2025年通信原理题库及答案

2025年通信原理题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下数字调制方式中，频带利用率最高的是（）。A.2ASKB.2FSKC.2PSKD.4QAM答案：D2.高斯白噪声的功率谱密度在整个频域内（）。A.均匀分布B.呈正弦分布C.呈指数分布D.呈高斯分布答案：A3.汉明码的最小码距为3时，其纠错能力为（）。A.纠正1位错B.纠正2位错C.检测2位错并纠正1位错D.检测3位错答案：A4.数字基带传输系统中，为了消除码间串扰，接收滤波器的输出冲激响应应满足（）。A.奈奎斯特第一准则B.香农公式C.匹配滤波准则D.高斯准则答案：A5.以下不属于线性调制的是（）。A.AMB.DSBC.SSBD.FM答案：D6.同步技术中，载波同步的作用是（）。A.确定码元起始时刻B.恢复相干解调所需的载波C.对齐帧结构D.降低误码率答案：B7.扩频通信中，处理增益的定义是（）。A.扩频前带宽与扩频后带宽的比值B.扩频后带宽与扩频前带宽的比值C.输出信噪比与输入信噪比的比值D.输入信噪比与输出信噪比的比值答案：B8.卷积码（2,1,3）的约束长度为（）。A.2B.1C.3D.6答案：C9.眼图中“眼睛”的张开程度主要反映（）。A.码间串扰和噪声的影响B.载波同步精度C.信道带宽D.调制方式答案：A10.香农公式C=Blog₂(1+S/N)中，C的单位是（）。A.波特B.比特/秒C.赫兹D.分贝答案：B二、填空题（每空2分，共20分）1.数字通信系统的主要性能指标是（有效性）和（可靠性）。2.二进制ASK信号的带宽约为（2f_b），其中f_b为码元速率。3.高斯白噪声的自相关函数为（N₀/2δ(τ)），其中N₀为单边功率谱密度。4.差分曼彻斯特编码的编码规则是（数据0对应跳变，数据1对应不跳变，或相反；起始处一定跳变）。5.时分复用（TDM）的关键是（时隙分配与同步）。6.信道编码的目的是（提高信号传输的可靠性），其代价是（增加传输带宽或功率）。7.QPSK信号的符号速率是比特速率的（1/2）倍。8.非均匀量化的核心思想是（对小信号采用细量化，大信号采用粗量化），以提高小信号的量化信噪比。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述相干解调与非相干解调的区别及适用场景。答案：相干解调需要在接收端恢复与发送端同频同相的载波，通过相乘器和低通滤波器提取基带信号；非相干解调无需恢复载波，直接通过包络检波（如ASK）或鉴频（如FSK）等方法解调。相干解调抗噪声性能优于非相干解调（如2PSK比2DPSK误码率更低），但需要载波同步电路，复杂度高，适用于对性能要求高的场景（如卫星通信）；非相干解调实现简单，适用于对设备复杂度敏感的场景（如短距离无线传感器网络）。2.解释数字基带传输系统中“滚降系数”的定义及其对系统性能的影响。答案：滚降系数α是实际滤波器截止频率f_c与奈奎斯特截止频率f_N的差值与f_N的比值，即α=(f_c-f_N)/f_N（0≤α≤1）。滚降系数越大，滤波器的过渡带越宽，实际系统的带宽B=(1+α)f_N越大，但冲激响应的拖尾衰减越快，对定时误差的敏感度越低。α=0时为理想低通特性，带宽最小但拖尾无衰减，定时误差会导致严重码间串扰；α=1时带宽加倍，但拖尾衰减加快，工程中常用α=0.25~0.5compromise带宽和定时精度。3.说明OFDM技术的主要优点及应用场景。答案：OFDM（正交频分复用）的优点包括：①抗多径衰落能力强，通过循环前缀（CP）消除符号间干扰；②频带利用率高，子载波正交重叠，无保护间隔；③支持灵活的子载波分配，适合动态资源调度；④可通过IFFT/FFT高效实现调制解调。应用场景包括4G/5G移动通信、Wi-Fi（802.11a/n/ac/ax）、数字音频广播（DAB）等需要高速数据传输且信道多径丰富的场景。4.分析差分编码在DPSK中的作用。答案：DPSK（差分相移键控）中，差分编码将绝对相位信息转换为相邻码元的相对相位变化。例如，输入二进制序列先经过差分编码器，将当前码元的绝对相位表示为前一码元相位的相对变化（如0表示相位不变，1表示相位反转π）。接收端通过比较相邻码元的相位差解调，避免了相干解调中载波同步的相位模糊问题（如2PSK的π相位模糊会导致解调数据全部取反）。差分编码使DPSK无需严格的载波同步，降低了接收机复杂度，同时误码率性能较2PSK略有下降（相同信噪比下，DPSK误码率约为2PSK的2倍）。5.简述信道容量的定义及香农公式的意义。答案：信道容量是信道在单位时间内无差错传输的最大信息量，单位为bit/s。香农公式C=Blog₂(1+S/N)表明：信道容量与带宽B、信噪比S/N呈对数关系。其意义在于：①给出了在高斯白噪声信道中，理论上的最大传输速率，是通信系统设计的上限；②揭示了带宽与信噪比的互换性（如增加带宽可降低对信噪比的要求，反之亦然）；③指导实际系统设计（如扩频通信通过增加带宽换取低信噪比下的可靠传输）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某二进制数字基带传输系统采用升余弦滚降滤波器，滚降系数α=0.5，码元速率R_B=1MBaud。（1）计算系统的传输带宽B；（2）若输入信噪比S/N=10dB，求采用双极性不归零码时的误码率（已知Q(√(2γ))≈Q(√(2×10))，Q(4.47)≈3.9×10⁻⁶）。答案：（1）升余弦滚降滤波器的带宽B=(1+α)R_B/2=(1+0.5)×1×10⁶/2=0.75×10⁶Hz=750kHz。（2）双极性码的信噪比γ=S/N=10dB=10^(10/10)=10。误码率P_e=Q(√(2γ))=Q(√20)=Q(4.47)≈3.9×10⁻⁶。2.某AM调制系统中，载波功率P_c=100W，调制信号为单频正弦波，调制指数m=0.8。（1）计算边带功率P_sb；（2）若接收机输入信噪比（S/N）_in=20dB，求解调后的输出信噪比（S/N）_out（AM解调为理想包络检波）。答案：（1）AM信号的总功率P_t=P_c(1+m²/2)=100×(1+0.8²/2)=100×(1+0.32)=132W。边带功率P_sb=P_t-P_c=32W（或直接计算：每个边带功率为P_c×m²/4，两个边带总功率为P_c×m²/2=100×0.64/2=32W）。（2）AM包络检波的输出信噪比（S/N）_out=(m²/2)/(m²/2+2σ_n²/P_c)，其中σ_n²为噪声功率。输入信噪比（S/N）_in=S_in/N_in=(P_t)/N_in=20dB=100。由于N_in=P_t/100=132/100=1.32W。理想情况下，噪声仅影响边带，输出信号功率S_out=(m²P_c)/4×2=m²P_c/2=0.64×100/2=32W（与边带功率相同），输出噪声功率N_out=σ_n²=N_in（假设噪声带宽等于信号带宽）。因此（S/N）_out=S_out/N_out=32/1.32≈24.24（或13.84dB）。五、综合分析题（20分）某4G移动通信系统采用QPSK调制，信道带宽B=10MHz，接收机噪声功率谱密度N₀=10⁻¹⁸W/Hz，发射机输出功率P_t=20dBm，路径损耗L=120dB，天线增益G_t=G_r=0dB。（1）计算接收机输入信噪比S/N；（2）若系统要求误码率P_e≤10⁻⁵，判断是否满足要求（QPSK误码率公式P_e=Q(√(2γ))，Q(4.26)=10⁻⁵）；（3）若改用16QAM调制，其他条件不变，分析误码率如何变化并说明原因。答案：（1）发射功率P_t=20dBm=10^(20/10)mW=100mW=0.1W。接收机输入功率P_r=P_t×G_t×G_r/L=0.1×1×1/10^(120/10)=0.1/10¹²=10⁻¹³W。噪声功率N=N₀×B=10⁻¹⁸×10×10⁶=10⁻¹¹W。信噪比S/N=P_r/N=10⁻¹³/10⁻¹¹=0.01=-20dB（注意：此处需检查计算是否正确，路径损耗L=120dB=10^(12)，因此P_r=0.1/(10¹²)=10⁻¹³W，噪声功率N=10⁻¹⁸×10×10⁶=10⁻¹¹W，S/N=10⁻¹³/10⁻¹¹=0.01，即-20dB，可能过低，需确认是否路径损耗单位正确，通常路径损耗为L(dB)=10log₁₀(P_t/P_r)，因此P_r=P_t×10^(-L/10)=0.1×10^(-12)=10⁻¹³W，正确）。（2）QPSK的信噪比γ=S/N=0.01（此处可能存在错误，因QPSK的γ通常指每符号信噪比，而S/N为每比特信噪比，需明确：QPSK每个符号携带2比特，因此每比特信噪比γ_b=γ_s/2。若S/N为每符号信噪比γ_s=0.01，则γ_b=0.005，Q(√(2γ_b))=Q(√0.01)=Q(0.1)≈0.46，远大于10⁻⁵，不满足要求。可能题目中S/N应为每比特信噪比，需重新计算：若B=10MHz，QPSK符号速率R_s=B/(1+α)（假设α=0，理想情况），则R_s=10MHz，比特速率R_b=2×10MHz=20Mbps。噪声功率N=N₀×B=10⁻¹⁸×10×10⁶=10⁻¹¹W。信号功率P_r=10⁻¹³W，每比特信号功率S_b=P_r/R_b=10⁻¹³/(20×10⁶)=5×10⁻²¹W。每比特噪声功率N_b=N/R_b=10⁻¹¹/(20×10⁶)=5×10⁻¹⁹W。因此γ_b=S_b/N_b=5×10⁻²¹/(5×10⁻¹⁹)=0.01=-20dB，此时Q(√(2γ_b))=Q(√0.02)=Q(0.1414)≈0.443，误码率远高于10⁻⁵，不满足要求。（3）改用16QAM后，每个符号携带4比特