《通信原理》2015复习

《通信原理》复习考试题型一、填空题二、选择题三、分析简答题四、计算题第1章绪论1.通信系统的性能指标通信系统性能：有效性：占用信道资源的多少可靠性：消息传输的准确程度模拟通信系统性能有效性：有效传输带宽可靠性：输出信噪比数字通信系统性能有效性：传输速率可靠性：差错率1.二进制与多进制情况的换算2.比特率与波特率的关系3.传输速率与传输带宽之间的关系通信系统的性能指标2020/1/116模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。信息源调制器噪声源受信者解调器信道信息源噪声源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。2020/1/117发送设备：将信息源和传输媒介连接起来，将信源输出的信号变为适合于传输的信号形式。-信源编码是把连续的模拟信号变为数字信号；当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输；设法减少码元数目和降低码元速率，也就是数据压缩。-信道编码是将数字信号与传输媒介匹配起来，以提高传输的有效性和可靠性。信道编码是为了克服数字信号在信道传输时，由噪声、衰落以及人为干扰等引起的差错。接收设备：发送设备的反变换。传输媒介：用来传递发送设备和接收设备之间的信号2020/1/118•频率利用率：单位频带所能传输的信息速率BRbbB为传输带宽sbitMRRsb/log2BaudMRRbs2logM进制数字信号的码元速率与信息速率之间的关系：2020/1/119例已知二进制数字信号在0.5min内共传送了48000个码元，（1）问其码元速率Rs2和信息速率Rb2各为多少？（2）如果码元速率不变，但改为八进制数字信号，其码元速率Rs8和信息速率Rb8各为多少？解：（1）在0.5×60s=30s内传送了48000个码元，（2）若改为八进制，BRs600130/000482sbitRRsb/600122BRs600130/000488sbitRRsb/80048log288什么是信息量？信息量的计算离散系统平均信息量计算比特率和波特率的计算2020/1/1111离散信源的信息量：用信息出现概率的对数测度作为离散信息的信息度量单位：离散信息xi所携带的信息量为：)(log)(1log)(iiixPxPxI当对数以2为底时，信息量单位称为比特(bit)；当对数以e为底时，信息量单位称为奈特(nat)；当对数以10为底时，信息量单位称为哈特莱。2020/1/1112对于由一串符号构成的消息，假设各符号的出现互相统计独立，整个消息的信息量为：niiixPmI1)(logmi为第i个符号出现的次数；P(xi)为第i个符号出现的概率；n为离散消息源的符号数目。当消息很长时，用符号出现的概率来计算消息的信息量是比较麻烦的，此时引入平均信息量（熵）的概念。平均信息量（熵）：每个符号所含信息量的统计平均值，用H（X）表示niiixPxPXH12)(log)()(2020/1/1113例已知二元离散信源有“0”、“1”两种符号，若“0”出现概率为1/4，求出现“1”的信息量。bitPI415.034log)1(1log)1(222020/1/1114)/(9056.181log8141log4141log4183log83)(55.10881log741log1341log1483log23)(log73132141230210_120_100_032_312_010_002_102_023_010_321_100_210_203_001_213_130_020_20181,41,41,83321032102222222412符号信源的平均信息量：次。”出现“次，”出现次，“”出现次，“”出现解：此消息中“。以及信源的平均信息量的信息量求消息，，，场为：四种符号组成，其概率，，，例：某离散信源由bitHbitxPnIiii1.某四进制系统，4秒钟传输4800个四进制符号，则此系统的传码率RB4=，传信率Rb=。2.模拟调制系统的抗噪声性能主要用来衡量；数字调制系统的抗噪声性能主要用来衡量。3.AM调制的可靠性用衡量；DPSK的可靠性用衡量。4.某通信系统采用四进制数字序列传输方式，每传输一个码元需T=250×10-6s时间，其传信率为，码元速率为，若传输了5s，检测到50个码元误码，其误码率为。习题5.已知能量信号f(t)的傅氏变换为F(w)，则根据帕塞瓦尔定理可得其能量为E==。6.设一数字传输系统传送16进制码元，码元传输速率为2400波特，则此时系统的信息传输速率为；如果系统的误码率为10－4，则1小时内错误的码元个数为.答案：1.1200B，2400b/s2.信噪比，误码率3.信噪比，误码率4.8000，4000，2.5×10-35.，6.9600b/s，864dttf)(2dF2)(21第二章（非重点）能量谱密度，功率谱密度，自相关函数，互相关函数的定义、公式第3章随机过程（非重点）平稳随机过程通过线性系统性质1.输出过程的数学期望等于输入过程的数学期望与直流传递函数H(0)的乘积，且与t无关。2.若线性系统的输入是平稳的，则输出也是平稳的3.输出过程的功率谱密度是输入过程的功率谱密度Pi(ω)乘以系统频率响应模值的平方|H(ω)|2。应用：由Po(f)的反傅里叶变换求Ro(τ)4.如果线性系统的输入过程是高斯型的，则系统的输出过程也是高斯型的。注意，与输入高斯过程相比，输出过程的数字特征已经改变了。)()()()()()(20iiPHPHHP0()()2nnPff0)(nfPn)(0f)(2)(0nR通信系统的噪声分析通信系统的抗噪声性能时，常用高斯白噪声作为通信信道中的噪声模型通信系统中，常见噪声近似为白噪声，且热噪声的取值恰好服从高斯分布实际信道或滤波器的带宽存在一定限制，白噪声通过后，其结果为带限噪声，若其谱密度在通带范围内仍具有白色特性，则称其带限白噪声一、白噪声n(t)1.定义：功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声－双边功率谱密度或－单边功率谱密度式中：n0－正常数白噪声的自相关函数：对双边功率谱密度取傅里叶反变换，得到相关函数：P()0f0n02n02R白噪声的功率谱和自相关函数高斯白噪声22习题：1.已知白噪声的双边带功率谱密度为P(w)=n0/2，则它的自相关函数为______。2.已知噪声的自相关函数为，a为常数，则n(t)的功率为S=。3.一个均值为0，方差为的窄带平稳高斯过程，则其同相分量的均值为，方差为。eaRn2)(2)(t答案：)(2)(0nR2a02第四章信道与噪声（非重点）信道的定义信道模型的分类：调制信道-调制器输出端到解调器输入端编码信道-编码器输出端到译码器输入端恒参信道与随参信道概念及举例信道中噪声的主要类型加性噪声乘性噪声区别什么是信道容量？香农公式香农公式意义香农公式2020/1/1128：信噪比：噪声的平均功率：信号的平均功率；：信道带宽；：信道容量；NSNSBCsbNSBC)/()1(log2香农公式表明的是当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定带宽的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限值。增大信号功率S可以增加信道容量，S趋于无穷大时，信道容量趋于无穷大。减小噪声功率N可以增加信道容量，N趋于零时，信道容量趋于无穷大。若带宽B趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是S/n0的1.44倍。why?)/(1log02sbBnSBCt1.在分析信道时，根据乘性干扰k(t)是否随时间变化，将信道分为_____信道和信道。2.无失真传输系统的传输函数H（w）=____。习题：1.恒参，随参dtjKe答案：2.NSBCt/1log2[例4.6.2]已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素；每个像素有8个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25帧。若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。解：因为每个像素独立地以等概率取8个亮度电平Ip=-log2(1/8)=3(b/pix)并且每帧图像的信息量为IF=300,0003=900,000(b/F)因为每秒传输25帧图像，所以要求传输速率为故每个像素的信息量为Rb=900,00025=22,500,000=22.5106(b/s)信道的容量Ct必须不小于此Rb值。将上述数值代入式：得到22.5106=Blog2(1+1000)9.97B最后得出所需带宽B=(22.5106)/9.972.26(MHz)第五章模拟调制系统重点：1.幅度调制与解调AM，DSB，SSB，VSB的调制和解调方式，抗噪声性能分析，带宽计算等。2.角度调制角度调制的概念；FM的调制和解调；宽带FM的计算（带宽，功率，抗噪声性能等）。概述调制：在发送端把具有较低频率分量的低通基带信号搬移到给定信道通带内的过程；解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号频谱的过程。调制目的是什么？33调制的目的-实现有效辐射（频率变换）-实现频率分配-实现多路复用-提高系统的抗噪声性能341.基本概念调制信号与已调信号之间的关系调制信号：载波:已调信号:)cos()()(0tAtCtfc)()()cos()()(S0AMtftAttAtc幅度调制)()()()()()cos()(S0FMtfdttdttftttAtcc角度调制调相调频2.调制方式幅度调制双边带调幅常规调幅单边带调制残留边带调制角度调制相位调制频率调制3.带宽幅度调制：)(VSBSSBAMDSB～信号最高频率7.调制双边带调制——相乘器常规调幅——叠加直流分量单边带调制1.滤波法——滤波器的过渡带2.相移法——希尔波特滤波器残留边带调制残留边带滤波器——对称互补特性角度调制1.窄带调制近似于载波分量和正交分量相加，类似线性调制方法2.宽带调制直接调频法：用调制信号改变电抗元件的参数，从而改变载波频率。倍频法窄带调频——倍频——混频8.解调幅度调制1.相干解调：已调信号与相干载波相乘，通过低通滤波器滤除高频分量。所有幅度调制系统相干载波2.包络检波常规条幅，有门限效应。3.载波插入法抑制载波双边带调幅插入幅度远远大于信号幅度的载波后，合成信号的包络和信号成正比，用包络检波检调。角度调制1.非相干解调宽带调频信号鉴频器——对已调信号进行微分，微分信号与调制信号包络成正比。2.相干解调窄带调频信号，使用相干载波幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较抗噪声性能的结论较大调频指数的函数，数值为常数，且数值较小)1(3)32(2212222FMFMFMAMAMAMSSBDSBGGGG幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较宽带调频系统的抗噪声性能优于幅度调制系统宽带调频系统的抗噪声性能与调制过程有关，通过通过增加传输带宽可以换取信噪比改善。频分复用复用的定义和方式复用：多路信号在同一信道中传输，可以提高信道的利用率。方式：频分复用——模拟通信时分复用——数字通信频分复用原理用调制信号对不同的载波进行调制，得到占有不同频带的多路信号。小结模拟调制线性调制非线性调制(角度调制)振幅调制AM双边带DSB调制单边带SSB调制残留边带VSB调制相位调制频率调制几种线性调制方法的带宽比较AM带宽2fmDSBSSB2fmfmVSBmVSBmfBf2抗噪声性能：DSB:SSB2oo220/2()/()AMiiSNmt