軟件無線電.期末考試

1、1. 什么是軟件無線電？軟件無線電的特點(diǎn)是什么？定義：軟件無線電是多頻帶無線電，它具有寬帶的天線、射頻轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)和數(shù)/模變換，能支持多個(gè)空中接口和協(xié)議，在理想狀態(tài)下，所有方面（包括物理空中接口）都可以通過軟件定義。軟件無線提供了一種建立多模式、多頻段、多功能無線設(shè)備的有效并且相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的解決方案，可以通過軟件升級(jí)實(shí)現(xiàn)功能提高特點(diǎn)：多頻帶/多模式/多功能（M3）工作：多頻帶是指軟件無線電可以工作在很寬的頻帶范圍內(nèi)；多模式是指軟件無線電能夠使用多種類型的空中接口，其調(diào)制方式、編碼、幀結(jié)構(gòu)、壓縮算法、協(xié)議等可以選擇；多功能是指采用相同的無線電設(shè)備用于不同的應(yīng)用中。具有可重配、重編程能力：可重配置是

2、指系統(tǒng)的操作軟件（包括程序、參數(shù)以及處理環(huán)境的軟件方面）或硬件（處理環(huán)境的硬件方面）的改變。軟件無線電采用多個(gè)軟件模塊在相同的系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)不同的標(biāo)準(zhǔn)，只需要選擇不同的模塊運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配置。所需要的模塊可以通過空中接口或人工下載獲得并升級(jí)。功能的靈活性：軟件無線電的功能由軟件決定的，軟件模塊可以通過空中接口或人工下載的方式獲得，以增加或改變其無線電功能，因此其功能的使用和配置非常方便、靈活。結(jié)構(gòu)的開放性：軟件無線電的結(jié)構(gòu)分為硬件和軟件兩大部分。這兩大部分都具有模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，是一種開放式的體系結(jié)構(gòu)，使得研制、生產(chǎn)和使用各環(huán)節(jié)可以共享已有成果，共同推進(jìn)軟件無線電技術(shù)的發(fā)展。2. 無

3、線電技術(shù)經(jīng)歷了或正在經(jīng)歷哪幾個(gè)階段？各有什么特征？第0級(jí)：數(shù)字硬件無線電。系統(tǒng)不能做任何修改，系統(tǒng)操作由開關(guān)、撥號(hào)盤和按鈕等來完成。第1級(jí)：軟件控制無線電。系統(tǒng)通過軟件實(shí)現(xiàn)控制功能，但是在不改變硬件的條件下，軟件控制無線電設(shè)備是不能改變像頻帶或調(diào)制方式這樣的特征參量的。第2級(jí)：軟件定義無線電。系統(tǒng)使用軟件對(duì)調(diào)制、寬/窄帶、安全、波形產(chǎn)生和檢測(cè)等方面的具體應(yīng)用技術(shù)和參數(shù)進(jìn)行控制，不需要對(duì)硬件做任何修改，但通常收到頻帶的約束，依然存在模擬部分，比如還有射頻或中頻電路。盡管前端的帶寬是個(gè)限制因素，但由于SDR能夠提供寬帶和窄帶兩種操作中的多種調(diào)制技術(shù)，因?yàn)槔密浖梢钥刂葡喈?dāng)寬的頻帶范圍。SDR能夠

4、存儲(chǔ)大量的波形或空間接口，并可以通過軟件下載來添加新的內(nèi)容。第3級(jí)：（理想的）軟件無線電。系統(tǒng)完全可以編程，在接收端或發(fā)射端無需任何下變頻或上變頻轉(zhuǎn)換，將天線前段的輸入/輸出直接接入ADC/DAC，消除了大部分模擬部件，從而降低了失真和噪聲，但仍然受到一定的頻率約束。第4級(jí)：終極軟件無線電。這種軟件無線電沒有外置天線、運(yùn)行頻率或帶寬的限制，完全可編程，同時(shí)支持廣泛的頻率和功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)空中接口的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。3. 為什么軟件無線電一定要采用“硬件通用化”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？在軟件無線電中是如何體現(xiàn)“硬件通用化”這一設(shè)計(jì)思路的？體系結(jié)構(gòu)：為了讓軟件和硬件下的用戶獨(dú)立，是系統(tǒng)功能軟件化的前提。設(shè)備生產(chǎn)商

5、：滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，使生產(chǎn)專業(yè)化、批量化，提高生茶效率，降低生產(chǎn)成本。運(yùn)營商：降低維護(hù)成本，維護(hù)難度，建設(shè)成本。硬件開發(fā)商：繼承性，重用性更好。從而減少重復(fù)勞動(dòng)提高研發(fā)效率消費(fèi)者：減少重復(fù)投資4. 你是如何理解軟件無線電“功能軟件化”這一本質(zhì)特征的？為什么軟件無線電的功能可以采用軟件來實(shí)現(xiàn)？功能軟件化：軟件無線電的功能由軟件決定，軟件模塊可以通過空中接口或人工下載的方式獲得，從而增加或改變其無線電功能。軟件無線電提出的設(shè)想是構(gòu)造一種無線設(shè)備，來滿足多種無線通信需求，當(dāng)然這一實(shí)現(xiàn)的原則為硬件通用化。在數(shù)字無線電技術(shù)出現(xiàn)后，構(gòu)成通道的很多電路模塊數(shù)字化，而且引入數(shù)字信號(hào)處理，使得原來模擬無線電通信系統(tǒng)

6、的一些功能可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，具有一定的可重配能力。5. 理想軟件無線電和軟件定義無線電的主要區(qū)別是什么？Joseph Mitola提出的理想軟件無線電的重要意義是什么？區(qū)別：ISR是指信號(hào)數(shù)字化在天線或緊接著天線后進(jìn)行，并且采用寬帶ADC/DAC，通信所需要的所有處理均在高速運(yùn)行的數(shù)字信號(hào)處理器件中完成。SDR是指能夠配置和定義處理單元，信號(hào)的數(shù)字化不一定是緊接在天線后（一般在中頻以后）完成，即便是緊接著天線實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，其實(shí)現(xiàn)多頻帶信號(hào)數(shù)字化也是通過多個(gè)窄帶ADC/DAC實(shí)現(xiàn)的，而不是單片ADC/DAC。顯然ISR一定是SDR，但SDR不一定是ISR。意義：為技術(shù)和產(chǎn)品研究開發(fā)提供一個(gè)新概念和

7、通用無線通信平臺(tái)，大大降低開發(fā)成本和周期；為設(shè)備制造商降低投資風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益；為運(yùn)營商降低投資風(fēng)險(xiǎn)；為最終用戶提供一個(gè)通用的終端設(shè)備平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同制式，不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)設(shè)備之間的兼容、互聯(lián)、互通和資源共享。6. 設(shè)某無線發(fā)射臺(tái)發(fā)射的射頻信號(hào)功率為16dBm，頻率為2.4GHz，用于接收該射頻信號(hào)的無線電終端的接收靈敏度為75dBm。為了保證無線電終端能夠正確處理接收信號(hào)，要求接收信號(hào)功率接收靈敏度。（假設(shè)電磁波在空氣中的傳播可以當(dāng)成是自由空間傳播）a) 試求該無線電終端到發(fā)射臺(tái)之間的最大通信距離。自由空間傳播損耗：Lfs=32.44+20logd+20logf，d為距離km，f為工作頻率Mh

8、zPr=Pt-Lfs=Pt-32.44-20logd-20logf-75b) 如果該無線電終端與發(fā)射臺(tái)之間隔了一堵承重墻（一堵承重墻將對(duì)2.4GHz的射頻信號(hào)產(chǎn)生約26dB的衰減），試求此情況下的最大通信距離。Pr=Pt-32.44-20logd-20logf-26-757. 軟件無線電的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有哪些？其發(fā)展的技術(shù)瓶頸有哪些？開放式總線結(jié)構(gòu)：軟件無線電的硬件結(jié)構(gòu)具有開放性，其硬件必將采用總線結(jié)構(gòu)。用標(biāo)準(zhǔn)的高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)便于硬件模塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。軟件的模塊化設(shè)計(jì)：軟件無線電的軟件應(yīng)具有開放性，可以不斷更新或者升級(jí)，而軟件的加載可以通過空中接口或人工下載的方式來獲得，使用起來快捷方便

9、。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)API來進(jìn)行區(qū)分、模塊化，采用通用對(duì)象請(qǐng)求代理（CORBA）技術(shù)，以面向?qū)ο蠓椒榛A(chǔ)，為分布環(huán)境中各類網(wǎng)絡(luò)訪問、協(xié)同工作提供了一個(gè)一致的服務(wù)平臺(tái)。寬帶/多頻段天線、智能天線：射頻頻率與傳播條件的不同使各頻段對(duì)天線的要求存在巨大差異。智能天線（自適應(yīng)天線陣）的研究和發(fā)展高速寬帶ADC、DAC：ADC和DAC在軟件無線電系統(tǒng)所處的位置是非常關(guān)鍵的，它直接反映了軟件無線電臺(tái)的軟件化程度。對(duì)于理想軟件無線電而言，ADC的動(dòng)態(tài)范圍必須在100120dB或者1620位，最大輸入信號(hào)頻率要在1GHz和5GHz之間。數(shù)字下變頻技術(shù)：數(shù)字下變頻技術(shù)是軟件無線電的核心技術(shù)之一。其作用是提高或降低數(shù)

10、據(jù)流速率，并實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移。數(shù)字下變頻（DDC）是ADC后首先要完成的處理工作，包括數(shù)字下變頻，濾波和二次采樣，使系統(tǒng)數(shù)字處理運(yùn)算量最大的部分，也是最難完成的部分。靈活的射頻前端設(shè)計(jì)：由于射頻帶寬較寬，而且會(huì)處于多載波工作狀態(tài)，混合信號(hào)中信號(hào)的包絡(luò)幅度相差很大，因此對(duì)放大器的非線性特別敏感，需要解決互調(diào)分量的抑制問題。高速數(shù)字信號(hào)處理：由于現(xiàn)在設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)限制，數(shù)字信號(hào)處理器的性能是一個(gè)瓶頸；軟件無線電臺(tái)的覆蓋頻段為2MHz2000MHz，就目前水平而言，制造一種全頻段天線是不可能的。一般情況下，大多數(shù)系統(tǒng)能夠只要覆蓋不同頻段的幾個(gè)窗口，不必覆蓋全部頻段。8. 無線電系統(tǒng)各級(jí)濾波器的品質(zhì)因

11、數(shù)的計(jì)算方法。設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻正弦信號(hào)，其頻率為F=8KHz，調(diào)制方式為DSB，載波頻率fc=80KHz，設(shè)混頻器本振頻率為fL1=2MHz。調(diào)制和混頻均采用非線性器件實(shí)現(xiàn)。試求出各級(jí)濾波器的品質(zhì)因數(shù)（Q值）的最大值和最小值。解：a) 調(diào)制前信號(hào)的頻譜示意圖如下：調(diào)制方式為DSB，所以調(diào)制后的頻譜中沒有載波分量；又由于調(diào)制采用非線性器件，因此調(diào)制后的頻譜中除有用信號(hào)外，還會(huì)包含諧波分量。調(diào)制后的頻譜示意圖如下（其中紅粗線表示有用信號(hào)的譜線，黑細(xì)線表示諧波分量）：調(diào)制后，用濾波器將有用信號(hào)頻譜濾出來，諧波分量均被濾除，得頻譜示意圖如下：混頻后的頻譜示意圖如下：b) 調(diào)制濾波器的最小帶寬為Bmin

12、=84-76=8KHz帶寬為Bmax=88-72=16KHz（注：當(dāng)采用理想帶通濾波器時(shí)，可以得到最小帶寬；但實(shí)際濾波器做不到理想性能，為保證濾波效果，可以取最大帶寬，即最靠近紅線譜線的兩根諧波譜線的距離）。因此其品質(zhì)因數(shù)的最大值和最小值分別為：Qmx=fcBmin=80KHz8KHz=10Qmin=fcBmax=80KHz16KHz=5混頻濾波器的最小帶寬為Bmin=2084-1916=168KHz帶寬為Bmax=2156-1844=312KHz其品質(zhì)因數(shù)的最大值和最小值分別為：Qmx=fcBmin=2000KHz168KHz=11.9Qmin=fcBmax=2000KHz312KHz=6.

13、419. 帶通采樣定理及帶通采樣頻譜圖的畫法。什么是Nyquist區(qū)？設(shè)某帶通模擬信號(hào)的頻譜如下圖所示：設(shè)fL=6MHz，fH=9MHz。（假設(shè)不關(guān)心頻譜的高度）a) 如果采用Nyquist低通采樣技術(shù)對(duì)其進(jìn)行采樣，試畫出采樣后的頻譜示意圖。b) 如果采用Nyquist帶通采樣技術(shù)對(duì)其進(jìn)行采樣，試求其最小采樣頻率，并畫出采樣后的頻譜示意圖。c) 出現(xiàn)頻譜反轉(zhuǎn)后，可以采用什么方法解決？解：Nyquist區(qū)：原始頻譜如下：a) 低通采樣頻率為fs=2fH=18MHz，低通采樣后的頻譜如下：b) 該帶通信號(hào)帶寬為B= fH-fL=3MHz，且fL是B的整數(shù)倍，所以最小帶通采樣頻率為fs=2B=6MH

14、z，帶通采樣的頻譜如下：c) 出現(xiàn)頻譜反轉(zhuǎn)后，只要把采樣的數(shù)字序列進(jìn)行隔位取反，即可解決頻譜反轉(zhuǎn)問題10. 什么是抽取？什么是內(nèi)插？它們的作用是什么？抽取：減小信號(hào)采樣率以減少冗余的過程，即用很窄的脈沖按一定周期讀取模擬信號(hào)的瞬時(shí)值。內(nèi)插：增大信號(hào)采樣率以增大冗余的過程，即在函數(shù)值之間插入一些零點(diǎn)。作用：抽取提高了頻域分辨率，內(nèi)插提高了時(shí)域的分辨率；一般是，內(nèi)插濾波抽取，如果先進(jìn)行抽取會(huì)造成頻譜失真。11. 軟件無線電有哪三種結(jié)構(gòu)？它們各自采用什么樣的采樣體制？各有什么特點(diǎn)？基于射頻低通采樣結(jié)構(gòu)的軟件無線電：是一種理想的軟件無線電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的輸入、輸出都是在射頻上基于低通采樣定理進(jìn)行采樣，

15、因而具有最大的靈活性和全部的可編程性。基于射頻帶通采樣結(jié)構(gòu)的軟件無線電：射頻輸入是基于帶通采樣的，射頻輸出依然是基于低通采樣的，只能同時(shí)處理一定頻段的射頻信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)寬頻段射頻信號(hào)的覆蓋需要通過模擬點(diǎn)調(diào)諧帶通濾波器分時(shí)來完成，從而降低了系統(tǒng)的靈活性和可編程性，其并行處理通道數(shù)也相對(duì)較少，但是這種功能結(jié)構(gòu)所需的ADC的轉(zhuǎn)換速率較低，更容易獲得實(shí)際的器件；輸出數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)率也隨之減少因而也降低了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理速度的要求基于中頻帶通采樣結(jié)構(gòu)的軟件無線電：本結(jié)構(gòu)為寬帶中頻結(jié)構(gòu)；射頻前端復(fù)雜，足以將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適于A/D采樣的寬帶中頻或把D/A輸出的寬帶中頻轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，而且這些都是有軟件完

16、成12. 軟件無線電三種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合各有什么不同？哪種結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用最多？為什么？第一種結(jié)構(gòu)適用于較低的波段，如軟件無線電的短波通信系統(tǒng)第二種結(jié)構(gòu)適用于窄帶的數(shù)字無線電系統(tǒng)和射頻信號(hào)頻段范圍不太寬的軟件無線電系統(tǒng)第三種結(jié)構(gòu)適用于處理多個(gè)信道的信號(hào)，能覆蓋較寬的頻段范圍13. 根據(jù)各個(gè)功能模塊的連接方式不同，軟件無線電系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)可以分成哪幾種？每種結(jié)構(gòu)的功能框圖是什么樣的？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？§P15流水式結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：延時(shí)短、硬件簡單；實(shí)時(shí)性好、處理速率高缺點(diǎn)：耦合相當(dāng)緊密，獨(dú)立性不高；去除或調(diào)整某一模塊，會(huì)導(dǎo)致總體結(jié)構(gòu)的改變總線式結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：支持多處理器系統(tǒng)；帶寬高速；良好的機(jī)械

17、和電磁特性缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的控制機(jī)制，如采用分級(jí)總線或多總線方式交換式結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：效率高、帶寬高以及通用性好，并且具有較好的吞吐量和實(shí)時(shí)性能缺點(diǎn)：時(shí)延長、硬件復(fù)雜；不易實(shí)現(xiàn)和成本高PC+LAN結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，只需要安裝適配器和相關(guān)軟件即可在現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)上使用，該方案非常經(jīng)濟(jì)；該系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的，因此可以為最近出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和與移動(dòng)通信結(jié)合的趨勢(shì)提供有力的支持，使無線網(wǎng)絡(luò)更容易使容易與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合；這種結(jié)構(gòu)的效率高、帶寬高和通用性很好；該系統(tǒng)比DSPFPGA方案的軟件化程度高、更靈活、更接近理想無線電缺點(diǎn)：該技術(shù)還不夠成熟，所以實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和任務(wù)相比代價(jià)偏高，器件體積較大，不

18、便利于應(yīng)用到個(gè)人終端中去。14. 智能天線的優(yōu)點(diǎn)是什么？它是如何提高無線電系統(tǒng)的性能的？優(yōu)點(diǎn)：減小小區(qū)間干擾；降低多徑干擾；對(duì)每一個(gè)用戶增強(qiáng)信噪比；優(yōu)化鏈路預(yù)算；增加容量和小區(qū)半徑性能提升：提高整個(gè)系統(tǒng)的容量；提高頻譜利用率；提高接收機(jī)靈敏度，降低發(fā)射功率，節(jié)省軟件無線電系統(tǒng)的成本；提高信噪比，改善信道質(zhì)量；15. 軟件無線電系統(tǒng)中ADC的選擇原則是什么？采樣速率與采樣精度、量化信噪比、孔徑誤差和無雜散動(dòng)態(tài)范圍是ADC的主要性能指標(biāo)。對(duì)于理想的軟件無線電而言，ADC的動(dòng)態(tài)范圍為100120dB或者1620位，最大輸入信號(hào)頻率要在1GHz到5GHz之間，帶寬高，速度高16. 在一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)中

19、，需要實(shí)現(xiàn)哪些同步？這些同步的作用分別是什么？載波同步：實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件位同步：定時(shí)的基礎(chǔ)，正確抽樣判決的基礎(chǔ)幀同步：在位同步的基礎(chǔ)上識(shí)別出這些數(shù)字信息幀的“開頭”和“結(jié)尾”的時(shí)刻，使接收設(shè)備的幀定時(shí)與接收到的信號(hào)中的幀定時(shí)處于同步狀態(tài)17. 美軍的SPEAKeasy計(jì)劃提出了哪些軟件無線電方面的設(shè)計(jì)思想？§具有多頻段、多模式的電臺(tái)；可編程處理；軟件模塊化；開放的體系結(jié)構(gòu)18. 常用調(diào)制信號(hào)的正交解調(diào)方法。已調(diào)信號(hào)通用表達(dá)式：sn=Ancoscn+n正交分解為：XIn&=AncosnXQn&=Ansinn模擬調(diào)制的解調(diào)算法：AM解調(diào)：XIn&=Ancosn&XQn&=Ansinn&XI2n+XQ2n=AnAn=A0+mnDSB解調(diào)：XIn&=m(n)&XQn&=0&An=mnSSB解調(diào)：