通信原理教程第三版课后思考题答案

通信原理思考题复习

消息和信息有什么区别信息和信号有什么区别

答：消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。

什么是模拟信号，什么是数字信号答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。

数字通信有何优点答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。

信息量的定义是什么信息量的单位是什么答：设消息X的概率为P(x),其信息量I(x)=Togap(x),.当a=2时，信息

量单位为比特(bit),当a=e时。信息量单位为奈特(nat),当a=10时，信息量单位为哈特莱。

按照占用频带区分，信号可以分为哪几种答：基带信号和带通信号。

信源编码的目的是什么信道编码的目的是什么

答：信源编码的目的是提高信号表示的有效性。信道编码的目的是提高信号传瑜的可靠性。

何谓调制调制的目的是什么

答：对信号进行调整就是调节。调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。

数字通信系统有哪些性能指标答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。

信道有哪些传输特性答：噪声恃性、频率恃性、线性恃性和时变恃性等.

无线信道和有线信道的种类各有哪些答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，主要分为无线电波，微波和光波。

有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤.

信道模型有哪几种答：调制信道模型和编码信道模型。

什么是调制信道什么是编码信道答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为调制信道。

而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。

何谓多径效应答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅度和随

机变化，这一现象称为多径效应。

电磁波有哪几种传播方式答：电磁波有地波传播、天波传播和视线传播三种传播方式。

适合在光纤中传播的光波波长有哪几个答：目前应用最广泛的两个光波波长是和。

什么快衰落什么是慢衰落答：由多径效应引起的衰落称为快衰落，由里•路径上季节、昼夜、气候等变化引起的衰落称

为慢衰落。

信道中的噪声有哪几种答：按照来源分类，信道中的噪声可分为人为噪声和自然噪声两大类。按照性质分类，信道中的

噪声可分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。

热噪声是如何产生的答：热噪声是由电阻性元器件中自由电子的布朗运动产生的。

第二章信号

何为确知信号何为随机信号答：确知信号:取值在任何时间都是确知和可预知的信号。随机信号:取值不确定，

旦不能事先确切预知的信号。

试分别说明能量信号和功率信号的特性。答：能量信号：能量等于一个有限正值，平均功率为0.功率信号：平均功率等

于一个有限正值，能量为无穷大。

频谱密度S(f)和频谱C(jnwo)的量纲分别是什么答：伏/赫WHZ)：伏(V)

随机变量的数字特征主要有哪几个答：数学期望，方差，矩

正态分布公式中的常数a和6有何意义

何为平稳随机过程广义的平稳随机过程和严格平稳随机过程有何区别答：若一个随机过程X(t)的统计特性与时间起点

无关，则该过程为平稳过程。广义平稳随机过程的自相关函数与时间起点无关：只与tl和12的间隔有关。

何为窄带平稳随机过程答：频带宽度远小于中心频率的随机过程。

何谓白噪声其频谱和自相关函数有何特点答:白噪声是指具有均匀功率谱密度Pn(f)的噪声.功率谱密度的逆傅里叶变换

就是自相关函数。

什么是高斯噪声高斯噪声是否都是白噪声

信号无失真的传输条件是什么答：要求线性系统传输函数的振幅特性与频率无关，是一条水平直线；其相位特性是-•条

通过原点的直线。

第三章模拟调制系统

调制的目的是什么答：•是通过调制可以把基带信号的频谱搬移到载波频率附近；二是通过调制可以提高信号通过信

道传输时的抗干扰能力。

模拟调制可以分为哪几类答：两大类：线性调制和非线性调制。

线性调制有哪几种答：幅度调制、双边带调制、单边带调制和残留边带调制。

非线性调制有哪几种答：频率调制和相位调制。

振幅调制和双边带调制的区别何在两者的已调信号带宽是否相等答：振幅调制的调制信号包含有直流分量，故已调信

号含有载频分量。而双边带调制的一条信号不含直流分量，故已调信号也就不含载频分量。两者的已调信号带宽相等，均

为调制信号带宽的两倍。

双边带语音信号的带宽是否等于单边带语音信号带宽的两倍答：是两倍。

对产生残留边带信号的滤波器特性有何要求

答：H(f+fO)+H(f-fO)=CIfKfm

残留边带调制特性特别适用于哪种基带信号

答：适用于包含直流分量和很低频率分量的基带信号。

试写出频率调制和相位调制信号的表示式。

S

答：SFM⑴=力cos[a)0t+kFMJm3dt+(p0]PM(O="cos[3()t+程。+kPM7n(t)]

什么是频率调制的调制指数答：调制信号可能产生的最大相位偏移。

试写出频率调制信号的带宽近似表示式。答：IMi-2(AY+Wm)=fm+2Af

第四章模拟调制系统

模拟信号经过抽样后，是否成为取值离散的信号了

答：否。抽样只是使信号的自变量时间离散，而信号的取值并不离散。

对于低通模拟信号而言，为了能无失真地恢复，抽样频率和其带宽有什么关系

答：抽样频率应不小于模拟信号最高频率的两倍。

何谓奈奎斯特抽样速率和奈奎斯特抽样间隔

答：模拟信号最高频率的两倍，称为奈奎斯特抽样速率，相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特抽样间隔。

发生频谱混登的原因是什么答：抽样频率低于奈垂斯特抽样速率。

对于带通信号而言，若抽样频率高于图4.2.5所示曲线，是否能保证不发生频谱混叠

答：不能保证。

PCM语音通信通常用的标准抽样频率等于多少答：8kHz。

信号量化的目的是什么答：模拟信号取值离散化。

非均匀量化有什么优点答：改善小信号时出信号量噪比。

在A压缩律特性中，若选用A=1,将得到什么压缩效果答：若选用A=1,将无压缩效果。

在u压缩律中，若选用u=0,将得到什么压缩效果答：若选用u=0,将无压缩效果。

我国采用的语音量化标准，是A律还是u律答：A律。

在PCM系统中，为什么常用折叠码进行编码答：误码引起的影响较小。

何谓信号量噪比有无办法消除它(量噪)

答：信号功率与量化噪声功率之比称为信号量噪比。量化噪声是量化的必要代;介，无法消除。

在PCM系统中，信号量噪比和信号(系统)带宽有什么关系

答：信号量噪比随信号带宽的增大而增大。

第五章基带数字信号的表示和传输

何为ASCII码它用几个比特表示一个字符试写出ASCII码中字符“A”和“a”的码组。答：ASCII码使用指定的7位

或8位二进制数组合来表示128或256种可能的字符。8比特表示一个字符。“A”的码组为1000001“a”的码组为1100001.

试述双极性波形的优缺点。答：优点：0-1等概率时没有直流分量；信号功率是单极性的一半；判决电平与接收信号电

平波动无关。缺点：实现略复杂。

试述HDB3码的编码规则及其优缺点。答：编码规则：IIDB3为一种双极性码，0用“无极性”电平表示，1交替用“正

极性”和“负极性”电平表示；连续4个0,第4个0变为极性V码，V码极性交替：若无法保证极性相同，则第1个0

变换成极性B码。优点：有丰常的位定时信息;缺点：实现略复杂。

试述双相码的优缺点。答：姆位定时信息易提取，0T等概率时无直流分量。鲤直：带宽较宽。

随机脉冲信号序列的功率谱中连续谱和离散谱分别有什么特点离散谱有什么特殊的功用何种信号中没有离散谱

答：连续谱是信号的班机分量，离散谱是信号的稳态分量。离散谱可被用以提取位定时信息。双极性信号g(t)=-g(t)且等

概率出现，则没有离散谱。

何谓码间串扰它产生的原因是什么是否只在相邻的两个码元之间才有码间串扰答：相邻码元的相互重叠称为码间串扰。码

间串扰产生的原因是系统传输特性的不理想。码间串扰不只在两个码元之间才有。

基带传输系统的传输函数满足什么条件时才不会引起码间串扰

答：传输函数满足奈奎斯特准则就不会引起码间串扰，即传输函数是实函数并且在f=w处奇对称。

何谓奈奎斯特准则何谓奈奎斯特速率答：当传输函数为实函数并且f=W处奇对称，那么系统就不会引起码间串扰。这称

为奈奎斯特准则。一个低通传输系统能够达到的最高速率为带宽的两倍，这一速率称为奈奎斯特速率。

何谓“滚降”为什么在设计时常常采用滚降特性答：低通滤波器的过渡带边沿缓慢下降称为滚降。具有滚降特性

的低通滤波器，虽然不是理想滤波器，但是仍能达到奈奎斯特速率，所以滚降特性被经常采用。

何谓眼图它有什么功用在示波器的X轴和Y轴上加入什么电压才能观看眼图

答：用示波器显示的基带传输信号的波形多构成的图形称为眼图。眼图可显示传输系统性能缺陷对于基带数字信号传输的影

响。在示波器的X轴上加入一个锯齿波，Y轴上加入接收信号的码元序列，才能观看眼图。

克服码间串扰的方法是什么能否用增大信噪比的方法克服码间串扰为什么

答：克服码间串扰的方法是在接收端插入一个均衡器。增大信噪比的方法无助于克服码间串扰。因为在信道无噪声的情况下

码间串扰依然可能存在。

第六章基本的数字调制系统

一何谓带通调制带通调制的目的是什么答：将基带数字信号调制到一个载波上，使载波的一个或儿个参量上载有基带

金字信号的信息，这样的调制称为带通调制。带通调制的目的是使已调信号的领谱位置适合在给定的带通信道中传输。

=何谓线性调制何谓非线性调制

答：线性调制的已调信号频谱结构和原基带信号的频谱结构基本相同，主要是所占用的频率位置发生搬移。非线性调制的己

调信号频谱结构和原基带信号的频谱结构完全不同，已不仅仅是简单地频谱搬移，在已调信号频谱中会出现许多新的频率分

量。

何谓相干接收何谓非相干接收答：接收端需用一个与发送端同频同相的相干载波与接收信号做乘法，这种接收方法

称为相干接收。若不需要相干载波的接收方法称为非相干接收。

试问2ASK信号的产生和解调分别有几种方法

答：调制方法行相乘法和开关法等：解调方法有非相干解调一一包络检波法和相干解调法等。

—试问2ASK信号的带宽和其基带信号的带宽有何关系

答：2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍。

—试问2FSK信号属于线性调制还是非线性调制答：2FSK属于非线性调制。

_试问2FSK信号相邻码元的相位是否连续与其产生方法有何关系

答：2FSK信号的产生方法主要有两种：调频法和开关法。有调频法产生的2FSK信号相邻码元相位是连续的，而开关法产生

的2FSK信号由两个独立的频率源产生，相邻码元的相位一般情况下是不连续的。

试问2FSK信号的带宽和其基带键控信号带宽之间有什么关系（2倍）

答：Af2FSK=|fl-f0|+2fc,其中fO和fl为2FSK的两个载波频率，fc为基带键控信号的带宽。

试问常用的2FSK解调方法是相干解调还是非相干解调为什么

答：2ESK信号常采用非相干解调方法。因为非相干解调无需本地载波，实现成本较低，而抗信道干扰和信道噪声的能力也挺

强。

试问2PSK信号相邻码元间的波形是否连续和什么因素有关

答：我波频率和码元速率之间的关系决定了2PSK信号相邻码元之间的波形是否连续。

试问2PSK信号是否必须用相干解调法接收答：是的。2PSK没有非相卜解调方法。

试问2DPSK信号相邻码元波形是否连续和什么因素有关

答：除了与2PSK类似的因素外，2DPSK信号相邻码元波形是否连续还和基带信号跳变有关。

试问2DPSK信号有几种解调方法试比较其优缺点。（P132T33）

答：（1）相位比较法和相干解调法（极性比较法）

试问2PSK信号和2ASK信号之间有什么关系

答：两种信号的功率谱相似，只是2ASK信号多了对应载波的离散谱分量。2PSK信号可以看成星抑制载波的2ASK信号，也

可看成是两个载波相反的2ASK信号。两者的带宽相等。

试按误码率高低次序排列各种二进制键控和解调方式。答：非相干2ASK,相干2ASK,非相干2FSK,相干ASK,非相

干2DPSK,相干2DPSK,相干2PSK。

第10章

试问按错码的统计特性区分，信道可以分为那几类

答：随机信道：这种信道中的错码是随机出现的，并且各个错码的出现是统计独立的。例如，由白噪声引起的错码。突发

信道：这种信道中的错码是相对集中出现的，即在短时间段内有很多错码出现，而在这些短时间段之间有较长的无错码时间

段。例如，由脉冲干扰引起的错码。混合信道：这种信道中的错码既有随即的又有突发的。

习题试求式£)=AcoseC°S3t的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。

1A2

解：R[t,)=£[X(t,)X(t^r)]=E[AcosoZ*Acos(ft^4-r)J=—/42F[cosf<;r+cos69(2/+r)]=—cos<yr=R(r)

A-

功率eR(0)=—

2

习题设随机过程其中皿力是广义平稳随机过程，且其自相关函数为

10-4/2,-10kHZ</<10kHZ⑴试画出

W)=

0淇它

(2)试求出X")的功率谱密度&|f)和功率Pe

1+r,-1<r<0

解：⑴Rr(r)=<l-70<r<1

0,其它

其波形如图2T所示。

(2)因为X。)广义平稳，所以其功率谱密度？(3)c/?x(7).由图2-8可见，R,(7)的波形可视为一个余弦函数与一个三

角波的乘积，因此

人3)=-^-x4同①+4))+8①-g)[*』Sa2(囚x1

2乃2I2

P=PM=

」0+g、^L^^或s=R、(o)=g

Sa+Sa

-4~T~；

已知噪声〃(/)的自相关函数(，)=#

习题期，k为常数。(1)试求其功率谱密度函数匕(7)和功率R(2)画出此(r)

和匕⑺的曲线解

P(f)=f7&(r)e-"2r=f^-e~k[Ae-iMTdr=----

⑴J-2内+(2乃/)2?

PB(0«C勺(桃*加工=:eTM•—di=5^^P=Rn(0)=k/2

⑵RQS和和匕(『)的曲线如图2-2示.

输

出信号y(t)的能量谱密度。

士、NUU/.AW*E3江

习题设有一个LC低通滤波器如图2-4所示。若输入信号是一个均值为0、双边功率谱密度为斗的高斯白噪声时,试求

2

(1)输出噪声的自相关函数。(2)输出噪声的方差。

解：(1)LC低通滤波器的系统函数为

2

Ii4n

j^fC

H(f)=--

图2-4LC低通滤波器

J^fC

输出过程的功率谱密度为:

对功率谱密度做傅立叶反变换，可得自相关函数为：/?(r)=-^-exp(--|r|)

4LL

(2)输出亦是高斯过程，因此：。2=«)(0)-%(8)=%(0)=6%

4L

习题设随机过程的可表示成&=2cos(2加+仍，式中。是一个离散随变量，且P0=O)=l/2、p(9=M2)=l/2,试求

中⑴〕及4(°川。健.E[^(l)]=l/2*2cos(2^+0)+l/2*2cos(2^+^/2)=l;

rwv•

件(0,1)=E[J(0渚⑴]=1/2*2cos(0)2cos(2^+0)+1/2*cos(4/2)2cos(2〃+4/2)=2

习题己知噪声〃⑺的自相关函数(一明)，a为常数：求匕(仞和S;

exp(一叫)0、a,R„(r)=^exp(-6t|r|)<^x>Pn(w)=-S=R(O)=%

解：因为所以2w+a2

习题X(t)是功率谱密度为Px(f)的平稳随机过程，该过程通过如图所示的系统。(1)试问输出过程Y(t)是否平稳(2)

求Y(t)的功率谱密度

解：(1)由图，得Y(t)=d[X(t)+X(tT)]/dt,所以该系统是线性系统，又因为输入过程X(t)是平稳随机过程，所以其

输出过程Y⑴也是平稳随机过程。(2)由图知，'〃")・|〃'"»."’〃川。.痴',T-丫。

所以该系统的传输函数为:"3)=(l+e.

1,图P27

Y(t)的功率谱密度为：G(0)T"(砌•丹(①)=2(l+cos“”外⑷延时T

习题某线性调制系统的输出信噪比为20dB,输出噪声功率为10%,DSB/SC时的发射机输出功率为2*10,试求：从输出端

到解调输入端之间总的传输损耗

解：已知：输出噪声功率为因为G=2Si/Ni=l/2•So/N0=50

6

因为Si=5ONi=2OONo=2*lOIf所以损耗4=S加六

习题设某数字基带传输信号的传输特性H(v)如图5-13所示。其中a为某个常数(OWaWl)。(1)试检验该系统能否

实现无码间干扰传输(2)试求该系统的最大码元传输速率为多少这是的系统领带利用率为多大

解：(D根据奈奎斯特准则，若系统满足无码间干扰传输的条件，基带系统的总特性H(w)应满足：

YH(w+27rRl{i}=C^\<7rRl(

”/(Mbi

0,帆>叫

可以验证，当RB=\vO/n时，上式成立。该系统可以实现无码间干扰传输。

(2)该系统的最大码元传输速率Rmax,既满足Heq(\v)的最大码元传输速率RB,

容易得到Rmax=wO/Jt系统带宽8=(1+。)/几以=(1+。)叫)/2乃忆

-HaG)o|ao―—^aa)Jaa)^—

2

f/------------------------------------------------------

B（1+。）吸）（1+a）

所以系统的最大频带利用率为:2不

习题为了传送码元速率RB=103Baud的数字基待信号，试问系统采用图中所画的哪一种传输特性较好并简要说明其理由。

解：根据奈奎斯特准则可以证明(a),(b)和(。三种传输函数均能满足无码间干扰的要求。下面我们从可从码间串扰性能,

频带利用率，冲击响应“尾巴”衰减快慢，实现难易程度等4个方面分析对比三种传输函数的好坏。

(1)码间串扰性能(a)因等效矩形带宽W=10'Hz,故R=2Xl(fBd,R=2RB,无码间串扰。

(b)R=2X103Bd,无码间串扰。(c)因等效矩形带宽W=500Hz,故RnCfBduRB,无码间串扰。

(2)领带利用率方面来看:三种波形的传输速率均为RB=1()3Baud,

传输函数㈤的带宽为Ba=2X103Hz其频带利用率：na=Rfi/Ba=1000/2X10'103=Baud/Hz

传输函数⑹的带宽为%=103Hz其频带利用率：nb=RB/Bb=1000/1000=lBaud/Hz

传输函数(c)的带宽为BCEO^HZ其频带利用率：nc=RB/Bc=1000/1000=lBaud/Hz

显然na〈nb=nc所以(b)和(c)较好。

(3)冲击响应“尾巴”衰减快慢程度方面来看:

(a),(b)和(c)三种传输函数的时域波形分别为：

323

/?fl(/)=2*10Sa(2*10^r)

^(/)=2*1035«(2*103^)

323

/ic(Z)=10Sa(10^)

其中(a)和(c)的尾巴以I"?的速度衰减，而(b)尾巴以1/1的速度

减，故从时域波形的尾巴衰减速度来看，传输特性(公和(c)较好。

(4)从实现难易程度来看,因为(b)为理想低通特性，物理上不易或

综上所述，传输特性(c)较好。

习题设发送的绝对码序列为0110110,采用2DPSK方式传输。已知码元传输速率为2400B,载波频率为2400Hz。

(1)试构成一种2DPSK信号调制器原理框图；(2)若采用差分相干方式进行解调，画出原理框图和各时间波形。

(3)若采用差分相干解调，试画出各点时间波形

解：(1)开关电路

解：(2)

解：(3)

习题已知一个（7,3）循环码的监督关系式为：工6㊉&㊉工2㊉芭=0，犬5年修㊉内㊉X。=0,小㊉工5㊉％=°，

七㊉七㊉七二0,试求出该循环码的监督矩阵和生成矩阵。

解：由题目条件得监督矩阵

100111010I100

001110

0100111111010

为伊,化成典型矩阵为代。则生成矩阵为。0100111

1100010110001

011101

.0110001..011000

习题设一个（15,7）循环码的生成多项式为：^（x）=x8+x7+x6+/+lo若接收码组为：r（x）=x“+x5+/+l。试问

丁(X)653X7+X3+X+1

其中有无借码。解；因为---------X。+X)+篦+———-——彳——：——

g(x)------------------------X+X+X+X

即码组多项式7（©不能被生成多项式g（x）整除，所以其中必有错码。

习题采用13折线A律编码电路，设接收端收到的码组为“01010011”、最小量化间隔为1个量化单位，并已知段内码改

用折叠二进制码：（1）试问译码器输出为多少量化单位；（2）写出对应于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位

自然二进码。

解：（1）极性码Cl=0,可知量化值为负值段落码C2c3cl=101,可知抽样值落在第6段内，其起始电平为256由于段内码

C5C6C7c8=0011为折叠二进制码,转换为自然二进制码为:0111-0011=0100,即段内的位置在第4段

所以译码器输出为：

-256+、+半！

=-328（量化单位）

24242

（2）328量化单位对应于11位自然二进制码为：000

习题采用13折线A律编码，设最小量化间隔为1个单位，己知抽样脉冲值为-95个单位：试求：（1）、编码器输出的码组

（要求写出编码过程）；（2）、译码器