1、电子信息学院 电磁场与无线技术2015-2016 学年微波通信系统与设计班级 姓名 学号 指导老师 电子信息学院 电磁场与无线技术目录第一次作业 .1题目 1.1a）微波通信特点及系统举例 .1b）蜂窝移动通信 .1题目 2 香农公式 .2题目 3 多种调制体制误码率性能比较（使用 matlab） .2第二次作业 .6题目 5 FFT 函数绘制方波时域波形与频谱并分析 .6题目 6 PSK 调制 matlab 分析 .7第三次作业 .9题目 7 推导数字通信中，归一化信噪比（Eb/n0）与信噪比（C/N）的关系。 .9题目 8.9a）调制方式性能优良的标准 .9b）PSK、MSK、QPSK 分
2、析比较 .9题目 9 接收机参数计算 .10题目 10 多径效应对通信系统的影响分析 .11第四次作业 .13题目 11、功率密度 .13题目 12、自由空间损耗 .13题目 13、接收机灵敏度 .15题目 14、归一化信噪比 .16题目 15、中频镜像现象及其抑制 .16题目 16、三阶交调 .17题目 17、技术文献查阅 .17作业要求 .24附录 .25参考文献 .29电子信息学院 电磁场与无线技术12015-2016 年本科微波通信课程平时作业题第一次作业题目 1a）微波通信特点及系统举例简要回答微波通信有何特点，请指出微波通信系统的工作频率，即一般为多少频率以上，波长小于多少？并举
3、23 个常见的微波通信系统例子。b）蜂窝移动通信简述蜂窝通信系统的小区制在频率复用、个人移动用户方面有何突出优点？城市区域的小区半径一般在什么范畴？答：a）微波通信的特点：（1）通信频段的频带宽,传输信息容量大。微波频段占用的频带约 300GHz，而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足 30MHz。（2）通信稳定、可靠。当通信频率高于 100MHz 时,工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对其影响小。（3）通信灵活性较大。微波中继通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，并且可以跨越沼泽、江河、高山等特殊地理环境。（4）天线增益高、方向性强。当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成
4、反比。（5）微波通信设施建设周期短，耗费少。对于无线通信的基站的互联具有较好的适应性，体积小、重量轻、安装容易。（6）数字化。对于数字微波通信系统来说，是利用微波信道传输数字信号，因为基带信号为数字信号，所以称为数字微波通信系统。微波通信系统的工作频率 1000MHz 以上，波长小于 30cm。微波通信系统举例：无线电寻呼系统，广播b）蜂窝通信系统小区制采用频率复用技术提高了频率利用率。在小区制中，相邻小区中使用不同的频率，而在非相邻且距离较远的小区中使用相同的载波频率。由于相距较远，基站功率有限，使用相同的频率不会造成明显的同频干扰，这样就提高了利用率。对个人移动用户来说，定位更加准确。城市
5、区域的小区半径 0.1-1Km。电子信息学院 电磁场与无线技术2题目 2 香农公式在通信系统中，请简述香农（shannon）信道容量公式，在加性白高斯噪声信道中的指导作用和意义。答：斯白噪声干扰的信道中，计算最大信息传送速率，即信道容量, （1.2-1）C=Blog2(1+)即香农公式。B 是信道带宽（Hz） ，S 是信号功率（W） ，N 是噪声功率（W） 。如果信息源的信息速率 R 小于或者等于信道容量 C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。 该定理还指出：如果 RC，则没有任何办法传递这样的信息，或者说传递这样的二进制信息的差错率为 1/2。信道
6、带宽限制了比特率的增加，信道容量还取决于系统信噪比以及编码技术种类。信道上的噪声对信道容量产生负面影响。信道容最取决于传输带宽 w 和信噪比 sN。 ，与窄带宽、低功率的信号相比，宽带宽、高功率的信号具有更大的信道容量 C。而信道容量又反映了在一定信道条件下通信系统无差错传输信息的能力。更具体地说，该式表明了当给定信号平均功率与噪声平均功率时，在具有一定频带宽度 w 的信道 E，单位时间内可能传输的信息量的极限值。可见，信道容餐实际上表明了通信系统的通信能力，而保证一定误码率条件下通信容量的能力就表明了抗干扰能力。所以，香农公式表明了系统的通信能力和抗干扰能力与传输信息所用带宽以及信噪比之间的
7、关系。题目 3 多种调制体制误码率性能比较（使用 matlab）依据教材或者参考文献上的解调理论公式，对PSK、QPSK、FSK、MSK、GMSK、QAM 等体制解调，用 Matlab 程序编程，绘制误码率性能和信噪比变化关系曲线。并进行简要分析说明提示：不少于二种体制，附源程序。答：不同调制方式下的误码率公式如下所示：电子信息学院 电磁场与无线技术3其中 为解调器输入端信号噪声功率比，误差函数定义为=222(1.3-4)()=202误码率性能和信噪比变化关系曲线：-5 0 5 10 15 2010-710-610-510-410-310-210-1100r(dB)Pe干干 2ASK干干 2F
8、SK干干 BPSK干干 DBPSK图 1.3-1分析说明：对于所有的数字调制系统误码率与信噪比的关系的图表来看，所有的曲线呈减函数的下降曲线，即随着信噪比的增大，误码率降低；解调方式一定，信噪比相同时，误码率性能从低到高依次是 ASK,FSK,PSK。题目 4a）查阅文献资料，简要描述移动通信 1G2 G 3 G 4G 5G 简要发展历程；b）并从其通信功能、性能、技术指标等方面描述其技术发展和演进特点；c）并对不同 Generation 的通信技术方案进行简要介绍，分析其传输速率能够得以提高的原因（可选做） ；d）对不同 Generation 的国际标准情况进行简要介绍。 （可在 b 小题中
9、结合，简要介绍其标准）提示：b,c,d 各小题要从专业的角度说明；各 Generation 的技术方案以中国采用的方案为主说明。答：a) 电子信息学院 电磁场与无线技术41G：FDMA，80 年代。模拟式通信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM 调制，将介于 300Hz 到 3400Hz 的语音转换到高频的载波频率 MHz 上。缺点:保密性不强、系统容量有限以及无法传输数据等。2G: GSM，90 年代。从 1G 跨入 2G 的分野则是从模拟调制进入到数字调制，相比于第 1 代移动通信，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加，支持 wap 上网。主流 TDMA、CDMA 以
10、及 GSM。最后 GSM 被广泛采用。早在1989 年欧洲就以 GSM 为通信系统的统一标准并正式商业化。3G: TD-SCDMA，二十世纪初。国际电信联盟（ITU）发布了官方第 3 代移动通信（3G）标准 IMT-2000（International Mobile Telecommunications 2000，国际移动通信 2000 标准） 。3G 存在四种标准制式，分别是 CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。4G：OFDM。TDLTE，FDDLTE。频谱更宽，通信速度更快，智能程度更高。三种语言解决方案：CSFB，SGLTE，VoLTE。5G: 5G（fifth-
11、generation）即第五代移动电话系统，是 4G 移动通信技术的延伸。目前尚未有任何一家标准制定组织或者电信公司的公开规格，也没有在任何官方文件中有所涉及，即该技术尚未有具体的标准。b）1G：区域性的移动通信，容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游。2G：较高的通话质量，保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。3G：(1)、全球统一频段、统一标准全球无缝覆盖和漫游。(2)、频谱利用率高。(3)、在 144kbps（最好在 384kbps）能达到全覆盖和全移动性，还能提高最高塑料布大 2Mbps 的多媒体业务。(4)、支
12、持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。(5)、有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力。(6)、适应多用户环境，包括室内、室外、快速移动和卫星环境。(7)、安全保密性能优良。(8)、便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。(9)、可与各种移动通信系统融合，包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等。4G：(1)、网络频谱更宽。每个 4G 信道将占有 100MHz 的频谱，相当于 W-CMDA 3G 网络的 20 倍。(2)、通信速度更快。传输速率可以达到 IOM 20Mbps，最高可以达到 100Mbps。(3)、通信更加灵活。(4)、智能性更高。终端设计和操作具有智能化，兼容
13、性更平滑。5G：通信速度大幅加快，下载速度 3.6Gbps；更加智能化。d）TACS: Total Access Communications System 第一代全入网通信系统技术。该技术按照英国标准而设计的模拟式移动电话系统，其频率范围为 900MHz。TACS系统也是一种模拟移动通信系统，提供了全双工、自动拨号等功能，与 AMPS 系统类似， GSM: Global System For Mobile Communications，由欧洲电信标准组织 ETSI制订的一个数字移动通信标准，GSM 是全球移动通信系统(Global System for Mobile communicatio
14、ns) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自 90 年代中期投入商用以来，被全球超过 100 个国家采用。TD-SCDMA：该标准是由中国大陆独自制定的 3G 标准，1999 年 6 月 29 日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向 ITU 提出。该标准将智能无线、电子信息学院 电磁场与无线技术5同步 CDMA 和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。WCDMA: CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，其支持者主要是以 GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信
15、、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的 NTT、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的 GSM 网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而 GSM 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。CDMA2000: CDMA2000 是由窄带 CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带 CDMA 技术，也称为 CDMA Multi-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent 和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频 CDMAOne 数字标准衍生出来的，可以从原有的 CDMAOne 结构直接升级到 3G，TD
16、-LTE: TD- LTE（Time Division Long Term Evolution，分时长期演进）是基于 3GPP 长期演进技术（LTE）的一种通讯技术与标准，属于 LTE 的一个分支。该技术由上海贝尔、诺基亚西门子 通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST-Ericsson 等业者共同开发。FDD-LTE：FDD（频分双工）是该 LTE 技术的双工模式之一，应用 FDD（频分双工）式的 LTE 即为 FDD-LTE。FDD 模式的特点是在分离（上下行频率间隔190MHz）的两个对称频率信道上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。FDD 模式的优点是
17、采用包交换等技术，可突破二代发展的瓶颈，实现高速数据业务，并可提高频谱利用率，增加系统容量。电子信息学院 电磁场与无线技术6第二次作业题目 5 FFT 函数绘制方波时域波形与频谱并分析用 Matlab 程序编程，用 FFT 函数绘制出方波时域波形和对应的频域频谱。(提示：先要进行时域波形的函数表述，并用傅里叶变换表述出变换结果（建模） ；再用软件绘制时域和频域曲线；频域曲线的坐标单位要转换成 Hz；并将不同宽度方波（建议 3 倍）变换结果进行比对和分析说明，附源程序)答：一个周期内方波时域表示（2.5-1）1,0t2(),Tft方波信号的傅立叶级数展开为（2.5-2）(1cos)jnt jnt
18、TnAftFeej方波信号的傅立叶变换为（2.5-3）2()(cs)()FTTnftHjjnw 频率 f=100Hz 的方波信号及其频谱函数如图 2.5-1 所示：图 2.5-1电子信息学院 电磁场与无线技术7频率 f=300Hz 的方波信号及其频谱函数如图 2.5-2 所示：图 2.5-2 由上述内容分析，周期方波信号的频谱是非周期性离散的线状频谱，成为谱线，连接个谱线顶点的曲线为频谱的包络线，它反映了各频率分量的幅度随频率的变化情况。周期信号的幅值频谱是收敛的。即谐波的频率越高，其幅值越小，再整个信号中所占的比重也就越小。题目 6 PSK 调制 matlab 分析用 Matlab 程序编程
19、，对 PSK 调制体制，绘制输入调制码元（基带信号） 、载波频率、已调 PSK 信号的时域波形；用 FFT 函数绘制出输入调制码元（基带信号） 、已调 PSK 信号的频谱，并对二者的频谱关系进行分析说明。(提示：附源程序)答：当码元宽度 Tb 为载波周期 Tc 的整数倍时，2PSK 信号的典型波形如图 2-61所示：图 2-61电子信息学院 电磁场与无线技术82PSK 已调信号的时域表达式为 （2-612cosPSKstt）s(t)是双极性数字基带信号，即 （2-nbtagtT62）（2-1P)na， 概 率 为， 概 率 为 （63）（2-2P =acos()cosccPSKnstttt+0= t， 发 0， 以 概 率-， 发 1， 以 概 率 -64）图 2.6-1 给出了基带信号、载波信号及调制信号的波形图图 2.6-1
