通信原理Word格式.docx

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将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。

分为有线信道和无线信道两大类。

●噪声源：

集中表示分布于通信系统中各处的噪声。

●接收设备：

从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。

即基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。

●受信者（信宿）：

信宿是传输信息的归宿点。

其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。

（2）模拟通信系统模型

模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，如图1-2所示。

图1-2模拟通信系统模型

该系统中有两种重要变换：

⏹模拟消息←→原始电信号（基带信号）

⏹基带信号←→已调信号（带通信号）

已调信号有三个基本特征：

⏹携带有信息

⏹适合在信道中传输

⏹信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。

●模拟通信的主要特点

1）抗干扰能力差；

2）不易于保密通信；

3）设备不易于大规模集成；

4）不适应飞速发展的计算机通信的要求；

5）简单、易于实现。

调制的这主要作用是将消息变换为便于传输的信号形式，其本质是频谱搬移。

调制可以实现频分多路复用，可以改善通信系统的性能。

（3）数字通信系统模型

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1-3所示。

图1-3数字通信系统模型

在数字通信系统中除调制外，主要讨论编码和译码问题。

1信源编码与译码：

信源编码有两个作用，一是将信息源输出的是模拟语音信号转换成数字信号，即模/数转换；

二是设法减少码元数目和降低码元速率，即数据压缩。

信源译码是信源编码的逆过程。

2信道编码与译码：

为了减少噪声引起的差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。

接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。

信源编码与译码目的：

完成模/数转换，提高信息传输的有效性；

信道编码与译码目的：

增强抗干扰能力，提高传输的可靠性。

3、数字通信的特点

与模拟通信系统比较，数字通信系统具有如下优点：

☐抗干扰能力强，且噪声不积累；

☐传输差错可控，改善了传输质量；

☐便于与各种数字终端接口，利用计算机对信号处理、变换、存储，形成智能网；

☐便于将来自不同信源的信号综合到一起传输；

☐易于集成，使通信设备微型化，重量轻；

☐易于加密处理，且保密性好。

同时，数字通信系统也具有系统设备复杂、频带利用率低、对同步要求高等缺点。

4、通信系统的分类

◆按通信业务分类：

话务通信和非话务通信。

⏹非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。

⏹电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等；

◆按调制方式分类：

基带传输系统和带通（调制）传输系统。

◆按信号特征分类：

模拟通信系统和数字通信系统。

◆按传输媒介分类：

有线通信系统和无线通信系统。

◆按工作波段分类：

长波通信、中波通信、短波通信等。

◆按信号复用方式分类：

频分复用、时分复用、码分复用

5、通信方式

对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。

在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。

1.2.2信息及其度量

●消息：

是通信系统的传输对象,是包含有信息的物理量.如:

数据符号、图象、语音等，它是信息的载体。

●信号：

是消息的载体。

●信息：

是消息中有意义的内容。

1、信息量

信息量的定义

（1-1）

信息量的单位与对数的底a有关：

若a=2，信息量的单位称为比特（bit），可简记为b（广泛使用）；

若a=e，信息量的单位称为奈特（nat）；

若a=10，信息量的单位称为哈特莱（Hartley）。

2、

一、填空题

1-1-1、信息的含义是：

________中所包含的对__________者有________的内容。

答案：

消息，受信，意义

1-1-2、通信系统模型中有两个变换，它们分别是__________________和__________________。

在模拟通信系统中，强调变换的____________；

而在数字通信系统中，强调变换的____________。

答案：

非电量电量，基带信号频带信号，线性特性，一一对应

1-1-3、模拟信号是指信号的参量可______取值的信号，数字信号是指信号的参量可______取值的信号。

连续，离散

1-1-4、发信机的作用是将（）转换为适于在信道中传输的（），它们的转换一般要经过的三个步骤是（）、（），（）。

消息，变换，编码，调制

1-1-4、信源编码的两个主要功能是完成_______变换和提高消息传输的_______性，信道编码的主要功能是提高消息传输的_______性，密码编码的主要功能是提高消息传输的_______性。

A/D，有效，可靠，安全

题干：

信源编码完成的两个功能是：

（1）__________，

（2）________。

A/D变换，压缩

信道编码完成的主要功能是：

__________________________________。

提高传输的可靠性

信道编码的目的是提高数字信号传输的_______性，其代价是减小了数字信号传输的_________性。

可靠，有效

信源编码的目的是______信息冗余度，提高传输______性；

信道编码的目的是______信息冗余度，提高传输______性。

减小，有效，增大，可靠

1-1-5、2FSK信号是时间______、幅值______信号，它属于______信号（数字/模拟取一）。

连续，连续，数字

1-1-6、数字通信的两个主要缺点是：

（1）__________，

（2）_____________。

带宽大，同步复杂

与模拟通信相比，数字通信的主要优点是__________能力强，主要缺点是_________大。

抗干扰，带宽

与数字通信相比，模拟通信的主要缺点是__________能力差，主要优点是_________小。

1-1-7、通信系统质量指标的一对主要矛盾是________性和_______性。

有效，可靠

1-1-8、与多进制相比，二进制的___________性好，_________性差。

与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统的__________性要好，__________性要差。

若两者的码元速率相同，则二进制数字调制系统的信息速率是M进制数字调制系统的_____________倍。

有效，可靠，1／log2M

1-1-9、有人说：

“在码元速率相同的情况下，四进制的信息速率是二进制的两倍”。

此话成立的条件是______。

等概

1-1-10、模拟通信系统的有效性用________表述，数字通信系统的有效性用____________表述，把这两个参数联系起来的一个参数是_______________。

答案：

带宽，传输速率，频带利用率1-1-11、频带利用率的含义是单位频带宽度（Hz）的___________。

传输速率

1-1-12、模拟通信系统的有效性用_______衡量，可靠性用________衡量。

数字通信系统的有效性用__________衡量，可靠性用__________衡量。

带宽，信噪比，传输速率，差错率

数字通信系统的主要性能指标是和。

传输速率，差错率

1-1-13、在________条件下，八元离散信源能达到的最大熵是__________。

若该信源每秒钟发送2000个符号，则该系统的信息速率为________。

等概，3bit/符号，6kbit/s

1-1-14、在“数字电路”课程中，”bit”的含义是_________________________，在“通信原理”课程中，”bit”的含义是__________________________。

二进制码的位，信息量的单位

1-1-15、若四进制系统的码元速率是1000Bd，则其信息速率在______________情况下等于2000bit/s，在______________情况下小于2000bit/s。

等概，不等概

1-1-16、某独立发送的二进制信源，1符号出现的概率为1/4，该信源的平均信息量为。

等

1-1-17、出现概率越的消息，其所含的信息量越大，出现概率越

的消息，其所含的信息量越小。

1-1-18、信道多路复用的方法有、和。

1-1-19、所谓“三网融合”是指、和3个网络的融合。

计算机通信网，电信网，有线电视网

二、简答题

1-2-1、画出数字通信系统的一般模型，并简要说明模型中各小方框的作用（如信源编码器的作用等）。

答：

数字通信系统的一般模型如下图所示：

信道编码与译码的作用：

信道编码的作用是增强数字信号的抗干扰能力，信道译码是信道编码的逆过程，可实现发现或纠正错码，从而提高系统的可靠性。

1-2-2、数字通信有哪些特点？

第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；

第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；

第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；

第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；

第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。

试述数字通信的优点有哪些？

为什么？

1-2-3、衡量通信系统的主要质量指标有哪些？

具体对数字通信系统和模拟通信系统如何衡量？

数字通信系统的主要性能指标是什么？

这些指标分别用哪些具体的参数来衡量？

1-2-4、在通信系统中，有效性和可靠性是一对主要矛盾，常常可以牺牲一个来换取另一个的改善，请至少列举3个以有效性换取可靠性的例子。

1）FM广播：

带宽比AM大，但抗噪能力强2）卫星通信：

主载波FM（带宽大，但所需的SNR可减小）3）FSK：

与ASK相比4）数字通信系统：

与模拟通信系统相比5）扩频技术：

如CDMA6）信道编码7）升余弦系统：

与理想LPF相比

在通信系统中，有效性和可靠性是一对主要矛盾，常常可以牺牲一个来换取另一个的改善，请至少列举2个以可靠性换取有效性的例子。

1）多进制数字系统：

与二进制数字系统相比2）部分响应系统（频带利用率达到2Bd/Hz，但成为三电平以上信号）3）各种有损压缩技术

三、计算题

课后习题全解

1-1、

1-2、某信息源的符号集由A,B,C,D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4,1/8,1/8,3/16和5/16。

试求该信息源符号的平均信息量。

解：

H（x）=-∑P（xi）㏒2P（xi）（bit/符号）

=-1/4·

㏒2（1/4）-1/8·

㏒2（1/8）-1/8·

㏒2（1/8）

-3/16·

㏒2（3/16）-5/16·

㏒2（5/16）

=2.23（bit/符号）

1-3、

1-4、一个由字母A、B、C、D组成的字。

对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A，01代替B，10代替C，11代替D，每个脉冲宽度为5ms。

（1）不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率；

（2）若每个字母出现的可能性分别为PA=1/5,PB=1/4,PC=1/4,PD=3/10，试计算传输的平均信息速率。

解：

（1）PA=PB=PC=PD=1/4

Ix=-㏒2（1/4）=2（bit/字母）

每个字母占两个脉冲宽度，

Rb=2bit/（2×

5ms）=200（bit/s）

（2）H（x）=-1/5㏒2（1/5）-1/4㏒2（1/4）-1/4㏒2（1/4）-3/10㏒2（3/10）

=1.985（bit/字母）

Rb=1.985bit/（2×

5ms）=198.5（bit/s）

1-5、

1-6、

1-7、

1-8、

1-9、

1-10、已知某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s，接收端在半小时内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率Pe。

第2章确知信号

2.1基本要求

掌握信号的分类及其特征；

掌握信号的频域分析法和频谱的概念；

理解傅立叶级数的物理意义；

掌握傅立叶变换及其基本性质；

掌握δ（t）函数及其常用性质；

理解信号的能量谱和功率谱；

掌握相关函数的定义和性质；

掌握相关函数与谱密度的关系。

2.2内容提要与与精选例题解析

●2.2.1确知信号的类型

⏹按照周期性区分：

◆周期信号：

T0－信号的周期，T0>

0

◆非周期信号

⏹按照能量区分：

◆能量信号：

能量有限，

◆功率信号：

☐归一化功率：

☐平均功率P为有限正值：

⏹能量信号的功率趋于0，功率信号的能量趋于

◆2.2.2确知信号的频域性质

⏹2.2.1功率信号的频谱

一、填空题

2-1-1、

二、简答题

2-2-1、能量信号的频谱密度S（f）和周期性功率信号的频谱Cn的主要区别是什么？

S（f）和Cn的主要区别：

☐S（f）是连续谱，Cn是离散谱；

☐S（f）的单位是V/Hz，而Cn的单位是V。

2-2-2、自相关函数有哪些性质？

2-3-1、已知周期性方波信号如下图所示，

（1）试求该方波信号的频谱。

（2）试求该方波信号的功率谱密度。

（1）

（2）由式：

得出

2-3-2、试求周期性信号s（t）=Acos（t+）的自相关函数。

解:

先求功率谱密度，然后对功率谱密度作傅里叶变换，即可求出其自相关函数。

1）

求功率谱密度：

结果为

2）求自相关函数：

四、术语解释

第3章随机信号分析

基本要求：

掌握随机过程的基本概念和数字特征；

掌握平稳随机过程的各态历经性、自相关函数的性质、相关函数与功率谱密度的关系；

理解高斯随机过程的定义、性质，高斯白噪声；

理解随机过程通过线性系统，输出过程的均值、自相关函数和功率谱密度、带限白噪声。

3-1-1、随机过程的基本特征是：

它是________的函数，但在__________上的值却是不确定的，是一个__________。

时间，某一时刻；

，随机变量

3-1-2、描述一个随机过程的统计特性有两种方法：

___________和____________。

分布特性，数字特征

2-1-3、一个随机变量的分布特性包括__________和__________。

概率分布函数，概率密度函数

3-1-4、一个随机变量的数字特征是：

_________________、_____________、和________________。

数学期望，方差，自相关函数

3-1-5、一个平稳随机过程的统计特性与__________起点无关。

时间

一个平稳随机过程的______________与时间起点无关。

统计特性

一个狭义平稳过程的______________与时间起点无关。

分布特性

平稳随机过程的统计特性不随时间的推移而不同，其一维分布与

无关，二维分布只与有关。

平稳随机过程的特性将不随时间的推移而不同，其一维分布与无关。

3-1-6、广义平稳随机过程的数学期望、方差与________无关，自相关函数只与________有关。

时间，时间间隔

题干：

一个广义平稳过程的______________与时间起点无关。

数字特征

3-1-7、各态历经性又称为____________性，其主要特点是____________等于______________。

遍历，统计平均，时间平均

3-1-8、一个均值为零，方差为σ2的窄带平稳正态过程，其水平分量和正交分量

是过程，均值为，方差为。

平稳正太过程、零、σ2

3-1-9、白噪声的____________为冲击函数形式。

自相关函数

白噪声的__________密度在整个频域内_________分布。

功率谱，均匀

3-1-10、高斯白噪声是指：

其____________函数为高斯分布、__________为均匀分布的噪声。

概率密度，功率谱密度

3-1-11、一个零均值平稳高斯窄带过程的包络的一维分布服从________分布，相位的一维分布服从________分布。

瑞利，均匀

3-1-12、高斯过程经由_____________后的输出仍为高斯型，但其______________可能会变化。

线性系统，数字特征

3-1-13、一个平稳随机过程经由_________系统后的输出仍为平稳随机过程。

线性

3-2-1、什么是广义平稳随机过程？

什么是狭义平稳随机过程？

它们之间有什么关系？

3-2-2、何谓各态历经性？

对于一个各态历经性的平稳随机噪声电压来说，它的数学期望和方差分别代表什么？

它的自相关函数R（0）又代表什么？

3-2-3、什么是窄带随机过程？

一个均值为零，方差为的窄带平稳高斯过程（t），其同相分量c（t）和正交分量s（t）是什么样的随机过程？

均值与方差分别为多少？

3-3-1、某随机相位余弦波ξ（t）=Acos（ωct+θ），其中A和ωc均为常数，θ是在（0,2π）内均匀分布的随机变量。

（1）求ξ（t）的自相关函数，

（2）ξ（t）功率谱密度。

3-3-2、试求功率谱密度为n0/2的白噪声通过理想矩形的低通滤波器后的功率谱密度、自相关函数和噪声平均功率。

理想低通的传输特性为

（1）由上式得|H（ω）|2=，|ω|≤ωH。

故输出信号的功率谱密度为：

Po（ω）=|H（ω）|2Pi（ω）=·

，|ω|≤ωH

（2）输出信号的自相关函数为

（3）

3-3-3、X（t）是功率谱密度为Px（w）的平稳随机过程，其自相关函数为Rx（τ），该过程通过下图所示的系统。

（1）输出过程Y（t）是否平稳？

并证明。

（2）求Y（t）的功率谱密度。

（1）输出过程Y（t）平稳。

证明如下：

由上图可知Y（t）=X’（t）+X’（t-T）

设系统输入X（t）和Y（t）的关系为f，即Y（t）=f（X（t）），现先证明f是线性关系。

设y1（t）=f（x1（t））=x1’（t）+x1’（t-T）,y2（t）=f（x2（t））=x2’（t）+x2’（t-T）

则f（ax1（t）+bx2（t））=ax1’（t）+bx2’（t）+ax1’（t-T）+bx2’（t-T）

=[ax1’（t）+ax1’（t-T）]+[bx2’（t）+bx2’（t-T）]

=a[x1’（t）+x1’（t-T）]+[x2’（t）+x2’（t-T）]

=ay1（t）+by2（t）

故f是线性关系，即上图所示系统为线性系统。

由于平稳过程通过线性系统的输出也是平稳的，因此，系统输出Y（t）也是平稳的。

（2）系统的传递函数H（w）=jw（1+e-jwT）,故|H（w）|2=2w2（1+coswT）

从而Py（w）=|H（w）|2Px（w）=2w2（1+coswT）Px（w）

3-5-1、平稳

平稳——统计特性与时间起点无关

3-5-2、加性噪声

加性噪声——以与信号相加的方式出现的噪声

3-5-3、高斯噪声

高斯噪声——概率密度函数为高斯（正态）型的噪声

3-5-4、白噪声

白噪声——功率谱密度函数为均匀型的噪声

3-5-5、各态历经性

各态历经性——统计平均值等于时间平均值的一种随机过程

第4章信道

理解信道的定义、分类和模型；

掌握恒参信道的传输特性及其对信号传输的影响；

掌握随参信道传输媒质的特点，多径传播对信号传输的影响；

重点掌握信道容量的概念，香农公式。

4-1-1、狭义信道是指信号的____________________。

传输媒介

4

3-1-2、调制信道的范围是从调制器的____________端到解调器的____________端，它是一种________信道。

输出，输入，模拟

4-1-3、编码信道是一种_________信道，其范围是从编码器_________端到解码器_________端。

数字，输出，输入

3-1-4、调制信道分为和，短波电离层信道属于信道。

3-1-5随参信道的传输媒质具有的三个特点是____________，____________和____________。

衰耗随时间而变化，时延随时间而变化，多径传播

3-1-6、在随参信道中发生瑞利衰落的原因是：

，发生频率选择性衰落的原因是：

。

多径传播、多径传播

3-1-7、宽频带信号在短波电离层反射信道中传输时，可能遇到的主要衰落类型是。

多

3-1-8、当无信号时，加性噪声是否存在？

______；

乘性噪声