通信原理思考题

通信原理思考题第一章1-3何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信。优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累；（2）传输差错可控；（3）便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；（4）易于集成；（5）易于加密处理，保密性好。缺点：传输带宽较大，系统设备较复杂。1-7按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：频分复用、时分复用、码分复用。1-8单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式并举例说明。答：按消息传递的方向与时间关系来分类。单双工：消息只能单方向传输的工作方式。例如：广播、遥控、无线寻呼。半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。例如：对讲机、检索。全双工：通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如：电话、计算机间的高速通信。1-11衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率和频带利用率。可靠性：差错率，包括误码率和误信率。1-12何谓码元速率和信息速率？他们之间的关系如何？答：码元速率：又称传码率，定义为单位时间内（每秒）传送码元的数目。信息速率：又称传信率，定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数。𝑅𝑏=𝑅𝐵log2𝑀(b/s)1-13何谓误码率和误信率？他们之间的关系如何？答：误码率：错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。误信率：错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。N进制中，误信率比误码率更低，在二进制中，误码率和误信率在数值上相等。第三章3-2随机过程的数字特征主要有哪些？分别表征随机过程的什么特性？答：均值（数学期望）：表示随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心。方差：表示随机过程在时刻t相对于均值a(t)的偏离程度。相关函数（包括自相关函数和协方差函数）：表示随机过程在任一两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。3-3何谓严平稳？何谓广义平稳？他们之间的关系如何？答：严平稳：若一个随机过程𝛏(𝐭)的任意有限维分布函数与时间起点无关，也就是说，对于任意的正整数n和所有实数Δ有𝑓𝑛(𝑥1,𝑥2,..𝑥𝑛;𝑡1,𝑡2,…𝑡𝑛)=𝑓𝑛(𝑥1,𝑥2,..𝑥𝑛;𝑡1+Δ,𝑡2+Δ,…𝑡𝑛+Δ)，则称该随机过程为严格意义下的平稳随机过程。广义平稳：1）均值与t无关，为一常数a；2）自相关函数只与时间间隔τ有关。同时满足这两个条件的过程为广义平稳过程。严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之不一定成立。3-4平稳过程的自相关函数有哪些性质？它与功率谱密度的关系如何？答：性质：1)平均功率——R(0)=E[ξ2(𝑡)];2)直流功率——R(∞)=𝐸2[ξ(t)]=𝑎2;3)交流功率——R(0)-R(∞)=𝜎2;4)偶函数R(τ)=R(−τ);5)|R(τ)|≤R(0)平稳过程的功率谱密度和其自相关函数是一对傅里叶变换关系。3-7随机过程通过线性系统时，输出与输入功率谱密度的关系如何？如何求输出过程的均值、自相关函数？答：输出的功率谱密度等于系统频率响应模值的平方乘以输入功率谱密度。P0(f)=|H(f)|2Pi(f)均值：E[ξ𝑜(t)]=a·H(0)自相关函数：输出功率谱密度求傅里叶逆变换或公式3-10窄带高斯过程的同相分量和正交分量的统计特性如何？答：一个均值为零的窄带平稳高斯过程ξ(t)，它的同相分量ξ𝑐(t)和正交分量ξ𝑠(t)同样是平稳高斯过程，而且均值为零，方差也相同。此外，在同一时刻上得到的ξ𝑐(t)和ξ𝑠(t)是互不相关的或统计独立的。3-12什么是白噪声？其频谱和自相关函数有什么特点？白噪声通过理想低通或理想带通滤波器后的情况如何？答：如果噪声的功率谱密度在所有频率上均为一常数，则成为白噪声。频谱为一常数，自相关函数R(τ)=𝑛02δ(t)，对所有τ≠0都有R(τ)=0，即白噪声仅在τ=0处才相关，而在其余任意两个时刻的随机变量都是不相关的。经过理想低通后为带限白噪声；经过理想带通后为窄带高斯白噪声。第四章4-6何谓多径效应？答：电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。4-7什么是快衰落？什么是慢衰落？答：快衰落：多径效应造成接收信号快速起伏的现象。慢衰落：由于天气、季节等引起的变化造成信号的衰落，但衰落的起伏周期较长的现象。4-8何谓恒参信道？何谓随参信道？它们分别对信号传输有哪些主要影响？答：恒参信道：信道特性基本不随时间变化或者变化极小。影响：引起幅频特性和相频特性的畸变，从而最终造成码间串扰。随参信道：信道特性随机变化。影响：引起衰落。4-17试述信道容量的定义答：信道能够传输的最大平均信息速率。4-18试写出连续信道容量的表示。由此式看出信道容量的大小决定于哪些参量？答：𝐶𝑡=𝐵log2(1+𝑆𝑁)=𝐵log2(1+𝑆𝑛0𝐵)信道带宽B、信号功率S、噪声功率谱密度𝑛0第五章5-1何谓调制？调制在通信系统中的作用是什么？答：调制：就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。作用：1．将基带信号频谱搬移到较高的载波频率上，以较小的发射功率和较短的天线来辐射电磁波。2．实现信道的多路复用，提高信道利用率。3．展宽信号带宽，提高系统抗干扰、刚衰落能力。5-2什么是线性调制？常见的线性调制方式有哪些？答：线性调制是指正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的相同，仅频谱位置发生了搬移。调制方式：调幅、抑制载波双边带调制（DSB）、SSB、VSB5-3AM信号的波形和频谱有哪些特点？答：波形：AM波的包络与调制信号的形状完全相同。频谱：AM信号的频谱有上边带、下边带和载波分量。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。5-6SSB信号的产生方法有哪些？各有何技术难点？答：滤波法：边带滤波器的制作。相移法：宽带相移网络𝐻ℎ(ω)的制作。5-11什么是门限效应？AM信号采用包络检波时为什么会产生门限效应？答：门限效应就是指检波器的输出信噪比不是按比例随着输入信噪比下降，而是急剧恶化的这一现象。因为解调器输出端没有单独的信号项，会把有用信号扰乱成随机噪声，其本质就是包络检波器的非线性解调作用引起的。5-17FM系统中采用加重技术的原理和目的是什么？答：原理：在解调器加上预家中网络，提升调制信号的高频分量，在解调后加上去加重网络，使信号保持不变同时降低高频噪声，从而改善输出信噪比。目的：改善调频解调器的输出信噪比。5-18什么是频分复用？答：将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。第六章6-2数字基带信号有哪些常用的形式？他们各有什么特点？他们的时域表示式如何？答：单极性不归零码：电脉冲间无间隔，极性单一，但是有直流分量，定时成分少，不适合远距离传输。BNRZ：若0、1等概率出现，则无直流分量，抗干扰能力强。RZ：可直接提取定时信息。BRZ：无直流分量，定时成分多。差分波形：可以消除设备初始状态的影响，在相位调制系统中用于解决载波相位模糊的问题。多电平波形：提高比特率。时域表达式：s(t)=∑𝑎𝑛𝑔(𝑡−𝑛𝑇𝑠)∞𝑛=−∞=∑𝑠𝑛(𝑡)∞𝑛=−∞6-3研究数字基带信号功率谱的意义何在？信号带宽怎么确定？答：1）根据它的连续谱来确定序列的带宽；2）根据离散谱是否存在，使我们明确能否从脉冲序列中直接提取定时分量，以及采用怎样的方法从基带脉冲序列中获取离散分量。取决于一个码元的持续时间Ts和基带信号码元波形的傅里叶变换形式。6-4构成AMI和HDB3码的规则是什么？它们各有什么优缺点？答：AMI：消息码的“1”交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”保持不变。优点：没有直流成分，高，低频分量少，编码电路简单，可利用传号极性交替这一规律观察误码情况。缺点：当码元出现长连0时，信号电平长时间不跳变，造成提取定时信号困难。HDB3：若消息码中连0个数小于等于3则编码规则同AMI码；若连0个数大于3则每四个0化作一小节，定义为B00V。V与前一个非0脉冲极性要相同且与相邻的V码极性交替。相邻V码间1的个数为奇数时B为0，若为偶数时（包括0）则添B码再根据前后极性判断正负。优点：AMI的都有，解决了连0问题，保证了定时信息的提取。缺点，编码复杂。6-6什么是码间串扰？它是怎样产生的？对通信质量有什么影响？答：所谓码间串扰是由于传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。码间串扰的产生是因为在第k个抽样时刻理想状态是抽样时刻取得，仅有第k个波形在此时刻被取值，但在实际系统中，会有除第k个波形意外的波形可能在抽样时刻被取值。码间串扰会导致判决电路对信号进行误判，造成信号失真，从而使通信质量下降。6-7为了消除码间串扰，基带传输系统的传输函数应满足什么条件？其相应的冲激响应应具有什么特点？答：∑H(ω+2πiTs)=Tsi,|ω|≤πTs冲激响应h(t)仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，就可以消除码间串扰。若h(t)在t=kTs抽样，h(kTs)={1𝑘=00𝑘为其他整数6-13什么是眼图？它有什么用处？由眼图模型可以说明基带传输系统的哪些性能？具有升余弦脉冲波形的HDB3码的眼图应是什么样的图形？答：眼图是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪声的大小，还可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。由眼图可以得到的信息：(1)最佳抽样时刻是眼睛张开最大的时刻。(2)定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对位定时误差越敏感。(3)图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度。(4)图中央的横轴位置对应于判决门限电平。(5)抽样时刻上，上下阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超过它就会发生误判。(6)图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接受波形零点位置的变化范围，即过零畸变。在眼图中间出现一根代表连“0”的水平线。6-14什么是部分响应波形？什么是部分响应系统？答：人为地，有规律地在码元抽样时刻引入码间串扰，并在接收端加以消除，从而可以达到改善频谱特性，压缩传输频带，使频带利用率提高到理论上的最大值，并加速传输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求目的，将这这种波形称为部分响应波形。利用部分响应波形传输的基带传输系统称为部分响应系统。6-16什么是频域均衡？什么是时域均衡？横向滤波器为什么能实现时域均衡？答：频域均衡：利用一个可调滤波器的频率特性去补偿信道或系统的频率特性，使包括可调滤波器在内的基带系统总特性接近无失真传输条件。时域均衡：直接校正已失真的响应波形，使包括可调滤波器在内的整个系统冲激响应满足无码间串扰条件。横向滤波器可以将输入端在抽样时刻上的有码间串扰的响应波形变换成抽样时刻上无码间串扰的相应波形。第七章7-1什么是数字调制？它与模拟调制相比有哪些异同点？答：数字调制：用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。基本原理相同，但模拟调制是连续取值，而数字调制是离散取值。7-2数字调制的基本方式有哪些？其时间波形上各有什么特点？答：振幅键控、频移键控、相移键控。ASK通过波形的幅度变化反应0或者1。FSK通过频率的变化来表示0和1，振幅不变。PSK通过相位的变化表示信号，振幅不变。7-3什么是振幅键控？OOK信号的产生和解调方法有哪些？答：利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初始相位保持不变。产生方式：模拟调制法和键控法。解调方式：非相干解调（包络检波法）和相干解调法（同步检测法）。7-42ASK信号传输带宽与波特率或基带信号的带宽有什么关系？答：BASK=2fs传输带宽是基带信号带宽的两倍，也是码元速率的两倍。7-5什么是频移键控？2FSK信号产生和解调方法有哪些？答：频移键控是利用载波