重点大学《通信原理》期末试卷及答案.pdf

通 信 原 理 期 末 试 卷 通 信 原 理 期 末 试 卷 （注意：在答题纸上答题，不必重新抄题，只写题号即可。 ）（注意：在答题纸上答题，不必重新抄题，只写题号即可。 ） 一 填空题： （每个空一 填空题： （每个空0.5分，共分，共15分）分） 1. 基带传输系统的总误码率依赖于 和 之比。 2. 调制信道对信号的干扰分为 和 两种。 ( )t i 3. 若线形系统的输入过程是高斯型的，则输出( )t o 是 型的。 4. 通断键控信号（OOK）的基本的解调方法有 及 。 5. 随参信道的传输媒质的三个特点分别为 、 、 。 6. 根据乘性干扰对信道的影响，可把调制信道分为 和 两大类。 7. 包络检波法的系统误码率取决于 和 。 8. 起伏噪声又可分为 、 及 。 ( )9. 数字基带信号的功率谱密度( )tS S P可能包括两部分即 和 。 10. 二进制振幅键控信号的产生方法有两种，分别为 和 。 11. 模拟信号是利用 、 和 来实现其数字传输的。 12. 模拟信号数字传输系统的主要功能模块是 、 和 。 13. 设一分组码（110110） ；则它的码长是 ，码重是 ，该分组码与另一分组码（100011）的码 距是 。 14. 在 情况下，消息的平均信息量最大。 15. 一个连续信道的信道容量受 、 、 “三要素”的限制。 16. 一个均值为零的平稳高斯窄带随机过程的包络的一维分布是 ，而其相位的一维分布是 。 17. 信道传输信息的速率与 、 以及 有关。 18. 数字通信系统的主要性能指标是 和 。 19. 常见的随机噪声可分为 、 和 三类。 20. 二进制数字调制系统有三种基本信号，分别为 、 和 。 21. 衡量通信系统的质量指标主要有 和 ，具体对数字通信系统而言，前者常用 来衡量， 后者常用 来衡量。 22. 在数字通信中，产生误码的因素有两个：一是由传输特性不良引起的 ，二是传输中叠加 的 。 23. 根据香农公式， 理想解调器的输入信噪比 ii NS和带宽与输出信噪比 c B oo NS和带宽之间满 足 s B 。 24. 恒参信道的传输特性通常可以用 和 来表征。 二 判断题： （正确划“” ，错误划“二 判断题： （正确划“” ，错误划“ ” ；每题” ；每题0.5分，共分，共5分）分） 1. 码元传输速率与信息传输速率在数值上是相等的。 （ ） 2. 一般说来， 通过键控法得到二进制移频建控信号 （2FSK） 的相位 （ n 、 n ） 与序列 无关。 （ ） n 1 3. 任何一个采用线性调制的频带传输系统，总可以由一个等效的基带传输系统所替代。 （ ） 4. 白噪声是根据其概率密度函数的特点定义的。 （ ） 5. 基带传输系统的总误码率与判决门限电平有关。 （ ） 6. 对于受到高斯白噪声干扰的连续信道， B与NS可以互换。 （ ） 7. 恒参信道对信号传输的影响是变化极其缓慢的， 因此， 可以认为它等效于一个时变的线性网络。 （ ） 8. 对于受到高斯白噪声干扰的连续信道，若增加信道带宽B，则信道容量C无限制地增加。 （ ） 9. 小信噪比时，调频系统抗噪声性能将比调幅系统优越，且其优越程度将随传输带宽的增加而增 加。 （ ） 10. 一种编码的检错和纠错能力与该编码的最小码距的大小有直接关系。 （ ） 11. 信息与消息在概念上是一致的，即信息就是消息，消息就是信息。 （ ） 12. 平稳随机过程的自相关函数具有任意的形状。 （ ） 13. 对于数字基带信号( )tS的功率谱密度的连续谱部分总是存在的，而离散谱可有可无。 （ ） 14. 在大信噪比情况下，AM信号检波器的调制制度增益随基带信号的支流分量的减少而减少。 （ ） 15. 对于受到高斯白噪声干扰的连续信道，若，则信道容量0 0 nC。 （ ） 16. 对于受到高斯白噪声干扰的连续信道，若信源的信息速率R小于或等于信道容量C，则理论上 可实现无误差传输。 （ ） 三 选择题： （每题三 选择题： （每题1分，共分，共10分）分） 1 一个随机过程是平稳随机过程的充分必要条件是 。 （A） 随机过程的数学期望与时间无关，且其相关函数与时间间隔无关； （B） 随机过程的数学期望与时间无关，且其相关函数仅与时间间隔有关； （C） 随机过程的数学期望与时间有关，且其相关函数与时间间隔无关； （D） 随机过程的数学期望与时间有关，且其相关函数与时间间隔有关； 2 下列属于线性调制的是 。 （A） 相移键控； （B）频移键控； （C）振幅键控； （D）角度调制。 3 采用同步解调残留边带信号时，只要残留边带滤波器的截止特性在载频处具有 特性，就能 够准确地恢复所需的基带信号。 （A）互补 （B）对称 （C）互补对称 （D）没有特殊要求 4 若，)()( 11 tmtXE X =)()( 22 tmtYE Y =( ) ( )( )( ) 2121 tmtmtYtXE YX =， 则随机过程( )tX与 ( )tY。 （A） 不相关； （B）相关； （C）正交； （D）独立。 5 对于 AM 调制系统，在大信噪比情况，采用包络检波器解调时的性能比同步检测器时的性 能 。 （A）高 （B）低 （C）相等 （D）几乎一样 2 )(f )(f )(f )(f )( A)(B )(C )(D OO O O T2T2T4T4 6 如上图所示的四条函数曲线，哪一条不是平稳过程的正确的自相关函数曲线 。 7 线形调制系统的调制制度增益 。 （A） 与调制方式有关，与解调方式无关； （B） 与调制方式无关，与解调方式有关； （C） 与调制方式无关，与解调方式无关； （D） 与调制方式有关，与解调方式有关。 8 通断键控信号（OOK）的带宽是基带脉冲波形带宽的 倍。 （A）1 （B）2 （C）3 （D）2/3 9 下列哪一种信号的传输带宽与AM信号传输带宽相同 。 （A） 基带信号； （B）双边带信号； （C）单边带信号； （D）残留边带信号。 10. 采用同步解调残留边带信号时，只要残留边带滤波器的截止特性在载频处具有 特性，就能 够准确地恢复所需的基带信号。 （A）互补 （B）对称 （C）互补对称 （D）没有特殊要求 11. 下列关于群延迟畸变与幅度畸变说法正确的是 。 （A） 群延迟畸变是线性畸变，幅度畸变是非线性畸变； （B） 群延迟畸变、幅度畸变都是线性畸变； （C） 群延迟畸变是非线性畸变，幅度畸变是线性畸变； （D） 群延迟畸变、幅度畸变都是非线性畸变。 12. 在相同的大信噪比下，通断键控信号（OOK）同步检测时的误码率比包络检波时的误码率 。 （A） 低 （B）高 （C）一样 （D）没有可比性 13. 在抗加性高斯白噪声性能方面，2ASK、2FSK、2PSK从差到优的次序 。 （A） 2FSK、2ASK、2PSK； （C）2ASK、2FSK、2PSK； （B） 2ASK、2PSK、2FSK； （D）2PSK、2FSK、2ASK。 14. 窄带噪声的同相分量与正交分量( )tn( )tnc( )tns具有如下性质 。 （A）与都具有带限性质； （B）( )tnc( )tns( )tnc与( )tns都具有带通性质； （C）与都具有高通性质； （D）( )tnc( )tns( )tnc与( )tns都具有低通性质。 15. 在带宽与信噪比互换关系上，下列 性能与理想通信系统性能差距最小。 3 （A）SSB 系统； （B）FM 系统； （C）M 系统； （D）PCM 系统 16. 在一个码组内纠正t位错误，同时检测()tee个误码，要求最小距离应为 min d。 （A） （B） 12 min +etd1 min +etd （C） （D） 12 min +etd122 min +etd 17. 传输速率为9600 B的二进制数码流，所需的最小传输带宽为 。 （A）3.2 kHz （B）4.8 kHz （C）1.6 kHz （D）9.6 kHz 四 作图题： （四 作图题： （5分）分） 1设发送数字信息为1001101，则画出2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的波形示意图并求出相 应的相对码序列。 2已知数字信息 ，分别以下列两种情况画出2PSK，2DPSK的波形以及写出相对 码。 1011010= n a n b （1）码元速率为1200 B，载波频率为1200 Hz； （2）码元速率为1200 B，载波频率为1800 Hz； 五 五 简答题： （每题简答题： （每题5分，共分，共30分）分） 1. 数字通信有哪些主要优点？ 2. 假设恒参信道的传输特性为( )H，相频特性( )为，则它的不失真条件是什么？什么是群延 迟频率特性( )，其表达式是什么？ 3. 为什么双边带解调器的调制制度增益是单边带的二倍？ 4. 什么是门限效应？AM信号采用包络检波法解调时为什么会产生门限效应？ 5. 消除码间干扰的方法有几种，并说明它们的思想？ 6. 什么是“倒现象”？为什么二进制移相键控信号会出现“倒现象” 7. 为什么DSB信号的解调器使信噪比改善一倍？ 8. 什么是眼图？由眼图模型可以说明基带传输系统的哪些性能？ 9. 无码间干扰时，基带传输系统的误码率取决于什么？怎样才能降低系统的误码率？ 10. DSB调制系统和SSB调制系统的抗噪性能是否相同？为什么？ 11. 窄带高斯白噪声中的“窄带”、“高斯”、“白”的含义各是什么？ 4 六 计算题： （六 计算题： （1、2、3每题每题10分；分；4每题每题5分，共分，共35分）分） 1. 已知二进制数字信号每个码元占有的时间为1ms，1、0码等概率出现，求（1）码元速率； （2） 每秒种的信息量； （3）信息速率。 2. 黑白电视机图像每幅含有个像素，每个像素有 16 个等概率出现的亮度等级。要求每秒 种传输 30 帧图像。若信道输出 5 103 NS=30dB，计算传输该黑白电视图像所要求的信道的最小带 宽。 3. 设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度( ) 2 105 . 0 =fPnW/Hz,在该信道中传输抑制载波的 双边带信号， 并设调制信号的频带限制在5kHz， 而载波为100kHz， 已调信号的功率为10kW。 若接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一理想带通滤波器滤波，试问： ( )tm （1） 该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性( )H； （2） 解调器输入端的信噪功率比为多少？ （3） 解调器输出端的信噪功率比为多少？ （4） 求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图形表示出来。 4. 已知滤波器的( )H具有如下图所示的特性（码元速率变化时特性不变） ，当采用以下码元速率 时（假设码元经过了理想抽样才加到滤波器） ： (a) 码元速率Baud； (b)码元速率1000= b f4000= b fBaud； (c) 码元速率Baud； (d) 码元速率Baud。问： 1500= b f 3000= b f （1） 哪种码元速率不会产生码间串扰？为什么？ （2） 哪种码元速率根本不能用？为什么？ （3） 哪种码元速率会产生码间串扰，但还可以用？为什么？ )( fH 1000 O Hzf 1000 1 5. 一种设输入随机过程（右图）是平稳的，其功率谱密度为( )tX( ) X P，求系统输出的功率 谱密度 ( )tY ( ) Y P。 5 延时T ( )tX( )tY 6. 设随机二进制脉冲序列码元间隔为，经过理想抽样以后，送到如下图中的几种滤波器，指出 哪种会引起码间串扰，哪种不会引起码间串扰，说明理由。 b T )(H b T 3 b T 3 )(H b T 2 b T 2O O )(a)(b 7. 若( )t i 是平稳随机过程，其功率谱密度( )2 0 nP i = ，将它加于下图所示系统，试确定该系统 输出随机过程的功率谱密度和相关函数。 迟延T ( )t i ( )t o + 8. 设最高频率为3 kHz的话音信号经DSB调制后，在30 0 =fMHz的高频信道上传递10 km。信道传 输的功率衰耗为10 dB/km， 信道中存在高斯白噪声， 其双边功率谱密度为 16 0 102 =nW/Hz， 要 求接收输出信噪比40 oo NSdB。 （1）请画出解调方框图（应注明各方框主要参数）； （2）试确定输出噪声功率谱密度； （3）试确定最小平均发送功率。 9. 二进制数字基带传输系统如左图所示，设( )1=C， ( )( )( )HGG RT =。现已知 6 ( ) () + = 其它0 ,cos1 000 H （1）若的双边功率谱密度为( )tn2 0 nW/Hz，试确定( ) R G的输出噪声功率； （2） 若在抽样时刻KT（K为任意正整数）上， 接收滤波器的输出信号以相同概率取0，A电平， 而输出噪声取值V服从下述概率密度分布的随机变量，即： ( ) M eVf = 2 1 ， ()常数0 试求系统最小误码率 Pe 。 抽样判决器 输入输出 ( ) T G( )C( ) R G ( )tn 0 通 信 原 理 期 末 试 卷 答 案 通 信 原 理 期 末 试 卷 答 案 一 填空题： （每个空一 填空题： （每个空0.5分，共分，共15分）分） 1. 信号峰值、噪声均方根值。 2. 乘性干扰、加性干扰。 3. 高斯。 4. 非相干解调（包络检波法） 、相干解调（同步检测法） 。 5. 对信号的耗衰随时间而变、传输的时延随时间而变、多径传播。 6. 恒参信道、随参信道。 7. 系统输入信噪比、归一化门限值。 8. 热噪声、散弹噪声、宇宙噪声。 9. 连续谱、离散谱。 10. 模拟幅度调制法、键控法。 11. 抽样、量化、编码。 12. A/D、数字传输系统、D/A。 13. 6、 4、 3。 14. 等概率。 15. 信道的带宽（B） 、信道输出的信号功率（S） 、噪声单边功率谱密度（） 。 0 n 16. 瑞利分布、均匀分布。 17. 单位时间传送的符号数目、信息源的概率分布、信道干扰的概率分布。 18. 传输速率、差错率。 19. 单频噪声、脉冲噪声、起伏噪声。 20. 振幅键控（ASK） 、移频键控（FSK） 、移相键控（PSK） 。 21. 1. 有效性、可靠性；码元速率，误码率。 22. 2. 码间串扰，加性噪声。 23. 3. ()() 0022 1log1logNSBNSB siic +=+ 24. 4. 幅度频率特性、相位频率特性。 二 判断题： （正确划“二 判断题： （正确划“” ，错误划“” ；每题” ，错误划“” ；每题0.5分，共分，共5分）分） 三 选择题： （每题三 选择题： （每题1分，共分，共10分）分） B C C A C A D B B C B A C D B A B ； 五 论述题： （每题五 论述题： （每题5分，共分，共30分）分） 1. 答： （1） 数字传输的抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累； （2） 传输差错可以控制，从而改善了传输质量； （3） 便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理； （4） 数字信息易于作高保密性的加密处理； 7 （5） 数字通信可以综合传输各种消息，使通信系统功能增强。 2. 答：不失真条件： ( )H 满足： ( )H为一条水平线； ( ) 成线性关系 群延迟频率特性：频率特性对频率的导数。 ( ) ( ) d d = 3. 答：因为是单边带信号中的ttm c sin)(分量被解调器滤除了，而它在解调器输入端确是信号功 率的组成部分。 4. 答：门限效应： 就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪 比出现急剧恶化的一种现象。 因为，门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的，而AM信号采用了包络检波法， 所以会产生门限效应。 5. 答：1）奈奎斯特第一准则： 为了消除码间干扰，则基带传输特性应满足： 1 21 = + iss T i T s T 或 s is T T i = + 2 s T 2）奈奎斯特第二准则： 有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那 么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。 3）频域均衡 在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减少码间干扰的影响。频域均衡就是 利用可调滤波器的频率特性去补偿基带系统的频率特性，使包括可调滤波器在内的基带系统的总特 性满足实际性能的要求。 6. 答：在数字调制系统中，如果采用绝对移相方式，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因 而在接收端系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化（0 相 位变相位或相位变0相位） ，则恢复的数字信息就会发生0变为1或1变为0，从而造成错 误的恢复。 而实际通信时， 参考基准相位的随机跳变是可能的， 而且在通信过程中不易被发觉， 就会在接受端发生错误的恢复，这种现象就称为“倒现象” 。 因为二进制移相键控信号采用是绝对移相方式，所以就可能出现“ “倒现象” 。 8 7. 答：因为它采用同步解调，使输入噪声中的一个正交分量被消除的缘故。 )(tns 8. 答：眼图是指用示波器显示用实验手段估计系统性能的图形，因为在传输二进制信号波形时， 它很像人的眼睛。 它能说明基带传输系统的性能有： 1） 最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻； 2） 对定时误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏； 3） 图的阴影区的垂直高度表示信号幅度畸变范围； 4） 图中央的横轴位置应对应判决门限电平； 在抽样时刻上， 上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限 （或称噪声边际） ， 即若噪声瞬时值 超过这个容限，则就可能发生错误判决。 9. 答：基带传输系统的误码率依赖于信号峰值 A 与噪声均方根值 n 之比，而与采用什么样的信 号形式无关，但这里的信号形式必须是能够消除码间干扰的。 若比值 n A 越大，则误码率就越小。 10. 答：相同。 因为单边带信号所需带宽仅仅是双边带的一半。因而，在噪声功率谱密度相同的情况下，双边 带解调器的输入噪声功率是单边带的二倍， 从而也使双边带解调器输出噪声功率比单边带的大一倍。 因此，尽管双边带解调器的制度增益比单边带的大，但它的实际解调性能不会优于单边带的解调性 能。不难看出，如果解调器的输入噪声功率谱密度相同，输入的信号功率也相同，则双边带和单边 带在解调器输出端的信噪比是相等的。这就是说，从抗噪声的观点看，单边带的解调性能和双边带 是相同的。元相对相位的差唯一决定信息符号，这样避免了绝对移相方式中的“倒现象” 。 11. 答：“窄带”是指系统的频带比起中心频率来小得多的系统； “白”是指噪声的功率谱密度服从均匀分布； “高斯” 是指噪声的概率密度函数服从正态分布。 六 计算题： （六 计算题： （1、2、3每题每题10分；分；4每题每题5分，共分，共35分）分） 1. 解： （1） 3 3 101 101 1 = = B R B （2） ( )( ) 2 1 01= PP 每秒钟的信息量即为信息速率： bps 3 101 （3） ( )( )( ) i i i xPxPxH 2 log = ( )( )( )1 2 1 log 2 1 2 1 log 2 1 0log)0(1log1 2222 =PPPPH bit/s (bps) 33 1011011= Bb RHR 2. 解： 9 （1） 每个像元x的平均信息量 ( ) 16 1 = i xP， 16, 2 , 1?=i ( )( )( )( )( )416logloglog 22 16 1 2 = = ii i i i i xPxPxPxPxH （2） 一帧图片的平均信息量 bit 65 102 . 14103= 图片 I （3） 每秒内传送的信息量 每秒有30帧 每秒内传送的信息量为： bit 76 106 . 3102 . 130= （4） 信息速率 由上可知： bps 7 106 . 3= b R （5） 由于信道容量，故信道带宽： b RC () 6 2 7 22 10612. 3 10001log 106 . 3 1log1log = + = + + = N S R N S C B b Hz 其中： 100030dB 要求信道的最小带宽为： Hz 6 10612. 3 3. 解： （1） 了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即： 10522= m fB kHz 其中心频率为100 kHz，故有： ( ) = 其它, 0 10595,kHzfkHzK H （2） 已知： kw 10= i S w ( )10105 . 0101022 33 = fPBN ni 故输入信噪比：1000= i i N S （3） 因有 2= DSB G 10 故输出信噪比：20002= i i o o N S N S （4） 根据双边带解调器的输出噪声与输入噪声功率关系，有： 5 . 2 4 1 = io NN w 故： ( ) 3 1025. 0 2 = m o n f N fP o w/Hz ( )fPn 2 1 = 4. 解： 由图可知带宽为1000Hz，奈奎斯特速率为2000 Baud 由此可得： （1） （a） Baud，不会产生码间串扰； 1000= b f （2） （b） （d）码元速率根本不能用； （3） （c） Baud会引起码间串扰；但还可以用。 1500= b f 5. 解： 方法一： 由图可得输出： ( )( )()TtXtXtXo+= 故： ( )( )()+=tXtXER ooXo ( )()()()TtXtXTtXtXE+= ( ) ()( ) ()() ()() () + + = TtXTtXtX TtXTtXtXtXtX E ( )()()( ) XXXX RTRTRR+= ( )()()TRTRR XXX +=2 根据： ( )( ) OO XX PR ( )( )( )( ) Tj X Tj XXX ePePPP O += 2 ()( ) X PT +=cos12 方法二： 该系统的单位冲击响应 ( )( )()Tttth+= 11 故其传递特性： ( ) 2222 2 cos21 T j T j T j T j Tj e T eeeeH = +=+= 因而： ( )( )( ) XY PHP= 2 ( )()( ) XX PTP T +=cos12 2 cos4 2 6. 解： (a) 在 bb TT ,区间上，前后码元的( )H叠加为矩形，所以这种滤波器是无码间串扰； (b) 在 bb TT ,区间上，前后码元的( )H叠加不为矩形，所以这种滤波器是有码间串扰； 7. 解： 显然，所以 ( ) jwT eH += 1 ( )()THcos12 2 += 输出功率谱密度为 ( )( )( )( )()TPPHP ii cos12 2 0 += 又因为 ( )() 2 2 0 0 n eeP TjTj += 所以 ( )( )()()TRTRRR iii += 2 0 (