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【问题1】(10分,每题1分。请对下列说法进行判断,将“√”(判为正确)或“×”(判为错误)写在答题纸的对应栏内)
(1)自由空间时电磁波的能量吸收造成了无线电信号的衰减。  (  )
(2)通常空气的介电常数会随着高度的增加而减小,则大气的折射会使无线电波稍微弯向地球。   (  )
(3)频率调制属于线性调制。        (  )
(4)扩频系统的信号频谱带宽远大于所传信息带宽,其功率谱密度远小于未扩频信号的功率谱密度。(  )
(5)通信能够双向进行,就是全双工通信。  (  )
(6)若跳频系统的处理增益等于跳频点数,则100个跳频频率点对应的处理增益为20dB。  (  )
(7)采用自动增益控制(AGC)可以使接收机处理实际中具有更大动态范围的信号电平。 (  )
(8)虽然天线是互易器件,但用于发射天线的设计无法用于接收天线。   (  )
(9)一般来说,天线增益越高,其带宽越大。   (  )
(10)通常调幅信号比调频信号对功率放大器的线性指标要求更严格。  (  )
【问题2】(5分。请将解答写在答题纸的对应栏内)
在自由空间中,令某无线通信系统的发射功率、接收功率、发射天线增益和接收无线增益均保持不变,若其工作频率为1GHz时收发天线之间最大距离为1km,则当工作频率变为2GHz时,根据自由空间损耗公式判断收发天线之间最大距离变为多少。

参考答案: 【问题1】
(1)错误
(2)正确
(3)错误
(4)正确
(5)错误
(6)正确
(7)正确
(8)错误
(9)错误
(10)正确
【问题2】
对于同样的接收机,允许的最大路径损耗是一定的。而路径损耗可根据下列公式计算:Lp=32.44+20lgd+20lgf。无论f为多少,需要保证lgd+lgf必须为确定值。
f=1000,d=1时,lgd+lgf=3;
f=2000时,lgd+lg2000=3,解出d=0.5(km)。故此时收发天线之间最大距离为0.5km。

详细解析:

【问题1】
(1)
无线电波在自由空间传播时不存在能量损耗,但是会因波的扩展而产生衰减。
按照最简单的模型,无线电波各向同性传播一段距离后,功率会均匀分布在空间假想的球体表面,我们可以计算其功率密度。

其中,PD为功率密度(W/㎡); Pt为发射功率(W);Gt为发射天线增益(倍数,无单位),d为接收点到发射天线的距离(m)。
公式(4-1)就是同样适用于光和声音辐射的“平方律”衰减,并且这一规律适用于任何形式的辐射。这种衰减不是由于介质中的能量损耗造成的,而是由于无线电波从点波源向四周传播而导致的能量扩散。
(2)
视距传播的实际距离受到地球表面曲率的限制。由于气压、温度和湿度随着距地球高度的增加而减小,空气的介电常数也会随着高度的增加而减小,大气的折射会使无线电波稍微弯向地球,因此视距传播的最大距离通常要大于人眼所能看到的距离。传播的实际效果会随着天气条件而变化,但是一般无线通信的视距传播距离要比真正的可视的视距长1/3。
(3)
线性调制:已调信号的频谱是调制信号的水平搬移及线性变换。
非线性调制:已调信号的频谱将产生频谱的非线性变换,会有新的频率分量产生。
非线性调制与线性调制本质的区别在于:线性调制不改变信号的原始频谱结构,而非线性调制改变了信号的原始频谱结构。
在模拟调制系统中幅度调制包括标准调幅、抑制载波的双边带调制、单边带调制以及残留边带调制等,它们都属于线性调制。
常见的角度调制都属于非线性调制,比如:
1)调频(FM),窄带调频(如民用对讲机),宽带调频(FM广播);
2)移频键控(FSK),常用于自动控制、无线数传;
3)移相键控(PSK)和差分移相键控(DPSK),常用于自动控制、无线数传。
(4)
扩展频谱技术一般简称为扩频技术。扩频技术是一种信号带宽远大于传送信息带宽的传输方法。信号带宽是受某一独立于传送信息的伪随机序列控制的,在接收端采用同步的伪随机序列来进行解扩及信息恢复。
常用的扩频技术主要有三种方法,即直序扩频、跳频扩频、跳时扩频以及线性调制。但是在实际使用的过程中,常采用它们的混合。
(5)
单工通信是指通信只有一个方向,即从发射器到接收器。全双工通信可以双向同时进行,需要两个发射器,两个接收器以及通常情况下的两个信道。有些双工通信不要求在两个方向上同时进行通信,叫做半双工通信。全双工通信和半双工通信都是能够进行双向通信的方式。
(6)
实际应用中,跳频图案中频率的点数从几十个到数千个不等。一般认为跳频系统的处理增益就等于跳频点数,如当跳频频率点为100个时,其处理增益即为10lg100=20dB。
(7)
自动增益控制(automatic gain control)是使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环,是闭环电子电路。AGC电路广泛用于各种接收机、 录音机和测量仪器中,它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内,因而也称自动电平控制;用于话音放大器或收音机时,称为自动音量控制。
当输入信号电压变化很大时,保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说,当输入信号很弱时,接收机的增益大,自动增益控制电路不起作用;当输入信号很强时,自动增益控制电路进行控制,使接收机的增益减小。这样,当接收信号强度变化时,接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是:在输入信号较小时,AGC电路不起作用,只有当输入信号增大到一定程度后,AGC电路才起控制作用,使增益随输入信号的增大而减少。
(8)
天线是互易器件,即同一种设计既可以用作发射天线,也可以用作接收天线。在无线通信中,通常是同一天线既用作发射,也用作接收,性能都一样地好,并且具有相同的增益。
(9)
谐振频率是一个频率点,但是在这个频率点附近一定范围内,这付天线的性能都是差不多好的,这个范围就是天线带宽。一般来说,振子所用管线越粗,带宽越宽;天线增益越高,带宽越窄。
(10)
根据幅度调制属于线性调制,频率调制属于非线性调制可以得到题干结论。
【问题2】
对本题【问题1】解析中的公式(4-1),实际中还和波长λ、系统损耗因子L等有关,准确的数学公式如下:

实际中还和波长λ、系统损耗因子L等有关。如果将式4-2两边取对数,以dBm为单位,可得到接收机接收功率另外一种表达方式:
PD=Pt+Gt+Gr-Lp                                   (4-3)
其中,PD为接收功率(dBm),Pt为发射功率(dBm),Gt为发射天线增益(dBi),Gr为接受天线增益(dBi)。Lp为自由空间损耗,即信号在自由空间传播过程中的衰减,通常不依赖于天线的增益大小。
Lp= χ+20 lgd+20 lgf                                         (4-4)
其中,χ值在特定系统中与系统损耗有关,d为发射机与接收机之间的距离(km),f为频率(MHz)。
应该记住:自由空间损耗中,传播距离大一倍或工作频率提高一倍,传播衰耗增加6dB。若保持总损耗不变,工作频率加倍,距离减半。

上一题