软件无线电.期末考试.docx

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1、. .1. 什么是软件无线电？软件无线电的特点是什么？定义：软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、模/数转和数/模变换，能支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面包括物理空中接口都可以通过软件定义。软件无线提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效并且相当经济的解决方案，可以通过软件升级实现功能提高特点：多频带/多模式/多功能M3工作：多频带是指软件无线电可以工作在很宽的频带范围内；多模式是指软件无线电能够使用多种类型的空中接口，其调制方式、编码、帧构造、压缩算法、协议等可以选择；多功能是指采用一样的无线电设备用于不同的应用中。具有可重配、重编程能力：可重配置是指

2、系统的操作软件包括程序、参数以及处理环境的软件方面或硬件处理环境的硬件方面的改变。软件无线电采用多个软件模块在一样的系统上可实现不同的标准，只需要选择不同的模块运行就可实现系统的动态配置。所需要的模块可以通过空中接口或人工下载获得并升级。功能的灵活性：软件无线电的功能由软件决定的，软件模块可以通过空中接口或人工下载的方式获得，以增加或改变其无线电功能，因此其功能的使用和配置非常方便、灵活。构造的开放性：软件无线电的构造分为硬件和软件两大局部。这两大局部都具有模块化和标准化的特点，是一种开放式的体系构造，使得研制、生产和使用各环节可以共享已有成果，共同推进软件无线电技术的开展。2. 无线电技术经

3、历了或正在经历哪几个阶段？各有什么特征？第0级：数字硬件无线电。系统不能做任何修改，系统操作由开关、拨号盘和按钮等来完成。第1级：软件控制无线电。系统通过软件实现控制功能，但是在不改变硬件的条件下，软件控制无线电设备是不能改变像频带或调制方式这样的特征参量的。第2级：软件定义无线电。系统使用软件对调制、宽/窄带、平安、波形产生和检测等方面的具体应用技术和参数进展控制，不需要对硬件做任何修改，但通常收到频带的约束，依然存在模拟局部，比方还有射频或中频电路。尽管前端的带宽是个限制因素，但由于SDR能够提供宽带和窄带两种操作中的多种调制技术，因为利用软件可以控制相当宽的频带范围。SDR能够存储大量的

4、波形或空间接口，并可以通过软件下载来添加新的内容。第3级：理想的软件无线电。系统完全可以编程，在接收端或发射端无需任何下变频或上变频转换，将天线前段的输入/输出直接接入ADC/DAC，消除了大局部模拟部件，从而降低了失真和噪声，但仍然受到一定的频率约束。第4级：终极软件无线电。这种软件无线电没有外置天线、运行频率或带宽的限制，完全可编程，同时支持广泛的频率和功能，能够快速实现空中接口的检测和转换。3. 为什么软件无线电一定要采用“硬件通用化的设计准那么？在软件无线电中是如何表达“硬件通用化这一设计思路的？体系构造：为了让软件和硬件下的用户独立，是系统功能软件化的前提。设备生产商：满足设计指标，

5、使生产专业化、批量化，提高生茶效率，降低生产本钱。运营商：降低维护本钱，维护难度，建立本钱。硬件开发商：继承性，重用性更好。从而减少重复劳动提高研发效率消费者：减少重复投资4. 你是如何理解软件无线电“功能软件化这一本质特征的？为什么软件无线电的功能可以采用软件来实现？功能软件化：软件无线电的功能由软件决定，软件模块可以通过空中接口或人工下载的方式获得，从而增加或改变其无线电功能。软件无线电提出的设想是构造一种无线设备，来满足多种无线通信需求，当然这一实现的原那么为硬件通用化。在数字无线电技术出现后，构成通道的很多电路模块数字化，而且引入数字信号处理，使得原来模拟无线电通信系统的一些功能可以通

6、过软件实现，具有一定的可重配能力。5. 理想软件无线电和软件定义无线电的主要区别是什么？Joseph Mitola提出的理想软件无线电的重要意义是什么？区别：ISR是指信号数字化在天线或紧接着天线后进展，并且采用宽带ADC/DAC，通信所需要的所有处理均在高速运行的数字信号处理器件中完成。SDR是指能够配置和定义处理单元，信号的数字化不一定是紧接在天线后一般在中频以后完成，即便是紧接着天线实现数字化，其实现多频带信号数字化也是通过多个窄带ADC/DAC实现的，而不是单片ADC/DAC。显然ISR一定是SDR，但SDR不一定是ISR。意义：为技术和产品研究开发提供一个新概念和通用无线通信平台，大

7、大降低开发本钱和周期；为设备制造商降低投资风险，提高经济效益；为运营商降低投资风险；为最终用户提供一个通用的终端设备平台，实现不同制式，不同标准的移动设备之间的兼容、互联、互通和资源共享。6. 设某无线发射台发射的射频信号功率为16dBm，频率为2.4GHz，用于接收该射频信号的无线电终端的接收灵敏度为75dBm。为了保证无线电终端能够正确处理接收信号，要求接收信号功率接收灵敏度。假设电磁波在空气中的传播可以当成是自由空间传播a) 试求该无线电终端到发射台之间的最大通信距离。自由空间传播损耗：Lfs=32.44+20logd+20logf，d为距离km，f为工作频率MzPr=PtLfs=Pt3

8、2.4420logd20logf75b) 如果该无线电终端与发射台之间隔了一堵承重墙一堵承重墙将对2.4GHz的射频信号产生约26dB的衰减，试求此情况下的最大通信距离。Pr=Pt32.4420logd20logf26757. 软件无线电的实现技术有哪些？其开展的技术瓶颈有哪些？开放式总线构造：软件无线电的硬件构造具有开放性，其硬件必将采用总线构造。用标准的高性能的开放式总线构造便于硬件模块的不断升级和扩展。软件的模块化设计：软件无线电的软件应具有开放性，可以不断更新或者升级，而软件的加载可以通过空中接口或人工下载的方式来获得，使用起来快捷方便。同时，应根据API来进展区分、模块化，采用通用对

9、象请求代理CORBA技术，以面向对象方法为根底，为分布环境中各类网络访问、协同工作提供了一个一致的效劳平台。宽带/多频段天线、智能天线：射频频率与传播条件的不同使各频段对天线的要求存在巨大差异。智能天线自适应天线阵的研究和开展高速宽带ADC、DAC：ADC和DAC在软件无线电系统所处的位置是非常关键的，它直接反映了软件无线电台的软件化程度。对于理想软件无线电而言，ADC的动态范围必须在100120dB或者1620位，最大输入信号频率要在1GHz和5GHz之间。数字下变频技术：数字下变频技术是软件无线电的核心技术之一。其作用是提高或降低数据流速率，并实现频谱的搬移。数字下变频DDC是ADC后首先

10、要完成的处理工作，包括数字下变频，滤波和二次采样，使系统数字处理运算量最大的局部，也是最难完成的局部。灵活的射频前端设计：由于射频带宽较宽，而且会处于多载波工作状态，混合信号XX号的包络幅度相差很大，因此对放大器的非线性特别敏感，需要解决互调分量的抑制问题。高速数字信号处理：由于现在设计与制造的技术限制，数字信号处理器的性能是一个瓶颈；软件无线电台的覆盖频段为2MHz2000MHz，就目前水平而言，制造一种全频段天线是不可能的。一般情况下，大多数系统能够只要覆盖不同频段的几个窗口，不必覆盖全部频段。8. 无线电系统各级滤波器的品质因数的计算方法。设调制信号为单频正弦信号，其频率为F=8KHz，

11、调制方式为DSB，载波频率fc=80KHz，设混频器本振频率为fL1=2MHz。调制和混频均采用非线性器件实现。试求出各级滤波器的品质因数Q值的最大值和最小值。解：a) 调制前信号的频谱示意图如下：调制方式为DSB，所以调制后的频谱中没有载波分量；又由于调制采用非线性器件，因此调制后的频谱中除有用信号外，还会包含谐波分量。调制后的频谱示意图如下其中红粗线表示有用信号的谱线，黑细线表示谐波分量：调制后，用滤波器将有用信号频谱滤出来，谐波分量均被滤除，得频谱示意图如下：混频后的频谱示意图如下：b) 调制滤波器的最小带宽为Bmin=8476=8KHz带宽为Bmax=8872=16KHz注：当采用理想

12、带通滤波器时，可以得到最小带宽；但实际滤波器做不到理想性能，为保证滤波效果，可以取最大带宽，即最靠近红线谱线的两根谐波谱线的距离。因此其品质因数的最大值和最小值分别为：Qmx=fcBmin=80KHz8KHz=10Qmin=fcBmax=80KHz16KHz=5混频滤波器的最小带宽为Bmin=20841916=168KHz带宽为Bmax=21561844=312KHz其品质因数的最大值和最小值分别为：Qmx=fcBmin=2000KHz168KHz=11.9Qmin=fcBmax=2000KHz312KHz=6.419. 带通采样定理及带通采样频谱图的画法。什么是Nyquist区？设某带通模拟

13、信号的频谱如下列图所示：设fL=6MHz，fH=9MHz。假设不关心频谱的高度a) 如果采用Nyquist低通采样技术对其进展采样，试画出采样后的频谱示意图。b) 如果采用Nyquist带通采样技术对其进展采样，试求其最小采样频率，并画出采样后的频谱示意图。c) 出现频谱反转后，可以采用什么方法解决？解：Nyquist区：原始频谱如下：a) 低通采样频率为fs=2fH=18MHz，低通采样后的频谱如下：b) 该带通信号带宽为B= fHfL=3MHz，且fL是B的整数倍，所以最小带通采样频率为fs=2B=6MHz，带通采样的频谱如下：c) 出现频谱反转后，只要把采样的数字序列进展隔位取反，即可解

14、决频谱反转问题10. 什么是抽取？什么是内插？它们的作用是什么？抽取：减小信号采样率以减少冗余的过程，即用很窄的脉冲按一定周期读取模拟信号的瞬时值。内插：增大信号采样率以增大冗余的过程，即在函数值之间插入一些零点。作用：抽取提高了频域分辨率，内插提高了时域的分辨率；一般是，内插滤波抽取，如果先进展抽取会造成频谱失真。11. 软件无线电有哪三种构造？它们各自采用什么样的采样体制？各有什么特点？基于射频低通采样构造的软件无线电：是一种理想的软件无线电系统，这种系统的输入、输出都是在射频上基于低通采样定理进展采样，因而具有最大的灵活性和全部的可编程性。基于射频带通采样构造的软件无线电：射频输入是基于

15、带通采样的，射频输出依然是基于低通采样的，只能同时处理一定频段的射频信号，系统对宽频段射频信号的覆盖需要通过模拟点调谐带通滤波器分时来完成，从而降低了系统的灵活性和可编程性，其并行处理通道数也相对较少，但是这种功能构造所需的ADC的转换速率较低，更容易获得实际的器件；输出数字信号的数据率也随之减少因而也降低了对实时数字信号处理速度的要求基于中频带通采样构造的软件无线电：本构造为宽带中频构造；射频前端复杂，足以将射频信号转换为适宜于A/D采样的宽带中频或把D/A输出的宽带中频转换为射频信号，而且这些都是有软件完成12. 软件无线电三种构造的应用场合各有什么不同？哪种构造目前应用最多？为什么？第一

16、种构造适用于较低的波段，如软件无线电的短波通信系统第二种构造适用于窄带的数字无线电系统和射频信号频段范围不太宽的软件无线电系统第三种构造适用于处理多个信道的信号，能覆盖较宽的频段范围13. 根据各个功能模块的连接方式不同，软件无线电系统的硬件体系构造可以分成哪几种？每种构造的功能框图是什么样的？各有什么优缺点？P15流水式构造：优点：延时短、硬件简单；实时性好、处理速率高缺点：耦合相当严密，独立性不高；去除或调整某一模块，会导致总体构造的改变总线式构造：优点：支持多处理器系统；带宽高速；良好的机械和电磁特性缺点：需要复杂的控制机制，如采用分级总线或多总线方式交换式构造：优点：效率高、带宽高以及

17、通用性好，并且具有较好的吞吐量和实时性能缺点：时延长、硬件复杂；不易实现和本钱高PC+LAN构造：优点：计算机技术和网络技术成熟，只需要安装适配器和相关软件即可在现存的计算机上使用，该方案非常经济；该系统是基于网络的，因此可以为最近出现的互联网络和与移动通信结合的趋势提供有力的支持，使无线网络更容易使容易与计算机网络融合；这种构造的效率高、带宽高和通用性很好；该系统比DSPFPGA方案的软件化程度高、更灵活、更接近理想无线电缺点：该技术还不够成熟，所以实现的系统和任务相比代价偏高，器件体积较大，不便利于应用到个人终端中去。14. 智能天线的优点是什么？它是如何提高无线电系统的性能的？优点：减小

18、小区间干扰；降低多径干扰；对每一个用户增强信噪比；优化链路预算；增加容量和小区半径性能提升：提高整个系统的容量；提高频谱利用率；提高接收机灵敏度，降低发射功率，节省软件无线电系统的本钱；提高信噪比，改善信道质量；15. 软件无线电系统中ADC的选择原那么是什么？采样速率与采样精度、量化信噪比、孔径误差和无杂散动态范围是ADC的主要性能指标。对于理想的软件无线电而言，ADC的动态范围为100120dB或者1620位，最大输入信号频率要在1GHz到5GHz之间，带宽高，速度高16. 在一个数字通信系统中，需要实现哪些同步？这些同步的作用分别是什么？载波同步：实现相干解调的先决条件位同步：定时的根底

19、，正确抽样判决的根底帧同步：在位同步的根底上识别出这些数字信息帧的“开头和“结尾的时刻，使接收设备的帧定时与接收到的信号中的帧定时处于同步状态17. 美军的SPEAKeasy方案提出了哪些软件无线电方面的设计思想？具有多频段、多模式的电台；可编程处理；软件模块化；开放的体系构造18. 常用调制信号的正交解调方法。已调信号通用表达式：sn=Ancos+n正交分解为：XIn&=AncosnXQn&=Ansinn模拟调制的解调算法：AM解调：XIn&=Ancosn&XQn&=Ansinn&XI2n+XQ2n=AnAn=A0+mnDSB解调：XIn&=m(n)&XQn&=0&An=mnSSB解调：XI

20、n&=m(n)XQn&=m(n)XIn为调制信号FM解调：XIn&=A0coskmn+0XQn&=A0sinkmn+0n=arctanXQnXIn=kmn+0fn=nn1=kmn数字调制信号解调算法：ASK解调：XIn&=m=amgnmcos0XQn&=m=amgnmsin0An=XI2n+XQ2n=m=amgnm对An进展抽样判决即可得到调制码元anFSK解调：XIn&=m=A0gnmcosamnXQn&=m=A0gnmsinamnfn=arctanXQnXInarctanXQn1XIn1=m=gnmam对fn抽样门限判决，可得到基带信号anMSK解调：XIn&=m=A0gnmcos2Tamn+XmXQn&=m=A0gnmsin2Tamn+Xmfn=arctanXQnXInarctanXQn1XIn1=m=2Tamn+Xm对fn抽样门限判决，可得到基带信号anPSK解调：XIn&=m=A0gnmcosmXQn&=m=A0gnmsinmn=arctanXQnXInarctanXQn1XIn1=m=gnmm对n抽样门限判决，可得到基带信号anQAM解调：XIn&=m=amgnmXQn&=m=bmgnm对XIn和XQn进展抽样判决，即可恢复并行数据并串转换，得到调制信号. v .