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第一章：通信基础1，通信系统一般模型，各组成单元的主要功能信号是消息或者信息的传输载体。简述消息、信息与信号有何区别和联系。答：消息是信息的物理表现形式，如语音、文字、图片和数据等。信息是消息的内涵。消息是信息的外在形式。信号是消息或信息的传输载体。通信系统的组成：一种通信系统的核心包括信源、发送设备、传输媒质（信道）、接收设备、信宿5部分。信源是消息的发源地，其作用是通过传感器把消息转换为原始电信号，即完成非电量—电量的转换。根据消息种类的不同，信源可以分为模拟信源和数字信源。发送设备的功能是将信源和信道匹配起来，其目的是将信源产生的消息信号变成适合在信道中传输的信号。信道是指传输信号的通道，可分为有线和无线两大类。噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。接收设备的功能是放大和反变换（如滤波、译码、解调等），其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。信宿是传送信息的目的地。其功能与信源相反，即将复原的原始电信号还原成消息。2，数字通信系统模型，信源编码的功能信源编码的主要功能之一是对模拟信号进行模数（A/D）转换；功能之二是去除冗余（不需要）信息，提高传输的有效性。2009信源译码的主要功能之一是对数字信号进行数模（D／A)转换20103，数字通信的优缺点。优点：1、抗干扰能力强，且噪声不积累；2、传输差错可控。3、便于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储、形成综合业务网。4、易于集成化，从而使通信设备微型化、且重量轻，成本低。5、易于加密处理，且保密强度高。缺点：1、比模拟通信占用更宽的信道带宽。2、数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着新的带宽传输媒质的采用和超大规模继承电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。4，通信系统的分类。按通信业务分类：通信系统可以分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统和综合业务数字通信网等。按信号特征分类：按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。按照调制方式分：基带系统和调制（带通）系统5，按照传输媒介有线通信系统和无线通信系统。6，按照工作波段分类分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信和光通信系统等。7，周期信号和非周期信号特征。周期信号和非周期信号（周期是定义在时间区上，每隔一段时间间隔按相同规律重复变化的信号。非周期是不具有重复性的信号）8，模拟和数字信号的区别。模拟信号和数字信号（模拟是指信号参量的取值是连续（不可数，无穷多）的，如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。数字信号是指信号的参量指可能取有限个、可数个值，如电报信号，计算机输入输出信号）有效性和可靠性是通信系统的主要性能指标。模拟通信系统中的有效性用传输带宽来衡量，可靠性可用输出信噪比来衡量。数字通信系统的有效性用频带利用率来衡量，可靠性用差错率来衡量。9，基带信号和带通信号的关系基带信号和带通信号（基带指信号从零频开始到几兆赫兹，如语音信号的频谱范围为300~3400hz，图像信号为0~6Mhz。由于基带信号具有较低的频率分量，不宜通过无线信道传输，所以需要通过调制把基带信号搬移到更高频率出，使其适合在无线信道中传输。带通信号指通过调制以后的信号，又称已调信号）无论模拟信号还是数字信号，都又基带信号和带通信号之分。因此，相应又数字（或模拟）基带传输系统和数字（或模拟）带通传输系统。10,有线信道的类型，无线信道中电磁波的传输方式有线信道：明线(openwire)、对称电缆(symmetricalcable)、同轴电缆(coaxialcable)、光纤等。对称电缆（双绞线电缆）：屏蔽(STP)和非屏蔽（UTP）双绞线。光纤：优点，传输频带宽，传输容量大，抗干扰性好，保密性强，耐腐蚀，成本低传输损耗低。无线信道无线信道是是指可以传输电磁波(包括光波)的自由空间或大气层。电磁波的传输方式主要有3种：地(面）波(groundwave)传播。地波指频率较低(大约2MHz以下)的电磁波，有绕射能力。是调幅广播的传输方式。天波(skywave)传播。在高频(2-30MHz)波段，电磁波能够被电离层放射。视线(lineofsight)传播。频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层，不能被反射回来。此外，它沿地面绕射的能力也很小。所以，它只能类似光波、微波那样作视线传播。散射传播分为电离层散射、对流层散射和流星余迹散射三种。信道容量是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率。广义信道：调制信道和编码信道。调制信道是一种连续信道，编码信道是一种离散信道。11，香农公式对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道的信道容量(Cbit/s)为极限信息传输速率C=Blog2(1+NS)B为信道带宽（HZ）S为信号功率（W）N为噪声功率（W）香农公式结论：1、信道C受B、S、N的限制。2、提高信噪比可以增大信道容量。3、若噪声功率趋于零，则信道容量趋于无穷大。4、增加信道带宽可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。因为信道容量值有极限。5、信道容量C一定时，信道带宽B和信噪比S/N之间可以互换。2011年12,波特率、比特率、频带利用率和误码率的定义码元速率小于等于信息速率。码元速率RBRB=T1T表示周期或间隔，单位：波特（Baud）信息速率(比特率)RbRb=RBlog2M，单位：比特/秒(bit/s)码元速率不变求信息速率:*log2M信息速率不变求码元速率:/log2M频带利用率：在比较通信系统的有效性时，不能单看它们的传输速率，还应考虑所占用的频带宽度，因为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。频带利用率：ηb＝Rb/B或η＝RB/B或ηb＝ηlog2M误码率Pe：指接收错误码元数占总码元数的比例。码元在传输中被传错的概率。Pe＝错误码元数/传输总码元数2011领会1,单工、半双工和全双工通信；2010年7月2009年2011年7月单工：消息只能单方向传输的工作方式；广播，遥测，遥控等；半双工：通信双方都可以收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；普通对讲机；2009年半双工数据传输是双向不同时传输。全双工：通信双方可以同时进行收发消息的工作方式；电话，手机通信。并行传输和串行传输。并行：将代表信息的数据代码序列以成组的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输；2010年7月串行：将数据代码序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。2,噪声的种类和危害热噪声是影响通信系统性能的主要因素.信道容量是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率。2009年3,频分复用和时分复用的概念、特点和应用频分复用（FDM）按照频率来划分信道的复用方式。在FDM中，信道带宽被分割成多个相互不重叠的频段（子信道），每路信号占据一个子信道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（保护频带）进行分隔，以防止重叠。时分复用（TDM）是利用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。在TDM中，各路信号按分配的时隙依次定时传送，即在任意时刻上信道中只有一路信号在传输。2010年TDM的特点是各路信号在频率上是重叠的，而在时间上是分开的，即任一时刻上，信道中只有一路信号在传输。FDM的特点是各路信号在频率上是分开的，即频谱互不重叠，而在时间上是重叠的。码分复用码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的，但是不同用户传输的信号是靠不同的正交编码序列来区分。波分复用光通信的复用技术，原理和频分复用类似。应用1，正弦波的振幅、频率和相位的含义，关系和计算正弦信号（也称正弦波）是一种最基本的周期信号，3个参量描述：振幅，周期或频率，相位。试述正弦波3个参量的含义。振幅—波形的瞬时高度。频率—每秒完成的循环次数（一个循环就是一个周期）。相位—沿时间轴的波形偏移量。随机信号：也称之不确定信号，其在实际发生之前具有一定的不确定性。2，研究正弦波的意义、研究信号频谱的意义1，根据傅里叶级数和傅里叶变换理论，任何复合信号都可以分解为多个正弦波的组合形式。2，在调制系统，常选正弦波作为载波，以用来携带信息。也就是说，通过调制技术，可以将携载在正弦波的振幅、频率或相位上。研究信号频谱的意义：第一：在越来越拥挤的射频波段内，要容纳的用户越来越多，因此必须考虑每个用户所需要的频谱宽度。第二：从通信设备的设计角度看，设计出的电路，既要有足够的带宽让信号通过，又要能够尽可能抑制住噪声。3，信号带宽计算。信号频谱是指它所包含的所有频率分量的集合，并且通过频域图表示。换句话说频谱就是描述信号幅度（或相位）随频率变化的关系图。在物理形态上，信号可以表现为一种时间波形或频谱。2009年信号带宽是指信号占有的频率范围。等于信号的最高分量于最低频分量的频率差。B=fH-fLB为带宽fH信号的最高频率fL为信号的最低频率2010年对于模拟信号，其带宽应小于它占用的的信道带宽，即信道带宽必须大于信号带宽；对于数字信号，它占用的信道带宽可以小于信号带宽4,一个M进制码元所含信息量的计算。已知某四进制数字传输系统的信息速率为2400bit/s，接收端在0。5h内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。解：码元速率＝2400/log24=1200Baud误码率Pe=216/(0.5*60*60*1200)=0.0001第二章：模拟信号数字化及其传输识记1，低通抽样定理,抽样速率应满足的条件。低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的模拟信号m（t）如果以T≤1/2fH的间隔对它抽样，则m（t）将被抽样值完全确定。对于频带限制在0≤f＜fH内的低通模拟信号，抽样速率fs≥2fH。典型电话信号的最高频率通常限制在3400Hz，而抽样频率通常采用8000Hz。2，PCM信号的比特率和传输宽带PAM是脉冲波的幅度随调制信号变化的一种调制方式，按抽样定理进行抽样得到的信号ms（t）就是一个PAM信号。PCM是一种典型的语音信号数字化的编码方式。它是将模拟信号变换成二进制数字信号的常用方法。64kbit/s的PCM编码在大容量的光纤通信系统和数字微波系统中得到了广泛的应用。通常把话路速率低于64kbit/s的编码方法称为语音压缩编码技术。3，不过载条件和编码范围不发生过载条件为：|d/dt*m(t)|max≤σfS不发生过载的信号临界振幅为Amax＝σfS/ωk编码范围：σ/2≤A≤σfS/ωkσ/2是起始编码电平4，二元码单、双、单极性归零和非归零、双极性归零码、差分码（数字信号基带频谱）单极性码（NRZ）：用高电平和零电平表示‘1’和‘0’，频谱含有直流分量和丰富的低频分量，所以要求传输线路具有直流传输能力，因此不适应交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的数据传输。双极性码（NRZ）：用正电平和负电平表示‘1’和‘0’，这种码型中不存在零电平，频谱中无直流分量，有利于在信道中传输，并且恢复信号的判决电平为零电平，因而不易受信道特性影响，抗干扰能力较强，RS232接口使用的是该标准。单极性归零码:信号电平在一个码元终止时刻总要回到零电平。归零波形的占空比τ/TS为50%。含有定时频率分量，是其他码型提取同步信息时常才有的一种过渡波形。归零（RZ）的含义是脉冲宽度τ小于码元宽度TS，即占空比τ/TS1。非归零（NRZ）的含义是脉冲宽度τ等于码元宽度TS，即占空比τ/TS=1。半占空比含义是占空比τ/TS=1/2。数字双相码(曼彻斯特码)：用一个周期的正负对称方波表示0，用其反向波形表示1编码规则：1－10；0－01。领会1,自然抽样PAM和平顶抽样PAM的特点模拟脉冲调制是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟基带信号m（t）去控制脉冲序列的某个参量（振幅，宽度和位置），使其随m（t）的规律变化。自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。平顶抽样又称瞬间抽样，它与自然抽样的不同之处在于抽样后信号中的脉冲顶部是平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。PCM是一种典型的语音信号数