通信原理复习要求

第1章1基本概念（1）模拟通信系统模型，数字通信系统模型，数字通信系统的主要特点（2）信息量，平均信息量（香农熵）（3）模拟与数字通信系统的主要性能指标（有效性有效频带（带宽B），传码率RB、传信率RB，频带利用率（带宽效率）B（B）；可靠性信噪比SNR（S/N），误码率PE、误信率PB）等。2计算信息量，平均信息量，传码率RB，传信率RB，频带利用率（带宽效率），误码率PE、误信率PB，二进制与多进制系统的主要性能指标的关系（有效性，可靠性）。3填空题、简答题。第3章1基本概念（1）随机过程的统计特性可以用分布特性（概率分布）和数字特征两种方法描述。分布特性（概率分布）包括概率分布函数和概率密度函数；数字特征包括数学希望、方差和相关函数等。（2）平稳随机过程（分布特性与时间起点无关），广义平稳随机过程（数学希望和方差与时间起点无关，自相关函数仅与时间间隔有关的平稳随机过程）（3）平稳随机过程相关函数的性质（物理意义）平稳随机过程T的功率谱密度P与其相关函数RT构成一对傅里叶变换关系，R0S（平均功率）等等，功率谱密度意义（描述平稳随机过程的频域特性，建立频域与时域关系，积分面积为总功率，系统传输特性对信号和噪声的影响）。平稳随机过程的各态历经性与意义（时间平均（一个样本）替代统计平均（无穷多个样本）。）（4）高斯过程（正态随机过程），窄带随机过程（频带宽度BF远小于其中心频率FC的随机过程，即FFC，FC0）的描述（2种包络相位和同相正交表达式）；平稳窄带高斯过程统计特性（包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布）。正弦波窄带高斯过程统计特性（包络服从广义瑞利分布，小信噪比时，接近于瑞利分布；大信噪比时，接近于高斯分布）。白噪声（理想的宽带平稳随机过程，其功率谱密度在整个频域内是均匀分布的。理想白噪声通过带通滤波器后，其输出就是一个窄带过程。）（5）平稳随机过程通过线性系统（PO|H|2PI，）等。所有基本概念可以用小结中的图示说明。2计算随机过程的统计特性（分布特性（概率分布）和数字特征），平稳随机过程相关函数的性质（物理意义）R0EX2TS，总（平均）功率；RE2XTA2，直流功率；R0R2，交流功率。功率谱密度P与其相关函数RT。平稳随机过程、高斯过程、白噪声通过线性系统。3填空题、简答题。第4章1基本概念（1）信道分类与特征。有线信道（恒参信道）的特性（线性时不变系统）和无线信道（电磁波恒参信道和随参信道）的特性。（2）调制信道与编码信道的含义与关系。调制信道的数学模型（用一个二对端（或多对端）的时变线性网络来表示），编码信道的数学模型（用转移概率（条件概率）来描述）（2）恒参信道（传输参数（特性）恒定时不变）的数学模型（等效为线性时不变系统），恒参信道线性失真对信号传输的影响（波形失真/码间干扰），改善恒参信道信号传输质量的方法（均衡技术等）（3）随参信道（传输参数（特性）随时间变化时变）特点多径传播，衰耗时变和时延时变。多径传播对信号传输的影响（瑞利型衰落、频率弥散和频率选择性衰落），改善随参信道信号传输质量的方法（分集接收，扩频技术等）（4）加性噪声（高斯白噪声）分散在通信系统中各处噪声的集中表示，主要代表是起伏噪声（加性干扰），一般在工作频率范围内，为高斯白噪声。加性噪声通过接收机带通滤波器（解调器输入端）后，变为窄带噪声。（5）信道容量（香农公式的结论与意义）。2计算恒参信道不失真传输条件实际上是线性系统不失真的传输条件（幅频特性AA，相频特性TD，群延迟相频特性TDD/D），信道容量香农（SHANNON）公式，CB21S/N（BIT/S），香农公式的特殊形式CB21S/N0B。3填空题、简答题。第5章1基本概念（1）调制在通信系统中的主要作用，线性调制与非线性调制。（2）AM、DSB、SSB、VSB和FM、PM（FMDT/DT；PMT）的基本概念、特点和应用；已调信号产生与解调方法（幅度调制）。（3）幅度调制四种AM、DSB、SSB、VSB的表达式，AM、DSB波形和频谱，VSB滤波特性（VSB滤波器HVSB的要求）（3）各种模拟调制系统的比较可靠性、有效性（4）频分复用（FDM）、多级调制、复合调制的基本概念（5）包络检波器的特点（属于非线性解调包含有载波（载频）分量，存在门限效应），相干解调（属于线性解调要求本地载波和载波信号必须保持同频和同相，载波不同步产生的影响）。2计算AM、DSB、SSB、FM的抗噪声性能、功率、调制功率效率、调制制度增益G、输入/输出信噪比、带宽的计算与比较。3填空题、简答题。第6章1基本概念（1）最基本的基带信号码波形单极性/双极性码波形（NRZ/BNRZ），单极性/双极性归零码波形（RZ/BRZ），差分码波形（相对码），多元码波形（四进制电平）（2）基带信号的频谱特性（连续频谱和离散频谱组成（直流成分）。连续频谱总是存在的，确定信号的带宽；直流成分未必都存在，离散频谱对同步信号提取特别重要）（3）传输码型的设计原则要求，码型编码和码波形AMI码（三元码），HDB3码（三元码），差分双相码（差分曼彻斯特码）（4）数字基带系统原理框图，ISI及其产生原因。无ISI基带传输特性奈奎斯特第一准则，把系统总频率特性H以2/TS为宽度切段，然后将各段2I/TSI0,1,2移位即平移到/TS,/TS区间内，再将它们叠加起来，其结果为常数（即为一条水平直线）；滚降传输特性（直线滚降，余弦滚降，升余弦滚降）滚降段指对于滚降段中心频率点中心奇对称，副瓣大大减小（快速衰减），降低了对位定时精度的要求，但带宽加大，频带利用率降低了。（5）无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能单极性信号/双极性信号的最佳判决门限电平VD，误码率PE与信噪比S/N的关系。（6）部分响应系统有控制地在某些码元抽样时引入码间干扰，而在其他时刻无码间干扰，则可达到高频带利用率（2BAUD/HZ），同时降低位定时精度要求两个目的，但可靠性降低。预编码相关编码模2（L）判决。奈奎斯特第二准则。（7）为改善数字信号基带传输性能的措施为消除码间干扰通常需要加入可调滤波器（均衡器）。（8）眼图的意义分析通信传输系统性能的有效实验方法。2计算HDB3码。理想低通系统无码间干扰时的最高传码率为2WBAUD，奈奎斯特带宽；最高频带利用率为2BAUD/HZ，时域条件，频域条件。滚降系统有无ISI判定，滚降系数，带宽B，频带利用率（理想低通系统与滚降系统），无ISI的最高传输速率。部分响应系统相关运算相关编码（预编码相关编码模判决）。有无ISI的判断。单极性/双极性系统最佳判决门限电平VD，误码率PE。3填空题、简答题。第7、8章1基本概念、计算（1）调制类型与特点。数字调制与模拟调制的异同点。（2）二进制数字调制原理，表达式，2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）波形，带宽B，频带利用率（理想低通系统与滚降系统）。抗噪声性能信噪比R（接收机解调器输入端的信噪比）A2/2N2，其中信号功率SIA2/2，噪声功率NIN2。最佳判决门限电平VD，误码率PE。（3）差分编码与译码。（3）多进制数字调制系统的特点，改进的多进制数字调制系统（APK16QAM（星座图）的特点，FSK信号的改进型MSK的特点，MSK信号的改进型GMSK的特点。（4）几种数字调制方式的比较（几种二进制数字调制、几种多进制数字调制、二进制与多进制数字调制）（5）调制解调过程中的时间波形P23574、调制解调原理框图。2填空题、简答题。第9章1基本概念（1）抽样低通信号和带通信号的抽样定理，已抽样信号频谱特点、画法，混叠现象，FS2FH。冲激抽样、自然抽样、瞬时抽样的波形和频谱特点。（2）量化量化特性、量化误差特性，量化噪声功率、量化信噪比。均匀量化与非均匀量化的特点。对数扩张A律和律特性。（3）编码编码信号码率、带宽。线性PCM编码，对数PCM编码A律13折线特性与计算。（4）PCM、DPCM、DM系统的特点与抗噪声性能。DM系统不过载条件。（5）TDM基本概念。2计算量化误差、量化噪声功率、量化信噪比。编码信号码率、带宽，A律13折线PCM编码、译码和量化误差。均匀量化信噪比满足6DB规律，SO/NQM222N，PCM系统量化信噪比SO/NQ22N（对于均匀分布，进行均匀量化）。M量化级数（量化阶数，量化电平数），K编码位数。3填空题、简答题。第11章1基本概念、计算（1）差错控制编码的目的和方法，纠错编码的基本要求。码重、汉明距离的确定。（2）差错控制方法的检错与纠错能力（E、T、D0的关系）ARQ检错能力ED01；FEC纠错能力TD01/2HEC检错和纠错能力ETD01,TBAM。其中FH为信号最高频率，F为调频FM信号的最大频率偏移。根据香农公式，信道容量C为CB21S/N（BIT/S）B21S/N0B，其中N噪声功率（W）；S信号功率（W）；C信道容量（BIT/S）；B信道带宽（HZ）；S/N信噪比；N0为噪声单边功率谱密度W/HZ。当C一定时，B和S/N可以彼此互换，即B增大，则S/N下降，反之亦然。可以利用信道带宽的增大（或增加信道带宽为代价）换取信噪比的下降，即有效性换取可靠性。（2）在大输入信噪比时，调频FM系统可以换取信噪比特性。而调幅AM系统的带宽是固定的，不能够利用带宽换取信噪比的改善。调频系统抗噪声性能比调幅系统优越，且优越程度将随传输带宽的增加而增加。计算题综合题与基础题（8分）计算机终端通过电话信道传输数据，电话信道带宽为34KHZ，信道输出的信噪比S/N30DB。该终端发出由256个符号组成的独立符号序列，各符号等概出现。（1）计算香农信道容量。（2）求出无误码传输的最高符号速率。解（1）（4分）S/N30DB，SNR1000（S/N10LGSNR），根据香农公式，信道容量C为CB21S/N（BIT/S）B21SNR34103210013389104（BIT/S），（2）（4分）该终端发出由N256个符号组成的独立符号序列，各符号等概出现。每个符号出现的概率为PI1/256，每个符号可编码为8位，每个符号信息量H2N22568BIT，无误码传输的最高符号速率最大信息速率为RMAXC/H3389104/84236（符号/S）例考察随相正弦信号STCOSCT的平稳性，其中C是常数，相位是一个离散随机变量，且P01/2，P1/2。解ST的数学希望ATATP1ST|0P2ST|1/2COSCT1/2COSCT0ST的自相关函数RT,TRT,TECOSCTCOSCTP1COSCTCOSCTP2COSCTCOSCTCOSCTCOSCTST的数学希望与时间T无关，但自相关函数与时间T有关，随相正弦信号ST不是广义平稳的。例考察随相正弦信号STACOSCT的平稳性，其中A,C是常数，相位是在区间,上均匀分布的随机变量。解ST的数学希望ATATEACOSCTAECOSCOSCTSINSINCTACOSCTCOS1/2DASINCTSIN1/2D0ST的自相关函数RT,TRT,TEACOSCTACOSCTA2/2ECOSCCOS2CTC2A2/2COSCST的数学希望与时间T无关，自相关函数仅与时间间隔有关，随相正弦信号ST是广义平稳的。例已知基带传输系统总特性如图A、B所示，码元传输速率RB1/T。（1）当FH1/2T、1/T、3/2T时，该系统是否存在ISI（2）当码元传输速率加倍（RB2/T）时，重复（1）题问题。HFHF11FH0FHFH0FHA矩形波形B升余弦波形解若无ISI，要求数据传输速率RBRBMAX/N，RBMAX2BEQ（1）图A情况理想特性RBRBMAX/N1/TS，RBMAX2BEQ2FHB无ISI，要求2FHTSN（整数）FH1/2T时，2FHTS1，无ISIFH1/T时，2FHTS2，无ISIFH3/2T时，2FHTS3，无ISI图B情况升余弦特性RBRBMAX/N1/TS，RBMAX2BEQFHB无ISI，要求FHTSN（整数）FH1/2T时，FHTS1/2，存在ISIFH1/T时，FHTS1，无ISIFH3/2T时，FHTS3/2，存在ISI（2）当码元传输速率加倍（RB2/T）时，图A情况RBRBMAX/N2/TS，RBMAX2BEQ2FHB无ISI，要求FHTSN（整数）FH1/2T时，FHTS1/2，存在ISIFH1/T时，FHTS1，无ISIFH3/2T时，FHTS3/2，存在ISI图B情况RBRBMAX/N2/TS，RBMAX2BEQFHB无ISI，要求FHTS/2N（整数）FH1/2T时，FHTS/21/4，存在ISIFH1/T时，FHTS1/2，存在ISIFH3/2T时，FHTS3/4，存在ISI是否还有其它解法有如作图法。例采用2FSK方式的两个载频F12225HZ，F22025HZ，码元速率RB300B。传输信道频率范围为3003300HZ，信道输出端信噪比RC为3DB。试求（1）2FSK信号的带宽；（2）非相干（包络检波）解调时系统的误码率PE；（3）相干（同步检测）解调时系统的误码率PE解（1）该2FSK信号的带宽为B|F1F2|2FS222520252300800HZ（2）PE中的信噪比RI是解调器输入端的信噪比，即FSK接收系统中上、下支路带通滤波器的输出端信噪比。题中RC为信道输出端信噪比，相当于带通滤波器输入端的信噪比。相干（同步检测）解调原理图信道带宽BC33003003000HZ，而上、下支路带通滤波器的带宽B1B22300600HZ。假设信道、BPF、BPF1、BPF2都无损耗，即噪声功率谱密度N0相同；信号功率也无损耗。则RI/RCNC/NIBC/BI3000/6005，RC3DB，即RC2，RI5RC10将此信噪比值代入误码率公式，可得非