通信原理思考題答案

通信原理思考題答案1.1無線廣播和電視是常見的數(shù)字通信系統(tǒng)，其中信息源指從聲音或影像轉(zhuǎn)換而成的原始電信號(hào)，受信者指從復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成的聲音或影像，信道則是載有聲音和影像的無線電波。1.2數(shù)字信號(hào)的參量僅能取有限個(gè)值，而模擬信號(hào)的參量可以取連續(xù)值。電信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或離散可數(shù)的是兩者的根本區(qū)別。1.3數(shù)字通信系統(tǒng)是指傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)包括抗干擾能力強(qiáng)、傳輸差錯(cuò)可以控制、便于加密處理、便于存儲(chǔ)、處理和交換、設(shè)備便于集成化和微機(jī)化、便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。缺點(diǎn)是占用信道頻帶較寬。1.4數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型中包括信源編碼與譯碼、信道編碼和譯碼、加密與解密、數(shù)字調(diào)制和解調(diào)、同步等功能，旨在提高信息傳輸?shù)挠行?、增?qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力、保證傳輸信息的安全、搬移數(shù)字基帶信號(hào)以便在信道中傳輸、保證數(shù)字通信系統(tǒng)的有序、準(zhǔn)確和可靠的工作。1.5按調(diào)制方式，通信系統(tǒng)可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種。誤信率是指在傳輸系統(tǒng)中碼元丟失的概率，通常用Pb表示，即錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與傳輸總比特?cái)?shù)的比值。1-14消息中包含的信息量與消息出現(xiàn)概率、消息的種類和消息的重要程度有關(guān)。確知信號(hào)是指其取值在任何時(shí)間都是確定和預(yù)知的信號(hào)。能量信號(hào)的能量為有限的正值，但功率等于零；功率信號(hào)的能量為無窮大，但平均功率為有限值。單位沖擊函數(shù)是一種理想信號(hào)，其寬度趨于零，幅度趨于無窮大，積分面積為1。功率信號(hào)的頻譜適用于功率有限的周期信號(hào)；能量信號(hào)的頻譜密度適用于能量信號(hào)；能量信號(hào)的能譜密度適用于能量信號(hào)；功率信號(hào)的功率頻譜適用于功率信號(hào)。頻譜密度S(f)和頻譜C(jnw)的量綱分別為伏特/赫茲和伏特。自相關(guān)函數(shù)具有偶函數(shù)性質(zhì)，且與信號(hào)的能譜密度函數(shù)或功率譜密度函數(shù)是傅立葉變換對(duì)的關(guān)系。當(dāng)延遲為0時(shí)，自相關(guān)函數(shù)等于信號(hào)的平均功率或信號(hào)的能量。寬平穩(wěn)隨機(jī)過程是指數(shù)學(xué)期望與時(shí)間無關(guān)，而相關(guān)函數(shù)僅與時(shí)間間隔相關(guān)的隨機(jī)過程；嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程是指任何n維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)的隨機(jī)過程。嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程的均值有界時(shí)必然是寬平穩(wěn)的。平穩(wěn)隨機(jī)過程的自然相關(guān)函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，只與時(shí)間間隔有關(guān)，且具有偶函數(shù)性質(zhì)。高斯噪聲是指概率密度函數(shù)符合正態(tài)分布的噪聲，其n維分布僅由各隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望、方差和兩兩之間的歸一化協(xié)方差函數(shù)決定。白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲，屬于一種理想寬帶過程。白噪聲的特點(diǎn)是只有在tao=0時(shí)才是相關(guān)的，而在其他任意時(shí)刻上的隨機(jī)變量都不相關(guān)。窄帶隨機(jī)過程是指隨機(jī)過程的頻譜密度分布在一個(gè)遠(yuǎn)離零頻的很窄的頻率范圍內(nèi)。其頻譜分布特點(diǎn)是帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率，時(shí)間波形上的特點(diǎn)是呈現(xiàn)出包絡(luò)和相位隨機(jī)緩慢變化的正弦波。窄帶高斯噪聲是指一個(gè)高斯噪聲滿足窄帶條件，即其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心頻率，而且中心平率偏離零頻很遠(yuǎn)。其波形上的特點(diǎn)是包絡(luò)和相位都像一個(gè)緩慢變化的正弦波。其包絡(luò)的一維分布服從瑞利分布，其相位的一維分布服從均勻分布。高斯白噪聲是指白噪聲取值的概率密度分布服從高斯分布。其概率密度函數(shù)為高斯函數(shù)，其功率譜密度為常數(shù)。不相關(guān)是指兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)方差函數(shù)為零；統(tǒng)計(jì)獨(dú)立是指兩個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合概率密度等于它們各自概率密度的乘積；正交是指兩個(gè)隨機(jī)變量的互相關(guān)函數(shù)為零。兩個(gè)均值為零的隨機(jī)變量如果統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則一定是正交及不相關(guān)；兩個(gè)均值為零的隨機(jī)變量正交與不相關(guān)等價(jià)。無線通訊根據(jù)通訊距離、頻率和位置的不同，分為地波、天波和視距傳播和散射傳播等。地波傳播在數(shù)百米到數(shù)千千米，應(yīng)用與低頻和甚低頻，大約2MHZ。天波傳播能達(dá)到一萬千米以上，應(yīng)用于高頻，2MHZ-30MHZ。天線高度越高，視距傳播的距離越遠(yuǎn)，其具體關(guān)系為H=D^2/50，其中H為天線高度，單位為米，D為視距傳播距離，單位為千米。散射傳播分為電離層散射、對(duì)流散射和流星余跡散射。電離層散射發(fā)生在3OMHZ~60MHZ，對(duì)流層散射發(fā)生在100MHZ~4000MHZ，流星余跡散射發(fā)生在30MHZ~100MHZ。多徑傳播對(duì)信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng)?？焖ヂ浜吐ヂ涫侵感盘?hào)在傳播過程中衰減的速度快慢不同的情況。雙相碼的編碼規(guī)則是將每個(gè)二進(jìn)制位變成兩個(gè)相位相反的脈沖，即“0”為01，“1”為10。雙相碼的優(yōu)點(diǎn)是它的直流分量為零，易于傳輸和解碼。缺點(diǎn)是它的碼元頻率是原始信號(hào)的兩倍，需要更高的帶寬。差分雙相碼的編碼規(guī)則是將每個(gè)二進(jìn)制位變成兩個(gè)相位相反的脈沖，但是第二個(gè)脈沖的相位取決于前一個(gè)碼元的相位，即“0”為01，“1”為10或者相反的10。差分雙相碼的優(yōu)點(diǎn)是它的直流分量為零，易于傳輸和解碼，同時(shí)可以消除傳輸線路中的直流偏移。缺點(diǎn)是它的碼元頻率是原始信號(hào)的兩倍，需要更高的帶寬，并且對(duì)于傳輸線路中的噪聲和失真比較敏感。雙相碼是一種編碼方式，它使用兩個(gè)具有不同相位的二進(jìn)制新碼來表示每一個(gè)二進(jìn)制碼。具體來說，0被表示為01（一個(gè)周期的零相位方波），1被表示為10（一個(gè)周期的π相位方波）。雙相碼只使用兩個(gè)電平，并且能夠提取足夠的定時(shí)分量，同時(shí)編碼過程簡單。然而，它的缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，導(dǎo)致頻帶利用率降低。在差分雙相碼中，每個(gè)碼元的開始處是否存在額外的跳變用來確定信碼，有跳變則表示1，無跳變則表示0。這種編碼方式解決了雙相極性翻轉(zhuǎn)而引起的譯碼錯(cuò)誤，但也會(huì)占用帶寬加倍。碼間干擾是指在抽樣時(shí)刻，除了第k個(gè)波形以外的波形可能被取值，導(dǎo)致判決電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行誤判，使信號(hào)失真，產(chǎn)生誤碼，從而降低通信質(zhì)量。奈奎斯特速率和奈奎斯特帶寬分別指無碼間干擾的最高傳輸速率和理想低通傳輸特性的帶寬。此時(shí)頻帶利用率為2B/HZ。在二進(jìn)制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，有兩種誤碼：發(fā)送1碼，誤判為碼，這種錯(cuò)誤是在噪聲的影響下使得接受濾波器輸出的瞬間值x<Vd（Vd為判決門限）時(shí)發(fā)生；發(fā)送碼，誤判為1碼，這種錯(cuò)誤在x>Vd時(shí)發(fā)生。無碼間串?dāng)_時(shí)，基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率與抽樣判決時(shí)的信噪比有關(guān)。要降低系統(tǒng)的誤碼率需要提高抽樣判決時(shí)的信噪比，可以降低信道噪聲或者提高信號(hào)平均功率。眼圖是一種實(shí)驗(yàn)手段，用于估計(jì)基帶傳輸系統(tǒng)的性能。它是指接收濾波器輸出信號(hào)波形在示波器上疊加所形成的圖像。眼圖可以用來確定最佳抽樣時(shí)刻、定時(shí)誤差的靈敏度、信號(hào)畸變范圍以及噪聲容限。具有升余弦脈沖波形的HDB3碼的眼圖中間會(huì)有一條代表的水平線。OOK信號(hào)的產(chǎn)生方法是將數(shù)字信號(hào)與載波進(jìn)行幅度調(diào)制。解調(diào)方法是將接收到的信號(hào)經(jīng)過限幅放大后，再進(jìn)行低通濾波，即可得到原始的數(shù)字信號(hào)。刪除：一般用開關(guān)電路來控制。改寫：振幅鍵控的控制方式是利用開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。2FSK相對(duì)于2ASK的優(yōu)勢(shì)在于其抗干擾能力更強(qiáng)，因?yàn)槠湓陬l譜上的能量集中在兩個(gè)離散的頻率上，而不是分布在一個(gè)連續(xù)的帶寬上。此外，2FSK信號(hào)傳輸時(shí)所需的帶寬也比2ASK信號(hào)更小，因?yàn)?FSK信號(hào)只需要在兩個(gè)離散的頻率之間切換即可。15.PCM電話信號(hào)采用折疊碼進(jìn)行編碼，因?yàn)殡娫捫盘?hào)的幅值只有在幅度較小的區(qū)間內(nèi)集中，采用折疊碼可以減少誤碼對(duì)信號(hào)造成的影響。16.信號(hào)量燥比是信號(hào)平均功率與量化噪聲平均功率的比值，它只能盡量減少，無法完全消除。17.在PCM系統(tǒng)中，信號(hào)量燥比和信號(hào)帶寬有密切關(guān)系。在低通信號(hào)最高頻率給定的情況下，PCM系統(tǒng)的輸出量燥比隨著系統(tǒng)帶寬按指數(shù)規(guī)律增加。18.增量調(diào)制系統(tǒng)中一般有量化噪聲和過載量化噪聲。19.增量調(diào)制可以看