東北通信原理總復(fù)習(xí)

2011年通信原理期末考試題型：一、填空題每空一分共15分二、選擇題十道題每題二分共20分三、畫圖題兩道每題五分共10分四、簡答題兩道每題五分共10分五、計(jì)算題四道共45分通信原理總復(fù)習(xí)第一章通信原理緒論通信原理總復(fù)習(xí)了解通信技術(shù)的發(fā)展；掌握消息、信息、信號的定義；掌握數(shù)字通信的概念，理解數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)；掌握通信系統(tǒng)模型及其主要性能指標(biāo)；重點(diǎn)：1.信息的度量；2.數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。難點(diǎn)：數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的理解與計(jì)算；通信原理總復(fù)習(xí)設(shè)離散信息源是一個(gè)由n個(gè)符號組成的集合，按獨(dú)立出現(xiàn)。記2、非等概情況的信息量的計(jì)算則每個(gè)符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量

為：式(1.4-9)通信原理總復(fù)習(xí)由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為/符號。當(dāng)信源中每個(gè)符號等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式(1.4-9)即成為式(1.4-5)?？梢宰C明，此時(shí)信源的熵有最大值：通信原理總復(fù)習(xí)有效性用傳輸速率來衡量；可靠性用差錯(cuò)率來衡量。二、數(shù)字通信系統(tǒng)1、傳輸速率碼元傳輸速率

RB簡稱

傳碼率，又稱

符號速率。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B

。例如，若

1

秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。通信原理總復(fù)習(xí)在數(shù)字通信中，一個(gè)碼元（符號）在時(shí)間軸上的長度被稱為碼元長度。數(shù)字信號有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度有關(guān)信息傳輸速率簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為，或，或。通信原理總復(fù)習(xí)式中，H是信源中每個(gè)符號所含的平均信息量（熵）碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即

等概傳輸時(shí)，熵有最大值，信息速率也達(dá)到最大，即

式中，M為符號的進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡稱它們?yōu)?/p>

數(shù)碼率。通信原理總復(fù)習(xí)保證信息速率不變的情況下，M

進(jìn)制碼元速率RBM

與二進(jìn)制碼元速率RB2

之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：

衡量數(shù)字通信系統(tǒng)

可靠性

的指標(biāo)是差錯(cuò)率，常用

誤碼率或誤信率

表示。2、差錯(cuò)率通信原理總復(fù)習(xí)第二章隨機(jī)信號分析通信原理總復(fù)習(xí)一、定義所謂平穩(wěn)隨機(jī)過程，是指它的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間的推移而變化。統(tǒng)計(jì)特性與起始時(shí)間無關(guān)則稱是狹義平穩(wěn)隨機(jī)過程或嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程。設(shè)有一個(gè)隨機(jī)過程ξ(t)，它的均值為常數(shù)，自相關(guān)函數(shù)僅是τ的函數(shù)，則稱它為寬平穩(wěn)隨機(jī)過程或廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。數(shù)字特征與起始時(shí)間無關(guān)通信原理總復(fù)習(xí)如果平穩(wěn)隨機(jī)過程依概率1使下式成立則稱該平穩(wěn)隨機(jī)過程具有各態(tài)歷經(jīng)性?！案鲬B(tài)歷經(jīng)”的含義：隨機(jī)過程中的任一實(shí)現(xiàn)都經(jīng)歷了隨機(jī)過程的所有可能狀態(tài)。因此，只需從任意一個(gè)隨機(jī)過程的樣本函數(shù)中就可獲得它的所有的數(shù)字特征，從而使“統(tǒng)計(jì)平均”化為“時(shí)間平均”，使實(shí)際測量和計(jì)算的問題大為簡化。左端統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征右端時(shí)間數(shù)字特征通信原理總復(fù)習(xí)［的平均功率］［的直流功率］［的偶函數(shù)］［的上界］［方差，的交流功率］當(dāng)均值為0時(shí)，有具有下列主要性質(zhì)：設(shè)ξ(t)為實(shí)平穩(wěn)隨機(jī)過程，則它的自相關(guān)函數(shù)代入性質(zhì)1，2，就得到方差定義式只與時(shí)間間隔有關(guān)通信原理總復(fù)習(xí)簡記為關(guān)系式（2.2-18）稱為維納-辛欽關(guān)系。

根據(jù)上述關(guān)系式及自相關(guān)函數(shù)R(τ)的性質(zhì)，不難推演功率譜密度有如下性質(zhì)：

2.

偶函數(shù)1.

實(shí)數(shù)

、非負(fù)性通信原理總復(fù)習(xí)由以上輸出過程的數(shù)學(xué)期望和自相關(guān)函數(shù)證明，若線性系統(tǒng)的輸入過程是平穩(wěn)的，則輸出過程也是平穩(wěn)的。三、輸出過程

ξo(t)的功率譜密度

可見，系統(tǒng)輸出功率譜密度

是

輸入功率譜密度Pi(ω)

與系統(tǒng)功率傳輸函數(shù)|H(ω)|2

的乘積

。通信原理總復(fù)習(xí)結(jié)論：通信原理總復(fù)習(xí)綜上所述，我們得到一個(gè)重要結(jié)論：一個(gè)均值為零的窄帶平穩(wěn)高斯過程ξ(t)，它的同相分量ξc(t)和正交分量ξs(t)也是平穩(wěn)高斯過程，而且均值都為零，方差也相同。此外，在同一時(shí)刻上得到的ξc和ξs是互不相關(guān)的或統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。綜上所述，我們又得到一個(gè)重要結(jié)論：一個(gè)均值為零，方差為的窄帶平穩(wěn)高斯過程ξ(t)

，其包絡(luò)的一維分布是瑞利分布，相位的一維分布是均勻分布。并且就一維分布而言，與是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。通信原理總復(fù)習(xí)第三章信道與噪聲通信原理總復(fù)習(xí)圖3-1調(diào)制信道和編碼信道信道的一般組成如圖3-1所示：通信原理總復(fù)習(xí)信道廣義信道（簡稱信道）狹義信道有線信道無線信道調(diào)制信道

編碼信道從研究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，使一些基本問題的研究比較方便。通信效果的好壞，很大程度上將依賴于狹義信道的特性。在圖3-1所示的編碼信道模型中，由于信道噪聲或其它因素影響導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，因此這種信道是無記憶編碼信道。通信原理總復(fù)習(xí)有線信道，如電纜光纖等無線信道，如中短波、微波信道等恒參信道隨參信道有記憶編碼信道無記憶編碼信道廣義信道狹義信道調(diào)制信道編碼信道信道通信原理總復(fù)習(xí)恒參信道的信道特性不隨時(shí)間變化或變化很緩慢。由架空明線、電纜、人造衛(wèi)星中繼、中長波地波傳播、超短波及微波與光波的視距傳播、以及光導(dǎo)纖維等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的廣義信道都屬于恒參信道。

二、恒參信道特性恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，其傳輸特性可以等效為一個(gè)線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)。線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度－頻率特性和相位－頻率特性來表征。通信原理總復(fù)習(xí)理想信道的幅頻特性、相頻特性和群遲延特性曲線如圖3-13所示：圖

3-13理想信道的幅頻特性

、相頻特性和群遲延-頻率特性通信原理總復(fù)習(xí)如果信道的幅度-頻率特性在信號頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，則會(huì)使信號產(chǎn)生幅度-頻率失真；如果信道的相位-頻率特性在信號頻帶范圍之內(nèi)不是ω的線性函數(shù)，則會(huì)使信號產(chǎn)生相位-頻率失真。理想信道（信號通過無畸變）的條件：常數(shù)或者（

d

為常數(shù)）通信原理總復(fù)習(xí)恒參信道特性對信號傳輸?shù)钠渌绊懛蔷€性畸變：由信道中元器件振幅特性的非線性引起，造成諧波失真及若干寄生頻率等；頻率偏移：由信道中接收端解調(diào)載頻與發(fā)送端調(diào)制載頻之間偏差造成的；相位抖動(dòng)：由調(diào)制和解調(diào)載頻的不穩(wěn)定所造成，相位抖動(dòng)相當(dāng)在發(fā)送信號上附加一個(gè)小指數(shù)的調(diào)頻。以上的非線性畸變，一旦產(chǎn)生，均難以消除。通信原理總復(fù)習(xí)二、隨參信道特性(1)對信號的衰耗隨時(shí)間隨機(jī)變化；(2)信號傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化；(3)多徑傳播。由此我們可以得到以下兩個(gè)結(jié)論:(1)多徑傳播使單一頻率的正弦信號變成了包絡(luò)和相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為衰落信號，即多徑傳播使信號產(chǎn)生瑞利型衰落；(2)從頻譜上看，多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，即多徑傳播引起了頻率彌散。通信原理總復(fù)習(xí)b)頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬

當(dāng)發(fā)送信號是具有一定頻帶寬度的信號時(shí)，多徑傳播除了會(huì)使信號產(chǎn)生瑞利型衰落之外，還會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。我們假設(shè)多徑傳播的路徑只有兩條，信道模型如圖3-22所示：通信原理總復(fù)習(xí)對于固定的，信道幅頻特性如圖3-23(a)所示:圖

3-23信道幅頻特性(a)時(shí)延差固定(b)時(shí)延差隨機(jī)變化通信原理總復(fù)習(xí)多徑傳播時(shí)的相對時(shí)延差通常用最大多徑時(shí)延差來表征。設(shè)信道最大多徑時(shí)延差為，則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為：(3.3-30)它表示信道傳輸特性相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔。如果信號的頻譜比相關(guān)帶寬寬大，則將產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落。通信原理總復(fù)習(xí)為了減小頻率選擇性衰落，就應(yīng)使信號的頻譜小于相關(guān)帶寬。在工程設(shè)計(jì)中，為了保證接收信號質(zhì)量，通常選擇信號帶寬為相關(guān)帶寬的1/5~1/3。通信原理總復(fù)習(xí)按加性噪聲來源分類人為噪聲：外臺信號、電氣開關(guān)合斷、點(diǎn)火系統(tǒng)自然噪聲：天電噪聲來源于雷電、磁暴、宇宙射

線、太陽黑子內(nèi)部噪聲：系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部本身產(chǎn)生的各種噪聲，電阻器熱噪聲、電子管、半導(dǎo)體管中的電子起伏（散彈噪聲）按隨機(jī)噪聲性質(zhì)分類單頻噪聲：外臺信號脈沖噪聲：電氣開關(guān)合斷噪聲、工業(yè)電火花起伏噪聲：熱噪聲、散彈噪聲、宇宙噪聲通信原理總復(fù)習(xí)信道容量是指信道中信息無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。連續(xù)信道的信道容量()a)香農(nóng)公式帶寬為B()的連續(xù)信道，其輸入信號的功率為S，信道加性高斯白噪聲的功率為N。可以證明，信道的信道容量為：通信原理總復(fù)習(xí)第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)一、抑制載波雙邊帶調(diào)制(－)在信號中，如果將載波抑制，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號()。頻帶寬度是調(diào)制信號帶寬的兩倍調(diào)制方式信號帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用2中等較少應(yīng)用1復(fù)雜短波無線電廣播話音頻分多路略大于近似近似復(fù)雜商用電視廣播2/3簡單中短波無線電廣播中等超短波小功率電臺微波中繼調(diào)頻立體聲廣播各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較通信原理總復(fù)習(xí)第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)通信原理總復(fù)習(xí)1.單極性不歸零波形這是最簡單、最常用的基帶信號形式。這種信號脈沖的零電平和正電平分別對應(yīng)二進(jìn)制代碼0和1特點(diǎn)是：極性單一，有直流分量，脈沖之間無間隔。另外，位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0序列時(shí)，沒有位同步信息。通信原理總復(fù)習(xí)2．雙極性不歸零波形脈沖的正負(fù)電平分別對應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0；由于它是幅度相等、極性相反的雙極性波形，故當(dāng)0、1符號等概出現(xiàn)時(shí)，無直流分量?；謴?fù)信號的判決電平為零值，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。故雙極性波形有利于在信道中傳輸。通信原理總復(fù)習(xí)3．單極性歸零波形與單極性歸零波形的區(qū)別是：有電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長度內(nèi)，總要回到零電平，所以稱為歸零波形。單極性歸零波形可以直接提取定時(shí)信息，是其它波形提取位定時(shí)信號時(shí)需采用的一種過渡波形通信原理總復(fù)習(xí)

4．雙極性歸零波形它是雙極性波形的歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)，脈沖都回到零電平，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。它除了具有雙極性不歸零波形的特點(diǎn)外，還有利于同步脈沖的提取。通信原理總復(fù)習(xí)5.2.2基帶信號的頻譜特性通過譜分析，可了解信號需占據(jù)的頻帶寬度，所包含的頻譜分量，有無直流分量，有無定時(shí)分量等。這樣，才能針對信號譜的特點(diǎn)來選擇相匹配的信道，以及確定是否可從信號中提取定時(shí)信號?？梢姺€(wěn)態(tài)波的功率譜是沖擊強(qiáng)度取決的離散線譜；根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列是否包含直流分量（m=0）和定時(shí)分量

(m=1)

。

交變波的功率譜是連續(xù)譜，它與g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)概率P有關(guān)。通信原理總復(fù)習(xí)二進(jìn)制基帶信號的功率譜密度

單極性半占空歸零信號的帶寬為：單極性不歸零信號在離散譜線中只有直流分量單極性歸零信號有直流分量，也有定時(shí)分量，且?guī)挻笥诓粴w零碼通信原理總復(fù)習(xí)從以上兩例可以看出:(1)隨機(jī)序列的帶寬取G1(f)和G2(f)之中較大帶寬的一個(gè)作為序列帶寬。時(shí)間波形的占空比越小，頻帶越寬。矩形脈沖脈寬為τ，則。(2)單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比；單極性歸零信號中有定時(shí)分量；單極性不歸零信號中無定時(shí)分量；0、1等概的雙極性信號沒有離散譜。通信原理總復(fù)習(xí)5.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型圖5-6碼和3碼的功率譜通信原理總復(fù)習(xí)二、3碼3碼的全稱是3階高密度雙極性碼，它是碼的一種改進(jìn)型。其編碼規(guī)則如下：1連“0”個(gè)數(shù)不超過3時(shí)，將1變?yōu)?－交替2將4個(gè)0中的第4個(gè)0變?yōu)閂,極性與前非零碼極性相同3自添加的V，保證V碼+－交替。否則，將四連“0”的第一個(gè)“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為或–B4破壞脈沖之后的傳號碼極性也要交替通信原理總復(fù)習(xí)代碼：100001000011000

0l1

AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1

HDB3碼：-1000-V+1000+V-1+1–B00–V+l-1

HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼簡單：每一個(gè)

破壞符號V

總是

與前一非

0

符號

同極性，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V

；于是，也斷定

V符號及其前面的3個(gè)符號必是連0符號，從而恢復(fù)

4

個(gè)連0碼；再將所有－1

變成

+

1后便得到原消息代碼

。通信原理總復(fù)習(xí)下面，研究如何設(shè)計(jì)基帶傳輸特性H(ω)，以形成在抽樣時(shí)刻上無碼間串?dāng)_的沖擊響應(yīng)波形h(t)。根據(jù)上面的分析，假設(shè)延遲t0=0，無碼間串?dāng)_的基帶系統(tǒng)沖擊響應(yīng)應(yīng)滿足下式無碼間干擾的時(shí)域條件說明：無碼間串?dāng)_的基帶系統(tǒng)沖擊響應(yīng)，t=0時(shí)取值不為零，其它抽樣時(shí)刻t=的抽樣值均為零.(5.5-1)通信原理總復(fù)習(xí)無碼間干擾的頻域條件將無碼間串?dāng)_時(shí)域條件(5.5-1)帶入上式，便可得無碼間串?dāng)_時(shí)，基帶傳輸特性應(yīng)滿足的頻域條件或?qū)懗稍摋l件

稱為

奈奎斯特

第一準(zhǔn)則

。它為我們提供了

檢驗(yàn)

一個(gè)給定系統(tǒng)

特性

H

(ω)是否產(chǎn)生

碼間串?dāng)_

的

方法

。通信原理總復(fù)習(xí)同時(shí)還可看出，如果該系統(tǒng)用高于甚至是低于1波特的碼元速率傳送時(shí)，將存在碼間干擾?？紤]到系統(tǒng)的頻率寬度為1/2，而最高碼元速率為1，故這時(shí)的系統(tǒng)最高頻帶利用率為2。通常把1/2稱為奈奎斯特帶寬，即系統(tǒng)的最小傳輸帶寬，記為W1；則該系統(tǒng)無碼間干擾時(shí)最高的傳輸速率為2W1波特，這個(gè)傳輸速率通常被稱為奈奎斯特速率。理想低通傳輸特性的基帶系統(tǒng)有最大的頻帶利用率。但是，理想低通系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個(gè)問題：升余弦滾降系統(tǒng)的頻率特性通信原理總復(fù)習(xí)基帶系統(tǒng)的傳輸特性B發(fā)送單個(gè)符號a0=＋1時(shí)B點(diǎn)的信號能量升余弦滾降系統(tǒng)的沖激響應(yīng)通信原理總復(fù)習(xí)此系統(tǒng)無碼間干擾的碼速率為，無碼間干擾的最大碼速率為，式中為滾降系數(shù).帶寬為故升余弦滾降系統(tǒng)的最大頻帶利用率為通信原理總復(fù)習(xí)通信原理總復(fù)習(xí)對于單極性信號，對于雙極性信號，基帶系統(tǒng)的總的誤碼率在單極性與雙極性基帶波形的峰值A(chǔ)相等，噪聲均方根值也相同時(shí)，單極性基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能不如雙極性基帶系統(tǒng)。通信原理總復(fù)習(xí)圖5-18眼圖的模型}信號失真斜邊過零點(diǎn)失真噪聲容限最佳判決門限電平

最佳判決時(shí)刻

通信原理總復(fù)習(xí)第七章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)通信原理總復(fù)習(xí)一、二進(jìn)制振幅鍵控（2）二、二進(jìn)制移頻鍵控（2）三、二進(jìn)制移相鍵控（2）11010110相對碼010011011通信原理總復(fù)習(xí)通信原理總復(fù)習(xí)延遲

Ts