通信原理(樊昌信-第七版)思考题答案.docx

通信原理(樊昌信-第七版)思考题答案.docx

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第一章绪论

1-1以无线广播和电视为例，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？

在无线电广播中，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电波

1-2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：

电信号的参量仅可能取有限个值；

模拟信号：

电信号的参量可以取连续值。

区别：

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？

传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；

优点：

1.抗干扰能力强，且噪声不积累。

2.传输差错可以控制；

3.易于加密处理，且保密性好；

4.便于存储、处理和交换；

5.设备便于集成化、微型化，重量减轻；

缺点：

1.占用信道频带较宽；

2.对同步要求高，因而设备复杂

1-4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？

信源编码与译码：

提高信息传输的有效性和进行模数转换；

信道编码和译码：

增强数字信号的抗干扰能力；

加密与解密：

保证传输信息的安全；

数字调制和解调：

把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；

同步：

在收发双方时间上保持一致，保证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？

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

他们是按照消息传递的方向与时间关系分类。

单工通信：

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：

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：

通信双方能同时进行收发消息的工作方式，如电话等

1-9并行传输和串行传输的适用场合及特点？

并行传输：

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：

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、可维护性等。

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（Baud）;

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乩=错误比特数/传输总比特数。

它们是描述差错率的两种不同表述，在二进制中，二者数值相等

1-14消息中包含的信息量与以下哪些因素有关？

A消息出现概率，

B消息的种类

C消息的重要程度

第二章确知信号

2-1何为确知信号？

确知信号是指其取值在任何时间都是确定的和预知的信号

2-2试分别说明能量信号和功率信号的特性？

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

2-3试用语言（文字）描述单位冲击函数的定义。

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

2-5试描述信号的四种频率特性分别适用于何种信号？

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

2-6频谱密度S（f）和频谱C（jn3。

）的量纲分别是什么？

分别为伏特/赫兹和伏特

2-7自相关函数有哪些性质？

（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）当1=0时,R（0）等于信号的平均功率或信号的能量

第三章随机过程

3-1何谓随机过程？

它具有什么特点？

随机过程是一类随时间随机变化的过程，他不能用确切的函数来表示；

1.对应不同随机试验结果的时间过程的集合；2.是随机变量概念的延伸

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？

均值、方差、相关函数；

均值：

表示随机过程的几个样本函数曲线的摆动；

方差：

表示随机过程在时刻t相对均值a（t）的偏离程度；

相关函数：

表示随机过程在任意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？

严平稳：

若一个随机过程的统计特性与时间起点无关，时间平移不影响其任何统计特性，

广义平稳：

均值与时间无关为常数，自相关函数只与时间间隔有关。

关系：

严平稳随机过程一定是广义平稳随机过程，反之不一定成立

3-4平稳过程的自相关函数有哪些性质？

他与功率谱密度的关系如何？

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。

平稳随机过程的功率谱密度与其自相关函数是一对傅里叶变换

3-5什么是高斯过程，其主要性质有哪些？

如果随机过程的任意的n维分布均服从正态分布，则称它为正态过程或高斯过程。

性质：

（1）高斯过程的n维分布只依赖于各个随机变量的均值，方差和归一化协方差；

（2）广义平稳的高斯过程也是严平稳；

（3）如果高斯过程在不同时刻的取值是不相关的，那么他们也是统计独立的；

（4）高斯过程经过线性变换后仍然是高斯过程

3-7随机过程经过线性系统时，输出与输入功率谱密度关系如何？

如何求输出过程中的均值、自相关函数？

输出过程的功率谱密度：

是输入过程的功率谱密度乘以系统频率响应模值得平方。

求均值：

输入过程的均值乘以直流增益。

求自相关函数：

先求功率谱密度，然后计算其傅里叶反变换

3-8什么是窄带随机过程？

它的频谱和时间波形有什么特点？

如果随机过程的频谱密度分布在中心频率fc附近相对较窄的频带范围Af内，即满足Af«fc的条件，且fc远离零频率，则称其为窄带随即过程。

频谱分布特点：

频谱集中在fc附近，时间波形上的特点是呈现出包络和相位随机缓慢变化的正弦波

3-9窄带高斯过程的包络和相位分别服从什么概率分布？

包络：

瑞利分布；

相位：

均匀分布

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？

一个均值为0的窄带平稳高斯过程，他的同相分量和正交分量同样是平稳高斯过程，而且均值为0,方差也相同，此外在同一时刻上得到的同相分量和正交分量是互不相关的或统计独立的

3-11正弦波加窄带高斯噪声的合成包络服从什么分布？

广义瑞利分布（莱斯分布）

（小信噪比接近于瑞利分布；大信噪比接近高斯分布）

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？

噪声的功率谱密度在所有与频率上均为常数则称为白噪声；

频谱为一常数，自相关函数只在R（0）处为8；

通过理想低通或理想带通滤波器后分别变成低通白噪声或带通白噪声

3-5什么是高斯噪声？

它们各有什么特点？

高斯噪声：

概率密度函数符合正态分布的噪声。

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，则也是统计独立的

3-13何为高斯白噪声？

它的概率密度函数、功率频谱密度如何表示？

如果白噪声取值的概率密度分布服从高斯分布，则称之为高斯白噪声；

其概率密度函数为高斯函数，其功率谱密度为常数

3-14不相关、统计独立、正交的含义各是什么？

他们之间的关系如何？

不相关：

如果两个随机变量的协方差函数为零，则称他们不相关；

统计独立：

如果两个随机变量的联合概率密度等于它们各自概率密度的乘积，则称他们统计独立；

正交：

如果两个随机变量的互相关函数为零，则称他们正交。

关系：

两个均值为零的随机变量如果统计独立，则一定是正交及不相关；两个均值为零的随机变量正交与不相关等价

第四章信道

4-1无线信道有哪些种？

分为地波、天波和视距传播和散射传播等

4-2地波传播距离能达到多远？

他适用在什么频段地波传播？

在数百米到数千千米，应用与低频和甚低频，大约2MHz

4-3天波传播距离能达到多远？

他适用在什么频段？

天波传播能达到一万千米以上，应用于高频，2MHz-30MHz

4-4视距传播距离和天线高度有什么关系？

天线高度越高，视距传播的距离越远，其具体关系为H=D-2/50其中H为天线高度，单位为米，D为视距传播距离，单位为千米

4-5散射传播有哪些种；各适用在什么频段？

散射传播分为电离层散射、对流散射和流星余迹散射。

电离层散射发生在30MHz〜60MHz对流层散射发生在100MHz~4000MHz;流星余迹散射发生在30MHz~100MHz

4-6何为多径效应？

多径传播对信号的影响称为多径效应

4-7什么是快衰落，什么是慢衰落？

由多径效应引起的衰落称为快衰落；

由信号路径上由于季节，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参；

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？

无论信号有无都存在的噪声称为加性干扰；

随信号大小变化的干扰称为乘性干扰

4-10有线电信道有哪些种？

明线、对称电缆和同轴电缆

4-11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？

；；；I；|《1田＞•口 I大，

只有一种光线传播路径的光纤称为单模光纤

4-13适合在光纤中传播的光波波长有那几个？

850nm、1310nm、1550nm

4-14信道中的噪声有哪几种？

信道中得噪声可以分为脉冲噪声、窄带噪声、起伏噪声

4-15热噪声是如何产生的？

热噪声起源于一切电阻性元器件中得电子热运动

4-16信道模型有哪几种？

信道可以分为离散信道和连续信道

4-17试述信道容量的定义？

信道容量是指信道能够传输的最大平均信息量

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量？

连续信道的信道容量计算式为Ct=Blog2（1+S/N）（b/s）

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

5-1何为调制？

调制在通信系统中的作用是什么？

调制：

把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

作用：

频谱搬移；实现信道的多路复用；提高系统的抗干扰能力

5-2什么是线性调制？

常见的线性调制有哪些？

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，只是频率位置发生变化。

常见的线性调制有调幅（AM）、双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制

（VSB）

5-3AM信号的波形和频谱有哪些特点？

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

5-4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？

增加了调制信号的功率

5-5为什么要抑制载波？

相对AM信号来说，抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？

抑制载波可以提高调制效率；

对于抑制载波的双边带，可以使其调制效率由1/3提高到1

5-6SSB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

5-7VSB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（3+3c）+H（3-3）=C（常数），即在士@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

5-8如何比较两个模拟通信系统的抗噪声性能是否相同？

为什么？

比较两个模拟通信系统的抗噪声性能要综合考虑带宽和信号和噪声功率比

5-9DSB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，则单边带和双边带解调器输出的信噪比是相等的

5-10什么是频率调制？

什么是相位调制？

两者关系如何？

频率调制FM:

瞬时频率偏移随调制信号成比例变化；

相位调制PM:

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

5-11什么是门限效应？

AM信号采用包络检波解调是为什么会产生门限效

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，会把有用的信号扰乱成随机噪声

5-12为什么相干解调不存在门限效应？

噪声与信号可以分开进行解调，而解调器输出端总是单独存在有用信号项

5-14为什么调频系统可进行带宽与信噪比的互换，而调幅不能？

因为调幅系统的带宽是固定的

5-15FM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：

6侬=3畤（叫+1）;8侬=2（叼+1）篇=2（纣+篇）

这说明信号带宽越大，调制增益越高

5-16FM产生门限效应的主要原因是什么？

主要是非线性的解调作用

5-17FM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

5-18什么是频分复用？

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，每路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，再进行解调。

频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式

第六章数字基带传输系统

6-1数字基带传输系统的基本结构及各部分的功能？

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：

产生适合于信道传输的基带信号波形；

信道：

传输基带信号；

接收滤波器：

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：

使在输出特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：

为抽样判决器提供准确的抽样时钟

6-2数字基带信号有哪些常见的形式？

各有什么特点？

它们的时域表达式如何？

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电路，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1和0,其波形特点是正负电平幅度相等，极性相反，故1和0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

6-3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么？

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&）及离散谱部分Pv（3）。

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&）总是存在的；

对于离散谱P=1/[1-g1（t）/g2（t）]=k,且0

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

6-4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）编译码电路简单而且便于观察误码情况。

AMI的缺点是：

连续0码多时，RZ码连0也多，不利于提取高质量的位同步信号。

HDB3的编码规则：

先把消息代码变换AMI码，然后去检查AMI码的连零情况，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

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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十分有利

6-5简述双相码和差分双相码的优缺点？

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来表示：

0-01（0相位的一个周期的方波），1-10（n相位的一个周期方波）；

优点：

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；

缺点：

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码。

有跳变则表示1,无跳变则表示0；

优点：

解决了双相极性翻转而引起的译码错误；

缺点：

占用带宽加倍

6-6什么是码间串扰？

它是如何产生的？

对通信质量有什么影响？

码间串扰：

由于系统的总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面的波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。

码间干扰会导致判决电路对信号进行误判，使信号失真，产生误码，从而通信质量下降

6-8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斯特速率。

此时频带利用率为2B/Hz

6-10在二进制数字基带传输系统中，有哪两种误码？

他们各在什么情况下发生？

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时发生（x为接受滤波器输出的瞬间值，Vd为判决门限）

6-12无码间串扰时，基带传输系统的误码率与哪些因素有关？

如何降低系统的误码率？

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

6-13什么是眼图？

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.图中央的横轴位置对应判决门限电平；

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就可能发生错误判决。

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

6-14什么是部分响应波形？

什么是部分响应系统？

人为地有规律地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，并加速传输波形尾巴地衰落和降低对定时精度要求的目的。

通常把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系统称为部分响应系统

6-15部分响应技术解决了什么为题？

第W类部分响应的特点是什么？

部分响应技术提高了频带利用率，降低了对定时精度的要求。

第W类部分响应的特点是无直流分量，其低频分量小，便于边带滤波实现单边带调制

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？

频域均衡：

利用可调滤波器的频率特性补偿基带系统的频率特性，使得包括可调滤波器在内的基带系统总的传输特性满足无码间串扰传输的要求。

起频率特性补偿作用的可调滤波器叫频域均衡器。

时域均衡：

在接受滤波器后插入一个称为横向滤波器的可调滤波器，这个横向滤波器可以将输入端在抽样时刻上有码间干扰的响应波形变换为在抽样上无码间干扰的响应波形。

由于横向滤波器的均衡原理是在时域响应波形上的，所以称这种均衡为时域均衡。

横向滤波器可以将输入端在抽样时刻上有码间干扰的响应波形变换成在抽样时刻上无码间干扰的响应波形，所以横向滤波器可以实现时域均衡

第七章数字带通传输系统

7-1什么是数字调制？

它和模拟调制有哪些异同点？

数字调制是用载波信号的某些离散状态来