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1、131220通信原理复习资料第一章1、数字通信系统模型2、数字通信的特点：优点、缺点3、通信系统按信号复用方式分类？4、通信方式？5、 通信系统的主要性能指标？有效性和可靠性 有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。 模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。 数字通信系统有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。（码元传输速率RB，信息传输速率Rb），可靠性：常用误码率和误信率表示(衡量数字通信系统可靠性的性能指标)。多进制数字传输系统的传信率

2、与传码率之间的关系？RB相同的条件下，多进制数字调制系统的频带利用率比二进制系统的高。Rb相同的条件下，多进制数字调制系统的传输带宽比二进制系统的小。6、什么是误码率和误信率？它们之间的关系如何？第二章1、确知信号的类型 按照周期性区分：周期信号、非周期信号 按照能量区分：能量信号：能量有限；功率信号 能量信号的功率趋于0，功率信号的能量趋于 2、功率信号的频谱（了解） 、周期性功率信号频谱（函数）的定义：、能量信号的频谱密度 、能量信号的能量谱密度 、功率信号的功率谱密度3、确知信号的时域性质 能量信号的自相关函数R()和其能量谱密度|S(f)|2是一对傅里叶变换： 功率信号的自相关函数R(

3、)和功率谱密度P(f)之间是傅里叶变换关系： 第三章 随机过程1、什么是随机过程？2、随机过程的数字特征 均值（数学期望）、方差、相关函数3、平稳随机过程： 严平稳随机过程、广义平稳随机过程。他们之间有什么关系？严平稳随机过程必定是广义平稳的，反之不一定成立。 4、“各态历经”的含义？具有各态历经的随机过程一定是平稳过程，反之不一定成立。各态历经性条件？ 5、平稳过程自相关函数的性质： (t)的平均功率 (t)的直流功率 平稳过程(t)的交流功率 当均值为0时，有R(0) = 2 。 6、 维纳-辛钦关系它在平稳随机过程的理论和应用中是一个非常重要的工具，它是联系频域和时域两种分析方法的基本关

4、系式：7、高斯随机过程（正态随机过程）高斯过程的n维分布只依赖各个随机变量的均值、方差和归一化协方差。因此，对于高斯过程，只需要研究它的数字特征就可以了。广义平稳的高斯过程也是严平稳的。因为，若高斯过程是广义平稳的，即其均值与时间无关，协方差函数只与时间间隔有关，而与时间起点无关，则它的n维分布也与时间起点无关，故它也是严平稳的。所以，高斯过程若是广义平稳的，则也严平稳。高斯过程经过线性变换后生成的过程仍是高斯过程。也可以说，若线性系统的输入为高斯过程，则系统输出也是高斯过程。8、高斯随机变量的一维概率密度函数为： a 均值 2 方差标准化的正态分布： 9、平稳随机过程通过线性系统： 输出过程

5、o(t)的均值： 输出过程o(t)的自相关函数： 输出过程的自相关函数仅是时间间隔 的函数。 若线性系统的输入是平稳的，则输出也是平稳的。 输出过程o(t)的功率谱密度：结论：输出过程的功率谱密度是输入过程的功率谱密度乘以系统频率响应模值的平方。应用：由Po( f )的反傅里叶变换求Ro() 10、什么是窄带随机过程？ 窄带随机过程的表示式：展开为：(t)的同相分量：(t)的正交分量：若窄带过程(t)是平稳的，则c(t)和s(t)也必然是平稳的。同相分量c(t) 和正交分量s(t)具有相同的自相关函数。(t) 、 c(t)和s(t)具有相同的平均功率或方差。 结论：一个均值为零的窄带平稳高斯过

6、程(t) ，它的同相分量c(t)和正交分量s(t)同样是平稳高斯过程，而且均值为零，方差也相同。此外，在同一时刻上得到的c和s是互不相关的或统计独立的。11、结论： 一个均值为零，方差为2的窄带平稳高斯过程(t)，其包络a(t)的一维分布是瑞利分布，相位(t)的一维分布是均匀分布，并且就一维分布而言， a(t)与(t)是统计独立的 ，即有 12、白噪声n (t)？高斯白噪声？低通白噪声？带限白噪声？带通白噪声？通常，带通滤波器的 B fc ，因此称窄带滤波器，相应地把带通白高斯噪声称为窄带高斯白噪声。平均功率：第四章 信道1、 信道分类？2、随参信道？恒参信道？ 3、恒参信道产生的失真主要是线

7、性失真，它可以用振幅频率特性和相位频率特性（群延迟）来描述。 相频畸变是由于信道相频特性不理想造成的。理想的相频特性曲线是通过原点的斜率为k的一条直线。4、随参信道的特性： 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。 5、曲线的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差。而 是随时间变化的，所以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。6、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

8、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。7、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8、连续信道容量：式中 S 信号平均功率 （W）； N 噪声功率（W）； B 带宽（Hz）。 当B 时，Ct将趋向何值？ 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。信道带宽和信噪比在一定的条件下可以互换。第五章 模拟调制系统1、调制的目的？ 提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道

9、的多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。2、常见的模拟调制？幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带角度调制：频率调制、相位调制 3、 幅度调制通常又称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。 4、调幅（AM）当满足条件：|m(t)| A0 时，其包络与调制信号波形相同， 因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。5、双边带调制（DSB）6、单边带调制（SSB）产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。 滤波法的技术难点：滤波特性很难做

10、到具有陡峭的截止特性SSB信号的解调SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。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。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。7、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，使其残留小部分上述条件的含义是：残

11、留边带滤波器的特性H()在c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。 8、相干解调与包络检波：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。（或限幅器、鉴频器、包络检波器）9、线性调制系统的抗噪声性能制度增益定义：用G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。 G

12、也反映了这种调制制度的优劣。 10、DSB调制系统的性能DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。11、SSB调制系统的性能 因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。12、GDSB = 2GSSB，这能否说明DSB系统的抗噪声性能比SSB系统好呢？13、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。 门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起

13、的。 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。 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。 AM信号采用包络检波法解调时为什么会产生门限效应？ AM信号采用包络检波法解调在小信噪比的情况下，解调器输出端没有单独的信号项，会把有用信号扰乱成随机噪声，其本质上是由于包络检波器的非线性解调作用引起的。14、非线性调制（角度调制）调频(FM)、调相(PM) 载波的幅度都保持恒定，而频率和相位的变化都表现

14、为载波瞬时相位的变化。 载波的幅度都保持恒定，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。15、PM与 FM的区别比较上两式可见， PM是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。如果预先不知道调制信号m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。16、NBFM和AM信号频谱的比较。 模拟通信系统中，可靠性最好的是FM，有效性最好的是SSB。17、宽带调频调频波的有效带宽为它称为卡森（Carson）公式。 例如，调频广播中规定的最大频偏f为75kHz，最高调制频率fm为15kHz，故调频指数mf 5，由上式可计算出此FM信号的频带宽度为18

15、0kHz。mf是最大频偏 f 与 fm之比。18、调频信号的产生 直接调频法、间接法调频 阿姆斯特朗（Armstrong）法 19、小信噪比时的门限效应当(Si /Ni)低于一定数值时，解调器的输出信噪比(So /No)急剧恶化，这种现象称为调频信号解调的门限效应。 门限值 出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为(Si /Ni) b。门限效应是FM系统存在的一个实际问题。尤其在采用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望门限点向低输入信噪比方向扩展。降低门限值（也称门限扩展）的方法有很多，例如，可以采用锁相环解调器和负反馈解调器，它们的门限比一般鉴

16、频器的门限电平低610dB。还可以采用“预加重”和“去加重”技术来进一步改善调频解调器的输出信噪比。这也相当于改善了门限。20、预加重和去加重。目的提高解调器输出信噪比。21、各种模拟调制系统比较 抗噪声性能：WBFM抗噪声性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪声性能次之，AM抗噪声性能最差。频带利用率：各种模拟调制系统，SSB频带利用率最高，AM、DSB频带利用率次之，FM频带利用率最低。22、频分复用（FDM）目的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率FDM 技术主要用于模拟信号，普遍应用在多路载波电话系统中。其主要优点是信道利用率高，技术成熟；缺点是设备复杂，滤波器难以制作，并且在复用和

17、传输过程中，调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，而产生各路信号的相互干扰。第九章 模拟信号的数字传输 抽样、量化、编码1、抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率 fH，则以间隔时间为T 1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。这一最低抽样速率2fH称为奈奎斯特速率。与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。2、带通模拟信号的抽样定理：设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间，即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带宽B = fH fL。可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于： B 信号带宽； n 商(fH / B)的整数部

18、分，n =1，2，； k 商(fH / B)的小数部分，0 k 1。当fL = 0时，fs 2B，就是低通模拟信号的抽样情况；当fL很大时，fs趋近于2B。3、自然抽样和平顶抽样4、用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。 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。 5、非均匀量化的目的？非均匀量化器可以改善小信号的量化信噪比，适用于动态范围大 的信号。改善小信号的量化信噪比的方法？6、A律是物理可实现的。其中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同，这将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。7、自然二进制码和折叠

19、二进制码8、增量调制9、一般量化噪声、过载量化噪声10、时分复用的主要优点：便于实现数字通信、易于制造、适于采用集成电路实现、生产成本较低。 11、复接、分接关于复用和复接， ITU对于TDM多路电话通信系统，制定了两种准同步数字体系(PDH)和两种同步数字体系(SDH)标准的建议。准同步数字体系(PDH)ITU提出的两个建议： E体系 我国大陆、欧洲及国际间连接采用 T体系 北美、日本和其他少数国家和地区采用， E体系的一次群结构1帧：由于1路PCM电话信号的抽样频率为8000 Hz，抽样周期为125 s，即1帧的时间。时隙(TS)：将1帧分为32个时隙，每个时隙容纳8比特。在32个时隙中，

20、30个时隙传输30路语音信号，另外2个时隙可以传输信令和同步码。其中时隙TS0和TS16规定用于传输帧同步码和信令等信息；其他30个时隙，即TS1TS15和TS17TS31，用于传输30路语音抽样值的8比特码组。PCM30/32(PDH一次群)比特率为1024Mb/S。同步数字体系(SDH)SDH是针对更高速率的传输系统制定出的全球统一的标准。第六章 数字基带传输系统1、数字基带信号、数字基带传输系统、数字带通传输系统 2、 几种基本的基带信号波形 单极性波形、双极性波形、单极性归零(RZ)波形、双极性归零波形、差分波形、多电平波形3、基带信号的频谱特性Ps(f)可能包含连续谱（第一项）和离散

21、谱（第二项）。连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f) G2(f) 。谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱以及出现的概率P。离散谱是否存在，取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现的概率P。一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率P=1/2（等概）时，则没有离散分量(f - mfs)。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)和G2(f) 。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算， N

22、RZ( = Ts)基带信号的带宽为BS = 1/ = fs ；RZ( = Ts / 2)基带信号的带宽为BS = 1/ = 2fs 。其中fs = 1/Ts ，是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率RB相等。单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换；单极性RZ信号中含有定时分量，可以直接提取它。“0”、“1”等概的双极性信号没有离散谱，也就是说没有直流分量和定时分量。单极性RZ信号中含有直流分量，含有位定时离散分量，可以提取。4、 基带传输的常用码型（此为信道码）AMI码：编码规则、优点、缺点HDB3码：编码规则？

23、HDB3码的译码？双相码： 差分双相码 密勒码 CMI码： 4、数字基带信号传输系统的组成发送单元和抽样判决器的功能？5、什么是码间串扰？对通信质量有什么影响。6、无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的条件 时域条件？频域条件？奈奎斯特(Nyquist)第一准则。奈奎斯特抽样速率？奈奎斯特抽样间隔？7、若双极性信号在抽样时刻的电平取值为+A或-A（分别对应信码“1”或“0” ），则双极性基带系统的总误码率仅依赖于信号峰值A与噪声均方根值n的比值，比值A/ n越大，Pe就越小，基带传输系统总误码率为对于单极性信号, 若设它在抽样时刻的电平取值为+A或0（分别对应信码“1”或“0” ），比较双极性和

24、单极性基带系统误码率可见，当比值A/ n一定时，双极性基带系统的误码率比单极性的低，抗噪声性能好。此外，在等概条件下，双极性的最佳判决门限电平为0，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变，故能保持最佳状态。而单极性的最佳判决门限电平为A/2，它易受信道特性变化的影响，从而导致误码率增大。因此，双极性基带系统比单极性基带系统应用更为广泛。8、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

25、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”。眼图的“眼睛”张开的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之，表示码间串扰越大。眼图模型最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻；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；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；图中央的横轴位置对应于判决门限电平；（单极性、双极性的最佳判决门限）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；图中倾斜阴影带与横

26、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。第七章1. 数字调制技术两种方法：利用模拟调制的方法实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。二进制振幅键控（2ASK）“通-断键控(OOK)”信号表达式2ASK信号的一般表达式 其中 s(t) 二进制单极性NRZ随机矩形脉冲序列。 2ASK信号产生方法：模拟调制法（相乘器法）；键控法。 2ASK信号解调方法：非相干解调（包络检波法）；相干解调（同步检测法）。 功率谱密度2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f)的线性搬移（属线性调制）。当概率P =1/2

27、时，并考虑到 ，则2ASK信号的功率谱密度为 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有式中 fs = 1/Ts， 即2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。二进制频移键控（2FSK）一个2FSK信号可看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。 ，式中 2FSK信号的产生方法：采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。 2FSK信号的解调方法：非相干解调；相干解调。 功率谱密

28、度令概率P =1/2，只需将2ASK信号频谱中的fc分别替换为f1和f2，即可得2FSK信号的功率谱密度： 相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处； 连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若| f1 f2 | fs，则出现双峰，其中fc为两个载频的中心频率； 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。二进制相移键控（2PSK） 其中：s(t) 二进制双极性NRZ随机矩形脉冲序列。以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信

29、号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 2PSK信号产生方法：模拟调制法；键控法。 2PSK信号解调方法：相干解调。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，这种现象称为2PSK 方式的“倒”现象或“反相工作”。 功率谱密度这里的Ps (f)是双极性全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度，其值为：因此，当概率P =1/2时，并考虑到 ，则2PSK信号的功率谱密度为： 2PSK的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，

30、其谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。二进制差分相移键控（2DPSK）2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。 2DPSK信号的产生方法先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。 2DPSK信号的解调方法：相干解调（极性比较法）加码反变换法；差分相干解调（相位比较）法。2DPSK系统不存在“倒”现象，是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。 功率谱密度2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为： 与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。2. 二进制数字调制系统的性能比较 误码率相干解调非相干解调式中：为解调器输入端的信噪比。2ASK2F