通信原理复习题.docx

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通信原理复习题

题型

填空题20题每题一分

简答题3题共18分

作图题2题共27分

计算题3题共35分

第一章

1、消息、信息与信号

消息是信息的物理形式；信息是消息的有效内容；信号是消息的传输载体。

2、通信系统的一般模型：

信源—发送设备—信道（噪声源）—接收设备—信宿

数字通信系统模型：

信源－信源编码—加密－信道编码－数字调制－信道（噪声源）－数字解调—信道译码—解密—信源译码－信宿

模拟通信系统模型：

模拟信源—调制器—信道（噪声源）—解调器—信宿

3、数字通信的优缺点

优点：

1.抗干扰能力强，且噪声不积累2.传输差错可控3.便于处理、变换、存储4.易于集成、加密5.可以将来自不同信源的信号综合到一起传输

缺点：

1.需要较大的传输带宽2.对同步要求高，因而系统设备复杂

4、通信系统的分类（记忆）

按通信业务分类：

电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。

按调制方式分类：

基带传输系统和带通传输系统。

按信号特征分类：

模拟通信系统和数字通信系统。

按传输媒介分类：

有线通信系统和无线通信系统。

按工作波段分类：

长波通信、中波通信、短波通信远红外线通信等。

按信号复用方式分类：

频分复用、时分复用、码分复用。

5、通信方式

按照信号传输方向和时间的关系分为三类：

单工、半双工和全双工通信。

（1）单工通信：

消息只能单方向传输的工作方式，

（2）半双工通信：

通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式，

（3全双工通信：

通信双方可同时进行收发消息的工作方式。

按数据码元传输方式分为串型和并行传输。

串行传输：

将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。

优点：

只需一条通信信道，节省线路铺设费用。

缺点：

速度慢，需要外加码组或字符同步措施。

并行传输：

将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。

优点：

节省传输时间，速度快：

不需要字符同步措施。

缺点：

需要n条通信线路，成本高。

其他分类方式：

同步通信和异步通信、专线通信和网通信。

6、信息及其度量（计算）等概率传输时，信源的熵最大。

通常广泛使用的单位为比特，这时有

若有M个等概率波形（P=1/M），且每一个波形的出现是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为

对于非等概率情况。

设：

一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi（i=1,2,3,…,M）按一定的概率P（xi）独立出现每个符号所含平均信息量（信息源的熵）为

7、通信系统的主要性能指标

有效性：

带宽和频带利用率

可靠性：

抗燥性能（输出信噪比）、误码率

第四章

1、无线信道：

利用电磁波在空间的传播来传输信号。

无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制。

无线信道包括

电磁波的分类：

地波：

频率<2MHz，有绕射能力，距离：

数百或数千千米，用于AM广播。

天波：

频率：

2~30MHz，特点：

被电离层反射，一次反射距离：

<4000km，用于远程短波通信。

视线传播：

频率>30MHz，距离:

和天线高度有关，用于卫星和外太空通信、超短波及微波通信。

增大视线传播距离的其他途径：

1.中继通信：

无线电中继2.卫星通信：

静止卫星、移动卫星

3.平流层通信

除上诉三种传播方式外，电磁波还可以经过散射方式传播。

散射传播

电离层散射：

机理－由电离层不均匀性引起，频率－30~60MHz，距离－1000km以上。

对流层散射：

机理－由对流层不均匀性（湍流）引起，频率－100~4000MHz，最大距离<600km。

流星流星余迹散射：

流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km，存留时间：

小于1秒至几分钟，频率－30~100MHz，距离－1000km以上，特点－低速存储、高速突发、断续传输。

2、有线信道主要分为三类：

明线、对称电缆：

由许多对双绞线组成、同轴电缆。

传播光信号的有线信道是光纤。

光纤结构：

纤芯，包层。

按折射率分类：

阶跃型，梯度型；按模式分类：

多模光纤，单模光纤。

3、信道的数学模型：

调制信道和编码信道

调制信道模型用加性干扰和乘性干扰表示信道对于信号传输的影响。

加性干扰是叠加在信号上的各种噪声。

乘性干扰使信号产生各种失真，包括线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等。

因乘性干扰随时间变，故信道称为时变信道。

因噪声干扰与信道输入端信号电压相乘，故称其为乘性干扰。

因乘性干扰作随机变化，故又称信道为随参信道。

若乘性干扰变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。

乘性干扰特点：

当没有信号时，没有乘性干扰。

编码信道模型主要用于定量表示错误的转移概率描述其特性。

4、信道特性对信号传输的影响：

恒参信道产生的失真主要是线性失真，通常用线性网络补偿。

随参信道对于信号传输的影响主要是多径效应。

恒参信道的影响：

恒参信道举例：

各种有线信道、卫星信道…

恒参信道—非时变线性网络—信号通过线性系统的分析方法。

线性系统中无失真条件：

振幅～频率特性：

为水平直线时无失真。

相位～频率特性：

要求其为通过原点的直线，即群时延为常数时无失真。

频率失真：

振幅～频率特性不良引起的

频率失真—波形畸变—码间串扰

解决办法：

线性网络补偿

相位失真：

相位～频率特性不良引起的

对语音影响不大，对数字信号影响大

解决办法：

同上

非线性失真（可能存在于恒参信道中）

定义：

输入电压～输出电压关系。

是非线性的。

其他失真：

频率偏移、相位抖动

变参信道的影响

变参信道：

又称时变信道，信道参数随时间而变。

变参信道举例：

天波、地波、视距传播、散射传播…

变参信道的特性：

衰减随时间变化；时延随时间变化

多径效应：

信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。

多径效应的影响：

多径效应会使数字信号的码间串扰增大。

为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。

因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。

结论：

发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效应变成包络起伏的窄带信号。

这种包络起伏称为快衰落－衰落周期和码元周期可以相比。

另外一种衰落：

慢衰落－由传播条件引起的。

对于给定频率的信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为衰落现象。

由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择性衰落。

经过信道传输后的数字信号分为三类：

1.确知信号：

接收端能够准确知道其码元波形的信号。

2.随相信号：

接收码元的相位随机变化。

3.起伏信号：

接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。

通过多径信道传输的信号都具有这种特性。

5、信道中的噪声（高斯白噪声）

噪声：

信道中存在的不需要的电信号。

又称加性干扰。

按噪声来源分类：

人为噪声－例：

开关火花、电台辐射。

自然噪声－例：

闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声。

热噪声：

来源：

来自一切电阻性元器件中电子的热运动。

频率范围：

均匀分布在大约0～1012Hz。

性质：

高斯白噪声。

热噪声经过接收机带通滤波器的过滤后，其带宽受到了限制，成为窄带噪声。

噪声等效带宽的物理概念：

以此带宽作一矩形滤波特性，则通过此特性滤波器的噪声功率，等于通过实际滤波器的噪声功率。

6、信道容量（计算）：

指信道能够传输的最大平均信息速率。

离散信道容量：

每个发送符号xi的平均信息量，既信源的熵

接收yj符号已知后，发送符号xi的平均信息量

收到一个符号的平均信息量=[H（x）–H（x/y）]（比特/符号）

容量C的定义：

每个符号能够传输的平均信息量最大值

（比特/符号）

当信道中的噪声极大时，H（x/y）=H（x）。

这时C=0，即信道容量为零。

信道容量Ct等于:

（b/s）

连续信道容量：

S－信号平均功率（W）；N－噪声功率（W）；B－带宽（Hz）。

连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。

当给定S/n0时，若带宽B趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是S/n0的1.44倍。

这是因为当带宽B增大时，噪声功率也随之增大。

【例4.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素；每个像素有8个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25帧。

若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。

【解】因为每个像素独立地以等概率取8个亮度电平，故每个像素的信息量为

Ip=-log2（1/8）=3（b/pix）

并且每帧图像的信息量为IF=300,000X3=900,000（b/F）

因为每秒传输25帧图像，所以要求传输速率为

Rb=900,000X25=22,500,000=22.5X106（b/s）

信道的容量Ct必须不小于此Rb值。

将上述数值代入式：

得到

最后得出所需带宽

相同定理

第五章

1、幅度调制原理：

在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。

由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。

2、调幅、双边带调制、单边带调制、残留边带调制的定义和带宽

调幅（AM）

带宽：

它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽fH的两倍

双边带调制（DSB）

调制效率：

100％；优点：

节省了载波功率；缺点：

不能用包络检波，需用相干检波，较复杂

单边带调制（SSB）

产生SSB信号的方法有两种：

滤波法和相移法

移相法SSB调制优点：

不需要滤波器具有陡峭的截止特性。

缺点：

宽带相移网络难用硬件实现。

SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半

DSB和SSB的抗噪声性能是相同的。

残留边带（VSB）调制

原理：

残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点又解决了SSB信号实现中的困难。

在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留—小部分。

残留边带滤波器的特性H（w）在wc处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号中恢复所需的调制信号。

3、相干解调和包络检波

相干解调器原理：

为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。

包络检波：

适用条件：

AM信号，且要求|m（t）|max<=A0

包络检波器结构：

通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成

门限效应：

输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应。

开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。

1.门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。

2.用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。

原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。

3.在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。

但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。

4、抗噪声性能（作业题）

5、角度调制原理

角度调制基本概念：

是指载波的频率或相位按基带信号的规律而变化的一种调制方式。

6、各种模拟调制系统的比较：

与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。

获得这种优势的代价是角度调制占用比幅度调制信号更宽的带宽。

常见的模拟调制

幅度调制：

调幅、双边带、单边带和残留边带Ý

角度调制：

频率调制（FM）、相位调制（PM）

当mf<<1时（NBFM），BFM约等于2fm；当mf>>1时（WBFM），BFM约等于2∆f。

NBFM信号的带宽约为调制信号带宽的两倍（与AM信号相同）

第六章

1、常见的数字基带信号

单极性波形：

该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输于计算机内部或极近距离的传输。

Ü

双极性波形：

当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。

单极性归零（RZ）波形：

信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。

通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。

从单极性RZ波形可以直接提取定时信息。

与归零波形相对应上面的单极性波形和双极性波形属于非与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属于非归零（NRZ）波形，其占空比等于100％。

Ü

双极性归零波形：

兼有双极性和归零波形的特点。

使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。

差分波形：

用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。

它也称相对码波形。

用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。

多电平波形：

可以提高频带利用率。

图中给出了一个四电平波形2B1Q。

2、基带信号的频谱特性（例题，什么时候没有离散谱）

3、基带传输常用的码型

AMI码：

传号交替反转码编码规则将消息码的“1”（传号）交替地变换为“+1”和“1”编码规则：

将消息码的“1”（传号）交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。

例：

消息码：

0110000000110011…

AMI码：

0-1+10000000–1+100–1+1…Ü

AMI码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。

HDB3码：

3阶高密度双极性码

它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点使连“0”个数不超过3个克服其缺点，使连0个数不超过3个。

编码规则：

（1）检查消息码中“0”的个数。

当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1与-1交替；

（2）连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲节脉冲；（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同（这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲），并且要求相邻的V码之间极性必须交替。

V的取值为+1或-1；

（4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求；（5）V码后面的传号码极性也要交替。

例：

消息码：

10000100001100000000l

1

AMI码-10000+10000-1+100000000-1

+1

HDB码：

-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+B00+V-l+1

其中的±V脉冲和±B脉冲与±1脉冲波形相同，用V或B符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码的“0”变换而来的。

HDB3码的译码：

HDB3码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。

从上述编码规则看出每个破坏脉冲V总是与前非“0”脉冲同极性编码规则看出，每一个破坏脉冲V总是与前一非0脉冲同极性（包括B在内）。

这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。

CMI码：

CMI码是传号反转码的简称。

编码规则：

“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。

CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。

此外，由于10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。

4、码间串扰定义：

5、无码间串扰的条件

时域条件如上所述只要基带传输系统的冲激响应波形h（t）仅在本码元的抽样时刻上有大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，则可消除码间串扰。

也就是说，若对h（t）在时刻t=kTs（这里假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0=0）抽样，则应有下式成立

H（kTs）=

上式称为无码间串扰的时域条件。

也就是说，若h（t）的抽样值除了在t=0时不为零外，在其他所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。

频域条件在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基带传输特性应满足

或写成

上条件称为奈奎斯特（Nyquist）第一准则。

基带系统的总特性H（w）凡是能符合此要求的，均能消除码间串扰。

频域条件的物理意义Ü将H（w）在w轴上以2π/Ts为间隔切开，然后分段沿w轴平移到（-π/Ts,π/Ts）区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts）。

Ü这一过程可以归述为：

一个实际的H（w）特性若能等效成一个理想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。

6、眼图

在实际应用中需要用简便的实验手段来定性评价系统的性能。

眼图是一种有效的实验方法。

眼图是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。

具体方法：

用一个示波器跨接在抽样判决器的输入端,然后调整示波器水平扫描周期,使其与接收码元的周期同步.此时可以从示波器显示的图形上,观察码间干扰和信道噪声等因素影响的情况,从而估计系统性能的优劣程度。

因为在传输二进制信号波形时,示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。

佳抽样时刻是“眼睛”张开大的时刻；

Ü定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。

斜率越大，对位定时误差越敏感；敏感；

Ü图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度；

Ü图中央的横轴位置对应于判决门限电平；Ü抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限,若噪声瞬时值超过它就可能发生错判；

Ü图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围，即过零点畸变，它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响。

作用：

眼图为直观的接受信号的质量提供了一种有效的实验方法。

它可以定性反应码间串扰和噪声的影响程度，还可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。

第七章

1、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的比较

二进制振幅键控（2ASK）——载波信号的振幅变化

二进制频移键控（2FSK）——载波信号的频率变化

二进制相移键控（2PSK）——载波信号的相位变化，由于2PSK体制中存在相位不确定性，有发展出了差分相移键控2DPSK。

带宽：

2ASK和2PSK所需带宽是码元速率单位2倍，2FSK所需带宽比2ASK和2PSK都要高。

抗噪声：

相干2PSK（2DPSK）性能最好，2FSK次之，2ASK最差。

对信道特性变化的敏感性：

在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。

在2PSK系统中，判决器的佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。

因此，接收机总能保持工作在佳判决门限状态。

对于2ASK系统，判决器的佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能最差。

2、多进制差分相移键控（MDPSK）基本原理MDPSK信号和MPSK信号类似，只需把MPSK信号用的参考相位当作是前一码元的相位，把相移k当作是相对于前一码元相位的相移。

作用：

解决倒π现象

倒π现象：

由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。

这种现象称为2PSK方式的“倒π”现象或“反相工作”。

第十章

1、模拟脉冲调制定义：

脉冲的某一参量（幅度、宽度、重复频率）随调制信号瞬时值变化的调制方式。

3种脉冲调制：

脉冲振幅调制（PAM）Ü脉冲宽度调制（PDM）Ü脉冲位置调制（PPM）

仍然是模拟调制，因为其代表信息的参量仍然是可以连续变化的

2、均匀量化和非均匀量化的定义：

M个抽样值区间是等间隔划分的，称为均匀量化。

M个抽样值区间也可以不均匀划分，称为非均匀量化。

非均匀量化原理：

在非均匀量化时，量化间隔随信号抽样值的不同而变化。

信号抽样值小时，量化间隔也小；信号抽样值大时，量化间隔也变大。

均匀量化和非均匀量化的转化过程：

运用A压缩律、13折线压缩特性——A律的近似、u压缩律和15折线压缩特性进行转换。

3、脉冲编码调制（与例题相似）