通信原理第六版樊昌信曹丽娜_第六版--课后思考题及习题答案4
第一章绪论 1.1以无线和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含 的具体内容是什么 在无线电中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中， 信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。收信者中包括的具体内容就是从 复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和 影像的无线何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么 数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的 1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例， 经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存 储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代 码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换， 可使通信网的管理，实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。数 字通信采用时分多复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电是数字 电，可用大规模和超大规模集成电实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成 综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备 进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话务业务都 可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。一模拟电 线KHZ 带宽，一数字电线数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么 数字通行系统的模型见图1-4所示。其中信源编码与译码功能是提高信息传输 的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力； 加密与解密的功能是传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信 号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致， 数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。 1-5 按调制方式，通信系统分类？ 根据传输中的信道是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统。 1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？ 按信号特征信道中传输的信号可分为模拟信号和数字信号，相应的系统分别为模拟通信系统和数字通信系统。 1-7按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？ 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 他们是按照消息传递的方向与时间关系分类。单工通信是指消息 只能单向传输的工作方式，通信双方只有一个进行发送，另一个只能接受，如广 播，遥测，无线寻呼等。半双工通信指通信双方都能进行收发信息，但是不能同 时进行收发的工作方式，如使用统一载频的普通对讲机。全双工通信是指通信双 方能同时进行收发消息的工作方式，如电线通信系统的主要性能指标是什么？ 分为并行传输和串行传输。并行传输是将代表信息的数字信号码元以组成的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输，其优势是传输速度快，无需附加设 备就能实现收发双方字符同步，缺点是成本高，常用于短距离传输。串行传输是 将代表信息的数字码元以串行方式一 个码元接一个码元地在信道上传输，其优点是成本低，缺点是传输速度慢，需要外加措施解决收发双方码组或字符同步，常用于远距离传输。 1-10通信系统的主要性能指标是有哪些？ 通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可性等。其中有效性和可靠性是主要性能指标，在模拟通信系统有效性可用有 效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，数 字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。具体误差率指标有误码 率Pe、误信率Pb。 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？ 有效性用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用差错率来衡量，差错率有误码率，误信率。 1-12 何谓是码元速率和信息速率？他们之间的关系如何？ 码元速率定义为每秒钟传送码元的数目，单位为波特；信息速率定义为每秒钟传送的信息量，单位是bit/s。 1-13何谓误码率和误信率？它们之间关系如何? 误码率是码元在传输系统中被传错的概率。指错误的码元数在传输码元数中所占的比例，Pe=错误码元数/传输总码元数。 误信率是码元在传输系统中被丢失的概率。指错误接收地比特数在传输总比特数中占得比例Pb=错误比特数/传输总比特数。 1-14消息中包含的信息量与以下哪些因素有关？ 消息出现概B消息的种类C 消息的重要程度。 第二章确知信号 答：能量信号的其能量为有限的正值，但其功率等于零；功率信号其能量为无穷大，其平均功率为有限值。 答：单位冲击函数是宽度趋于零，幅度趋于无穷大，积分面积为1的理想信号。 答：功率信号的频谱适合于功率有限的周期信号；能量信号的频谱密度适合于能量信号；能量信号的能谱密度适合于能量信号；功率信号的功率频谱适合于功 率信号。 答：（1）自相关函数是偶函数。（2）与信号的能谱密度函数或功率谱密度函数是傅立叶变换对的关系。3 第三章随机过程 答：宽平稳随机过程：若一个随机过程的数学期望与时间无关，而其相关函数仅与时间间隔相关称之为宽平稳随机过程。 严平稳随机过程：若一个随即过程任何的n维分布函数或概率密度函数与时间 起点无关，则之为严平稳随机过程。 答：平稳随机过程的自然相关函数与时间起点无关，只与时间间隔有关，而且是偶函数。 高斯噪声的特点：它的n维分布仅由各随机变量的数学期望、方差和两两之间 的归一化协方差函数决定。若高斯噪声是宽平稳，则也是严平稳的。若随机变量 之间互不相关，则也是统计的。 由多径效应引起的衰落称为快衰落；由信号径上由于季节，日夜，天气等变化引起的信号衰落称为慢衰落 4.8何谓恒参信道 何谓随参信道 他们分别对信号传输有哪些主要影响 信道特性基本上不随时间变化或者变化很慢称为恒参信道；信道特性随机变化的信道称为随机信道；恒参信道对信号传输的影响可以完全消除，而随参信道对 信号传输的影响只能在统计平均的意义下消除 4.9何谓加性干扰 何谓乘性干扰 4.10何谓阶跃型光纤 何谓梯度型光纤 折射率在两种介质中均匀不变，仅在边界处发生突变的光纤称为阶跃光纤；纤芯折射率延半径增大方向逐渐减小的光纤称为梯度型光纤 4.12何谓多模光纤 何谓单模光纤 有多种光线径的光纤称为多模光纤；只有一种光线径的光纤称为单模光纤 4.13适合在光纤中的光波波长有那几个 1.31UM1.55UM 4.14信道中的噪声有哪几种 4.15热噪声是如何产生的 4.16信道模型有哪几种 4.17试述信道容量的定义 4.18试写出连续信道容量的表达式 由此式看出信道容量的大小决定于哪些参 连续信道的信道容量计算式为Ct=Blog2(1+S/N)(b/s)，可以看出信道容量与信道的带宽B，信号的平均功率S 和噪声的平均功率N 有关。 第五章模拟调制系统 1、何为调制?调制在通信系统中的作用是什么？ 基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号2实现信道的多复用3 改善系统 抗噪声性能。 正弦载波的幅度随调制信号做线性变化的过程。从频谱上说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只是频率发生变化。常见的线性调制有调 幅，双边带，单边带和残留边带调制。 AM波的包络与调制信号的形状完全一样；AM 信号的频谱有载频分量、上边 带下边带三部分组成。上边带的频谱结构和原调制信号的频率结构相同，下边带 是上边带的镜像。 与未调载波的功率相比，AM信号在调制过程中功率增加 了多少？ 5、为什么要载波？相对AM 信号来说，载波的双边带信号可以增加 多少功效? 载波可以提制效率；对于载波的双边带，可以使其调制 效率由三分一提高到1 6、SSB的产生方法有哪些？各有何技术难点？ SSB信号的产生方式可以分为滤波法和相移法。滤波法的技术难点是边带滤波 器的制作。相移法的难点是宽带移相网络的制作。 7、VSB滤波器的传输特性应满足什么条件？为什么？ 残留边带滤波器的特性H（w）在+-wc处必须具有互补对称性，相干解调时才 能无失真的从残留边带中恢复所需要的调制信号。 9、DSB调制系统和SSB 调制系统的抗噪声性能是否相同，为什么 相同。如果解调器的输入噪声功率密度相同，输入信号功率也相同，则单边带和双边带在解调器输出的信噪比是相等的。 10什么是频率调制？什么是相位调制？两者关系如何？ 所谓频率调制FM是指瞬时频率偏移随调制信号成比例变化；所谓相位调制pm是指瞬时相位偏移随调制信号线性变化。FM和PM之间可以相互转换，将调制 信号先微分，后进行调频则得到相位波；将调制信号先积分而后进行调相则得到 调频波。 11什么是门限效应？AM信号采用包络检波解调是为什么会产生门限效应 当包络检波器的输入信噪比降到一个特定的数值后，检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象成为门限效应。 门限效应本质上是有包络检波器的非线性引起的。可以理解为当小信噪比时，解调器的输出端没有信号项，会把有用的信号成随机噪声。 12为什么相干解调不存在门限效应？ 14为什么调频系统可进行带宽与信噪比的互换，而调幅不能？ 15FM系统的调制制度增益和信号带宽的关系如何？这一关系说明什么问题？ 调制增益与信号带宽的关系为，这说明信号带宽越大，调制增益越 16fm产生门限效应的主要原因是什么？ 17FM系统中采用加重技术的原理和目的是什么？ 为了进一步改善解调器的输出信噪比，针对鉴频器输出噪声谱呈抛物线形状的特点，在调频系统中采用加重技术，包括预加重和去加重措施。预加重和去加重 的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，已达到输出信噪比的目的， 其原理实在解调钱加上预加重网络，提升调制信号的高频分量，在解调以后加上 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 18什么是频分复用 频分复用中，一个信道的可用频带被分为若干个互不重叠的频段，每信号占用其中的一个频段，在接收端，通过滤波器选出其中所要接收的信号，在进行解 第六章数字基带传输系统 数字基带传输系统由发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器及定时和同步系统构成。发送滤波器的功能是产生适合于信道传输的基带信号波形。信道的 作用是传输基带信号。信道的作用是传输基带信号。接收滤波器的作用是接收信 号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形 有利于抽样判决。抽样判决器的作用是使再传输热性不理想及噪声背景下，在规 定时刻对接收滤波器的输出波形进行判决，以恢复或再生基带信号。定时和同步 系统的作用是为抽样判决器提供准确的抽样时钟。 数字基带信号的常见形式有：单极性波形，双极性波形，单极性归零波形，双极性归零波形，差分波形和多电平波形。 单极性波形用正电平和零电平分别对应二进制码“1”和“0”，其波形特点是电脉冲之间无间隔，极性单一，易用于 TTL,CMOS 电，缺点是有直流分量，只使 用于近距离传输。 双极性波形用正负电平的脉冲表示二进制 0，其波形特点是正负电平幅度相等，极性相反，故1 等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零，不受信道特性变化影响， 抗干扰能力强。 单极性归零波形电脉冲宽度小于码元宽度，信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。从单极性归零波形中可以直接提取定时信息。 双极性归零波形兼有双极性和归零波形的特点。相邻脉冲之间存在零电位间隔，接收端易识别码元起止时刻，从而使收发双方保持正确的位同步。 差分波形用相邻码元的电平跳变来表示消息代码，而与码元本身的电位或极性无关。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系 统中可以解决载波相位模糊的问题。 多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码，在波特率相同的情况下，可以提高信息传输速率。 数字基带信号的功率谱有什么特点？它的带宽只要取决于什 数字基带信号的功率谱密度可能包括两个部分，连续谱部分Pu（w）及离散谱部分Pv(w)。对于连续谱而言，代表数字信息的g1(t)及g2(t)不能完全相同，所以 Pu（w）总是存在的；而对于离散谱P=1/[1- g1(t)/ 时，无离散谱。它的宽带取决于一个码元的持续时间 Ts 和基带信号的码元波形的傅里叶变 换形式。 构成AMI码和HDB3 码的规则是什么？它们各有什么优缺点？ AMI的编码规则：将消息代码0（空号）仍然变换成传输码0，而把1（传码） 交替的变换为传输码的+1，-1„。因此AMI 码为三电平序列，三元码，伪三进制， 1B/1T 码。AMI 的优点：（1）0,1 不等概率是也无直流。（2）零频附近的低频分 量小。（3）整流后及RZ 码。（4）编译码电简单而且便于观察误码情况。AMI 的缺点是：连续0 码多时，RZ HDB3的编码规则：先把消息代码变换AMI 码，然后去检查AMI 况，没有四个或者四个以上的连零串时，这时的AMI码就是HDB3 码；当出现 四个或者四个以上的连零串时，将四个连零小段的第四个0 变换于迁移非0 符号 同极性的符号，称为V 符号（码）。当相邻V 符号之间有偶数个非零符号时， 再将该小段的第一个0 变成+B 或者-B（平衡码），B 符号的极性与前一非零符号 的极性相反，并让后面的非0 符号从V 符号开始再交替变化。HDB3 码的优点： 保持了 AMI 的优点，还增加了使连零串减少到至多三个，对于定时信号的恢复 是十分有利的。 双相码的编码原则是对每一个二进制码分别用两个具有不同相位的二进制新码去表示源码。001（零相位的一个周期的方波）110（pi 相位的一个周期方 波）。其优点是只用两个电平，能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过 程简单。其缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。差分双相码中，每个码元 中间电平跳变用于同步，而每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信 0，其优点是解决了双相极性翻转而引起的译码错误，其缺点也是占用带宽加倍。 码间干扰的产生是因为在第k个抽样时刻理想状态时抽样时刻所得的是仅有第 个波形在此时刻被取值，但在实际系统中，会有除了第k个波形以外的波形可 能再抽样时刻被取值。码间干扰会导致判决电对信号进行误判，使信号失真， 产生误码，从而通信质量下降。 何谓奈奎斯特速率和奈奎斯特带宽？此时的频 带利用率有多大？ 理想低通传输特性的带宽称为奈奎斯特带宽，将该系统无码间干扰的最高传输速率称为奈奎 误码将由2种错误形式：发送1 码，误判为0 码，这种错误是在噪声的影响下 使得xVd（x 为接受滤波器输出的瞬间值，Vd 为判决门限）时发生；同理， 发送0 码，误判为1 码，这种错误在xVd 时发生。 无码间干扰时，基带传输系统的误码率与抽样判决时的信噪比有关。要降低系统的误码率需要提高抽样判决时的信噪比，可以降低信道噪声或者提高信号平均 功率。 什么是眼图？它有什么作用？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？ 眼图是实验手段估计基带传输系统性能的一种方法。它是指接收滤波器输出信号波形在示波器上叠加所形成的图像。 1.最佳抽样时刻是“眼睛”张最大的时刻；2.对定时误差的灵敏度可由眼睛的斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏；3.图中阴影区域的垂直高度表示信号 畸变范围；4.图中央的横轴对应判决门限电平；5.在抽样时刻上，上下阴影 区的间隔距离之半为噪声容限，即若噪声瞬时值超过这个容限，即可能发生错误 判决。 具有升余弦脉冲波形的HDB3码的眼图中间会有一条代表0 的水平线。 人为的有规律的在抽样时刻引入码间串扰，并在接收判决前加以消除，从而可以达到改频谱特性，压缩传输频带，使频带利用率提高到理论最大值，并加速传
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