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． 数字微波通信特点？
传输容量大, 效费比高, 抗干扰能力强, 可采取再生中继实现高质量远距离传输, 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。
通信频段频带宽, 受外界干扰影响小, 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微波信号传输
1．自由空间条件？
均匀无损耗无限大空间; 各向同性; 充满理想介质, 电导率为0, er=1、 mr=1。满足上述条件空间不存在电磁波反射、 折射、 散射、 色散。
2．自由空间传输损耗定义？
电波在自由空间中传输时, 其能量会向空间扩散, 所以单位面积上接收到电波能量会降低, 距离越远, 单位面积上接收到能量也越少。这种因为扩散而引发电波损耗称为自由空间传输损耗。

3．自由空间传输损耗公式推导？
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球面上单位面积接收功率为

则定义自由空间损耗为

两边取对数

4．衰落产生机理与分类
从发生衰落物理原因看, 有闪烁衰落、 K型衰落及波导型衰落三种。
闪烁衰落: 因为对流层散射到收信点多径电场强度叠加在一起, 形成了闪烁衰落。连续时间短, 电平改变小, 通常不至于造成通信中止。
K型衰落: 由多径传输引发干涉型衰落, 因为直射波和反射波抵达收信端相位不一样相互干涉造成电波衰落。在对流层中行程差是随K值改变, 故称K型衰落, 又称多径衰落。除地面效应外, 大气中突变层也会产生发射和散射, 形成多径衰落。
波导型衰落: 因为多种气象条件影响, 如早晨地面被太阳晒热, 夜间地面冷却, 以及海面和高气压地域会形成大气层中不均匀结构。当电磁波经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。收信点电场强度是直射波、 地面反射波及大气波导层反射波矢量合成, 从而形成严重干涉型衰落。
平衰落产生原因
1)信号频带内各频率分量基础相等2)由气象条件慢改变引发, 如雨雾衰减, 大气中不均匀气体散射等。3)多经传输现象也会引入平衰落4)浅度波导型衰落。
频率选择性衰落(快衰落)产生原因
1)信号频带内各频率分量起伏较大, 甚至猛烈;2)直射波和强反射波干涉所致;3)波导型衰落深度较大时, 也会产生这类衰落。
5．多种抗衰落技术
1)平衰落
AGC电路;波道倒换
2)频率选择性衰落
分集技术
利用自然界无线传输环境中独立多径信号来实现, 因为它们同时出现深衰落可能性很小, 故能够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
基带系统中插入一个可调（或不可调）滤波器就能够赔偿整个系统幅频和相频特征, 从而减小码间串扰影响。这个对系统校正过程称为均衡, 实现均衡滤波器称为均衡器。
频域均衡是从频率响应考虑, 使包含均衡器在内整个系统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, 使包含均衡器在内整个系统冲激响应满足无码间串扰条件。
智能天线技术
含有测向和波束形成能力天线阵列。
OFDM技术
将高速串行数据流分解为多个并行低速数据流, 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符号连续时间增加, 当连续时间大于信道时延扩展时, 传输信号对信道时间色散不在敏感, 可消除符号间干扰(ISI)。从频域来看, 各子载波传输带宽远小于信道相干带宽, 各子载波只受到平坦衰落, 避免了频率选择性衰落带来失真
MIMO技术
M个发射天线和N个接收天线, 不考虑复用情况有有M´N个独立通道。显然多个路径同时衰落概率极低, MIMO天线能取得MN级空间分集效果, 接收信号误码率性能会有显著提升
圆柱面自适应阵列天线
因为整个360度圆周上任意段等长圆弧组成阵列都处于相同条件下, 所以, 能够在任意方向形成相同波束, 天线单元之间互耦、 天线增益和波束宽度等也不会随天线波束扫描角改变而改变, 也就是说该阵列天线能够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, 含有全方位360度扫描能力。
扩频技术

3)绕射衰落、 吸收衰落
增强发射功率;缩短站距;合适地改变天线设计
6．频率选择性对通信系统影响
1)引发带内失真; 2)使交叉极化判别率下降; 3)使系统原有衰落贮备值下降

&3
1． 为何要调制？
a) 数字基带信号、 低频信号不适合信道传输;
b) 利用调制解调技术能够提供有效方法来克服信道缺点, 如信道加性噪声、 失真和衰落。
c) 无线系统中, 只有当日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, 能够实现频率复用;
e) 改变信号占据带宽;
&4
1． 非线性对微波传输系统影响
1)信号灵敏度降低和堵塞
2)输出端产生输入端不存在频率信号
3)增益压缩—系统增益随信号输入电平改变而非线性增加
2． 三种频率源合成方法优缺点
1） 直接频率合成（DS）
原理: 利用混频、 倍频、 分频方法由参考源频率经加、 减、 乘、 除运算直接组合出所求频率
优点: 频率转换时间快, 含有较高频率分辨力, 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改变闭环自动控制系统
优点: 锁定时无频差, 良好窄带跟踪特征, 良好调制跟踪特征, 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: 利用数字方法累加相位, 再以相位和作为地址查找正弦函数表, 得到正弦波幅度离散数字序列, 最终经过D/A转化得到模拟正弦波输出
优点:极高频率分辨率, 输出频率带宽宽, 频率转换时间极短, 频率捷变时相位是连续, 可输出任意波形, 含有数字调制功效,
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自激现象; 较低中频上解调或A/D相对轻易
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, 轻易从天线辐射出去形成邻道干扰; LNA偶次谐波失真干扰, 三阶交调分量轻易泄漏到基带形成干扰; 直流偏差（零中频方案特有一个干扰, 是自混频引发直流）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正交特征、 相位噪声、 杂散/谐波抑制度、 频率正确度、 频率稳定度

名词解释

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1．传输容量
数据传输率: 每秒种传输组成数据代码二进制比特数, 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, 表示单位时间内经过信道传输码元个数, 单位记做BAND
带宽 :信道能够不失真地传输信号频率范围。
信道容量: 信道在单位时间内能够传输最大信号量, 表示信道传输能力。信道在单位时间内能够传输最大比特数。

2．频带利用率: 所传输信息速率（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=错误接收比特数/信道传输总比特数
码元误码率=错误接收码元数/信道传输总码元数
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1．惠更斯-菲涅尔原理
波在传输过程中, 波面上每一点都是一个进行二次辐射球面波波源, 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,……发射源和接收点连线TR之外任一点P所组成轨迹就是费涅尔区。
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在空间轨迹为一个旋转椭球面, 这个椭球面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, 越靠近光传输。
费涅尔区估算能量传输区域一个关键概念, 在工程设计中尤其关心第一费涅尔区, 因为它是传输能量最集中区域。通常要求在第一费涅尔区范围内不能有阻挡。
3． 衰落余量: 与自由空间传输条件相比, 当热噪声增加时, 为了在不超出门限误码情况下系统仍能正常工 作所必需留有余量。
衰落余量越大, 接收电平下降到门限电平以下概率就越小。改善系统性能, 可增加衰落余量。
增加衰落余量方法: 提升发射功率; 增加天线增益; 降低接收机门限电平; 缩短路径长度。
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1．dB分贝是一个一个以10为底对数表示比值单位, 它常见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: C—compare是一个表示功率相对值单位, dBc相对于载波
dBi和dBd是功率增益单位, 二者都是相对值, 但参考基准不一样。
dBi参考基准为全方向性天线; dBd参考基准为偶极子。16dBd=18.15dBi
2．1dB压缩点:
当输入信号增加1dB, 而放大器实际输出与线性输出相比降低1dB输出功率。
3. 交调分量
当两个不一样频率信号加入到一个非线性系统输入端时, 则会产生两个频率数次组合分量(mw1±nw2), 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: 基波信号输出特征曲线延长线与三阶交调特征曲线延长线交汇点
所对应输出功率为输出三阶交调截获点功率OIP3, 所对应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+α12/AIIP3,22+α12β12/AIIP3,32+…
1/IIP3=1/IIP31+G1/IIP32+G1G2/IIP33+…
5．噪声系数定义: 信号经过二端口网络(放大器)后, 因为器件本身产生噪声, 使信噪比变坏, 使信噪比下降倍数就是该器件噪声系数。
NF=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)　
NF=Na+NinGa/NinGa=Na+kT0BnGa/kT0BnGa
NF=(T0+Te)/T0=LT/T0 (Ga=1/L)
级联络统: F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+…+(FN-1)/G1G2…GN-1
6．噪声度量定义: M=(F-1)/(1-1/G)
7．灵敏度定义: 在给定接收机解调器前所要求输出信噪比条件下, 接收机所能检测最低输入信号电平。
8．动态范围定义: 通信系统高性能工作所承受信号改变范围　下限是灵敏度, 受噪声基底限制; 上限由最大可接收信号失真决定。
1）对功率放大器常见线性动态范围概念: 产生1dB压缩点信号电平与灵敏度（或噪声基底之比）
2）对LNA和混频器常见无杂散动态范围概念: 输入信号下限为灵敏度（或基底噪声）, 上限为在输出端引发三阶交调分量Po3折合到输入端, 恰好等于基底噪声信号输入电平（Pin,max=Ft/GP）
发射机带宽: 取决于信号能量所占带宽, 通常见3dB带宽来表示, 即功率下降3dB对应频谱宽度。

9．频率正确度: 实际频率和标称值差比标称值。α=(fx-f0)/f0
10频率稳定度: 在一定时间范围内频率正确度改变 |fx-f0|max/f0
11．频谱纯度
12．杂散:非信号分量、 非谐波分量; 杂散分量包含电源低频干扰对载波调制, 谐波、 信号互调、 交调分量。
杂散抑制度:杂散功率和信号功率比, 单位dBc。

13．谐波:杂散功率和信号功率比, 单位dBc。
谐波抑制度:谐波功率和基波功率比, 单位dBc
14．相位噪声
是指多种噪声所引发瞬时频率或相位起伏, 决定了频率短期稳定度。频率反应为噪声边带, 时域反应为相位抖动。频域上, 1Hz带宽内噪声功率与载波功率比值, 单位为dBc/Hz。