现代通信原理考题题解-浙江大学Word格式文档下载.doc
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A
2）
2G－10MHz2G2G＋10MHzf
3）
4）编码效率，码速率为
取16QAM，基带为4电平，滚降系数
一、考试大纲
（一）信息论初步
离散信源的熵，条件熵，联合熵（共熵），互信息量
连续信源的熵，互信息量
有扰信道的信息传输，信道容量
香农（Shannon）信道容量公式
（二）模拟调制
1．模拟线性调制
常规双边带调幅（AM），抑制载波双边带调幅（DSB—SC）
单边带调制（SSB），残留边带调制（VSB）
上述各种线性调制的时域和频域表示，调制与解调方法
线性调制的一般模型
线性调制系统的抗噪声性能
2．模拟角调制
调频（PM）、调相（PM）基本概念
单频调制时宽带调频信号的时域和频域表示，宽带调频信号的频带宽度
窄带调频信号的时域和频谱表示
调频信号的调制和解调方法
频率调制非相干解调和相干解调的抗噪声性能，门限效应
改善调频系统信噪比和门限效应的方法
（三）语音信号的数字编码
1．取样
低通取样定理，带通取样定理
理想取样，自然取样，平顶取样
2．脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制系统构成及原理
标量量化，分层电平，量化电平，量化间隔，量化误差
最佳量化，均匀量化
量化噪声，过载噪声，量化信噪比计算
非均匀量化，压缩特性，A律对数压缩特性，u律对数压缩特性
对数压缩特性的折线近似
PCM编码原理，自然二进制码，折叠二进制码，格雷二进制码，信道误码的影响
3．增量调制（ΔM）
简单增量调制系统框图及原理
本地译码信号，重建信号
斜率过载
量化信噪比计算
数字压扩自适应增量调制，增量总和调制
信道误码的影响
4．自适应差分脉编码调制（ADPCM）
差分脉冲编码调制系统框图及原理
差值信号，预测信号，重建信号
线性预测，极点预测及零点预测基本概念
自适应预测及自适应量化基本概念
（四）多路复用
频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）基本概念
频分复用系统及原理
时分复用原理，我国常用的时分复用数字复接系列
脉冲编码调制基群帧结构
帧同步原理
正码速调整数字复接原理
（五）数字信号基带传输
1．基带传输系统的组成
数字基带信号的码型设计原则
常用二元码：
单极性／双极性码，归零／非归零码，数字双相码（Manchester码），
传号反转码（CMI码
常用三元码：
传号交替反转码（AMI码），三阶高密度码（HDB3码）
2．位同步的意义，位定时恢复原理
3．波形传输的无失真条件
奈奎斯特第一准则：
抽样值无失真
奈奎斯特带宽，奈奎斯特间隔，每赫兹频带利用率[（b／s）／Hz]
升余弦滚降信号，滚降系数
部分响应基带传输系统，第1类部分响应信号，第Ⅳ类部分响应信号，
部分响应信号的预编码、相关编码
数字传输的误比特率，误符号率
4．伪随机序列与扰码和解扰
伪随机序列，最长线性反馈移位寄存器序列（m序列），m序列发生器，
m序列特征多项式，本原多项式
扰码器和解扰器
眼图与传输质量
时域均衡原理
（六）数字信号载波传输
1．二进制数字调制
二进制幅度键控（2ASK），二进制频移键控（2FSK）
二进制相移键控（2PSK，BPSK），二进制差分相位键控（2DPSK）
二进制调制的时域和频域表示，调制与解调方法
二进制相移键控的载波恢复
数字信号的最佳接收，匹配滤波器
二进制数字调制的误比特率性能
信噪比与Eb/N0间的转换
2．多进制数字调制
多进制幅度键控（MASK），多进制相移键控（MPSK）
多进制正交幅度调制（MQAM）
多进制数字调制信号的矢量图（星座图）表示
QPSK信号的调制与解调方法
3．恒包络调制
偏移四相相移键控（OQPSK）
最小频移键控（MSK）
4．各种数字调制信号的频带利用率、误比特率
（七）差错控制编码
1．差错控制编码基本概念
差错控制方式
检错和纠错的基本原理，码距与检错和纠错能力的关系
分组码，卷积码，线性码／非线性码，系统码／非系统码
2．线性分组码
信息码元，监督码元，误码图样，校正子
监督方程，监督矩阵，生成方程，生成矩阵
汉明码的构造
循环码及其特点，循环码的生成多项式，循环码的编码和译码
交织码
循环冗余检验码（CRC码）
3．卷积码
卷积码的产生，约束长度，编码效率
卷积码的解析表示式：
生成矩阵，生成多项式
卷积码的图解表示：
树状图、网格图、状态图
卷积码的维特比译码原理
（八）通信网基本概念
通信网的网络结构
通信网中的交换
通信网的信令和通信协议
多址方式
因特网及TCP/IP协议
二、复习指南
（一）信息论初步
信源、信道和信宿（收信者）是通信系统不可缺少的三个组成部分。
通信的目的是将信源产生的信息传递给信宿。
然而，在存在干扰的实际信道中传输时，其最高信息传输率受到限制。
香农（shannon）信息论的信道容量公式从理论上阐明了信道容量、信道带宽和信号噪声功率此三者之间的极限关系，这正是通信系统研究和设计者们所追求目标和面临的挑战。
为了理解香农信道容量公式，首先必须掌握信息论的一些基本概念和定义：
·
离散信源和连续信源的统计描述；
离散信源的熵，条件熵，联合熵（共熵），互信息量的定义和物理意义；
连续信源的熵，互信息量的定义和物理意义；
信息量的单位——比特，比特率与波特率的区别；
有扰信道的信息传输过程；
信道容量的定义，有扰信道的最高信息传输速率；
在上述基本概念基础上，要求熟记香农信道容量公式，理解它的物理意义及其对通信系统研究与发展的指导意义。
（二）模拟调制
正弦信号有三个参数：
幅度、频率和相位。
分别用这三个参数的变化来携带信息，便构成幅度调制、频率调制和相位调制。
在模拟调制中这三者为模拟量，各种幅度调制为线性调制，而频率调制和相位调制则为非线性调制。
线性调制的基本特征是：
调制后信号的频谱是
基带信号频谱的平移及线性变换，非线性调制则在调制后会产生无限的频谱分量。
有效性和可靠性是通信系统最主要的质量指标。
模拟通信系统中有效性常用传输频带来度量，不同调制方式需要不同的传输频带宽度；
可靠性用接收端解调后的信噪比来度量。
各种模拟调制方式正是围绕着传输频带和信噪比这两个主要性能而发展和演变的。
在复习时
务必牢牢抓住这两条主要线索。
常规双边带幅度调制（AM）中，已调正弦信号的幅度与输入信号成正比，不发生过载时，用包络检波即可恢复原始输入信号。
已调信号频谱具有载频分量和上下对称的两个边带。
为了节省功率，可将载波抑制，即演变为抑制双边带调幅（DSB—SC）。
已调信号频谱中虽然载频分量已消失，但仍具有两个边带，简单的包络检波已不能恢复原始信号。
单边带调制（SSB）中只传送双边带调幅信号中的一个边带，因而频带利用率提高一倍。
必须采用相干解调才能恢复信号。
残留边带调制（VSB）从频域上来看是介于DSB—SC与SSB之间的一种调制方式，它保留了一个边带和另一个边带的一部分。
要求掌握：
·
输入为单频信号时，上述调制方式的时域和频域表示式，以及它们的调制方法；
包络检波和相干解调原理；
单边带信号的相移法产生；
残留边带信号滤波法形成及互补特性；
线性调制的调制和解调一般模型；
加性白色高斯噪声（AWGN）信道中，线性调制系统采用相干解调时的抗噪声性能；
定性地了解常规调幅包络检波在低信噪比时出现的门限效应；
模拟线性调制在广播、电视中的应用。
2．模拟角调制
调频信号理论上具有无限宽的频带，实际应用中通常用卡森公式计算频带。
调频信号占有频带宽，但抗噪声性能远优于线性调制，因而得到广泛应用。
要求掌握：
单频调制时，宽带调频信号的时域和频域表示；
窄带调频信号的时域和频域表示，它与常规调幅信号的区别；
调频指数及频偏的定义和物理意义；
调频信号频带宽度计算——卡森公式；
调频信号的调制解调与方法；
AWGN信道中调频信号的抗噪声性能，了解信噪比增益的量级；
调频信号非相干解调时门限效应的物理解释；
预加重／去加重改善信噪比的原理；
改善门限效应的方法及基本原理；
调频在广播、电视中的应用实例。
（三）语音编码
语音信号数字化是数字通信中一个十分重要的组成部分。
语音编码必须完成两个量化过程：
时间量化和幅度量化。
将模拟语音信号变成数字信号的过程，称为语音编码。
在数字通信系统中，有效性可用信息传输速率来衡量。
对于信源而言，如何用最低的信息率来表示语音，是几十年来不断进展并持之以恒的研究课题。
脉冲编码调制（PCM）是最早出现的一种语音编码方法，也是目前应用最为广泛的方法，已成为国际标准。
增量调制（ΔM）以其实现简单，抗误码性能好，在某些场合得到应用。
自适应差分编码调制（ADPCM），能在保证语音高质量情况下，将信息速率降半，并已成为国际标准。
1．取样
取样是将模拟信号在时间上进行量化。
低通信号的最低取样频率是模拟信号最高频率分量的两倍，而带通信号则并不一定要遵循这一规则。
低通取样定理及其时域、频域表示；
带通取样定理及其定性解释；
理想取样、自然取样和平顶取样在时域和频域上的区别：
平顶取样的孔径失真及解决办法。
2．脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制是将时间上已量化的抽样序列，在幅度上再进行一次量化，然后用二元数字码组表示幅度量化后的离散值。
幅度量化过程中产生的误差，称为量化误差。
对于非均匀分布的信号，为减小量化误差，必须采用非均匀量化。
语音信号近似为负指数分布，因而对
数量化是最佳选择。
对数量化特性可以看作是对数压缩特性与均匀量化的级联。
作为国际标准，采用13折线A律压缩特性和15折线u律压缩特性，并用折叠二进制码组来表示量化幅度。
标量量化基本概念：
量化电平、分层电平、量化间隔、量化特性、量化误差；
均匀量化时量化信噪比的推导和计算公式，量化信噪比与编码位数的关系；
最佳量化，非均匀量化，对数量化；
A律对数压缩特性及其13折线近似；
折叠二进制码组原理及其抗误码能力；
A律脉冲编码调制的编码规律，要求在已知输入电平时，会计算出码组。
3．增量调制（△M）
增量调制可以看成是脉冲编码调制的一种特例。
也可以看成是差分脉冲编码调制的一种特例。
它只用一位二元码表示幅度量化。
由于一位码只能表示前后取样值的变化（增量），故而称为增量调制。
为减小量化误差，增量调制必须采用比脉冲编码调制高很多的取样频率。
简单增量调制存在斜率过载问题和动态范围问题，因而演变出数字压扩自适应增量调制和增量总和调制。
简单增量调制原理，本地译码信号，重建信号，量化噪声，斜率过载；
简单增量调制量化信噪比与取样频率和输入信号频率的关系；
数字压扩自适应增量调制改善增量调制动态范围的原理；
增量总和调制的特点；
简单增量调制的抗误码性能优于脉冲编码调制。
4．自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）
差分脉冲编码调制由增量调制演变而来，它用二进码组对信号的差值进行幅度量化和编码。
这里所谓“差分”又称“差值”，是一般意义上的“增量”、即信号的当前取样值与预测值之差。
增量调制可以说是差分脉冲编码调制在用1位二进制编码时的退化形式。
差分脉冲编码调制之所以能用较少位数的码组编码，而获得接近于脉冲编码调制的量化信噪比，其关键在于“预测”。
“预测”得越准确，“差值”就会越小，因而用较少位数的量化可以获得与脉冲编码的调制相当的量化信噪比。
差分脉冲编码调制原理和方框图，差值信号、预测信号、重建信号的含义，差分脉冲编码调制的编码增益；
线性预测原理，极点预测和零点预测的基本概念和物理意义；
自适应预测和自适应量化的基本概念和物理意义。
多路复用的目的是在一条信道上传输多路信号，根据多路复用的方式不同，可以分为频分复用、时分复用、码分复用等。
随着数字通信的发展，时分复用得到最为广泛的应用。
频分复用原理及系统构成；
以脉冲编码调制一次群为例，理解时分复用的原理；
记住我国常用的时分复用数字复用系列；
准同步时分复用与同步时分复用的区别；
正码速调整数字复接原理；
帧同步基本原理。
数字基带信号可以直接在有线信道中传输，也可以调制后在无线和有线信道中传输，前者称为基带传输，后者称为载波传输。
由于实际信道总是频带受限的，因此基带信号的设计是一个重要的问题。
数字基带信号的码型直接影响到信号的频谱特性和位定时恢复。
为了无失真地传输数字基带信号，基带信号的设计必须满足某些准则。
奈奎斯特第一准则是最常用的准则，升余弦滚降信号是满足奈奎斯特第一准则的一类最常用的限带信号，它不存在码间串扰。
而部分响应基带信号则是在存在确知码间串扰情况下，占有最窄频带的一类限带信号。
减少或消除连“0”（或连“1”）码的出现，以保证位定时恢复是数字基带信号设计中的一个重要问题。
将二进制数字信息先作“随机化”处理，使其具有伪随机性，也能限制连“0”（或连“1”）码的长度。
这种“随机化”处理常称为扰码。
m序列是最常用的伪随机序列，它可由线性反馈移位寄存器产生。
线性反馈移位寄存器同样可以实现用来扰码和解扰。
眼图是定性地观察数字基带传输系统传输质量的方法。
实际信道的不理想性，将使理想的数字基带信号产生额外的码间串扰。
采用时域均衡可消除码间串扰。
数字基带传输系统的组成，接收端数字信号再生的过程；
常用数字基带信号码型：
归零码、非归零码、数字双相码、CMI码、AMI码、HDB3码，它们的时域波形、频谱特点和位定时恢复性能；
位同步基本概念；
波形传输无失真条件，奈奎斯特带宽；
升余弦滚降信号的频域和时域特性，滚降系数对其频谱的影响；
第1类、第Ⅳ类部分响应信号的特点，部分响应信号的预编码和相关编码的作用；
数字传输的误比特率和误符号率；
伪随机m序列的特点；
特征多项式的含义及表示方法，以及m序列发生器的构造方法；
扰码和解扰基本概念；
眼图与基带信号传输质量的关系；
码间串扰及迫零法时域均衡原理。
如同模拟调制中一样，数字信号也可以用改变载波的幅度、频率和相位的方法来传输，分别称为幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
与模拟调制的区别在于它们的幅度、频率和相位只有离散个取值，而它们的时域和频域特性则与模拟调制时类同。
当数字信号为二进制时，载波的幅度、频率和相位只有两种变化，分别称为2ASK，2FSK和2PSK（或BPSK）。
它们的解调方法也有相干解调和非相干解调两种。
与模拟调制不同的是数字调制解调输出为数字基带信号，为了恢复原始信息还必须从基带信号中取位定时。
数字通信中有效性可用单位频率的信息传输速率[（b／s）／Hz]来衡量。
可靠性常用误比特率度量。
采用匹配滤波器可以实现最佳接收，即达到最低的误比特率。
为了提高频谱的利用率，则可以采用多进制数字调制：
MASK、MPSK和MQAM等。
目前应用最为广泛的是MPSK和MQAM。
MPSK是用M个相位来表示多种基带信号电平。
但随着M的增加，对载波同步和解调精度的要求也随之增高。
MPSK中采用差分相干解调，可以避免提取同频同相的精确载波，但误比特率性能有所下降。
正交幅度调制MQAM实际上是一种幅度与相位相结合的多进制调制。
实际传输信道常常是非线性的限带信道，为避免非线性引起的频谱扩展，演变出一类恒包络调制。
它们的特点是调制后信号的幅度包络是恒定的或接近于恒定的。
其中OQPSK和MSK已得到广泛应用。
二进制数字调制：
2ASK、2FSK、2PSK、BPSK、2DPSK的原理，它们的时域和频域表示；
二进制数字调制的调制与解调方法，相干解调与差分相干解调的区别；
BPSK相干解调的载波恢复；
二进制数字调制的误比特率性能，BER～Eb/N0曲线的物理意义，信噪比与Eb/N0之间的转换；
多进制相移键控（MPSK）原理和星座图表示；
多进制正交幅度调制（MQAM）原理和星座图表示；
QPSK信号的调制和解调方法；
偏移四相相移键控（OQPSK）基本原理；
最小频移键控（MSK）基本原理；
数字信号的最佳接收概念：
匹配滤波器基本原理；
相关接收机基本原理；
各种数字调制信号的频带利用率和误比特率性能比较；
数字调制在移动通信、卫星通信、微波通信中的应用。
实际信道传输数字信号时，不可避免地会产生误码。
差错控制编码的目的是用信道编码的方法检测和纠正误码，降低误比特率。
在检错重发差错控制编码方式中，信道编码只是为了检测误码，而前向纠错方式中，信道编码旨在纠正误码。
检错和纠错能力是用信息冗余度即由附加在信息中的监督码元来实现的，信息码元与监督码元之间建立某种检验关系，根据建立检验关系的方法不同，可以分为分组码和卷积码。
线性分组码中信息码元和监督元是用线性方程联系起来的，卷积码中它们则是以卷积的方式
联系起来。
码距是确定这两种纠错检错和纠错能力的重要度量。
前向纠错、检错重复差错控制方式；
检错和纠错的基本原理；
分组码、卷积码、线性码、系统码的定义；
码距的定义，它与检错、纠错能力的关系；
线性分组中监督方程、监督矩阵、生成方程、生成矩阵的含
汉明码的特点及构造；
循环码的特点及编码方法；
纠正一位误码的循环码的一种译码方法；
交织码纠正突发错误的原理；
卷积码的编码方法，生成多项式与编码器的构造；
卷积码的树状图、网格图的表示；
卷积码维特比译码的基本原理和译码过程；
纠错编码的误比特率性能。
编码增益的含义；
纠错编码在卫星信道、移动通信等实际通信系统中的应用。
为了实现不同地理位置之间的直接信息交流，必须建立通信网。
随着信息源的多样化，通信网正由传统的电话网向综合业务网发展。
通信网的基本网络结构形式：
网状网、星状网、环形网；
局域网、城域网、广域网；
通信网中各种交换方式的原理：
电路交换、分组交换、帧中继、ATM交换；
通信网的信令及通信连接过程；
数据通信的ISO七层模型；
通信多址方式：
频分多址、时分多址、码分多址、随机多址；
直接序列扩频码分多址原理；
随机多址（ALOHA）原理及其在以太网中的应用；
因特网与TCP／IP协议。
现代通信原理思考题
1．信息量的单位是什么？
p12~13，（2—3）
为消息xi发生的概率，对数以2为底时，信息量单位为比特，以e为底时，为奈特。
2．熵的定义和含义是什么？
p14（2—7）,p17,（2—29）
答：
熵的定义是，
其含义是信源输出消息的平均信息量。
3．由n个符号组成的离散信源，其最大熵是多少？
p15，（2－9）
当离散信源中每个符号等概率出现时，且各符号出现统计独立该信源的平均信息量最大。
，
4．比特率和波特率之间的关系是什么？
波特率为Rs，比特率为Rb，当M元码时，则比特率和波特率之间的关系为：
5．具有怎样的概率密度函数的连续信源能产生最大平均信息量？
均方受限时，具有数学期望为0，方差为的正态分布函数的连续信源能产生最大平均信息量。
p19
峰值受限时，均匀分布所的连续信源产生能产生最大平均信息量.。
6．从信息量传输角度解释互信息量的物理意义。
p18、p20
互信息量的定义为后验概率与先验概率之比：
p14，（2－6）
反映了两个随机事件之间的统计关联程度。
在通信系统中其物理意义为接收端Y所获得的关于X的信息。
7，解释向农信道容量的物理意义。
信道容量是有扰信道的最高传输速率。
p21~p23,
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