软件无线电原理与应用思考题

图像

《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fs?的最大正整数，f0?

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：

4f02(fL?fH)?，n取能满足fS?2B2n?12n?12n?1B。 2fSm?

2m?21fS m取0，1，2，3……的盲区，当取n=m+1时，fSm?(1?)fS

2n?12m?33． 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。

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eK(n)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、FC、FA，?F?FA?FC 如对凯撒窗 N?

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。

?20lg??7.95?fS?1 （?P=?S=?）

14.36(fA?fC)只要半带滤波器满足下图特性，抽取后在其通带0~2?C仍无混叠。见42页图b

9． 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(ej?)在

???2?2?/D-?1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b?B fS/D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，I'(n) Q'(n)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Dm。分配原则是使总的运算量最小：

M DmminR?mi{n?NmfS(m-1)}

*TM Dmm?1M

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—FIR

CIC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：fo的选取是通过fS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。