通信原理问答题.doc

二、问答题： 1、信道容量是如何定义的？连续信道的信道容量可由香农公式 C=Blog2(1+S/N) 来计算，公式中各参数的含义是什么？并指出提高C的有效方法。 答：信道传输信息的最大信息速率称为信道容量。公式中C为连续信道的信道容量，B为信道带宽，S为信道输出的信号功率，N为信道输出加性带限高斯白噪声功率。要提高信道容量，可以提高信噪比S/N，或者增加信道带宽，但不能无限制地增加，因为信道带宽无限大时，噪声功率也无穷大。2、什么是幅度调制？常见的幅度调制有哪些？什么是角度调制？常见的角度调制有哪些？ 答：幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程，常见的幅度调制有调幅(AM)、双边带(DSB)、单边带(SSB)、残留边带(VSB)等调制。角度调制是正弦载波的幅度保持不变，而正弦载波的频率或相位随调制信号变化的过程，常见的角度调制有频率调制(FM)和相位调制(PM)3、数字通信的主要优点和缺点是什么？ 答：优点：抗干扰能力强；传输差错可以控制，提高了传输质量；便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；易于做高保密性的加密处理；易于集成化，从而使通信设备微型化。缺点：比模拟通信占据更宽的系统频带，系统设备复杂对同步要求高。 4、什么是宽平稳随机过程？平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间的关系如何？答：所谓宽平稳随机过程，是指它的数学期望与时间无关，而其相关函数仅与时间间隔有关。若线性系统的输入i(t)是平稳随机过程，则输出o(t)也是平稳随机过程，且Eo(t)=Ei(t)H(0)，Po()=|H()|2Pi()，其中H()为线性系统的传输函数。 5、 已知消息代码为100000000011001000001，将其编成HDB3码，并简述HDB3码的特点。答：HDB3码为+1000+V-B00-V0+1-100+1000+V0-1HDB3码的特点是无直流成分，只有很小的低频成分，且使连0串减少到至多3个，有利于定时信号的恢复。6、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？6、 答：所谓门限效应，就是当包络检波器的输入信噪比降低一个特定的数值后，检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的，在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声。7、数字通信系统有哪些特点？答：数字通信的主要特点与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，其特点是：i. 抗干扰能力强，且可消除噪声积累。ii. 差错可控。iii. 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理。iv. 易于集成化。v. 易于加密处理。但是，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化，数字通信必将逐步取代模拟通信而占主导地位。8、平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间有什么关系？答：随机过程通过线性系统的分析，完全是建立在确定信号通过线性系统的分析基础之上的。是对确定信号分析的推广。 设线性系统的冲激响应为，输入随机过程为，则输出为。 下面分析线性系统当输入是平稳过程时，输出响应的特性？(1) 均值 (2) 的功率谱密度 线性系统输出平稳过程的功率谱是输入平稳过程功率谱与传递函数模的乘积平方。9、 画出通信系统模型图，并说明模型中各部分的具体作用。答：通信系统可以用模型加以抽象概括。信息源把各种可能消息转换成原始电信号。发送设备将原始电信号变换成利于在信道传输的信号。 信道信号传输通道。接收设备从接收信号恢复相应的原始信号。受信者将原始电信号转换成消息。 噪声源信道中噪声及分散在通信系统其它各处的噪声集中表示。10什么是线性调制？常见的线性调制有哪些？答：所谓线性调制：波形上，幅度随基带信号呈正比例变化；频率上，简单搬移。常见的线性调制有：普通调幅AM、双边带信号（DSBSC）、单边带信号（SSB）、残留边带（VSB）。 11 什么是误码率？什么是误信率？答： 12 什么是门限效应？AM信号采用何种方法解调会产生门限效应？答：当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定值后，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。这种现象称为门限效应。开始出现门限效应地输入信噪比称为门限值。 理论分析表明：包络检波器的门限值为： ，(分贝数：)说明： 相干解调器解调AM，不存在门限效应。原因是信号与噪声可分开解调，解调器输出端总量单独存在有用信号项。 大信噪比（小噪声）时，包络检波器与相干解调器性能类似。但对于小信噪比（大噪声）情况，包络检波器不如相干解调器，原因是门限效应。13、什么是随机过程的数学期望和方差？答：随机过程的数学期望（均值） 所有样本函数在时刻t 的函数值的平均，也称集平均，以区别时间平均的概念。 方差定义：（偏离均值的程度） 14、数字基带传输的基本结构如何？答：不经过Modem过程而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统 图中，信道信号形成器：产生适合于信道传输的基带信号 （例如形成升余弦、去直流分量） 信道：（有线）电缆 接收滤波器：滤噪、波形均衡 抽样判决器：在噪声背景下，判定基带信号15、试作出编码信道模型。答：编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。调制信道对信号影响使发生模拟性变化，称模拟信道。编码信道称数字信道，它将调制信道包含在内。乘性干扰、加性干扰越严重，输出的数字序列出错概率越大。编码信道可用信道转移概率（条件概率）来描述。下图wei二进制无记忆信道模型编码信道包含调制信道，且特性密切依赖于调制信道。16、什么是数字调制？答：在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号也称键控信号。在二进制时，有ASK 振幅键控、FSK 移频键控、PSK 移相键控。17、什么是频分复用？答：一个信道中同时传送一个信号是极端浪费的。将信号进行调制（即用正信号乘此信号）可使信号频谱搬移，使多路信号互重叠地占据不同的频率范围。18、什么是量化？为什么要进行量化？答：利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。 假如模拟抽样值不经量化传输，当信道中的噪声叠加在模拟抽样值上面以后，接收端不可能精确到判别抽样值的大小，噪声叠加在模拟抽样值上的影响是不能消除的，特别是当信号在整个传输系统中采用多个接力站进行多次接力中继时，噪声是积累的，接力中继越多，噪声越大。如果发送端用有限个电平来表示模拟抽样值，且二个电平间隔的一半比噪声的最大幅度还要大，噪声的影响就可消除，特别是多次中继接力传输时，噪声不会积累。抽样是把时间连续的模拟信号变成了时间上离散的模拟信号，量化则进一步把 时间上离散但幅度上仍连续 的信号变成了时间、幅度上都离散的信号。19、何谓各态历经性？答：量的实际观测和理论分析表明，许多平稳随机过程具有所谓“各态历经性”：许多平稳过程的数学特征（均值、方差、自相关函数），完全可由过程中的任一实现（任一样本函数）的数学特征来决定。若一随机过程是各态历经过程，则必满足： 20、什么是均匀量化？它的主要缺点是什么？答：均匀量化的量化间隔是均匀的且每个量化区间的量化电平均取在各个区间的中点。均匀量化的缺点：均匀量化时其量化信噪比随信号电平的减少而下降，因为量化间隔为固定值，量化噪声功率的大小与信号无关，当小信号时， （）明显下降。对于语音信号来说，小信号的出现概率大于大信号的出现概率，这就使平均信噪比下降。21、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：按信号复用方式分：频分复用：不同信号占据不同的频率范围；时分复用：不同信号占据不同的时间区间；码分复用。22、什么是频率调制，什么是相位调制？二者关系如何？答：将PM、FM的一般关系归纳总结于表中：调制方式瞬时相位瞬时相位偏移瞬时角频率瞬时频率偏移PMFM23、消息中包含的信息量与哪些因素有关？答：消息信号传输信息多少用“信息量”衡量 消息的传递意味着消息的传递，信息可被理解为消息中包含的有意义的内容。 某些消息比另外一些消息传递了更多的信息。 概率论知识：事件出现的可能性愈小，概率愈小 事件出现的可能性愈大，概率愈大 信息量 与消息 出现的概率有关。24、什么是频分复用？答：一个信道中同时传送一个信号是极端浪费的。将信号进行调制（即用正弦信号乘此信号）可使信号频谱搬移，使多路信号互重叠地占据不同的频率范围。25、何为严平稳，何为广义平稳？答：严稳随机过程，对任意n和，满足（n维概率密度函数）：广义平稳随机过程的特性：均值和方差为常数；自相关函数只与时间间隔有关。26、与单极性波相比，AMI码有什么优点？答：AMI码的优点：（用于传输） 在“1”，“0”不等概率情况下，也无直流成份，并且在零附近频率的低频分量小，因此，对具有变压或其它交流耦合的传输信道来说，不受影响。 若码元极性与发端相反，收端也能正确接收。 编译码电路简单。27、什么是窄带随机过程？它的表达式是什么？答：窄带随机过程是指其频带宽度远小于中心频率的随机过程。 窄带过程表达式 上式利用三角函数和角公式，可写成 28、部分响应技术解决了什么问题？答：有控制的在某些码元抽样时刻引入码间干扰，而在其他抽样时刻又无码间干扰，那么能使，又能降低对定时程度的要求。29、什么是白噪声，其频谱和自相关函数有什么特点？答：所谓白噪声是指它的平均功率谱密度函数在整个频率域内是常数，服从均匀分布。其功率谱： ；自相关函数：30、什么是数字调制？数字调制的基本方式有哪些？答：数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号也称键控信号。在二进制时，有 ASK 振幅键控 FSK 移频键控 PSK 移相键控31、无线信道有哪些种？答：可分为短波广播、短波、微波传输、卫星通信、移动通信。32、什么是绝对相移？什么是相对相移？答：2PSK方式是用二进制数字脉冲序列去控制连续载波的相位。2DPSK方式是用二进制数字脉冲序列去控制连续载波的相对相位（本码元相位与前一码元相位之差）。 33、DSB和SSB调制系统的抗噪声性能是否相同？为什么？答：从表面上看，但不能说双边带系统的抗噪性能优于单边带一倍。实际上，由于双边带系统的带宽是单边的2倍故噪声功率的输入也大于2倍，尽管相差2倍，两者抵消。实际上，双边带和单边的抗噪性能是相同的。34、什么是量化，其目的是什么？答：利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。假如模拟抽样值不经量化传输，当信道中的噪声叠加在模拟抽样值上面以后，接收端不可能精确到判别抽样值的大小，噪声叠加在模拟抽样值上的影响是不能消除的，特别是当信号在整个传输系统中采用多个接力站进行多次接力中继时，噪声是积累的，接力中继越多，噪声越大。如果发送端用有限个电平来表示模拟抽样值，且二个电平间隔的一半比噪声的最大幅度还要大，噪声的影响就可消除，特别是多次中继接力传输时，噪声不会积累。35、简要叙述数字基带传输系统中对传输码型的选取原则。答：数字基带信号是代码的电波形，在实际基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输，对传输用的基带信号的主要要求有传输码型的选择和基带脉冲的选择。在选择传输码型时，一般应考虑以下原则：（1） 不含直流成分，且低频分量应尽量少，（2） 含有丰富的定时信息，以便从接收码流中提取定时信息，（3） 功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带，（4） 不受信源统计特性的影响，能适应信源的变化，（5） 具有内在的检错能力，码型具有一定规律性，以便进行宏观监测，（6） 编译码简单，以降低通信延时和成本。36、2PSK信号和2DPSK信号的功率谱及传输带宽有何特点？他们与2ASK的有何异同？答：2ASK信号、2PSK信号 和2DPSK信号的功率谱都可以表示为如下其中为载波频率，是数字基带信号（随机脉冲序列）的功率谱密度，包括连续谱和离散谱两部分。可见2ASK信号、2PSK信号 和2DPSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，传输带宽都是基带信号带宽的2倍。区别在于， 2PSK中的基带信号是双极性的绝对码随机脉冲序列 ，2DPSK中的基带信号是双极性的相对码随机脉冲序列，因此2DPSK信号的功率谱与2PSK信号的功率谱完全相同，而2ASK中的基带信号是单极性的随机脉冲序列，所以当P=1/2时，2PSK信号和2DPSK信号的功率谱中无离散谱（载波分量），而2ASK信号的功率谱中一定存在离散谱。37、什么是白噪声？它的功率谱密度和自相关函数有什么特点？答：如果噪声的功率谱密度在所有频率上均为一常数，则该噪声为白噪声。它的功率谱密度可表示为，为噪声的双边功率谱密度，自行关函数为，表明白噪声仅在时才相关，而在任意两个时刻的随机变量都是不相关的。白噪声的平均功率为，所以白噪声是一种理想化的噪声形式，在实际中，只要噪声带宽大于系统带宽，就可把噪声视为白噪声。38、什么是绝对相移？什么是相对相移？它们有何区别？答：相移键控利用载波相位的变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。绝对相移键控是以未调载波的相位作为参考基准，利用载波相位的绝对变化来传递数字信息，相对相移键控是利用前后相邻码元的