【正文】 涉及到將相干信號發(fā)射到飛船上，將信號頻率偏移并轉(zhuǎn)發(fā)回地面。通過半導(dǎo)體和少量其它元素的混合可以精確地控制這些不同的電特性，這種混合技術(shù)稱之為“半導(dǎo)體摻雜”。一旦你有了一些分立的晶體管，直接用電線將這些器件連線在一起就可以構(gòu)建數(shù)字邏輯（電路）。在20世紀(jì)80年代以前更常用的集成電路是雙極邏輯，但是此后MOS技術(shù)在數(shù)字邏輯集成電路中占據(jù)了大多數(shù)。Ferranti在1980年左右制作了也許是第一片門陣列，ULA（自由邏輯陣列）。設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)開始工作于對新的ASIC所要求功能的非正式理解，這通常來自于需求分析。－　接下來是對最終延時、寄生電阻和電容以及能量消耗的周全的評估。但對于純數(shù)字設(shè)計(jì)來說，“標(biāo)準(zhǔn)單元”庫與現(xiàn)代CAD系統(tǒng)一起，可以低風(fēng)險提供相當(dāng)大的性能/價格優(yōu)勢。電磁場可以看成是電場和磁場的結(jié)合。已經(jīng)證明電磁場的量子描述是非常成功的，引出了量子電動力學(xué)。微帶天線通常用于UHF（超高頻）和更高的頻率，因?yàn)樘炀€的尺寸直接受制于諧振頻率的波長。貼片天線固有的優(yōu)點(diǎn)是能有極化分集。但是，IEC標(biāo)準(zhǔn)60050和IEEE標(biāo)準(zhǔn)100都定義“微波”頻率從1 GHz（ 30厘米波長）開始。微波加熱對液態(tài)水是最有效的，其次為脂肪和糖類（分子偶極矩較少）以及冷凍水（分子不能自由轉(zhuǎn)動）。雷達(dá)也是用微波來檢測遠(yuǎn)距離物體的范圍，速度和其它特征的。Unit 4 通信和信息論Unit 41第一部分：遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信是遠(yuǎn)距離通信的信號傳輸，在現(xiàn)代，通常這個過程需要電子發(fā)射機(jī)發(fā)射電磁波，但是在早期遠(yuǎn)程通信包括使用煙火信號，鼓或旗語或日光儀。在數(shù)字信號信息被編碼為一組離散值（如，1和0）。調(diào)制也可用來以更高的頻率傳送模擬信號的信息。這種傳輸方式適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部，比如內(nèi)部總線，有時也用于外部例如對打印機(jī)這樣的外設(shè)。設(shè)備之間的所有通信都需要設(shè)備達(dá)成一致的數(shù)據(jù)格式。信息論中信息的一個重要的量度是信息熵，熵通常用存儲或通信時所需要的平均比特數(shù)來表示。 e again”與一句緊急呼叫“Call an ambulance!”在說與寫方面占用的長度差不多，但是很顯然后者更重要更有意義。前者（信息熵）指出消息數(shù)據(jù)壓縮的難易程度，而后者（互信息）確定信道的通信速率。在任何無線電系統(tǒng)中分配的帶寬總是有限的。因此每個信道的發(fā)射是不連續(xù)的。CDMA技術(shù)最初是在第二次世界大戰(zhàn)中由軍方開發(fā)的。然而，所有與所用PN碼不相關(guān)的其它信號變得更加擴(kuò)展。Walsh矩陣的每一行都可用作CDMA系統(tǒng)中一個用戶的PN碼。OFDM與單載波方案相比的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的均衡濾波器就能應(yīng)對嚴(yán)重的信道問題，如：在長銅線中的高頻衰減，窄帶干擾以及由于多路徑而引起的頻率選擇性衰落。當(dāng)速度增加時，這種影響會變的更壞，這是OFDM在高速車輛中的使用受到限制的重要原因。均衡器只需要將子載波乘以一個常數(shù)或者是一個幾乎不變的值。這兩種糾錯編碼結(jié)合使用的原因是，當(dāng)錯誤集中度高時，卷積解碼使用的Viterbi解碼器會產(chǎn)生突發(fā)的持續(xù)時間很短的錯誤，而這種錯誤很適合用ReedSolomon編碼來糾正。(b)中的每一個蜂窩中的移動單元都有一個基站提供服務(wù)，而所有的基站則有一個移動電話交換機(jī)構(gòu)（MTSO）來控制。因此有可能到達(dá)接收端時相位相反，而幅度卻大致相等，這樣凈接收的信號就可能非常弱。 Unit 62第二部分：第三代無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)使用的擴(kuò)展已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計(jì)新的更大容量通信網(wǎng)絡(luò)的需要。重點(diǎn)已經(jīng)從提供固定話音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到提供一個通用的數(shù)據(jù)連接用于各種各樣的應(yīng)用如話音、互聯(lián)網(wǎng)訪問、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。UMTS的總體目標(biāo) UMTS的主要目標(biāo)是在無線和有線環(huán)境下提供更加統(tǒng)一的大容量網(wǎng)絡(luò)。不過蜂窩大小受到可建立的基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量限制。然而其它技術(shù)如COFDM和混合解決方案也有可能適合于UMTS。每一種環(huán)境所支持的最大數(shù)據(jù)率與對該環(huán)境提供足夠覆蓋所要求的蜂窩單元大小有關(guān)。這將通過使用復(fù)雜的多址技術(shù)如碼分多址（CDMA）或者TDMA的一種擴(kuò)展技術(shù)，以及改進(jìn)已有業(yè)務(wù)的靈活性來實(shí)現(xiàn)。這就限制了互聯(lián)網(wǎng)的使用，不能實(shí)現(xiàn)音頻和視頻的實(shí)時傳輸。交織多徑衰落的性質(zhì)，以及用于減輕這一問題的信號處理技術(shù)使得差錯以比特串的形式出現(xiàn)。在自由空間里傳播的信號會有功率損耗，其值正比于離開發(fā)射源的距離d的平方。在移動通信系統(tǒng)中，用蜂窩結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)頻率重用概念，其中每一個蜂窩是六邊形的，其周圍環(huán)繞著6個其它的蜂窩，(a)所示。而頻率交織對于平衰落（整個信道帶寬同時衰弱）的窄帶信號也沒有好處。盡管保護(hù)間隔僅包含冗余數(shù)據(jù)，這意味著它減低了容量，但是一些基于OFDM的系統(tǒng)，如：一些廣播系統(tǒng)，故意地使用長時間的保護(hù)間隔，目的是使得單頻率網(wǎng)絡(luò)（SFN）的發(fā)射機(jī)之間能有較大的間距，而且越長的保護(hù)間隔允許越大的SFN蜂窩尺寸。盡管OFDM的原理以及所帶來的好處在20世紀(jì)60年代已被知曉，但是直到能高效計(jì)算FFT的低成本數(shù)字信號處理器件的出現(xiàn)，OFDM才在當(dāng)今寬帶通信中廣泛使用。Unit 52第二部分: 正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用（OFDM）——從本質(zhì)上來說和編碼的OFDM（COFDM）是一樣的——是一種數(shù)字多載波調(diào)制方案，它使用大量的相隔很接近的正交子載波。CDMA前向連接編碼 CDMA系統(tǒng)中從基站到移動電話的前向連接可以使用稱為Walsh碼的特殊正交碼來將同一信道的多用戶分開。（c）是接收信號。碼分多址CDMA是一種擴(kuò)頻技術(shù)，既不使用頻率信道也不使用時隙。FDMA作為大多數(shù)多信道系統(tǒng)的一部分用于初步分割分配到的寬頻帶。但是，這些理論只有在一個發(fā)送用戶和一個接收用戶通信的情況下才成立。編碼理論和信息論的概念方法和成果被廣泛用于密碼術(shù)和密碼分析術(shù)。通過信道編碼來實(shí)現(xiàn)通信的魯棒性。當(dāng)一個設(shè)備向另一個設(shè)備發(fā)送信息時握手便開始了，表明要建立一個通信信道。由于沒有起始和結(jié)束位，傳輸速率較快，盡管會出現(xiàn)更多差錯。盡管一次只傳送一個比特，仍可實(shí)現(xiàn)很高的傳輸速率。另一種方法是給每個信道分配重復(fù)的時間段，在這種時間段中進(jìn)行廣播，稱為時分多路技術(shù)，有時用于數(shù)字通信中。電話線上的通信稱為點(diǎn)對點(diǎn)通信，因?yàn)橹辉谝粋€發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)之間。邁澤是和激光相似的設(shè)備，除了前者是工作在微波頻率。典型地，微波用于電視新聞，它利用一輛特殊裝備的車輛將信號從一個偏僻地點(diǎn)發(fā)送到電視臺。用途微波爐是通過穿過食物的微波輻射工作的，通常頻率是在2450 MHz（）。電磁理論的同一個方程組應(yīng)用于所有頻率。隨著基底介電常數(shù)的增大，天線的帶寬減小，其Q值提高，因而阻抗帶寬減小。通常微帶天線輻射器的形狀有正方形的，矩形的，圓形的和橢圓的，而任何連續(xù)的形狀都是可以。實(shí)驗(yàn)表明：電磁場的能量傳遞可以更好地描述為用固定頻率的光子來傳遞。Unit 3 電磁場，天線和微波Unit 31第一部分：電磁場電磁場是由帶電物體產(chǎn)生的物理場?，F(xiàn)在門陣列正在發(fā)展為結(jié)構(gòu)化ASIC，其中包含很大的IP內(nèi)核，如處理器、DSP單元、外圍設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)接口、集成SRAM存儲器、以及一組可重新設(shè)置的未確定功能的邏輯單元。有時，先進(jìn)的技術(shù)比如模擬退火被用來優(yōu)化布局。這些工具能夠?qū)DL描述語言編譯成門級的網(wǎng)表。對于較小規(guī)模的設(shè)計(jì)或（與）小批量生產(chǎn)，F(xiàn)PGA可能比ASIC設(shè)計(jì)有更高的成本效率。一些現(xiàn)代集成電路包含的元件和連線?？梢詷?gòu)建一些特殊二極管，在加電壓時可以發(fā)光，這些器件非常合適地被叫做發(fā)光二極管或LED。而晶體管是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。如果需要的話，還能容易地改變帶寬。鎖相的空間應(yīng)用是隨著早期美國人造衛(wèi)星的發(fā)射而開始的。在噪聲不存在的情況下這種方案可提供良好的同步，這就完全可以了。這種接收機(jī)本質(zhì)上只是由一個本機(jī)振蕩器，一個混頻器和一個音頻放大器組成。不過實(shí)際上對于一個設(shè)計(jì)良好的環(huán)路這種誤差很小。一個倒計(jì)數(shù)定時器可通過將輸出端通過與門連接到J和K端實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)器依次相連，使一個觸發(fā)器的輸出作為下一個的時鐘，依此類推。它就是一組觸發(fā)器（通常是D鎖存器或RS觸發(fā)器）聯(lián)在一起，使其中一個觸發(fā)器的輸出成為下一個的輸入，依此形成一串。但是，補(bǔ)償電壓偏移卻有所不同。作為最不利情況設(shè)計(jì)的例子，考慮一個低增益直流傳感器放大器，要求將電壓源輸出的10mV信號放大，產(chǎn)生1V的輸出，在0~70176。考慮對于一個在50kHz頻率上電壓增益為10的放大器驅(qū)動10kW負(fù)載時的要求。選擇一個普通的帶有內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)牡蛢r運(yùn)放，它在閉環(huán)增益為10時具有所要求的帶寬，并且看起來滿足了價格要求。C范圍內(nèi)達(dá)到177。許多運(yùn)放技術(shù)指標(biāo)僅僅給出補(bǔ)償電壓偏移的典型值，這很可能會在5mV/176。它稱為移位寄存器，因?yàn)閿?shù)據(jù)在每一個時鐘脈沖的作用下通過寄存器移動一位。這樣，觸發(fā)器在鏈中的位置決定了它的權(quán)重，即對于二進(jìn)制計(jì)數(shù)器而言就是它所對應(yīng)的2的冪。也可以設(shè)置預(yù)置和清零功能，像前一種一樣，計(jì)數(shù)器也可以做成可編程的。一個稍微不同的解釋可提供理解環(huán)路工作原理的更好說明。為了正常工作，必須調(diào)節(jié)振蕩器使其輸出頻率與輸入的信號載波頻率完全一致，于是載波被變換成0Hz的“中頻”。不幸的是噪聲總是存在的，并且任何觸發(fā)電路對噪聲都是特別敏感的。這些飛行體攜帶低功率（10毫瓦）的連續(xù)波發(fā)射機(jī)，相應(yīng)的接收信號很微弱。對于多普勒信號，用于確定飛船速度的信息是多普勒頻移。查閱大學(xué)化學(xué)書中的元素周期表，你會查到半導(dǎo)體是介于金屬與非金屬之間的一類元素。這種小燈泡數(shù)以百萬計(jì)地被制造出來，有各種各樣的應(yīng)用，從電話機(jī)到交通燈。每年研究人員和工程師都在尋找新的方法來不斷減小這些元件的大小，以便在同樣面積的硅片上集成更多的晶體管。不能循壞的工程費(fèi)用（建立工廠生產(chǎn)特定ASIC的成本）可能會達(dá)到數(shù)十萬美元。這就使得稱作標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法成為可能。－　路由工具獲取標(biāo)準(zhǔn)單元的物理布局，并利用網(wǎng)表來創(chuàng)建它們之間的電連接。這種轉(zhuǎn)變很大程度上是因?yàn)锳SIC器件能夠集成大量的系統(tǒng)功能模塊，以及片上系統(tǒng)所要求的（功能）比僅僅邏輯單元多得多。它會影響場附近的帶電物體的行為。普朗克的關(guān)系式將光子的能量E及其頻率n 通過下式聯(lián)系起來E = h n ，其中h是為紀(jì)念馬克斯普朗克而命名的普朗克常量。一些片狀天線為了避免絕緣基底，在接地平面的上空用絕緣逆電流器懸掛一個金屬貼片；這種結(jié)構(gòu)的魯棒性不是很好，但能提供更好的帶寬。當(dāng)使用天線的傳輸線模型時這種情況并沒有發(fā)生，到了七十年代后期出現(xiàn)空腔模型時這種情況就顯現(xiàn)出來了。當(dāng)信號的波長和設(shè)備的尺寸大致相同時，儀器和技術(shù)可被描述為“微波”，因此集總元件電路理論不再準(zhǔn)確。食物中的水、脂肪和糖分子在稱為電介電加熱的過程吸收微波波束的能量。在光纖傳輸出現(xiàn)之前，大部分的長途電話都是通過各站點(diǎn)，像ATamp。大部分射電天文學(xué)都是使用微波。通過無線電廣播的通信稱為廣播（一對多）通信，因?yàn)橥ㄐ攀窃谝粋€大功率的發(fā)射機(jī)和許多接收機(jī)之間。調(diào)制傳輸信息的信號的形成稱為調(diào)制。這種方式可用于較遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)橐粋€校驗(yàn)數(shù)字或奇偶校驗(yàn)位很容易在數(shù)據(jù)線上傳輸。差錯的產(chǎn)生是因?yàn)闀r鐘最后會失去同步，由發(fā)送/接受協(xié)議所規(guī)定的時間關(guān)系會在接收時發(fā)生錯誤，一些字節(jié)因丟失比特而被破壞。然后這兩個設(shè)備來回發(fā)送信息，最終達(dá)成一個通信協(xié)議。信源編碼和信道編碼是信息論中最基本的問題。信息論也可以用于信息檢索，情報收集，博彩，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)甚至是作曲等方面。當(dāng)有一個以上的發(fā)射機(jī)（多址信道），一個以上的接收器（廣播信道）或中介幫助者（中繼信道），或更一般的網(wǎng)絡(luò)，壓縮后再傳送可能不再是最優(yōu)的。時分多址TDMA將可用頻譜分成多個時隙，通過分配給每一個用戶一個時隙以便在其中發(fā)送或接收。在CDMA中，窄帶的消息（典型的是數(shù)字話音）被乘以一個寬帶的偽隨機(jī)噪聲（PN碼）信號。它包括要求的信號，附加的背景噪聲，以及其它CDMA用戶或無線電信號源的干擾。這些碼基于Walsh矩陣，它是由二進(jìn)制元素構(gòu)成的方陣，其階數(shù)是2的冪，由一個基Walsh(1)=W1=0和下式生成：其中Wn是n階Walsh矩陣。每個子載波都用傳統(tǒng)的調(diào)制方案以一個低的符號率進(jìn)行調(diào)制（如正交幅度調(diào)制），保持在同一帶寬內(nèi)其數(shù)據(jù)率和傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案相同。OFDM需要發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間有非常精確的頻率同步，如果出現(xiàn)頻率偏移，子載波將會不再是正交的，這會導(dǎo)致載波間干擾（ICI），也就是子載波之間的串?dāng)_。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法SFN發(fā)射機(jī)之間最大的間距等于一個信號在保護(hù)間隔內(nèi)傳輸?shù)木嚯x——例如：一個200微秒的保護(hù)間隔能夠允許發(fā)射機(jī)之間間距為60千米。交織在OFDM中的用處是分散比特流在糾錯解碼器中的錯誤，因?yàn)楫?dāng)這種解碼器接受到集中的錯誤時將無法糾正所有的比特錯誤，于是就會出現(xiàn)突發(fā)性的未糾正的錯誤。頻率重用概念是：如果位于中央的蜂窩使用頻率f1進(jìn)行通信，那么與其相鄰的6個蜂窩就不能使用這個頻率，但外面不直接相鄰的蜂窩可再次使用這個頻率。然而實(shí)際上，信號是同時沿著直接路徑和間接的反射路徑進(jìn)行傳播的，在這種情況下，可以看出損耗隨距離的四次方增大。為了減小這些差錯的影響，發(fā)送機(jī)中的基帶比特流在調(diào)制前要先進(jìn)行“交織”。也有更高的傳輸速率，例如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。蜂窩單元的類型 需要使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)以保證UMTS提供一個大容量的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)
。蜂窩愈小總?cè)萘坑?。?dāng)今許多分離的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)例如無線電尋呼、無繩電話、衛(wèi)星電話、公司的私人電話系統(tǒng)等將互相結(jié)合，由第三代電信系統(tǒng)來提供。這就需要有更加綜合的業(yè)務(wù)，提供更快的數(shù)據(jù)速度，以及對于各種業(yè)務(wù)更通用的接口。交織也可以看作是一種沒有額外開銷的時間分集（盡管它需要一定的等待時間）。，還有一種機(jī)制會引起接收信號的強(qiáng)度隨著距離而波動。注意：實(shí)際上每個蜂窩是使用了一組頻率。卷積編碼作為內(nèi)部編碼，ReedSolomon作為外部編碼——通常在兩層編碼之間還會使用另外的交織（除了上面提到的時間和頻率交織）。這就使得OFDM接收機(jī)的均衡相比傳統(tǒng)單載波調(diào)制要簡單很多。只有多普勒頻移時可以用接收機(jī)來補(bǔ)償，而當(dāng)多普勒頻移和多徑結(jié)合在一起時，情況就變得更糟，因?yàn)榉瓷鋾霈F(xiàn)在不同的頻率偏移上，這種偏移很難校正。OFDM已經(jīng)成為具有廣泛應(yīng)用的寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)中的受歡迎的方案。這是因?yàn)槿魏蝺尚兄g都有一半的比特相同，另一半不同。這一過程使需要的接收信號反擴(kuò)頻恢復(fù)成原來的發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)射的信號通過將接收信號與發(fā)送者用的PN碼做相關(guān)而恢復(fù)出來。TDMA以緩沖和爆發(fā)方式