现代通信原理考点

现代通信原理知识点

第一章绪论

1、通信、通信系统的定义；

通信：从一地向另一地传递消息。

通信系统：将信息从信源传到一个或多个目的地，

2、通信系统的模型及各框图作用；

信息源——>发送设管——»〔信道——,擅收设爸——►受信者

喔再而

通信系统的一股模型

信息源：消息的发源地，把各种消息转换成原始电信号。

发送设备：将信源信号变换成适合在信道中传输的信号。

信道：指传输信号的物理媒质。

噪声源：干扰信号的传输。

接收设备：放大和反变换，从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。

受信者：将复原的原始电信号还原成相应的消息。

3、数字通信系统模型及各框图作用；数字通信的主要特点；

信

信

信

额

敷

信

受

直

源

字

字

源

通

解信

编

译

调

解

播

洋

密者

码

制

调

码

码

数字通信系统模型

信源编码：1）提高信息传输的有效性；2）完成模/数转换；

信源译码：是信源编码的逆过程；

信道编码：把抗干扰编码加入传输信息中，提高可靠性；

信道译码：将信息进行解码，并且有发现解码错误或纠正错误的功能;

加密：将传输的信息加上密码，保证信息的安全性；

解密：将已加密的信息进行解密恢复：

数字调制：形成适合在信道中传输的频带信号；

数字解调：将频带信号还原为数字信号；

主要特点：1）抗干扰能力强

2）差错可控

3）易于与各种数字终端接口

4）易于集成化

5）易于加密史理，且保密强度高

4、通信系统分类(按传输媒质、信号更用方式)；

按传输媒质分：有线通信系统、无线通信系统；

按信号复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用；

5、信息量的含义；信息量、平均信息量(焙)、一条消息的信息量计算；

信息量：对消息中这种不确定性的度量。

I=logu=-logP(x)(a=2,单位：bit)

ar(X)a

平均信息量：每个符号所含信息量的统计平均值。

H(x)=P(xi)[-lbP(xi)]+P(x^[-lbP(x?]+...+P(x)[-lbP(x)](bit/符号)

例：一离散信源由0,1，2,3四个符号组成，它们出现的概率分别为班，1/4,1/4,1/8.

且每个符号的出现都是独立的。试求某消息、2010201302130012032101003210100231020020

10312032100120210的信息量。

解：

O

①该消息的信息量为：I=23lb：+14lb4+13lb4+7lb8=108(b让)

T

每个符号的算术平均信息量为：「二"小=b=L89(bit/符号)

符号数5/

②每个符号的算术平均信息量为：

H=_JibJb：=1.906(bit/符号)

88444488

该消息的信息量为：I=57x1.906=108.64(b和)

6、通信系统的两个主要性能指标；码元传输速率、信息传输速率、频带利用率、

误码率、误信率的计算；

通信系统的两个主要性能指标有效性可靠性

数字通信系统传输效率准确性

模拟通信系统有效带宽信噪比

码元传输速率%单位时间内传输码元的数目，单位是波特(Bd)

R6c=二(勿)传输的码元宽度)

s

R

BC2

信息传输速率Rj单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒(b/s)

D

R=R-H(b/s)R=RlbM(b/s)R7A-(Bd)

bBdbBd」bM

DR

频带利用率n：n=_^.(Bd/Hz)n=%b/(s・Hz))

P=错误码元数

误码率(码元差错率)P:,传输总码兀数

错误比特数

误信率(信息错误率)P:b=传输总比特数

第二章随机过程

1、随机过程的基本概念；

①这类事物变化的过程不可能用一个或几个时间t的确定函数来描述;

②无穷多个样本函数的总体；

③无穷多个随机变量的总体。

2、表征随机过程统计特性的两类方法；

分布特性：分布函数、概率密布函数

数字特征：数学期望、方差、相关函数

3、平稳随机过程的基本概念及分类；

平稳随机过程：指它的统计特性不随时间的推移而变化。

分类：①宽平稳随机过程：数学特征与时间t无关

②广平稳随机过程：分布特性与时间t无关

4、平稳随机过程自相关函数的主要性质；

自相关函数：R(T)=EK(t)^(t+T)］

1)R(O)=E[/t)]=S

[(t)的平均功率]

2)R(oo)=E2[^(t)]=a2

心(t)的直流功率]

3)R(T)=R(Y)卜的偶函数]

4)|R(T)|<R(O)[R«)的上界]

5)R(0)-R(OO)=Q2［方差，g(t)的交流功率］

5、平稳随机过程功率谱密度与自相关函数之间的关系及计算；

平稳随机过程的功率谱密度P>)与自相关函数R«)是一对傅里叶变换关系或维纳一辛

1

钦关系P(⑹二「R(r)e-j-dTR(T)=_I0°P(co)e>dco

&_x2兀-301

6、高斯随机过程的定义及重要性质；

高斯随机过程是指随机过程&(t)的任意n维(n=1,2,...)分布都是正态分布。

性质：1)对于高斯过程，它的分布特性由数字特征决定；

2）广义平稳的高斯工程也是狭义平稳过程；

3）如果高•斯过程在不同时刻的取值是不相关的，那么它们是统计独立的;

4）高斯过程经过线性变换（或线性系统）后的过程仍是高斯过程。

7、高斯白噪声的定义、功率谱密度和自相关函数;

白噪声：它的功率密度谱均匀分布在整个频率范围内。

功率密度谱自相关函数

Pg（（o）=4K（T）=gb（T）

/7

------------------------►

0V。?

高斯白噪声：如果是白噪声又是高斯分布的，则为高斯白噪声。

8、平稳随机过程通过线性系统后的功率谱密度及统计特性：

平稳随机过程通过线性系统后，输出随机过程的功率谱密度等于输入随机过程的功率谱密度

与系统传递函数模平方的乘积。

9、窄带随机过程的同相一正交表示及统计特性、包络和相位的统计特性。

同相一正交表示式：&⑴=^（t）coscoct-^（t）sincoct

统计特性：一个均值为零的窄带平稳高斯过程4（t）,它的同相分晟自（［）和正交分量自（9

也是平稳高斯过程，其均值都为零，方差也相同。

包络和相位的统计特性：一个均值为零，方差为o2的窄带平稳高斯过程g（t）,其包络

自

a（U的啡一分布是瑞利分布，相位（P（D的唯一分布是均匀分

布，并且就一维分布而言，a、t）与（pjt）是统计独立的，即

f（a卸）=f（a）-f（（p）

Mt彳4

第三章信道与躁声

1、信道的定义与分类；

信道定义：指以传输媒质为基础的信号通道。

分类：（1）狭义信道：仅是指信号的传输媒质。

分类：1）有线信道2）无线信道

（2）广义信道：除传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置。

分类：1）调制信道2）编码信道

2、调制信道和编码信道的组成及特点；

调制信道：1）组成：发转换器+媒质+收转换器

2）特点：a、有一对或多对输入、输出端；

b、信道多为线性的：

c、信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间和损耗；

d、零输入仍有输出一一噪声；

e、调制信道是模拟信道。

编码信道：1）组成：调制信道+调制器+解调器

2）特点：a、有二进制或多进制；

b、信道特性用转移概率来描述；

c、编码信道是数字信道；

d、是无记忆信道：

e、信道的输入、输出都是离散的时间信号。

3、恒参信道和随参信道的含义、特点

恒参信道：1）含义：信道特性不随时间变化或变化很缓慢。

2）理想恒参信道特性：H3）=Ke-j（，）d

o

a、幅频特性：|H（co）|=K0（常数）

b、相频特性：（p（W）=-COtd（一次函数）

C、艇延频率特性：t⑹=d^Lt

dcod

随参信道：1）含义：信道传输特性随时间随机快速变化的信道。

2）特点：a、对信号的衰耗随时间随机变化；

b、信号传输的时延随时间随机变化：

c、多径传播。

4、理想恒参信道的及对信号传输的影响；

（1）对信号在幅度上产生固定的衰减；

（2）对信号在时间上产生固定的迟延。

5、非理想恒参信道的的两种失真、产生原因及对信号传输的影响；

（1）幅度.频率失真：1）产生原因：由实际信道的幅度频率特性的不理想所引起的。

2）对信号传输的影响：a、数字：码间串扰；b、模拟：波形失真。

（2）相位.频率失真：1）产生原因：信道的相位-频率特性偏离线性关系。

2）对信号传输的影响：a、数字：码间串扰

6、随参信道的特点；

特点：1）对信号的衰耗随时间随机变化；

2）信号传输的时延随时间随机变化；

3）多径传播。

7、分集接收技术的含义及分集、合并方式；

（1）含义：分散接收，集中处理

（2）分集方式：1）空间分集2）频率分集3）时间分集

（3）合并方式：1）选择式合并2）等增益合并3）最大比值合并

8、通信系统噪声来源和噪声对通信性能的影响；

分类：（1）按噪声来源分：1）人为噪声2）自然噪声3）内部噪声

（2）按噪声性质分：1）单频噪声2）脉冲噪声3）起伏噪声

9、起伏噪声特点与分类；

特点：具有很宽的频带，且始终存在，近似为高斯白噪声

分类：a、热噪声b、散弹噪声c、宇宙噪声

10、信道容量的概念、香农公式的含义、应用及计算。

信道容量：指信道中信息无差错传输的最大速率。

香农公式：C=Blb（1+1-）（b/s）Rb<C

a、ST,CT，S—>co,C—>co

b、NJ,CT，N.0,Cf8

c、BT,CT，BT8,CF1.44*

11、多经传播定义。no

信号从同一出发点出发经过不同的路径同时到达同一终点。

第四章模拟调制系统

1、调制的定义、作用及目的、调制方式的分类；

（1）定义：用调制信号（低频）去控制载波（高频）的某一参数（幅度、频率、相位，M吏

之按照调制信号的规律而变化的过程。即将基带信号转换成频带信号。

（2）作用和目的：1）将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号；

2）实现信道的多路复用，提高信道利用率：

3）减小干扰，提高系统抗干扰能力；

4）实现传输带宽与信噪比之间的互换。

（3）分类：1）按调制信号的形式分：a、模拟调制b、数字调制

2）按载波的选择分：a、以止弦波作为载波的连续波调制

b、以脉冲串作为载波的脉冲调制

2、AM调制器的一般模型；

时域:s（t）=[m（t）cos©t]*h（t）

mc

1

频域：s(co)=1[M(co+co)4-M(co-co)]H(co)

m2cc

ICOStPJ

AU谡艇的一母惧皇

3、AM信号、DSB信号的产生、时域波形、频谱图、带宽；SSB信号的时域表示

带宽B=2fB=2f

--------H----------------------------------------AM--------H--------------------

信号AM布冷（调幅）DSB信号（双边带）

s(t)=[A+m(t)]coscots(t)=m(t)coswt

AMOcAMc

=Acosst+m(t)coso)t

Occ1

表达S(3)=TtA[(5(co+co)+3(①-3)]S((D)=-[M(CD+3)+M(co-(o)]

AMOccAM/cc

式1

+K[M(CO+CO•+M(co-co)]

2c•

11

<;(t)=-Acoso)tcoswtu^Asincotsincot

SSB'2mmcmc2m

11

时域表达式s(t)=xAcoscotcoscot-^Asincotsino)t

USBm2mcmc2m

11

s_(t)=Acoscotcoswt+-Asincetsincot

LSB'2mmeme2m

H3)卜诂帚:TAwTibw:卜色常

八八/\八,

SSB

i245

信号

一以wo%£/\；A广\;△.

-…

，Sg(o)

i

「:八八A.

-CD.C>%J-at0G>.

4、输入信噪比、输出信噪比、调制制度增益等的计算;

S；_解调器输入已调信号的平均功率—支⑹

输入信噪比:

可一—解调器输入噪声的平均功率~~rv（t）

解调器输出有用信号的平均功率_而亦

可二解调器输出噪声的平均功率二南

输出信噪比:

SN

调制制度增益：G=二」

S/N.

5、直接法（锁相环调制器）产生调频信号的原理框图:

W)

6、调频、调相信号的一般表达式；

定义：使高频载波的频率和相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式。

调频和调相统称为角度调制。

角度调制

一般表达式瞬时相位

s(t)=Acos[cot+(p(t)]9(t)=[a)ct+(p(t)]

mc----------------------------------------

<P(t)=Km(t)瞬时频率d[cot+(p(t)]

瞬时相位偏移p<dt

智=Km(t)

瞬时频偏

调相信号s(t)=Acos[cot+Km(t)]

PMcp

调频信号s(t)=Acos®t+KJm(T)dx]

-1*4------------------------e4------------------------------------------------------------------------------------------

7、宽带调频（单音频调制）的时域表达式及调频指数、带宽、最大频偏的计算;

宽带调频

单音频调制信号m⑴=ACoscot=Acos2兀ft

mmmm

瞬时相偏(p(t)=mrsincot最大角频偏△“)=AK.

AgA(DAf

调频指数m=mf=一k

fCDf

3

单音频带宽调频

s(t)=Acos[cot+msincot]

FMcfm

的时域表达式

B=2(m+1)f=2(Af+f)

FMfmm

带宽m«1B*2f

fFMm

m»102Af

fFM

最大频偏Af

8、各种调制系统抗躁声性能比较（定性）。

调制方式信号带宽制度增益设备复杂度主要应用

S

DSB2f2n1中等较少应用

mom

s短波无线电

SSBf1n\复杂广播话音频

mom

分复用等

VSB略大于f_近似SSB近似SSB复杂电视广播

1S

—•1中短波无线

AM2f2卢3nf简单

mom电广播

3S超短波小功

m2i——

2fnf率电台，微

om

FM2(m+1)f3m^(m+1)中等波中继，调

fm

频立体声广

播

第五章数字基带传输系统

1、数字基带传输系统组成及各部分作用;

信道信号形成器：把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号。

信道：允许基带信号通过的媒质。

接收滤波器：滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。

抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，恢复或再生基带信号。

2、常用的几种数字基带信号的码型及特点；

010011

特点：极性单一，有直流分

单极性不归零码

L量，脉冲之间无间隔

1010011

4.P________特点：不受信道特性变化的

双极性不归零码

I-影响，抗干扰能力较强

101001特点：电脉冲宽度小于码元

单极性归零码r宽度，可以直接提取定时信

息

1010011

特点：兼有双极性和不归零

双极性归零码

码的特点

1010011

差分码

J」

3、二进制单极性不归零码、双极性不归零码的功率谱密度图;

T1

表达式P什产叫+产f)

1/

4

单极性不

归零码功率谱

密度图

11011；

——---——7

irr1

表达式Ps（f）=TsSa2（7rfTs）

J,（力

1

双极性不

功率谱

归零码

密度图

4-rF一

4、AMI、HDB3码的编、译码规则;

AMI编码规则：将二进制消息代码“1”交替地变换为传输码的“+1”和“-1”，而“0”保

持不变。

HDB3码编码规则：1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则进行编制，即

传号极性交替。

2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为

+V或-V，相邻V码的极性必须交替出现，一确保编好的码中无直流。

3）V玛的极性应与前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将四连“0”

的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，记为+B或-B。

4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。

HDB3码译码规则：1）寻找两个相邻同极性码，后者即为V码。

2）将V码连同前面3个码改为“0"

3）所有"+「“-1”都改为“1”。

5、基带信号奈奎斯特第一准则；

zH（co+^）=T,

6、会根据系统总特性判断是否满足抽样点上无码间串扰条件；2

例1：设基带传输系统的发送滤波器、信道及接收滤波器绍成总特性为H3）,若要以

波特的速率进行数据传输，试验证下图各种H3）能否满足抽样点上无码间串

扰的条件。

已知，若昨午

兀/r\1c1

3=—+（2兀）=--R=2（1）=一

11T2TBmax1T

sss

R<R

五

OB2B故该不能满足无码间串扰的条件

~TS1r

4尸切

ico——：（2瓦）—R—2co—=-

1T2TBM1T

sss

一3/rR3R>R

T.T._2RBBmaxB

虽然R—>R,但R不是R的整数倍，

BmaxBBmaxB

故该不能满足无玛间串扰的条件

四2：为了传送码2速率RB=3B的数4基带信号’试问：系统采用下图中的哪一种传输

---------------------------------B--------------------------

特性较好？段标要说明其理由。

rCD=4x1On-r(2n)-r2=103,

-Ixlvr-jxitfjr-IO*xo{M^rlilO1*lxM*ra1

蝙蕊宽融1B=X2^L=2X10B(HZ)

4x1O7r

2JC

co=2x18兀+(2兀)=103,R1

频带利用率：n=b?=0.5(B/HZ)

触髓B=x1Q3(B)=1做Hz)_B2x103

2x10^71R

nBmax

2兀cB2x103

频网的=1(B/Hz)X

12

0

3

p=Brf03==2fB/Hz)1

o)[=2x1071+(2兀)+2=xIO,

n=B=

BIO

R2^除含二地⑻

n

B18

传输函数©和⑻是三角形特性，其冲

2x10371

击响应Sa2（x）型，与时间t成反比，尾频带宽度：R==1O（Hz）

部收敛快且传输函数较易实现；R11O1,山口、

综上所述，传输函数©满足无码间串频加利用率：n，怖二也=1（B/Hz）

扰的条件，其三角形滤波特性较易实Ris

现，相应的单位冲激响应尾部收敛快蚱艮=靠球=而/丝/Hz）

,且其频带利用率比⑶高，因此，选

择传输函数⑹较好传输函数⑻是理想低通特性,其冲

击响应Sa（x）型，与时间t成反比，尾

部收尾慢且传输函数难以实现；

7、眼图模型及测量方法；

1）定义：用来定性测量系统的性能的一种简便的实验方法。

2）作用：可以定性反映码间串扰和噪声的大小。

3）观察眼图的方法：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器水平日描

周期，使其与接收码元的周期同步。

8、均衡器及分类。

1）定义：在基带系统中插入一种可调（或不可调）滤波器可以校正或补偿系统特性，减小

码间串扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。

2）分类：频域均衡器、时域均衡器

第六章模拟信号的数字传输

1、模拟信号数字化的两种方法及含义；

1）波形编码：直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16~64kbit/s范围内，接

收端重建1恢复）信号的质量好。

2）参量编码：利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特

率在16kbit/s以下，但接收端重建信号的质量不够好。

2、低通信号和带通信号的抽样定理；

1）低通抽样定理：一个频带限制在（0,fV*内的时间连续信号m（t）,如果以T三1（4f）H

秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m（t）将被所得到的抽样值完

全确定，T.=1/（2fj是最大允许抽样间隔、奈奎斯特间隔，最低抽样速

率f=2f’，奈奎斯特速率。

sH

2）带通抽样定理：设带通信号m（t）,其频率限制在f与f之间，带宽为B=f-f,

LHHL

如果最小抽样速率fs=2fH/m,m是一个不超过fH/B的最大整数，

那么m（t）可完全由高抽样值确定。

2、自然抽样、平顶抽洋信号的产生原理框图；

4、PCM系统组成及调制原理;

PCM系统原理框图原理：

首先，在发送端进行波形编码，主要包括抽

样、量化和编码三个过程，把模拟信号变换

为二进制码组。编码后的PCM码组的数字

传输方式，可以是直接的基带传输，也可以

对载波调制后的频带传输。在接收端，二进

制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲

序列，然后经低通滤波器除高频分量，便可

得到重建信号消⑴。

5、十三折线（A律PCM）的译码方法及量化误差的计算。

（1）8位码的安排：极性码段落码段内码

CCCCCCCC

12345678

1）极性码C：C=1时，表示信号的正极性；C=0时，表示信号的负极性。

111

2）段落码C2C3C4：

段落段落码段落段落码

序号序号CC

CCCACA

81114011

71103010

61012001

51001000

3）段内码

量化段序号”

电平范围段落码段落起始量化间隔

i=1~8（A）CCC电平I。）AV（A）

81024~2048111102464

7512~102411051232

6256~51210125616

5128~2561001288

464~128011644

332~64010322

216-32001161

10~1600001

4）均匀量化11位码表

段非线性码线性码（幅度码）

落BBBBBuBBBBBB

段落码C—J

序

CCC10245122561286432168421

号234

CCCC

81111cC7O000000

CCCC

711001uu7a00000

CCCC

6101001QA7fl0000

CCCC

51000001cC7Q000

CCCC

401100001su7a00

CCCC

3010000001，c7a0

20010000001CCCC

5678

10000000000CCCC

5678

例子：采用13折线A律编码，设最小量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为+635单位。

（1）试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然码二进制）；

（2）写出对应于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位码。

解：（1）。抽样值I=+635>0,.•.极性码C=1

@512<「j=635<1024,.•.码组位呈第七段，段落码为CCC=110

第七段量5化间隔A=32,即631（512+32x3+27）

故抽样值位于第3段量化级，段内码为CCCC=0011

5678

.•・编码器输出码组为：CCCCCCCC=11100011

12345678

编码器输出码组所表示的量化值为I=+（512+32x3）=+608

量化误差为:=|I-I|=27,.•.量化确差为27个量化单位

（2）编码输出码疝cc^ctcccc=11100011对应的均匀量化11位码为:

12345678

CCCCCCCCCCC=01001100000

1234567891011

第七章数字频带传输系统

1、数字调制的三种调制方式；

2、2ASK信号、2DPSK信号的调制方法、2PSK信号的解调原理框图;

3、2ASK、2PSK、2DPSK、2FSK信号波形、频带利用率;

表达式时间波形

s(t)=Lag(t-nT)

nsIt11001

=疫送概率为P:

111

nI11

发送概率为i

振幅键控a=1；1・PIwteh

I

n

（2ASK）其他-

g(t)=1,0wtMT;g(t)=0,11

11

e(t)=Xag(t-nT)cos«)t

3噤

2ASKnsc」1

n林

移频键控表达式时间波形

s(t)=ag(t-nT)]M[1IIt1

ns*401

•i•

a「Q爱:送概率为P；:?1

an=1,发送概率为1-P

IWmill/vM/mml/lll/VL

111111V

发送概率为P；上U八U八vf八U八U九V八\J.

n111111G

b=0,发送概率为1・P111111

11,SUAJ_力仙比1出__：__AAiL,

MM

111：VV

g(t)=1,0守T;g(t)=O,其他111ikh!

s

e(t)=[Xag(t-