曹志刚通信原理复习指导

什么是码间串扰？为什么会产生码间串扰？列举两种减少或消除码间串扰的方法。答：当波形失真比较严重时，可能前面几个码元的波形同时串到后面，对后面某一码元的抽样判决产生影响，即产生码间串扰；产生码间串扰的原因是：信号会产生失真和延迟；减少或消除码间串扰的方法： （1）部分响应（2）均衡。32路脉冲编码调制基群的速率为多少？它是怎样计算得到的？答：2048kbps,64k*32=2048Kbps二进制键控调相分为绝对调相（2PSK）和相对调相（2DPSK），为什么要采用相对调相？答：在采用绝对调相（2PSK）时，由于本地参考载波有0、口模糊度而使得解调得到的数字信号可能极性完全相反，即1和0倒置，对于数字传输来说这是不允许的。为了克服相位模糊度对相干解调的影响，最常用而又有效的办法就是采用相对调相（2DPSK）。简述2DPSK消除相位模糊的原理。答：由于0、n只是代表前后码变与不变的关系，如相位恢复相差180度，所有的码都要判错，但前后码之间的关系不会错，则从相对码到绝对码的变换不会错。简述在调频系统中采用预加重和去加重技术的原因。答：语音和图像信号低频段能量大，高频段信号能量明显小；而鉴频器输出噪声的功率谱密度随频率的平方而增加（低频噪声小，高频噪声大，解调器严可％蚌网3输出噪声的功率谱密度为L「m），造成信号的低频信噪比很大，而高频信噪比明显不足，使高频传输困难。故在调频收发技术中，通常采用预加重和去加重技术来解决这一问题。简要回答均匀量化与非均匀量化的特点。答：均匀量化特点：在量化区内，大、小信号的量化间隔相同，量化噪声只和量化级数相关，最大量化误差均为半个量化级，因而小信号时量化信噪比太小，不能满足要求。非均匀量化特点：量化间隔大小随信号大小而变，信号幅度小时量化级小，量化误差也小；信号幅度小时量化间隔小，量化误差也小，因此增大了小信号的量化信噪比，使量化信噪比趋于常数。注：2PSK当前是0，遇0不变，遇1跳变;当前是1，遇1不变，遇0跳变2DPSK遇0不变，遇1跳变什么是信噪比增益？信噪比增益高说明什么问题？说明调频系统信噪比增益与调频指数的关系。TOC\o"1-5"\h\z答：接收端输入信噪比与输出信噪比之比叫做信噪比增益； （1分）说明了不同调制解调系统的抗噪声能力，信噪比增益高说明系统的抗噪声能力强； （1分）调频系统的信噪比增益与调频指数的三次方成正比。 （2分）数字基带信号的功率谱有什么特点？它的带宽主要取决于什么？答：数字基带信号s（t）的功率谱密度Ps（s）通常包括两部分：由交变波形成的边续谱Pu（3）及由稳态波形成的离散谱Pv（^）。其中连续谱总是存在的，而离散谱在某些特殊情况下不存在或某些离散谱分量不存在； （3分）数字基带信号的带宽主要取决于连续谱。 （1分）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：信道容量是信道最大可能的传输信息速率； （1分）对离散信道，其定义为：对于一切可能的信息源概率分布，信道传输信息速率R的最大值称为信道容量，记为C，即：\o"CurrentDocument"C=Rmax=max[H（X）-H（XIY）].r （1分）对连续信道，设信道的带宽为B,输出的信号功率为S,输出加性高斯白噪声功率为N,则该连续信道的信道容量为：c=Bl°g2^1+^j（bit/s）。（2分）什么是线性调制？常见的线性调制有哪些？答：线性调制是正弦波的幅度随调制信号作线性变化的过程，在频谱上已调信号的频谱是基带信号频谱的平移或线性变换； （2分）常见的线性调制有常规振幅调制（AM）、抑制双边带调制（DSB）、残留边带调制（VSB）和单边带调制（SSB）等。 （2分）什么是误码扩散（也称差错传播）？如何解决误码扩散问题？答：在部分响应基带传输系统中，因部分响应信号的当前抽样值与其它信码的串扰值有关，使得在传输过程中当某个抽样值因干扰发生差错时，不但造成接收端当前恢复值错误，而且会影响到以后所有恢复值的错误，此现象称为误码扩散（或差错传播）； （3分）在发送端相关编码之前先进行预编码，可解决误码扩散问题。……（1分）简要说明HDB3的编码规则。在HDB3编码中，“1”交替地用+1与-1的半占空归零码，当出现4连0时，用取代节B00V和000V代替，B表示符合极性交替规律的传号，V表示破坏极性交替规律的传号，选取替代节规则是任两个相邻V脉冲之间的B脉冲数目为奇数。为什么在模拟通信中很少使用相位调制，而在数字通信中经常使用相移键控？模拟通信中相位调制，当相移常数保持不变时，调相的频带宽度随着频率的增加而比例地增大；这对于充分利用传输信道的频带是不利的；在数字通信中，PSK的误比特率比其它调制方式低。说明数字基带信号的功率谱包含哪两部分？与单个脉冲波形有什么关系？定时信号由哪部分决定？它的带宽主要取决于什么？数字基带信号s（t）的功率谱密度Ps（⑦）通常包括两部分：由交变波形成的边续谱P〃（心及由稳态波形成的离散谱P（①。其中连续谱总是存在的，而离散谱在某些特殊情况下V不存在或某些离散谱分量不存在功率谱是单个脉冲波形频谱函数的平方成正比;定时信号由离散线谱决定。数字基带信号的带宽主要取决于连续谱。16.QAM调制的中文含义是什么？比较16PSK与16QAM调制的带宽与抗噪声性能。

答：QAM是指正交幅度调制。16QAM的抗噪声性能优于16PSK,两者的带宽均为基带信号带宽的两倍。什么是奈奎斯特带宽？说明奈奎斯特第一准则：抽样点无失真传输的充要条件。答：无失真传输码元周期为T的抽样序列时，所需要的最小传输频带宽度为0-1/2T。1/2T称为奈奎斯特带宽。奈奎斯特第一准则：抽样点无失真传输的充要条件是：在本码元的抽样时刻上有最大值，其他码元的抽样时刻信号值为零，即抽样点上无码间串扰。什么是门限效应？AM信号采用什么解调方法可能会出现门限效应？答：在小信噪比时，解调器输出信号无法与噪声分开，有用信号“淹没”在噪声中，这时输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧下降，这种现象叫做门限效应。AM采用包络检波法可能会出现门限效应。相干解调不存在门限效应。匹配滤波器的“匹配”二字的含义是什么？简要说明匹配滤波器的主要特征。答：匹配滤波器的“匹配”是指输出信噪比达到最大；匹配滤波器的主要特征：滤波器的传递函数与信号功率谱的复共轭成正比；输出信号是输入信号自相关函数的K倍；匹2E配滤波器的冲击响应是输入信号S(t)的镜像平移；输出最大信噪比为了。Es为观察间隔o内信号的能量。20.写出香农公式，并说明信道容量C与B，S，％之间的关系。20.S―一一S答：香农公式：C=Blog2(1+—)=Blog2(1+—B)0提高信噪比S/N，可增大信道容量C；SC—1.44—n0C随着B的适当增大而增大，但当BT8时，通过BSC—1.44—n0与PCM编码相比，△M调制的优点是什么？△M调制中有哪两种噪声?答：△M的主要优越性：低比特率时，量化信噪比高于PCM。抗误码性能好，能在误码率较高的信道里工作△M的编码、译码比PCM简单。包括： 改进型增量调制 差分脉冲编码调制颗粒噪声(量化失真)，过载噪声(斜率过载)为什么A律13折线压缩特性一般取A=87.6?答：因为A律13折线压缩特性1、2段的斜率均为16,正好与A=87.6时的y=斜率相同，从而使整个13折线与A律压缩特性很接近。23.当离散母中每个符号等I息量最大。此时二23.当离散母中每个符号等I息量最大。此时—Nog2Ni=1香农公式的物理含义提高信噪比能增加信道容量。无干扰信道容量为无穷大。增加信道频带W并不能无限制增大信道容量。信道容量一定时，带宽W与信噪比S/N之间可以彼此互换。在信号变化比较缓慢的区域内，编码后得到的序列会是“1”和“0”交替变化的，这种现象称为颗粒噪声。△M斜率过载问题：当输入信号的斜率比采样周期决定的固有斜率△/TS大时，固定量阶的积分跟不上输入信号幅度变化时，将产生斜率过载或过载噪声.25.一幅图片拟在模拟电话信道上进行数字传真。该幅图片约有2.55X106个像素，设每个像素有16个亮度等级，且各亮度等级是等概率出现的。模拟电话信道的带宽是3KHz，信噪比为30dB。试求在此模拟电话信道上传输该幅传真图片所需的最小时间。解：为表示每个像素的亮度等级所需的信息量H=log224=4(bit)一幅图片需要传输的信息量H=2.25X106X4=9X106设该幅图片的传输时间为T，则图片的信息速率R=9X106/T (bit/s)模拟电话信道容量C=Blog2(1+S/N)=3x103Xlog2(1+1000)=3X103X3.32lg(1+1000)=29.9X103(bit/s)因R应小于等于C，取R=C，则可求得该图片最小传输时间Tmin=(9X106)/(29.9X103)=0.301X103(s)调制定义：调制是按基带信号瞬时值的变化规律去改变高频载波某些参数的过程。频域上，调制是把基带信号的频谱搬移到载频附近的过程解调是调制的反过程。调制的目的：将基带信号变为适合在信道中传输的信号改善系统的抗噪声性能便于实现频分复用幅度调制系统抗噪声性能：

双边带信号相干解调：Gdsb=2GAM双边带信号相干解调：Gdsb=2GAM，2p2AM2+p2AM单边带信号相干解调:常规调幅包络检波：幅度调制系统抗噪声性能比较双边带信号和单边带信号抗噪声性能相同，（单频调制情况）常规调幅信号抗噪声性能最差3.DSB调制1)一般模型/(O {R) Sdsb。)J.cos(刃/)cos(刃/)注：P36和P40的图形是一样的，这里画P40的常规调幅采用包络检波方式解调。双边带调制、单边带调制和残留边带调制均不能直接采用这种方法。但如果在接收端插入很强的载波后，仍可以用包络检波的方式。高斯白噪声1） 概率分布函数为高斯分布。2） 功率谱密度函数为均匀分布。单边带和双边带的性能比较答：双边带调制相干解调的信噪比增益是单边带的两倍，并不意味着前者的抗性能优于后者。分析中，双边带已调信号功率是单边带的两倍。

可以认为两者的抗噪性能相同。（可靠性）双边带信号所占的传输带宽是单边带的两倍。（有效性）在模拟通信中，常用调频方式，如调频收音机、电视伴音、卫星通信等。在数字通信中，常采用调相方式，如PSK，QPSK等。由于相位和频率互为微分和积分的关系，可以用调频器来实现调相，称为间接调相。也可以用调相器来实现调频，称为间接调频。间接调相间接调频间接调相间接调频（心调相信号波形⑴）调频信号波形标准AM标准AM和窄带FM信号的频谱37.两种解调方式：非相干解调(鉴频) 用于宽带调频信号解调相干解调 用于窄带调频信号解调重要的是，窄带调频信号采用相干解调，不存在“门限效应”O_K渤-刀m_Aemax_A/ma&Pfm— — —~7调频指数为Rm % "FM一般认为IJn(8FM)I30.01A的边频为有效谐波，式中A为未调载波幅度。能通过有效谐波的带宽为有效带宽。W)=|g)|2岛,W)=|g)|2岛,翎其他等于0.BfM2nmax'm式中nmax为有效谐波的次数40,所以解调器输出噪声的功率谱密度为上式表明：鉴频器输出噪声功率谱密度，在带内，已不再是均匀分布，而变成抛物线分布。随着频率的增加，噪声功率按平方率增加。信噪比增益与频偏比的三次方成正比P87当0>>1时，G=3p3fm fmfm大信噪比时的宽带调频系统的信噪比增益与调频指数的立方成正比一一很大43.

命广2Gssb=1r]g=2命广2Gssb=1r]g=2Erfr（t）JiAM A2+Ef2（t）」'3^ 1)幅度调制系统的信噪比增益很低2)幅度调制系统的输出信噪比与调制过程无关用波形编码的方式将模拟信号数字化，要经过下述三个过程：抽样量化编码脉冲编码调制(PCM)包括三个过程：抽样量化编码抽样：将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲序列。低通抽样定理：抽样频率fS32fH带通抽样频率在2B到4B之间变动二=2«「fL)(1+M)=2BQ+M)其中M=f/B-N,N为不超过f/B的最大整数计算带通抽样频率：1,计算信号带宽B； 2,计算仍，求出小于它的最大整数N。3.计算M=fH/B-N. 4.计算fs=2B(1+M/N).❖抽样方式叫理想抽样1 °°上S廿=70用自然抽样宰抽样脉冲是窄脉冲1 1 °°上S廿=70用自然抽样宰抽样脉冲是窄脉冲1 30NWS-，旧）#平顶抽样▽/、At .sin0?r/2）/实㈣=亍®-响）cdt/250,量化：量化定义：对信号的幅度进行离散化的过程。量化特性和量化特性曲线量化器的输入与输出特性，用量化特性曲线描述量化特性曲线是阶梯形曲线。量化误差和量化误差的平均功率输入和输出之间存在误差，量化误差，对信号的恢复，等效于噪声干扰一一量化噪声用平均功率度量

51.量化方式分为均匀型和非均匀型两种。均匀量化：量化间隔是一个常数。a_2V

△— TOC\o"1-5"\h\zx(t)量化取值范围(-V，+V)，量化间隔数为L，则量化间隔为： L△2 V2一2V、\o"CurrentDocument"C2— — (△— )信号不过载时的噪声功率为：q123L2 L上式表明当分层很密时，均匀量化器不过载噪声与信号的统计特性无关，只与量、2、2L=3D2LSSNR=——C2qSNR=3[ASSNR=——C2qSNR=3j增加一位编码可以增加6dB的量化信噪比。非均匀量化：量化间隔随输入信号的幅度变化，一般对大信号选用较大的量化间隔，小信号选用较小的量化间隔。49,均匀量化，量化信噪比SNR(dB)SNR(dB)牝4.77+20lgD+6.02〃量化误差:5量化误差:51.信号不过载时：量化信噪比的dB值随着信号的dB值变化，每增加一位编码，量化信噪比增加6dB信号过载时：量化信噪比具有最大值，每增加一位编码，量化信噪比也增加6dB若采用均匀量化.话音的每个样值需要12位二进值编码按采样频率为8KHz算数据率为96Kbit/s。(12*8)传输带宽要48KHz.A律采用13折线。律采用15折线。A律的PCM编码码组格式：M1M2M3M4M5M6M7M8极性码M1:“1”正极性，“0”负极性段落码M2M3M4:表示量化采样值所在段落的序号电平码(段内码)M5M6M7M8:表示每一段落内的16个均匀量化级。例1、输入幅度为1250，求量化编码和解码输出。解： 因为是正数，所以M1为“1”。查表5-3,1250落在第六段，M2M3M4=“110”以1024为起点，64为量化间隔(1250-1024)/64=3.53M4M5M6M7=“0011” ，总的编码为“11100011”解码输出：(1024+64X3+64/2)=1248DPCM就是通过预测和差分编码方式来减少冗余，实现数据压缩的目的。

E[S2(k)]57.SNR=E[S2(k)]G=预测和预测增益：P°PtE[d2（k）],预测增益越大，预测越准确。DPCM与PCM比较的优点：编码位数减少，传输带宽减少59.f>f>2f,n=log2L，f=8kHz,n=8,60,简单增量调制的原理：R=fxnL=256，Rb=64kHzM可以看成是PCM的一种特例。它只用一位编码，不是表示采样值的大小，而是表示采样时刻波形的变化趋势。数字压扩自适应增量调制作用：改变量阶△，改善简单增量调制的两大问题。对于fs=32KHZ的系统（△M），误码率为1.5X10-3，将使信噪比下降3dB。对照P131式5-70,一个线性PCM系统，误码率为3.8X10-6,将使信噪比下降3dB。M系统抗误码能力强。时分复用原理各路信号占用不同的时隙，形成多路信号。每路信号都要满足抽样定理要求。数字电话应用体制——数字复接系列PDH:准同步数字系列（用于公共电话网PSTN）SDH:同步数字系列（用于光纤通信等骨干网络）A律PCM基群帧结构30/32系统基群2048kbps，二次群速率是8.448Mbps帧同步序列为0011011，在偶数帧传送。A律13折线近似A=87.6的对数特性，u律25567.E1基群帧的帧长和速率L采样频率为8K,采样周期为125us,即每帧必须在125u$之内传完，帧周期:Ts=125us一帧共32个时隙，每时隙8比特，码元数：C=32X8=256比特，即为帧长。码元速率：虬*/心二256/125X10-6=2048千波特信源速率：V2048kb/s平均每路的信息速率Rbc=2048/32=64kb/s信息速率的计算： Rbc=FsXn=8X8=64kbit/sRb=FsXnXL=8X8X32=2048kbit/s数字基带信号码型用电脉冲表示数字信息得到数字基带信号，电脉冲的形式称为码型。码型设计原则：有利于信号传输，是信号的频域特性与信道的频域特性相适应。便于接收端提取位定时抗噪声能力强常用码型：P193,193,195,198（1）单极性非归零码（NRZ）1为正0为负（2） 双极性非归零码用正电平和负电平分别表示“1”和“0”（3） 单极性归零码（RZ）1为正（半占空）0为负（4） 传号差分码：相对码遇1跳变遇0不变（5） 传号反转码：（CMI）非归零码11表示1,01表示0（6） 传号交替反转码：（AMI码）1交替用+1和一1表示,0还是0,满足交替规则，半占空。（7） HDB3码：见编码规则（问答题部分）。半占空。（8） 数字双向码：极性非归零码（NRZ）与脉冲波形墨二加。（相同为0,相异为1）70.数字基带信号的功率谱（问答题部分）码间串扰：前面的码元对后面的码元波形有干扰。原因：信道的频带受限无码间串扰的传输波形传输波形在抽样点上无失真一一奈奎斯特第一准则无串扰波形判决规则——等效理想低通特性理想低通信号的最小传输带宽是码元速率的一一一奈奎斯特速率、奈奎斯特带宽74.1/(27)称为奈奎斯特带宽，T:奈奎斯特间隔，二进制时：频带利用率(最高速率哦)为2b/s/Hz。若为n进制，频带利用率为2log2nb/s/Hzs()=—sa(^t)兀\0 I①l"/T t=0,s(t)有最大值S(①)=<频域:： 1吊数1①1京/T，时域:::*=nT,s(t)=0物理意义：传递函数的实部在频率轴上以2/T为间隔切开，然后分段平移到(-/T/T)之间，其和为一个常数(S0T)；传递函数的虚部在频率轴按2/T为间隔切开，然后分段平移到(-/T,/T)区间，其和为0。升余弦函数的传递函数：滚降系数，0<水1。滚降带宽：B=f(1+a)77.信息传输速率Rs=t门S=~Bs~，部分响应系统的含义利用码间串扰，使频带利用率达到极限值2用相隔多个码元周期的信号合成一个传输信号部分响