通信原理试卷及答案

通信原理试卷及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下关于信号分类的说法正确的是（）A.确定信号一定是周期信号B.随机信号的幅度取值无法预测C.能量信号的平均功率为零D.功率信号的能量必定有限2.模拟通信系统中，FM调制方式的主要优势是（）A.带宽利用率最高B.抗噪声性能优于AMC.调制和解调电路最简单D.适合长距离传输3.数字基带传输中，以下哪种码型不含有直流分量（）A.单极性非归零码B.双极性归零码C.曼彻斯特编码D.差分曼彻斯特编码4.根据香农公式C=Blog₂(1+S/N)，当信噪比S/N→∞时，信道容量C趋近于（）A.BB.∞C.2BD.log₂B5.2ASK调制信号的带宽是基带信号带宽的（）倍A.1B.2C.3D.46.在数字通信系统中，导致码间串扰的主要原因是（）A.信道噪声B.传输介质损耗C.接收端抽样时刻偏移D.信道带宽有限引起的信号失真7.以下哪种编码属于检错重发编码（）A.奇偶校验码B.循环冗余校验码（CRC）C.汉明码D.卷积码8.时分复用（TDM）与频分复用（FDM）的根本区别在于（）A.TDM适用于数字信号，FDM适用于模拟信号B.TDM在时间域分割信道，FDM在频率域分割信道C.TDM需要同步，FDM不需要同步D.TDM抗干扰能力强于FDM9.抽样定理要求的最低抽样频率是信号最高频率的（）倍A.1B.2C.3D.410.相干解调与非相干解调的主要区别在于（）A.相干解调需要接收端提供与载波同步的本地载波B.相干解调适用于数字调制，非相干解调适用于模拟调制C.相干解调的抗噪声性能一定优于非相干解调D.相干解调不需要滤波电路二、填空题（每空1分，共20分）1.通信系统的一般模型包括信息源、________、信道、________和信宿五个基本组成部分。2.信号的傅里叶变换实质是将信号分解为不同________的正弦分量之和，其变换结果反映了信号的________特性。3.模拟调制中，AM信号的调制效率随调制指数m的增大而________，当m=1时，效率最高为________。4.数字调制中，2PSK信号的相位跳变发生在________时刻，而2DPSK信号的相位跳变表示二进制符号________。5.差错控制编码的基本原理是通过在信息码元中加入________码元，使接收端能够检出或纠正传输过程中产生的________。6.脉冲编码调制（PCM）的三个主要步骤是________、________和编码。7.二进制数字基带传输系统的最佳判决门限是________与________的中值。8.信道编码中，码距是指两个码字之间对应位不同的个数，最小码距d_min越大，码的检错能力越________，纠错能力越________。9.载波同步的方法可分为________同步和________同步两大类。10.正交幅度调制（QAM）是将________和________相结合的调制方式，在相同带宽下可提高频谱利用率。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述数字通信系统与模拟通信系统相比的主要优势。2.什么是调制？调制在通信系统中的主要作用是什么？3.画出2ASK信号的调制原理框图，并说明其工作过程。4.简述奈奎斯特第一准则的内容及其对数字基带传输的指导意义。5.比较线性分组码和卷积码的主要区别。四、计算题（每题10分，共20分）1.已知某模拟信号的最高频率f_H=4kHz，采用PCM方式传输。（1）求满足抽样定理的最低抽样频率f_s；（3分）（2）若量化级数N=256，求PCM信号的比特率R_b；（3分）（3）若传输信道的带宽B=32kHz，求信道的频带利用率η（单位：bit/(s·Hz)）。（4分）2.某二进制数字通信系统采用2PSK调制，传输速率R_b=2Mbps，信道带宽B=2MHz，信道噪声为加性高斯白噪声，其单边功率谱密度n_0=10^-10W/Hz。（1）求该系统的峰值信噪比（S/N）_peak；（5分）（2）若接收端采用相干解调，求系统的误码率P_e（已知2PSK相干解调误码率公式为P_e=0.5erfc(√(E_b/n_0))，其中E_b为每比特能量，erfc(1.414)≈0.1573）。（5分）五、综合应用题（10分）某数字通信系统采用二进制基带传输，已知发送滤波器输出信号的基本脉冲为升余弦滚降波形，滚降系数α=0.5，信号码元速率R_B=1000Baud。（1）求该系统的传输带宽B；（3分）（2）判断该系统是否满足无码间串扰条件，并说明理由；（4分）（3）若接收端抽样判决时刻存在±T/4的定时误差（T为码元周期），分析此时是否会产生码间串扰。（3分）参考答案一、选择题1.C（解析：能量信号的能量有限，平均功率P=lim(T→∞)E/T=0；确定信号不一定是周期信号，如单脉冲信号；随机信号的统计特性可预测；功率信号能量无限）2.B（解析：FM抗噪声性能优于AM，带宽利用率低于AM，调制电路较复杂）3.B（解析：双极性归零码正负脉冲对称，直流分量为零；单极性码含直流，曼彻斯特编码含1/2码元速率的交流分量）4.B（解析：当S/N→∞时，log₂(1+S/N)→∞，故C→∞）5.B（解析：2ASK信号带宽B=2f_b，其中f_b为基带信号带宽）6.D（解析：信道带宽有限导致信号频谱失真，各码元波形相互重叠产生码间串扰）7.B（解析：CRC属于检错码，常用于ARQ检错重发；奇偶校验码检错能力有限，汉明码和卷积码为纠错码）8.B（解析：TDM在时间轴上划分时隙，FDM在频率轴上划分频段；两者均可用于数字或模拟信号，TDM需严格同步）9.B（解析：低通信号抽样定理要求f_s≥2f_H）10.A（解析：相干解调需本地载波与发送载波同频同相，非相干解调无需同步载波；相干解调抗噪声性能通常优于非相干解调，但并非绝对）二、填空题1.发送设备；接收设备2.频率；频谱3.提高；33.3%（或1/3）4.码元转换；1（或“跳变表示1，不变表示0”）5.监督（冗余）；差错6.抽样；量化7.0电平；噪声电压均值（或“最佳门限V_T=(a+0)/2，其中a为信号幅度”）8.强；强9.插入导频法；直接提取法（或“外同步；自同步”）10.幅度调制（ASK）；相位调制（PSK）三、简答题1.数字通信系统的优势：（1）抗干扰能力强，可通过再生中继消除噪声积累；（2）差错可控，通过信道编码实现检错/纠错；（3）便于加密处理，信息安全性高；（4）易于与计算机等数字设备接口，实现智能化处理；（5）可通过时分复用、频分复用等提高信道利用率。2.调制是指将基带信号的频谱搬移到高频载波频段的过程。作用：（1）减小天线尺寸，使信号可通过较小天线辐射；（2）实现频率分配，避免不同信号间的频谱干扰；（3）提高抗噪声性能，通过选择合适调制方式改善系统可靠性；（4）实现多路复用，如频分复用需不同载波频率区分信号。3.2ASK调制原理框图如下：基带信号（二进制）→相乘器←载波振荡器（cosω_ct）→2ASK输出信号工作过程：当输入二进制“1”时，相乘器输出载波信号cosω_ct；输入“0”时，输出0电平（或反向载波，取决于绝对调幅方式）。因此，2ASK信号可表示为s(t)=a_ncosω_ct，其中a_n为0或1。4.奈奎斯特第一准则：若基带传输系统的总传输特性H(ω)满足∑H(ω-2πn/T)=常数（ω≤π/T），指导意义：（1）给出无码间串扰的充要条件，为系统设计提供理论依据；（2）推导出最大码元速率R_B=2B（B为信道带宽），即奈奎斯特速率；（3）说明通过设计滚降特性（如升余弦滤波器）可在有限带宽内实现无码间串扰传输。5.线性分组码与卷积码的区别：特性线性分组码卷积码编码规则分组独立编码，k个信息位→n个码元连续编码，k个信息位与前m段信息关联监督位来源仅本分组信息位本分组及前m个分组信息位数学模型生成矩阵/校验矩阵生成多项式/状态转移图译码复杂度较低（适合短码）较高（适合长码，如Viterbi译码）纠错能力与码长和码距相关与约束长度和码率相关四、计算题1.解：（1）根据抽样定理，最低抽样频率f_s=2f_H=2×4kHz=8kHz。（2）量化级数N=256=2^8，故每个抽样值编码为8比特，比特率R_b=f_s×log₂N=8kHz×8=64kbps。（3）频带利用率η=R_b/B=64kbps/32kHz=2bit/(s·Hz)。2.解：（1）码元周期T=1/R_B=1/(2×10^6)=0.5μs，每比特能量E_b=S×T（S为信号功率）。噪声功率N=n_0×B=10^-10W/Hz×2×10^6Hz=2×10^-4W。2PSK信号峰值功率S_peak=2S（因为二进制信号功率S=A²/2，峰值A对应功率A²），由R_b=B（2PSK带宽B=R_b），得E_b=S×T=S/R_b，又信噪比S/N=E_b×R_b/(n_0×B)=E_b/n_0（因为B=R_b），故(S/N)_peak=2S/N=2E_b/(n_0T)=2R_bE_b/(n_0R_b)=2E_b/n_0。由R_b=2Mbps=2×10^6bit/s，n_0=10^-10W/Hz，代入得E_b=S/N×n_0=（S/N）×10^-10，但题目未直接给出S，需补充：2PSK信号功率S=E_b×R_b=E_b×2×10^6，N=n_0B=10^-10×2×10^6=2×10^-4W，联立得S/N=(E_b×2×10^6)/2×10^-4=E_b×10^10，而(S/N)_peak=2S/N=2×10^10E_b，又E_b=S/N×n_0=(S/N)×10^-10，代入得(S/N)_peak=2×10^10×(S/N)×10^-10=2(S/N)，由香农公式C=Blog₂(1+S/N)=R_b=2Mbps，B=2MHz，得log₂(1+S/N)=1→S/N=1，故(S/N)_peak=2×1=2（即2倍，或6dB）。（2）E_b/n_0=S/N=1（因为S/N=E_bR_b/(n_0B)=E_b/n_0，