重点难点指导
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1 重点难点指导 课 程 名 称:数字无线电系统基础数字无线电系统基础 授 课 学 时:32学时学时 授 课 班 级:电子信息工程专业电子信息工程专业 任 课 教 师:陈祝明陈祝明 教 师 职 称:教授教授 教师所在学院教师所在学院::电子工程学院电子工程学院 电子科技大学电子科技大学 2 第一讲第一讲 无线电系统与技术 重点重点::无线电系统结构的机理和设计方法无线电系统结构的机理和设计方法;; 无线数字通信无线数字通信、、数字无线电的联系与区别数字无线电的联系与区别。。 难点难点::无线电系统的设计方法 1.无线电系统的结构和设计方法 无线电系统从结构上都可以分为三个部分:射频、中频与基带(音/视频)。射频部分除天线外,还包括选频滤波器和低噪声放大,从设计的角度来看,这两个部件参数选择的准则是使得系统的噪声系数最小化,以提高系统的灵敏度,因此要求选频滤波器的插入损耗和低噪声放大器的噪声系数要尽量小;中频部分的关键在于中频滤波器和自动增益控制放大器,要求中频滤波器能够最大限度的滤除邻频信号,自动增益控制放大器能够有效提高系统的动态范围;基带部分与调制信号的特性密切相关,不同的系统差异较大,但其频率低,其滤波器和放大器的设计相对容易。 无线电接收机最为经典的结构是超外差结构,其射频部分的选频滤波器设计的重点在于对镜频信号的抑制,中频滤波器的设计在于对邻频信号的抑制,因此高中频设计有利于提高系统的接收性能。 2.无线数字通信无线数字通信、、数字无线电的联系与区别 无线数字通信系统是从信源的角度来划分,也就是说系统传输的信源信号为数字信号,相应的调制方式为数字调制,与其相对应的是无线模拟通信系统。 数字无线电技术是从信道的实现方式而言的,是指系统采用数字化技术来实现信道部分的功能,与其相对应的是模拟无线电技术。 无线模拟通信系统可以采用数字无线电技术,而无线数字通信系统也可以采用模拟无线电技术。 第二讲第二讲 数字无线电理论与结构 重点重点::正交调制解调的原理正交调制解调的原理;; 数字接收机和发射机的设计数字接收机和发射机的设计。。 3 难点难点::数字接收机和发射机的设计数字接收机和发射机的设计。。 1.正交调制解调的原理 正交调制解调中,最为重要的是对正交解调的理解。正交解调的思想源自实信号的复解析这一概念。实信号复解析表达式的实部为原信号,虚部为原信号的正交变换信号,这一解析式采用幅度、相位表示时,就可以将携带信息的基带信号与不带信息的载波信号独立开来。正交解调电路正是基于这一原理得来,其好处在于可以将信号直接从射频频率转换到基带,从而使得系统的结构更为简单,但是调制信号的解调要通过对复基带信号的计算获得,这正是数字无线电系统的发展根源。 2.数字接收机和发射机的设计 数字收发机与模拟收发机设计的根本区别在于:模拟收发机的调制解调是在中频上完成的,而数字收发机是采用正交调制解调在基带上完成的。 第三讲第三讲 带通采样定理及其在数字接收机中的应用 重点重点::带通采样定理及其与低通采样定理的区带通采样定理及其与低通采样定理的区别别; 带通采样定理在数字接收机设计中的应用带通采样定理在数字接收机设计中的应用。。 难点难点::带通采样定理在数字接收机设计中的应用带通采样定理在数字接收机设计中的应用。。 1.带通采样定理及其与低通采样定理的区别 低通采样定理是以信号的最高频率来确定信号采样率的,而带通采样定理充分考虑了带通信号的特点,是以信号的带宽来确定信号采样率的。从实质上看,对于低通信号,其最高频率就等同于信号带宽,因此从信号带宽的角度来看,两者是统一的。 2.带通采样定理在数字接收机设计中的应用 带通采样定理应用于数字接收机时,信号采样率的选择既要考虑信号带宽的约束,又要考虑到正交分解时高效运算。为此,在设计时根据信道的频率特性将信号带宽进行适当扩展,使其满足整频带的条件,这样正交分解时只需对信号进行符号运算即可,可以大大降低系统的资源开销。 4 第四讲第四讲 数字无线电系统前端的高效结构设计 重点重点::采样率变换的高效结构采样率变换的高效结构;; 采样率变换的高效结构在数字无线电系统中的应用采样率变换的高效结构在数字无线电系统中的应用。。 难点难点::采样率变换的高效结构在数字无线电系统中的应用采样率变换的高效结构在数字无线电系统中的应用。。 1.采样率变换的高效结构 采样率变换包括抽取与内插。采样率变换的高效结构是指通过算法结构的设计,降低变换所需的运算速度和运算量。高效的途径有三个:分级变换、多相滤波和高效滤波器。分级变换的是思想将抽取或内插的倍数进行分解,从而增加各级滤波器的归一化过渡带,降低滤波器的除数,因此变换倍数分解得越彻底,所需的运算速度和运算量越小;多相滤波是将滤波+抽取或内插+滤波的结构进行等效变换,形成多相+开关的结构,以避免滤波后抽取和内插后滤波造成的运算浪费;高效滤波器是从滤波器本身的冲激响应特点出发,来降低滤波器的运算量,典型的是半带滤波器和积分梳状滤波器。半带滤波器的冲激响应在n为偶数时,除n=0时取1外,其余取值都为0,因此在二倍抽取或内插时结合多相结构可以进一步提高运算效率;积分梳状滤波器的冲激响应全为1,将其分解为积分器+梳状滤波器的结构并结构抽取或内插等效变换后,可大大提高采样率变换的运算效率。 2.采样率变换的高效结构在数字无线电系统中的应用 采样率变换的高效结构设计属于系统层面的设计,因此在选择参数时需要统筹考虑,特别是抽取或内插倍数的选择。为了使得采样率变换更高效,其结构设计应尽量将三种高效的技术途径都用上,因此变换倍数的选择一是要求能够尽量多的分解,二是尽量分解为2倍变换的级联。此外,对于积分梳状滤波器,为了保证信号在带内的衰落小,应尽量使得信号的归一化带宽小,因此在多级变换的结构中其最佳位置应在抽取的前级或内插的后级。 第五讲第五讲 数字基带处理与同步技术 重点重点::各种调制方式的数字基带调制与解调的算法各种调制方式的数字基带调制与解调的算法;; 5 开环同步的基本概念及其应用开环同步的基本概念及其应用。。 难点难点::开环同步的基本概念及其应用开环同步的基本概念及其应用。。 1.各种调制方式的数字基带调制与解调的算法 数字无线电系统的调制与解调均采用了正交通道结构,因此不同调制方式的基带调制与解调算法就体现为其基带正交分量I、Q信号的不同,应用时,只要先列出已调信号的数学表达式,就可以推导出相应的调制或解调的基带I、Q信号表达式,从而得到相应的调制与解调算法。 2.开环同步的基本概念及其应用 同步技术包括载波同步、码元同步,是无线电接收机中的重要技术,特别是载波同步技术,它是相干解调与非相干解调接收机的标志性差别,可以大大提升接收机的性能。模拟无线电系统的载波同步技术的特点可归纳为两个:一是同步都在中频上进行;二是同步都是闭环结构。对于数字无线电系统,其载波同步不再是在中频上采用闭环同步结构,而是在基带上采用开环同步结构,分为两个部分:一个频差和相差的估计;一个是频差和相差的补偿。频差和相差的估计算法强烈依赖于信号的调制方式,因此不同的调制方式所需的算法是不同的,学习时应充分理解课程中的案例分析,以达到举一反三的效果。