通信原理题目加答案.pdf

1通信系统的两个主要指标是有效性有效性、可靠性可靠性。 2通信的复用方式有频分复用频分复用、时分复用时分复用和码分复用。 3按照传输媒质的不同，信道可分为有线信道有线信道、无线信道无线信道_。 4无线信道按照传播方式区分，基本上有地波地波、天波和视线传播视线传播三种。 5调制信道对信号的干扰分为加性干扰加性干扰、乘性干扰乘性干扰两种。 6单一频率正弦波信号经随参信道传输后到达接收端的信号，其包络服从瑞利瑞利分布。 7典型的恒参信道有有线信道有线信道、光纤信道光纤信道、无线视距中继无线视距中继及卫星中继信道。 8典型的随参信道有短波电离层反射信道短波电离层反射信道、对流层散射信道对流层散射信道。 9对于点与点的之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工单工、半双半双 工工和全双工通信。 10按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为模拟通信系统模拟通信系统、数字数字 通信系统通信系统. 11同步卫星通信是电磁波直线电磁波直线传播传播，因此其信道传播性能稳定可靠，传输距离远远， 容 量大大，广泛应用于传输多路电话多路电话、电报、图像数据图像数据和电视节目。 12已知 FM 波的表达式 63 ( )10cos(2 1010sin(10)s ttt(V)，可求出载波频率为 6 10Hz ，已调波的卡森带宽为 11kHz11kHz。 13 为了改善调频解调器的输出信噪比， 在调频系统中广泛采用加重技术， 包括预加重技术预加重技术、 去加重技术去加重技术。 14产生“门限效应”的主要原因是解调器的非线性解调器的非线性。 15非均匀量化的对数压缩特性采用折线近似时，A 律对数压缩特性采用 13 折线近似， 律对数压缩特性采用 15 折线近似。 16 差分脉冲编码调制最简单的一个特例是增量调制增量调制， 为防止其出现过载现象必须满足不过不过 载条件载条件。 17 为了提高数字信号的有效性而采取的编码称为信源编码信源编码， 为了提高数字通信的可靠性而 采取的编码称为信道编码信道编码。 18二进制基带信号传输过程中， “0” 、 “1”代码等概率发送条件下，双极性基带系统的最 佳判决门限电平为 0，单极性最佳判决门限电平为 A/2。 19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码间串扰码间串扰，二是传 输中叠加的加性噪声加性噪声。 20 眼图眼图为直观评价接收信号的质量提供了一种有效的实验方法， 它可以定性反映码间串扰码间串扰 和信道噪声和信道噪声的影响程度。 21PSK 是用码元载波的相位相位来传输信息，DPSK 是用前后码元载波的前后码元相位差前后码元相位差来传 输信息，它可克服 PSK 的相位模糊缺点。 22在数字通信系统中的四种同步分别为载波同步、位同步位同步、群同步群同步和网同步。 23载波同步实现方法一般可分为插入导频插入导频、自同步自同步。 1 已知语音信号的频率范围为 3015000HZ， 若以数字化方式传输则取样频率至少为 （ B ） A15KHZB30KHZ C45KHZD无法确定 2采用 13 折线 A 率对信号进行非均匀量化编码，通常编码输出是用( C )位二进制数表示。 A6B7 C8D9 3PCM 均匀量化信噪比随着均匀量化信噪比随着(B)增大而增大。增大而增大。 A量化台阶B量化级数 C噪声功率D采样频率 44ASK 调制，其码字传输速率为 128k 波特，各符号等概发送，则其信息比特速率为（A） A256k b/sB512k b/s C1024k b/sD2048k b/s 5二进制数字键控信号中，若考虑对信道特性变化的敏感性（B） A2ASK 最好B2FSK 最好 C2PSK 最好D2DPSK 最好 68PSK 调制，其码字传输速率为 128k 波特，各符号等概发送，则其信息比特速率为（C） A128k b/sB256k b/s C384k b/sD512k b/s 1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。 （） 2在数字通信中，若无信道噪声，则误码率为 0。 （） 3码元传输速率与信息传输速率在数值上是相等的。 （ ） 4对于受到高斯白噪声干扰的连续信道，若 0 0 n ，则信道容量 C 。 （） 5对于受到高斯白噪声干扰的连续信道，若B ，则信道容量 C 。 （） 6幅频失真对视频的影响比较大，相频失真对语音的影响比较大。 （） 7在数字通信系统中，常用传码率和传信率来衡量系统的有效性。 （） 841码元传输速率与信息传输速率在数值上是相等的。 （） 9不管 m(t)是什么信号，在 m(t)cosct 的频谱中都没有离散谱 fc。 （） 10在数字通信中，若无码间串扰，则误码率为 0。 （） 11单极性数字信号的连 0 码时间越长，要求位同步器的同步保持时间也越长。 （） 12数字基带系统的频带利用率不可能大于 2bit/(s.Hz)。 （） 13、幅频失真和相频失真属于线性失真，可以通过网络补偿电路来消除。 （） 1、 （1）试画出数字通信系统的一般模型； （2）各组成部分的主要功能是什么？ （3）与模拟通信相比，数字通信具有什么特点？ 解： （1） （2）信源编码与译码目的信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性提高信息传输的有效性（通过数据压缩技术通过数据压缩技术） ；完成模完成模/数转换数转换 （实现模拟信号的数字化传输）（实现模拟信号的数字化传输） 信道编码与译码目的：增强抗干扰能力；信道编码与译码目的：增强抗干扰能力； 加密与解密目的：保证所传信息的安全（通过人为地扰乱传输的数字序列）加密与解密目的：保证所传信息的安全（通过人为地扰乱传输的数字序列） 数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号 同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致 （3）优点：抗干扰能力强，优点：抗干扰能力强，可靠性高可靠性高；体积小，功耗低，易于集成体积小，功耗低，易于集成；便于进行各种便于进行各种 数字信号处理数字信号处理；有利于实现综合业务传输有利于实现综合业务传输； 缺点：缺点：占用频带宽，系统和设备比较复杂占用频带宽，系统和设备比较复杂； 2 设某信息源的输出由 A,B,C,D,E 五个符号组成， 出现的概率分别为 1/3, 1/4, 1/4, 1/12, 1/12。 若信息源每秒发出 1000 个符号，试求 （1）该信息源符号的平均信息量； （2）该信息源的平均信息速率。 （ （提示：log23=1.5850） （1）直接代入信源熵公式： )()()()()(EHDHCHBHAHH 12 12 1 12 12 1 4 4 1 4 4 1 3 3 1 logloglogloglog 22222 符号）/(1258.2bit （2）平均信息速率为： )/(8 .2125 /1 /1258. 2 /1 sbit ms bit ms H 脉冲 脉冲 脉冲 3黑白电视机图像每幅含有 5 103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NS=30dB，计算传输该黑白电视图像所要求信道的 最小带宽。 解解：（1）每个像元x的平均信息量 16 1 i xP，16, 2 , 1i 416logloglog 22 16 1 2 ii i i i i xPxPxPxPxH （2） 一帧图片的平均信息量 65 102 . 14103 图片 Ibit （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： 76 106 . 3102 . 130bit 由上可知：信息速率 7 106 . 3 b Rbps （4） 由于信道容量 b RC ，故信道带宽： 6 2 7 22 10612 . 3 10001log 106 . 3 1log1log N S R N S C B b Hz 其中：100030 B d 要求信道的最小带宽为： 6 10612 . 3 Hz 4设某信道具有均匀的的双边噪声功率谱密度 3 0.5 10/ nZ PfW H ，在该信道中传 输抑制载波的单边带（上边带）信号，并设调制信号 m（t）的频带限制在 5KHZ，而载波 为 100 KHZ，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，试求： （1）该理想带通滤波器中心频率多大？（5 分） （2）解调器输入端的信噪功率比为多少？（5 分） （3）解调器输出端的信噪功率比为多少？（5 分） 解解： （1）单边带信号的载频为 100kHz，带宽 B5kHz，为使信号顺利通过，理想带通滤波器的中 心频率为(kHz) 5 . 1025 2 1 100 0 f (2)解调器输入端的噪声与已调信号的带宽相同， WBfPN ni 5105105 . 02)(2 33 已知 Si=10kW，所以 2000 5 1010 3 i i N S （3）由于单边带调制系统的制度增益为 G1，因此解调器输出端的信噪比 2000 0 0 i i N S N S 5已知某单频调频波的振幅是 10V，瞬时频率为 643 f(t)1010 cos210 t(Hz) （1）试求此调频波的表达式； （10 分） （2）试求此调频波的调频指数和频带宽度。 （10 分） 解解： （1）该调频波的瞬时频率为）该调频波的瞬时频率为 643 t 63 - (t)=2 f(t)210210 cos210 t (rad/s) t =210 t10sin210 t 相位 （ ）（ ）d = 因此调频波的时域表达式因此调频波的时域表达式 63 FM SAcos (t)10cos(210 t10sin210 t) (V) (2)根据频偏的定义根据频偏的定义 43 max max ff(t)10 cos210 t10(kHz) 调频指数调频指数 4 f 3 m f10 m10 f10 调频波的带宽调频波的带宽 m B2( ff )2(10 1)22(kHz) 6 、 已 知 调 制 信 号 是 8MHz 的 单 频 余 弦 信 号 ， 且 设 信 道 噪 声 单 边 功 率 谱 密 度 15 0 n5 10W/Hz ,信道功耗 a 为 60dB，对于调频指数为 5 的 FM 系统，若要求输出信 噪比为 40dB，试求： （1）FM 信号的带宽和制度增益； （10 分） （2）FM 系统的发射功率。 （10 分） 、解解： （1）FM 系统的带宽和制度增益分别为系统的带宽和制度增益分别为 6 FMfm 2 FMff B2(m1)f2 (5 1) 8 1096(MHz) G3m (m!)3 25 6450 （2）FM 信号的发射功率信号的发射功率 OO FMi0FM OFMOFM 46156 SS11 SNn B NGNG 1 10105 1096 1010.67(W) 450 7某调角波为S(t)=5cos(2106t+20sin2500t) (V) 试问： （1）该调角波信号带宽为多少赫兹？（10 分） （2）最大频偏为多少？最大相偏？（10 分） 、解解：该调角波的瞬时角频率为该调角波的瞬时角频率为 6 (t)210202500cos2500t (rad/s) 最大频偏为最大频偏为 f202500/210000Hz10(kHz) 调频指数调频指数 4 f m f10 m20 f500 最大相移最大相移20 FM 波和波和 PM 波带宽形式相同即波带宽形式相同即 调频波的带宽调频波的带宽 mfm B2( ff )2(m1)f2(201)50021(kHz) 调相波的带宽调相波的带宽 m B2(1)f2(201)50021(kHz) 8在 PCM 系统中，输入模拟话音信号 m(t)的带宽为 4000HZ，采用 13 折线 A 律编码。已 知编码器的输入信号范围为5V ， 最小量化间隔为1个单位。 已知抽样脉冲值为+3.984375V 时， （1）试求此时编码器输出码组和量化误差； （10 分） （2）写出该码组（不含极性码）的 11 位线性码； （9 分） （3）试求译码器输出电平及译码器输出信号的量化误差。 （10 分） 解： （1 1）因为抽样值为）因为抽样值为 3.984375V3.984375V 化为量化单位，即化为量化单位，即 Is=3.984375/5*2048=1632Is=3.984375/5*2048=1632，因为抽样值为正因为抽样值为正，C1C1 为为 1 1 且且；位于第位于第 8 8 段的序号段的序号 为为9 9的量化区间的量化区间， A Al l律律PCPCM M码码为为1111100111111001， 编码后的量化电平编码后的量化电平为为1024+9*64=1600;1024+9*64=1600; 编码器的量化误差为编码器的量化误差为 1632-1600=321632-1600=32 个单位。个单位。 （2 2）对应的）对应的 1111 位线性码为位线性码为 1100100000011001000000。 （3 3）译码器输出电平为）译码器输出电平为 1600+64/2=16321600+64/2=1632，译码器输出误差信号为，译码器输出误差信号为 0 0 个单位；个单位； 9 采用 13 折线 A 律编码， 最小量化间隔为 1 个量化单位， 已知抽样脉冲值为+95 量化单位： （1）试求此时编码器输出码组，并计算量化误差； （10 分） （2）写出对应于该 7 位码的均匀量化 11 位码； （9 分） （3）试求译码器输出电平值及其量化误差。 （10 分） 解解： （1）已知抽样脉冲值）已知抽样脉冲值 I0+95，设码组的，设码组的 8 位码分别为位码分别为 C1C2C3C4C5C6C7C8。 。 因为因为 I00，故，故 C11 又因为又因为 I064，且，且 I0128，故位于第，故位于第 4 段，段落码段，段落码 C2C3C4011 第第 4 段内的量化间隔为段内的量化间隔为 4，由由 I064743 知知，I0位于第位于第 4 段第段第 7 量化级量化级，C5C6C7C8 0111 因此，输出码组为因此，输出码组为 C1C2C3C4C5C6C7C810110111 量化误差：量化误差：95-（64+74）=3 （2）对应于该）对应于该 7 位码的均匀量化位码的均匀量化 11 位码为：位码为： C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C1100001011110 （3）译码输出）译码输出 (64+7442)94， 量化误差为：量化误差为： 95(94)1（单位）（单位） 10已知信息代码为 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1，求相应的 AMI 码、HDB3 码（第一个非 零码编为+1） 。并分别画出它们的波形图。 消息码1110000011000011 AMI 码：+1 -1 +100000 -1 +10000 -1 +1 HDB3 码：+1 -1 +1000 +V0 -1 +1 -B00-V +1 -1 信息码： AMI 码： HDB3 码： (0 码参考) 11、一系统的基带传输特性如图 1 所示，试求 （1）最大无码间串扰传输速率 RB；(8 分) （2）系统的频带利用率(8 分) 图 1 解： （1）最大无码间串扰传输速率 RB21250=2500 B(或称波特) （2）67 . 1 3/51500/2500/BRB 12、设基带传输系统的发送滤波器、信道、及接收滤波器组成总特性为 H(w)，若以 4/Ts 波 特的速率传输数据，分析下图各种 H(w)能否满足抽样点上无码间串扰的条件？ （24 分） 图 2 解： 由由 H （w） 求出系统误码间串扰最高传码率求出系统误码间串扰最高传码率 max 2 BN Rf， 然后与实际传输速率然后与实际传输速率 4 B s R T 进行比较进行比较，若满足若满足 max ,1 2 3. BB RnRn 、则以实际速率则以实际速率 B R进行数据传输时进行数据传输时，满族抽样点满族抽样点 上误码间串扰的条件。上误码间串扰的条件。 （1） max 24 BB ss RR TT ，故不能；，故不能； （2） max 64 BB ss RR TT ，不是，不是 4/Ts的整数倍，所以仍然不能消除码间干扰。的整数倍，所以仍然不能消除码间干扰。 （3） max 44 BB ss RR TT 故该故该 H( )满足消除抽样点上无码间干扰的条件。满足消除抽样点上无码间干扰的条件。 （4） max 24 BB ss RR TT ，故不能；，故不能； 13、设二进制信息为 0101，采用 2ASK 系统传输。 （1）画出一种 2ASK 信号调制器原理框图； （6 分） （2）若采用非相干解调，试画出此解调器原理框图； （6 分） （3）当输入信噪比比较小时会出现什么现象？产生此现象的原因？（6 分） 解： （1） （2）相干解调器 （3）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。 出现非线性的原因是因 为解调器的非线性。 14若某 2FSK 系统的码元传输速率为 2106B，数字信息为“1”时的频率 f1为 10MHz， 数字信息为“0”时的频率 f2为 10.4MHz。输入接收端解调器的信号峰值振幅 a=40V。信 道加性噪声为高斯白噪声，且其单边功率谱密度为 n0=610-18W/Hz。试求： （1）画出 2FSK 相干解调系统的原理框图； ） （2）2FSK 信号的第一零点带宽； （3）非相干接收时，系统的误码率。 解（1） (2)(2) B=f2fs10.4-10+224.4MHz (3) 解调器输入端的噪声功率： Nin0B610-184.0106=2.410-11W 3 . 33 1064 . 2 2/)1040( 11 26 i i N S r 8 2 3 . 30 2 1089 . 2 2 1 2 1 eeP r e 15若某 2PSK 系统的码元传输速率为 4.0106B，载波频率 fc 为 10MHz。输入接收端解 调器的信号峰值振幅 a=40V。信道加性噪声为