研究生13级-扩频通信A卷答案

哈尔滨理工大学2013-2014学年第二学期（硕士）考试试题A卷答案系（部）：测通学院出题教师：刘明珠系（部、中心、教研室）主任：第页共页考试科目：扩频通信考试时间：100分钟试卷总分100分考试班级：通信、信号、电子13级硕士研究生一、简答题：（本题共5小题，每小题8分，总计40分）1.什么是“扩频通信”？扩频通信系统的主要特点有哪些？答：扩频通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(tf无关）扩展频谱后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将扩展了的频谱进行压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而达到传输信息目的的通信系统。扩频通信技术是一种具有优良抗干扰性能的技术，它的主要优点是：(1)抗干扰性能好。扩频通信系统具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。(2)选择性寻址能力强，可以用码分多址的方式来组成多址通信网。使用扩频通信技术组成多址通信网时，网络的同步比常规通信体制易于实现。便于实现机动灵活的随机接入，便于采用计算机进行信息的控制和交换。(3)保密性能好，信息隐蔽以防窃取。由于扩频通信系统可以使用周期很长的伪随机码，在一个周期中伪随机码具有随机特性，因而将其用于保密通信系统中，不易发现和识辨信号。(4)频谱密度低，对其他通信系统的干扰小。在输出信号功率相同的情况下，由于扩频信号扩展了频带，降低了输出信号单位频带内的功率，从而降低了系统在单位频带内电波的通量密度。频谱密度低，对空间通信大有好处。当空间通信系统在地面上产生的电波通量密度太大时，会造成对地面通信系统的干扰。针对当前无线电通信中频率资源匮乏的问题，利用扩频通信技术，使频率资源可重复利用。使用扩频码分多址技术可解决常规通信系统中电波拥挤的大难题，所以扩频码分多址通信在城市移动通信中有着广阔的应用前景。(5)高分辨率测距。测距是扩频技术最突出的应用。利用扩频技术测距，扩频码序列的长度（或周期）决定了测距系统的最大不模糊距离；而扩频码序列的速率（或码元宽度）决定了测距系统的分辨率。2.BPSK信号经过平方电路后，出现了载波的二倍频分量，通过一中心频率为02f的带通滤波器即可提取出该信号，为何还要采用锁相环呢？解：当带通滤波器的频带较宽时，输出信号的信噪比可能不满足系统的要求，如所提取载波的相位噪声大使得相干解调器输出误码率上升；当频带较窄时，载波频率发生变化，如载波频率的漂移或信号传播过程中引入的多普勒频移等，使得所要提取的载波可能落在带通滤波器的通频带之外。锁相环路可等效为一窄带滤波器，由于其对输入信号的频率有跟踪作用，因而又可看作是一个中心频率随着输入信号频率而变化的窄带滤波器。装订线学院：专业：学号：姓名：2014年5月20日第页共页3.试解释频率跳变扩频系统抵抗宽带干扰和窄带干扰的物理机理。答：频率跳变系统抵抗宽带干扰和窄带干扰的机理是不同的。对于宽带干扰，由于干扰信号的能量分布在一个较宽的频带上，接收机通过窄带滤波器将大部分能量滤除；而对于窄带干扰信号，接收机通过躲避的办法，在大部分时间内不让干扰信号通过接收机中的中频滤波器。因而可以说，对于宽带干扰，跳频接收机将干扰信号的能量在一个较宽的频带上将其进行了平均；对于窄带干扰，跳频接收机将干扰信号的能量在一个较长的时间段内将其进行了平均。4.什么是“远近效应”？为什么说频率跳变系统基本上不存在远近效应的问题？答：远近效应是指在同一工作区域内，同一系统中由于接收机对于不同位置的发射机，电波传播的距离有远近之分，形成电波传播路径的衰减不同，近距离发射机发送来的信号场强要远大于远距离发射机发送来的信号场强。在接收机中强信号将对弱信号产生抑制作用，造成接收机不能很好地接收远距离发射机发送来的信号。远近效应问题是直接序列系统中一个令人烦恼的问题，通常采用控制输出功率的大小来解决。在频率跳变系统中，可以说基本上不存在远近效应问题。这是因为我们可以通过设计跳频指令来避免发生跳频图案“碰撞”的现象，使接收机在接收远距离电台的弱信号时，近距离电台的强信号不能落在接收机的工作频道上，因此频率跳变系统可以在非常强的邻近电台的干扰下工作。5.扩频码同步捕获的基本步骤是什么？答：扩频码同步捕获一般有以下几个步骤：(1)确定要搜索的扩频码相位的区域；(2)调整本地参考扩频码的相位；(3)求解扩频码的相关函数值；(4)对所求相关值进行判决。二、问答题：（本题共6小题，每小题10分，总计60分）1.画出FH-SS系统的原理方框图，并叙述FH-SS系统的工作过程。答：频率跳变系统FH-SS是用二进制伪随机码序列去控制射频载波振荡器输出信号的频率，使发射信号的载波频率随伪随机码的变化而跳变。频率跳变系统可供随机选取的载波频率数通常是几千~几万个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个由伪随机码决定。频率跳变系统的简化方框图参见图1。图1频率跳变系统简化方框图调制器混频器解调器中频滤波器数据数据频率合成器伪码发生器时钟源(a)(b)混频器发射机时钟源伪码发生器指令译码器发中频振荡器指令译码器频率合成器哈尔滨理工大学2013-2014学年第二学期（硕士）考试试题A卷答案系（部）：测通学院出题教师：刘明珠系（部、中心、教研室）主任：第页共页(a)发射系统；(b)接收系统频率跳变系统中发信机的发射载波频率，在一个预定的频率集内由伪随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一个跳到另一个。收信机中的频率合成器也按照相同的顺序跳变，产生一个和接收信号频率相差IFf(中频频率)的参考本振信号，经混频后得到频率固定的中频信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。解跳后的中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传输的信息。2.采用BPSK调制的直接序列扩频系统，射频最大带宽12MHz，速率为6kb/s的信息信号通过这个系统传输时，系统输出信噪比最大能改善多少?解：BPSK信号带宽(单边)12MHzB，信息码速率6kb/sbR扩频信号带宽(单边)1112MHz=6MHz22ssBB扩频码速率6Mb/scssRB处理增益6Mb/s100030dB6kb/scpbRGR3.试比较直接式相关器与外差式相关器的抗干扰能力，并解释产生二者差别的主要原因。解：参见5.1节。4.发生码元同步偏移时，对系统的干扰容限是否有影响？为什么？解：是。系统的干扰容限是系统抗干扰的极限。这就是说，只要干扰信号的强度超过系统的干扰容限值时，接收机输出的信噪比就不能满足系统的要求。在发生码元同步偏移时，将引起接收机输出信号幅度的下降与输出噪声功率的增大，即引起接收机输出信噪比的下降，在同样的干扰信号的强度下，接收机输出的信噪比可能会不满足系统的要求。5.简述提高锁相环式频率合成器频率转换速度的几种方法。解：参见教材4.5.2节。6.什么是扩频接收机的动态范围？什么是扩频接收机的自动增益控制？将常规通信系统接收机中的自动增益控制方案直接移植到扩频接收机中是否可行？为什么？解：接收机的动态范围是指接收机能正确处理接收端输入信号变化的范围，也就是说输入信号在动态范围内变化时，接收机的性能指标不应下降。自动增益控制是改变接收机的传输函数，在输入信号的动态范围之内，传输函数线性变2014年5月20日第页共页化，使得接收机输出信号的总功率不变或在小范围内变化。不可行。因为在扩频接收机中，当输入信号的电平发生变化时，相关解扩器输出信号（相关函数值）的电平也将发生变化。而相关函数值的变化将影响扩频码同步捕获的概率和引起同步跟踪精度的下降，造成系统处理增益的损失。特别当系统的扩频处理增益小于接收信号电平的变化范围（一般情况往往如此），接收信号的电平变化较快时，可能会造成扩频码同步捕获和同步跟踪电路工作的不正常，不能正确判断是否获得同步的捕获和跟踪，接收机不能正确的解扩，使得通信失败。