软件无线电原理与应用思考题

《软件无线电原理与应用》思考题第1章概述1．软件无线电的关键思想答：A/D、D/A尽量靠近天线a)用软件来完成尽可能多的功能2．软件无线电与软件控制的数字无线电的区别答：软件无线电摆脱了硬件的束缚，在结构通用和稳定的情况下具有多功能，便于改进升级、互联和兼容。而软件控制的数字无线电对硬件是一种依赖关系。3．软件无线电的基本结构答：书上第5页第2章软件无线电理论基础1．采样频率(fs)、信号中心频率(fo)、处理带宽(B)及信号的最低频率(fL)、最高频率(fH)之间的关系，最低采样频率满足的条件答：带通采样解决信号为（fL~fH）上带限信号时，当fH远远大于信号带宽B时，若按奈奎斯特采样定理，其采样频率会很高，而采用带通信号则可以解决这一问题，其采样频率12n4f12n)ff(2f0HLs，n取能满足2BfS的最大正整数，B212nf0。2．频谱反折在什么情况下发生，盲采样频率的表达式答：带通采样的结果是把位于（nB，(n+1)B）不同频带上的信号都用位于（0,B）上相同的基带信号频谱来表示，在n为奇数时，其频率对应关系是相对中心频率反折的，即奇数带上的高频分量对应基带上的低频分量，且低频高频对应高频分量。盲区采样频率的表达式为：SSmf12n22mfm取0，1，2，3……的盲区，当取n=m+1时，SSmf)32m11(f3．画出抽取与内插的完整框图，所用滤波器带宽的选取，说明信号处理中为什么要采用抽取与内插，抽取与内插有什么好处答：抽取内插的框图见24页。其中抽取滤波器带宽D/，内插滤波器带宽I/。图像从软件无线电的要求来看，采样频率越高越好，但采样频率越高后续信号处理的压力就越大，为解决这一矛盾，采取了抽取、内插。抽取：降低了数据流速率，提高了频域分辨率。内插：提高了时域分辨率，且提高了输出信号的频率。4．多相滤波结构的优点，有代表的多相转换关系式的证明答：多相滤波器的优点：滤波是在降速率之后进行的，这就大大降低了对处理速度的要求，提高了实时处理能力。另外，每一分支路滤波器的系数)n(eK由原先的N个减少为N/D个，可以减少滤波运算的累积误差，提高计算精度。其证明过程：见28页5．滤波器多级实现的好处，每级低通滤波器设计注意的问题答：多级实现解决了当抽取倍数或内插倍数很大时，所需的低通滤波器阶数很大的问题。每一级滤波器在设计时应注意：a)每级滤波器的带宽不能小于信号带宽；b)过渡带是可变的，取决于每一级的抽取倍数，即过渡带的截止频率不能大于该级输出取样率的一半。6．画出带通信号的正交抽取结构，通过正交信息计算信号参数的方法答：结构图见33页。参数计算：34页。7．FIR滤波器的最简设计步骤，设计中根据什么参数设计，参数与阶数的关系答：最简单的方法是用一个已知的窗函数)k(去截取一个理想滤波器的冲激函数，得到一个实际可用的FIR滤波器冲激函数。参数：P、S、CF、AF，CAFFF如对凯撒窗1f)ff(36.1495.720lgNSCA（P=S=）8．半带滤波器为什么可节省计算量，满足什么条件可抗频谱混叠答：半带滤波器的冲激响应除了零点不为零外，在其余偶数点全为零，所以采用半带滤波器来实现采样率变换时只需一半的计算量。只要半带滤波器满足下图特性，抽取后在其通带0~2C仍无混叠。见42页图b9．CIC滤波器为什么能节省计算量，是否存在频谱混叠现象答：CIC抽取滤波器实现起来比较简单，只需加法器和延迟器，不需乘法运算，对提高实时性有重要意义。有47页图b可知虚线部分显然对实线部分形成了混叠。但如果抽取的信号带宽很窄且H(je)在12-D/2处的衰减值足够大时，在其信号带宽内，虚线对实线的混叠就可以忽略不计。10．带宽比例因子b的含义，在CIC滤波器设计中发挥的作用答：带宽比例因子D/fBbS从带内平坦度考虑，b不能选得太大，或者说信号带宽不易选得太宽，否则会引起高频失真。b值尽可能小，以便获得足够的阻带衰减，降低混频影响。11．画出正交变换的结构，说明作用，当本地信号不正交时，会出现什么现象答：结构图见50页，正交变换的作用是从解析信号中获得信号的三个特征参数：瞬时幅度、瞬时相位、瞬时频率。当本振信号不正交时，会产生虚假信号。12．分析正交变换多相结构的意义，画出结构图答：这种结构不仅不需要正交本振，而且后续的数字低通滤波器阶数也很低（只需要8阶），实现起来非常简单。其结构图见54页13．多相滤波正交变换的目的，适用的条件答：多相滤波正交变换的目的是在不需要正交本振且后续数字低通滤波器阶数也很低的好处下，轻松的实现正交变换。适用条件：第3章软件无线电数学模型1．软件无线电的三种结构形式，第1种结构为什么不现实，第2种结构为什么难实现，第3种结构主要解决什么问题，与传统超外差接收机的区别答：软件无线电三种结构：射频全宽开低通采样软件无线电结构射频直接带通采样软件无线电结构宽带中频带通采样软件无线电结构第一种结构要求A/D的采样速率非常高，尤其是当需要采用大动态、多位数就更困难。一般只适用于工作带宽不是非常宽的场合。第二种结构要求A/D有足够高的工作带宽或A/D中采样保持器及放大器的性能要高，对前置窄带电调滤波器也有较高的要求，另外需要多个采样频率，增加了系统的复杂度。第三种结构解决了前两种结构采样频率高，工作带宽不够宽的问题，设计简化，信号失真小，具有更好的波形适应性、信号带宽适应性及可扩展性。与传统超外差接收机的区别是中频带宽不一样。2．数字化正交分量的提取有哪两种方法，那种计算量小，为什么答：数字化正交分量的方法：数字混频法；基于多相滤波的正交变换法后一种计算量少，)n(I')n(Q'采样率只有A/D采样率的一半，且省去了两个正交本振，滤波器器的阶数也比第一种少（只有8阶）。3．多级滤波器设计的关键是什么，抽取因子分配的原则是什么答：多相滤波器设计的关键是如何分配每一级mD。分配原则是使总的运算量最小：}fN{minRminM1m1)-S(mmDmM*TDmM4．半带、CIC和FIR滤波器在信号处理中的位置顺序，为什么这样安排答：顺序：CIC—HBF—FIRCIC滤波器无需乘法运算，可以实现高速滤波，所以放在输入采样率最高的第一级，HBF只有普通FIR运算量的一半，所以一般用在中等输入采样率的第二级，经过CIC和HBF后，采样率已明显降低，所以用普通FIR滤波即可。5．多相滤波器正交化处理器的特点、优点和不足，该结构采样频率的精度要求与什么参数有关答：特点：of的选取是通过Sf的选取实现的通过多相滤波得到两路I，Q优点：采样速率减少到一半，省掉两个混频器，滤波器阶数也很低（只有8阶）。缺点：精度与采样频率有关，对采样振荡器要求较高。6．数字滤波器组与信道化的基本概念答：数字滤波器组是指具有一个共同输入，若干个输出端的一组滤波器。如果这一组滤波器的功能是把宽带信号s(n)均匀分成若干个子频带信号输出，那么就把这种滤波器叫做信道化滤波器。7．信道化接收机低通实现中复、实信号处理存在的区别答：复信号滤波器组的本振角频率D2)21Dk(K，滤波后信号带宽为D/2，进行D倍抽取。实信号滤波器组的本振角频率D2)412Dk(K，滤波后的信号为实信号，带宽为D/，故进行2D倍抽取。8．多相滤波器组信道化接收机在处理结构上的特点，从那两方面进行了运算量的减少答：9．数字调制有哪两种调制结构，为什么数字实现强调正交法答：数字调制有数字混频和正交分解两种调制结构。正交信号容易产生，且由正交信号容易得到调制信号的相位、幅度以及频率信息，所以调制的数字实现主要采用正交法。10．频谱搬移前后的内插有什么不同的作用，减少D/A压力的办法是什么答：基于内插的软件无线电发射机中I1是为了使I(n),Q(n)与后面)n(cos0,)n(sin0的采样速率相匹配。I2是为了实现数字上变频。为了减少D/A的压力，可将零内插移至D/A之后，通过模拟接零开关来实现。11．信道化发射机多相结构的优点答：内插移到滤波器后面，运算量减少了。a)滤波器采用多相结构，各个分支运算量减少了。b)DFT可采用FFT来实现快速运算12．信道化发射机实信号模型与复信号模型在形式上的不同点答：有三方面的不同：a)内插因子实信号为2I，复信号为Ib)移频因子，实信号为)41i(I2i，复信号为)21-Ii(I2ic)对实信号，I路合成信号y(n)要经取实部后再输出第4章软件无线电硬件实现1．软件无线电平台的组成答：模拟前端，宽带A/D/A，数字上下变频器，高速信号处理器2．软无前端的任务、电路组成及与窄带接收机的比较答：前端的主要任务就是把接收到的信号变换至适合D/A转换器处理的信号频率和电平范围之内，同时把宽带D/A转换器的输出信号变换至能被其它电台接收的频率和电平范围。软件无线电的前端由带通滤波器、放大器、混频器、本振、AGC控制电路组成。与窄带接收机相比，瞬时处理带宽更宽，动态范围更大，可扩展性更好。3．软无前端中滤波器的两个主要参数，放大器的特点、分类和增益带宽积与放大器级数的关系答：两个主要参数：插损IL和相对带宽B(%)10LBI放大器的特点：宽带、线性放大器的分类：前馈式、反馈式增益带宽积与级数的关系：B)G()(GN1NBN4．软无接收机性能的主要指标，这些指标主要由谁决定答：主要指标：灵敏度、动态范围、噪声系数、三阶互调这些指标主要取决于前端放大器和A/D转换器5．A/D转换器的工作过程，编码输出格式中哪一种最常用，对应关系是什么答：工作过程：采样—保持--量化—编码—输出编码中最常用的是2的补码，公式为：]a2a[VVn2i11niFS)211(VV1nFSmax6．A/D转换器的SNR与其位数、信号带宽和采样频率的关系答：76dB.102n.6SNRSNR=6.02n+1.76dB+10lg[fs/2B]7．无杂散动态范围（SFDR）与SNR的关系答：SFDR是指在第一Nyquist区内测得信号幅度的有效值与最大杂散分量有效值之比的分贝数，反映的是在A/D输入端存在大信号时，能检测出有用小信号的能力。SFDR只考虑了由于A/D非线性引起的噪声，仅仅是信号功率和最大杂散功率之比。SNR是信号功率和各种误差功率之比，误差包括量化噪声、随机噪声及整个Nyquist频段内的非线性失真。故SNR比SFDR小8．非线性误差的分类，对这两种误差的理解答：非线性误差分为差分非线性误差和积分非线性误差。差分非线性误差（DNL）是指，对于一个固定的编码，理论上的量化电平与实际中最大电平之差。主要由于A/D本身的电路结构和制造工艺等原因引起在量程中某些点的量化电压和标准量化电压不一致造成的。积分非线性误差（INL）是指，ADC实际转换特性与理想转换特性直线之间的最大偏差，是由于A/D模拟前端、采样保持器及ADC的传递函数的非线性所造成的。9．A/D转换器的分类，各适应什么等级的工作速率答：逐次比较式。适用于中等转换速率和中等分辨率a)并行式。适用于采样速率高，分辨率不太高b)子区式。采样率小于并行式，但大于逐次比较式。分辨率相同时，电路复杂性和功耗远小于并行式10．数字下变频器的重要性和优点，影响数字下变频器性能的两个主要因素答：DDC的作用时将接收到的信号下变频到适合处理的频率上。优点：模拟下变频中的频率稳定度、边带、相位噪声、温度漂移、转换速率等问题不存在于DDC。另外，频率步进、频率间隔也具有理想的性能，其控制和修改较容易。影响性能的两个因素：a)表示本振、输入信号以及混频乘法运算的样本数值得有限字长所引起的误差。b)数字本振相位的分辨率不够而引起数字本振样本数值的近似取值。11．数控振荡器（NCO）的组成，影响正交性的因素答：NCO组成：相位累加器、相位加法器及正弦表只读存储器影响NCO正交性的就是表示相位正弦值的数据精度。12．频率控制字、频率分辨率和相位分辨率的计算答：频率控制字：n2ffFbnSLo