通信原理概论课后习题答案贺贵明主编.doc

第一章1.模拟通信、数字通信分别有哪些特点?答: 模拟信号的产生有俩种情况，一种是由信源直接发出的模拟信号；另一种是由信源发出的离散信号，经某种变换后形成模拟信号。模拟通信系统的的主要缺点是抗干扰能力差和保密性差。数字信号的产生也分俩种情况，一种是由信源直接发出的离散信号；另一种是信源发出的模拟信号，再经“摸|数”转换成数字信号。数字信号的优越性抗干扰强、保密性好，且数字电路易于集成、缩小体积，所以越来越受到青睐。2.通信系统有哪些分类，如何分类？答：按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统；按物理特征分类：电话通信，图像通信，数据通信；按传输媒介分类：有线和无线通信；按调制方式分类：调制传输和基带传输；3.怎样区别符号、消息、数据、信息?各自如何度量?答:消息是由具体文字，符号或语音所表达的以发生的某个事件。消息的发生是有概率的，一个消息的产生可能带来信息，也可能不带来信息。符号是文字、数字、标点之类的东西，是为记录事件，消息而用的，单个符号也可以代表消息，也会含有信息。数据可以看做数字、文字、字符、符号的范称，数字表示的数据反映量的大小、文字、符号表示的数据则描述概念、事实、情况。信息本身不容易表示，只有用文字符号等来表达、携带，在通信中则对他们一信号的形式实现。6.一个由字母A、B、C、D组成的字。对于传输的每一个子母用二进制脉冲编码，00代替A，01代替B,10代替C，11代替D，每个脉冲宽度为1ms。不同字母是等概出现的，计算传输的平均信息速率。解：每个符号所含信息量为所以码元速率为： RB=1/10.001=1000Rb= RBH=2000bit/s8.试述三种通信交换技术的特点。答: 通信数据交换解决的是通信网络中跨节点的数据传送问题。（1）线路交换方式：所谓线路交换是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通讯线路，在数据传送完成后，就要进行对建立的通道进行拆除，一般情况下由这两个站中的其中一个来完成，以便释放专用资源。线路交换的优点：线路建立后，所有数据直接传输。因此数据传输可靠、迅速、有序；（2）报文交换方式 其特点：a、线路效率较高，这是因为许多报文可以用分时方式共享一条节点到节点的通道。b、不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前暂时存储这个报文。c、在线路交换网上，当通讯量变得很大时，就不能接受某些呼叫。而在报文交换上却仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加。e、报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。f、能够建立报文的优先权。g、报文交换网可以进行速度和代码的转换（3）报文分组交换方式：分组交换方式吸取了报文交换方式的优点，报文交换方式发送数据时，无论发送数据长度是多少，都把它看成一个逻辑单元，报文分组方式是，限制数据的最大长度。9.三种多路复用技术在实现多路分割时的关键技术和有效措施分别是什么？答：第二章1.光纤通信系统有哪些特点？其关键技术？光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。光纤通信原理：在发信端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对发出的光信号进行调制。调制后的光信号通过光纤传送到接收端，信号经放大后由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，转换成电信号之后输出。多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。2.微波通信系统有哪些特点？其关键技术？答：；必须直线传播；传送距离较远时，采用中继接力方式；微波频带宽，通信容量大；频段得天独厚，受干扰少，稳定可靠；波束直线定向传播；技术：微波信号传播；微波通信的频率配置；信号的传输与复用；信号的调制与解调；缓解码技术；3.卫星通信系统相对于微波通信系统有哪些特点？答： 覆盖面积大, 通信距离远。 一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一, 三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面, 从而实现全球通信。 设站灵活, 容易实现多址通信。 通信容量大, 传送的业务类型多。 卫星通信一般为恒参信道, 信道特性稳定。 电路使用费用与通信距离无关。 建站快, 投资省。 4.电缆通信系统的特点如何？不同电缆其应用范围如何？5.移动通信系统有哪些特点？其关键技术？答：特点：1)移动性。2)电波传播条件复杂(3)噪声和干扰严重。(4)系统和网络结构复杂。5）要求频带利用率高、设备性能好。技术：信号控制技术；分集接收技术；软切换技术；声音的可变速率编码；多径分集接收技术。7.试述光通信同步数字体系SDH的主要特点？答：1)全世界唯一标准。2)不同的网络节点有统一的接口方式有严格规范要求(3)采用同步复用方式和复用映射结构使低速信号和高速信号的复用/解复用过程得到简化。(4)采用ADM分插复用，DXC数字交叉连接等技术使系统组网能力，自愈能力大大增强，同时降低维护管理要求。8.试述扩频通信中码分多址的概念和主要技术？答：扩频码分多址（）是一种把许多用户的通信地址和信息组合在有限的频带内，在单一频率点上形成一点对多点的通信方式。由于采用扩频技术，因此其还具有一定的抗干扰能力。码分多址采用扩频技术，携带信息的扩频信号的主要特征是它们的频带宽度比信息速度 大得多。扩频信息含有大量的频带冗余，用于克服在无线信道传输中所遇到的干扰，其中包括多址干扰。主要技术：一、扩频序列与调制 二、信道编码与分离多径接收 三、多用户接收与功率控制四、同步捕捉与跟踪9.伪随机码的原理是什么？其正交性及相关特性如何？10.试述CDMA系统中的分集接收技术？答：快衰落信道中接收的信号是到达接收机的各条路径分量的合成。如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并构成总的接收信号，则能够大大减小衰落的影响。这就是分集接收的基本思想。分集两个字就是分散得到几个合成信号并集中这些信号的意思。只要被分集的几个信号之间是统计独立的，那么经适当的合并后就能是系统性能大为改善11. 试述CDMA系统中移动台通信的切换控制过程？答：移动台利用 Rake 接收机的多个接收支路，开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原基站之间的 通信，即先建立与新基站的通信，然后直到接收到原基站信号低于一个门限值时再切断与原基站的通信， 这种切换方式称为软切换。软切换仅仅能运用于具有相同频率的 CDMA 信道之间，包含不同基站之间的切换 和不同 BSC 之间的切换，利用 IMR（Inter MSC Router）的 MSC 之间的切换。更软切换专指同一基站不同 扇区之间的切换。12. CDMA系统中的多径分级接收是如何实现的？第三章3-1 什么是调制信道？什么是编码信道？答：所谓调制信道是指调制输出端到解调输入端的部分。 所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入短的部分。3-2 什么是恒参信道？什么是随参信道？目前常见的信道中，哪些属于恒参信道？哪些属于随参信道？答：恒参信道是指乘性干扰不随时间变化或基本不变化。 随参信道是非恒参信道的统称，它的乘性干扰是随机变化的。 常见的恒参信道有：由架空明线，电缆，中长波地波传播，超短波及微波视距传播，人造卫星中继，光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的信道。 常见的随参信道有：短波电离层反射，超短波流星余迹散射，超短波及微波对流层散射， 超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等传输媒质所分别构成的调制信道。3-3 信号在恒参信道中传输时主要有哪些失真？如何才能减小这些失真？答：信号在恒参信道中传输时主要有：幅度频率畸变和相位频率畸变。为了减小幅度频率畸变，在设计总的传输特性时，一般要求把幅度频率畸变控制在一个允许的范围内，通常采用均衡措施。相位频率畸变也可以采用均衡措施来减小失真度。 3-4 什么是群延迟频率特性？它与相位频率特性有和关系？答：所谓群延迟频率特性就是相位频率特性对频率的导数。 它与相位频率特性的关系：若相位频率特性用（W）来表示，则群延迟频率特性（w）为：（w）=d（W）/dw3-5 3-5 随参信道的特点如何？为什么信号在随参信道中传输时会发生衰落现象?答：随参信道的特点：第一：对信号的衰耗随时间而变化； 第二：传输的时延随时间而变化；第三：多径传播。信号在随参信道中传输时会发生衰落现象是因为： 多径传播的结果使确定的载波信号变成了包络和相位受到调制的窄带信号； 从频谱上看，多径传输引起了频率弥散，即由单个频率变成了一个窄带频谱。3-6 信道中常见的起伏噪声有哪些？它们的主要特点是什么？答：信道中常见的起伏噪声有：热噪声，散弹噪声，以及宇宙噪声等。它们的主要特点是：无论在时域内还是在频域内它们总是普遍存在和不可避免的。3-7 信道容量是如何定义的？连续信道容量和离散信道容量的定义有何区别？答：对于一切可能的信息源概率分布来说，信道传输信息的速率R的最大值称为信道容量，记之为C,即 式中max表示对所有可能的输入概率分布来说的最大值。3-8 香农公式有何意义？信道容量与“三要素“的关系如何？答：香农公式表明了当信号与作用在信道上的起伏噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度B的信道上， 理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。一个连续信道的信道容量受“三要素“B,n,s的限制。只要这三个要素确定，则信道容量也就随之确定。当或时，信道容量 。3-9设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为其中和都是常数。试确定信号通过该信道后的输出信号的时域表示式，并讨论之。解：传输函数冲激响应输出信号讨论：该恒参信道满足无失真条件，故信号在传输过程中无失真。3-10.设某恒参信道的幅频特性为其中，都是常数，试求信号 通过该信道后的输出信号表示式。解:因为 所以 |Hw|=K0(1+aCOST0) (w)=-wtd3-11 设某恒参信道可用图P3-1所示的线性二端口网络来等效。试求它的传输函数H()，并说明信号通过该信道时会产生哪些失真。3-12今有两个恒参信道,其等效模型分别如图P3-2(a)、(b)所示，试求这两个信道的群迟延特性，并画出它们的群迟延曲线，同时说明信号通过它们时有无群迟延失真？ (a) 图P3-2 (b)解：对(a) H()=R2/(R1+R2) H()= R2/(R1+R2) ()=0td()=- d()/d =0 信号通过该信道时无群迟延失真。信号通过该信道时有群迟延失真。3-13假设某随参信道的两径时延差为1ms，试求该信道在哪些频率上传输衰耗最大？所传输的信号选用哪些频率传输最有利？解：=1ms当f=n/=n kHz时（n为整数），出现传输极点，传输最有利；当f=(n/2+1)/=(n/2+1)kHz时，出现传输零点，传输衰耗最大。 3-14题图3.3所示的传号和空号相间的数字信号通过某随参信道。已知接收信号是通过该信道两条路径的信号之和。设两径的传输衰减相等（均为d），且时延差=T/4。试画出接收信号的波形示意图。解： S2（）=21.3810-234001000=11.0410-18 V2HzS（）= S1（）+ S2（）=19.3210-18 V2Hz3-15设某随参信道的最大多径时延差等于3ms, 为了避免发生选择性衰落，试估算在该信道上传输的数字信号的码元脉冲宽度。解：信道相关带宽根据工程经验，信号带宽故码元宽度3-16若两个电阻的阻值都为1000，它们的温度分别为300K和400K，试求这两个电阻串联后两端的噪声功率谱密度。解：S1（）=2KTR=21.3810-233001000=8.2810-18 V2Hz3-19已知某标准音频线路带宽为3.4KHZ。 (1)设要求信道的S/N=30dB，试求这时的信道容量是多少?(2)设线路上的最大信息传输速率为4800b/s，试求所需最小信噪比为多少?解： （2）已知：C=Rmax=4800b/s 则：3-20 具有6.5MHz的某高斯信道，若信道中的信号功率与噪声功率谱密度之比为45.5MHz，试求其信道容量。3-21 设高斯信道的带宽为4kHz，信号与噪声的功率比为63，试确定利用这种信道的理想通信系统之传信率和差错率。解：B=4kHz, S/N=63C=B2(1+S/N)=4k2(1+63)=24kb/s88对理想通信系统，其传信率达到最大值，即传信率=24kb/s，差错率=03-22已知黑白电视图像大约由3105个像素组成，假设每个像素有10个亮度等级，他们出现的概率是相等的。若要求每秒传送30帧图像，而满意地再现图像所需的信噪比为30dB。试求传输此电视信号所需的最小带宽。 解: (1)每个像素信息量： 每幅图信息量： 信源信息速率： 因为：r必须小于或等于C，所以 由题意知信噪比为30dB,可得 (2) 已知C，S/N，求B。 由香农公式：第四章4-1设调制信号为单频余弦信号，即用它进行标准调幅，求时域表达式及波形；频域表达式及频谱图；调制指数及频率表达式；解 频谱图4.2已知一个AM广播电台输出功率是50KW，采用单频余弦信号进行调制，调制幅度为0.707。a) 计算调制效率和载波功率；b) 如果天线用50电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。 调制效率4.3用03000Hz的信号调制载频为20.000MHz的载波产生SSB信号，用下图超外差接收机解调，两级混频器的本机振荡频率分别为f0和fd， f0高于输入信号频率，中频放大器通带10.00010.003 MHz。求 如是上边带信号，试确定f0和fd ， 如是下边带信号，试确定f0和fd 。解 上边带信号时，输入为20.00020.003 MHz，因f0高于输入信号频率，有： f0-(20.00020.003)= (10.00310.000) MHz f0=30.003MHz fd-(10.00310.000)= (00. 003) MHz fd=10.003MHz下边带信号时，输入为20.00019.997 MHz，因f0高于输入信号频率，有: f0-(20.00019.997)= (10.00010.003) MHz f0=30.000MHz (10.00010.003)-fd = (00. 003) M Hz fd=10.000MHz4-6某一电台应用功率为P瓦的双边带-抑制载波信号以满足某一区域的需要。若决定用单边带-抑制载波代替，则以同一强度满足同一区域的需要时，所需功率是多少？加速在两种情形下同步解调的本机振荡载波强度一样。4-7现有一振幅调制信号SAM（t）=（1+ cosWmt）cosWct，如A=0.5，试问信号能否用包络检波器调解？包络检波器的输出信号是什么？解：能用包络检波器解调，输出信号为AcosWmt=0.5 cosWmt4-8设一双边带信号SDSB （t）= f（t）cosWct，用相干解调恢复f（t），本地载波为cos（Wct+）。如果所恢复信号是其最大值可能值的90%，试问相位的最大允许值是多少？解：f（t）=cosWmtcos（Wct+）=1/2 f（t）coscos（2Wct+） 最大=1/2 f（t）cos ，即cos=0.94-10有一角调信号s(t)=Acosct+100cos(mt)（1） 如果调制为PM，且Kp=2，试求f(t)及f(t)所导致的峰值角频率变化。（2） 如果调制为FM，且Kf=2，试求f(t)及f(t)所导致的峰值角频率变化。解：（1）如果调制为PM，应有s(t)= Acosct+KPf(t)=Acosct+100cos(mt)KP=2f(t)= 50cos(mt)(t)=ct+100cos(mt)(t)=c-100msin(mt)=100m（2）如果调制为FM，应有s(t)= Acosct+Kff(t)dt=Acosct+100cos(mt)Kf=2f(t)= -50m sin(mt)(t)= c +Kff(t)=c-100msin(mt)=100m无论调制为PM或AM，f(t)所导致的峰值角频率变化均为=100m4.11频率为100MHz的载波被频率为5kHz的正弦信号调频，最大频偏fm50kHz，求：1调频指数mf及调频波FM的近似带宽2如果调制信号的振幅加倍，频率不变时，调频指数mf及调频波有效带宽BW3如果调制信号的振幅和频率均加倍时，调频指数mf及调频波有效带宽BW 解：1调频系数mf=fm/F=10rad 有效带宽BW=2(mf+1)F=110kHz2调频系数mf=fm/F=20rad 有效带宽BW=2(mf+1)F=210kHz3调频系数mf=fm/F=10rad 有效带宽BW=2(mf+1)F=220kHz4.12设角度调制信号的表达式为。试求：（1）已调波信号功率（2）已调信号的最大频移；（3）已调信号的最大相移；（4）已调信号的带宽。解：（1）已调波信号功率P=1010/2=50W（2）该角波的瞬时角频率为故最大频偏 （3）调频指数 故已调信号的最大相移。（4）因为FM波与PM波的带宽形式相同，即，所以已调信号的带宽为 B=2(10+1)*4-14 设调制信号f(t)=cos4000t，对载波c(t)=2cos2106t分别进行调幅和窄带调频。（1） 写出已调信号的时域和频域表达式；（2） 画出频谱图；（3） 讨论两种调制方式的主要异同点。解：(1)AM信号/或令以下各式中的A0=0，得到DSB-SC信号，则频谱中没有截波分量。sAM(t)=(A0+cos4000t)2cos(2106t) =2 A0cos(2106t)+ cos(2106+4000)t+cos(2106-4000)tsAM ()= 2A0(+2106)+ (-2106) +(+2106+4000)+ (-2106-4000) +(+2106-4000)+ (-2106+4000)NBFM信号sFM(t)=2cos2106t+Kfcos(4000t)dt=2cos2106t+Kf/(4000)sin(4000t)2 cos(2106t)-2Kf/(4000)sin(2106t)sin(4000t)= 2cos(2106t)+Kf/(4000)cos(2106+4000)t- Kf/(4000)cos(2106-4000)tsFM ()= 2(+2106)+ (-2106)+Kf/(4000) (+2106+4000)+ (-2106-4000)-Kf/(4000) (+2106-4000)+ (-2106+4000) (3)相同点：AM信号的频谱和NBFM信号的频谱都包含有载频分量(c=2106)和以载频分量为中心的边带分量上边带（2106+4000）和下边带(2106-4000)。不同点：NBFM信号的边带频谱在正频域内要乘以因子1/(-c)，在负频域内要乘以因子1/(+c)，而AM只是将边带频谱在频率轴上进行线性搬移； NBFM负频域的边带频谱相对于载频分量要反转180，而在AM频谱中不存在相位反转。4-15某单频调制的调频波通过鉴频器，调频波的最大相位偏移为5rad，调制频率为15kHz，鉴频系数KD=0.1v/kHz，试求输出信号的平均功率？解:输出信号的平均功率为kDkff (t)f=5fm=15kHz, kD=0.10v/kHzS= kDkfAm/2, 最大频偏w=kf Am/Wm所以S= kD/2kfAm/wm wm=1/2 kDwmwm=1/25150.1=28.125kw4-16设一宽带频率调制系统，载波振幅为100V，频率为100MHZ，调制信号m（t）的频带限制在5K HZ，V2，Kf=500rad/(sV),最大频偏=75KHZ，并设信道中噪声功率谱密度是均匀的，其（单边带），试求：（1）接收机输入端理想带通滤波器的传输特性；（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) 若f(t) 以振幅调制方法传输，并以包络检波器检波，试比较在输出信噪比和所需带宽方面与频率调制系统有何不同？解：（1）根据题意可知：调频信号带宽为信号所处频