在基帶信號(hào)上，使信噪比變差；有源器件噪聲鏡像抑制接收機(jī)：數(shù)字中頻基色接收機(jī)：接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)：噪聲系數(shù)、靈敏度、增益、動(dòng)態(tài)范圍、帶寬、選擇性、I/Q正交特性、相位噪聲、雜散/諧波抑制度、頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度名詞解釋&11傳輸容量數(shù)據(jù)傳輸率：每秒種傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特/秒(bit/second)，記作bps。信號(hào)傳輸速率：也稱碼元率、調(diào)制速率或波特率，表示單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，單位記做BAND 帶寬 :信道可以不失真地傳輸信號(hào)的頻率范圍。信道容量：信道在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲笮盘?hào)量，表示信道的傳輸能力。信道在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)。2頻帶利用率：所傳輸?shù)男畔⑺俾剩ɑ蚍?hào)速率）與系統(tǒng)帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ（或?yàn)锽and/Hz).3 誤碼率比特誤碼率=錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)/信道傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)碼元誤碼率=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/信道傳輸?shù)目偞a元數(shù)&21惠更斯-菲涅爾原理波在傳播過程中，波面上的每一點(diǎn)都是一個(gè)進(jìn)行二次輻射的球面波波源，而下一個(gè)波面就是前一個(gè)波面上無數(shù)個(gè)二次輻射波面的包絡(luò)面。2 菲涅爾區(qū)滿足下列關(guān)系式：TP +PR-TR=d+nl/2，n=1,2,3,的發(fā)射源和接收點(diǎn)連線TR之外的任一點(diǎn)P所構(gòu)成的軌跡就是費(fèi)涅爾區(qū)。T點(diǎn)是發(fā)射點(diǎn)，R點(diǎn)是接收點(diǎn)，有一動(dòng)點(diǎn)P，滿足TP+PR-TR=d+l/2,動(dòng)點(diǎn)P在空間的軌跡為一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面，這個(gè)橢球面的內(nèi)部空間稱為第一費(fèi)涅爾區(qū)。菲涅爾半徑：菲涅爾橢球面上任何一點(diǎn)到TR連線的垂直距離。物理意義：菲涅爾區(qū)半徑越小，即頻率高、波長(zhǎng)小，傳輸波束越銳，能量越集中，越接近光傳播。費(fèi)涅爾區(qū)估算能量傳播區(qū)域的一個(gè)重要概念，在工程設(shè)計(jì)中尤其關(guān)心第一費(fèi)涅爾區(qū)，因?yàn)樗莻鞑ツ芰孔罴械膮^(qū)域。一般要求在第一費(fèi)涅爾區(qū)范圍內(nèi)不能有阻擋。3 衰落余量：與自由空間傳播條件相比，當(dāng)熱噪聲增加時(shí)，為了在不超過門限誤碼的情況下系統(tǒng)仍能正常工 作所必須留有的余量。衰落余量越大，接收電平下降到門限電平以下的概率就越小。改善系統(tǒng)的性能，可增加衰落余量。增加衰落余量的方法：提高發(fā)射功率；增加天線增益；降低接收機(jī)的門限電平；縮短路徑長(zhǎng)度。&41dB分貝是一個(gè)一個(gè)以10為底的對(duì)數(shù)表示的比值單位，它常用在測(cè)量計(jì)算機(jī)中表示功率比值。dBm：分貝毫瓦，功率單位，功率P(mW)，10log10(P/1mW)dBW：分貝瓦，功率單位，功率P(W)，10log10(P/1W)dBc：Ccompare是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，dBc相對(duì)于載波dBi和dBd是功率增益的單位，兩者都是相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線；dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子。16dBd=18.15dBi21dB壓縮點(diǎn)：當(dāng)輸入信號(hào)的增加1dB，而放大器的實(shí)際輸出與線性輸出相比降低1dB的輸出功率。3. 交調(diào)分量當(dāng)兩個(gè)不同頻率的信號(hào)加入到一個(gè)非線性系統(tǒng)的輸入端時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)頻率的多次組合分量(mw1nw2)，產(chǎn)生交調(diào)現(xiàn)象。 三階交調(diào)分量當(dāng)m+n=3時(shí)，交調(diào)產(chǎn)物為三階交調(diào)產(chǎn)物4三階交調(diào)系數(shù):三階交調(diào)產(chǎn)物與基波功率比，IM3表示三階交調(diào)截獲點(diǎn)：基波信號(hào)輸出特性曲線的延長(zhǎng)線與三階交調(diào)特性曲線的延長(zhǎng)線的交匯點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出功率為輸出三階交調(diào)截獲點(diǎn)功率OIP3，所對(duì)應(yīng)的輸入功率為輸入三階交調(diào)截獲點(diǎn)功率IIP3。級(jí)聯(lián)非線性網(wǎng)絡(luò)：1/AIIP32=1/AIIP3,12+12/AIIP3,22+1212/AIIP3,32+1/IIP3=1/IIP31+G1/IIP32+G1G2/IIP33+5噪聲系數(shù)的定義：信號(hào)通過二端口網(wǎng)絡(luò)(放大器)后，由于器件本身產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞，使信噪比下降的倍數(shù)就是該器件的噪聲系數(shù)。NF=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)NF=Na+NinGa/NinGa=Na+kT0BnGa/kT0BnGaNF=(T0+Te)/T0=LT/T0 (Ga=1/L)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)：F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+(FN-1)/G1G2GN-16噪聲度量的定義：M=(F-1)/(1-1/G)7靈敏度的定義：在給定接收機(jī)解調(diào)器前所要求的輸出信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測(cè)的最低輸入信號(hào)電平。8動(dòng)態(tài)范圍的定義：通信系統(tǒng)高性能工作所承受的信號(hào)變化范圍下限是靈敏度，受噪聲基底的限制；上限由最大可接受信號(hào)失真決定。1）對(duì)功率放大器常用線性動(dòng)態(tài)范圍的概念：產(chǎn)生1dB壓縮點(diǎn)的信號(hào)電平與靈敏度（或噪聲基底之比）2）對(duì)LNA和混頻器常用無雜散動(dòng)態(tài)范圍的概念：輸入信號(hào)下限為靈敏度（或基底噪聲），上限為在輸出端引起的三階交調(diào)分量Po3折合到輸入端，恰好等于基底噪聲的信號(hào)輸入電平（Pin,max=Ft/GP）發(fā)射機(jī)帶寬：取決于信號(hào)能量所占帶寬，通常用3dB帶寬來表示，即功率下降3dB對(duì)應(yīng)的頻譜寬度。9頻率準(zhǔn)確度：實(shí)際頻率和標(biāo)稱值的差比標(biāo)稱值。=(fx-f0)/f010頻率穩(wěn)定度：在一定