2022年通信原理复习要求 .pdf

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1、1 第 1 章1 基本概念：（1）模拟通信系统模型，数字通信系统模型，数字通信系统的主要特点（2）信息量，平均信息量（香农熵）（3）模拟与数字通信系统的主要性能指标（有效性：有效频带（带宽B） ，传码率 RB、传信率 Rb，频带利用率（带宽效率） ：b（B） ；可靠性：信噪比SNR（S/N） ，误码率 Pe、误信率 Pb）等。2 计算：信息量，平均信息量，传码率RB，传信率 Rb，频带利用率（带宽效率） ，误码率 Pe、误信率 Pb，二进制与多进制系统的主要性能指标的关系（有效性，可靠性）。3 填空题、简答题。第 3 章1 基本概念：（1）随机过程的统计特性：可以用分布特性（概率分布）和数字特

2、征两种方法描述。分布特性（概率分布）包括概率分布函数和概率密度函数；数字特征包括数学希望、方差和相关函数等。（2）平稳随机过程（分布特性与时间起点无关） ，广义平稳随机过程（数学希望和方差与时间起点无关，自相关函数仅与时间间隔 有关的平稳随机过程）（3）平稳随机过程相关函数的性质（物理意义） ：平稳随机过程 (t)的功率谱密度 P()与其相关函数 R(t)构成一对傅里叶变换关系，R(0) = S （平均功率）等等，功率谱密度意义 （描述平稳随机过程的频域特性， 建立频域与时域关系，积分面积为总功率，系统传输特性对信号和噪声的影响）。平稳随机过程的各态历经性与意义（时间平均（一个样本）替代统计平

3、均（无穷多个样本）。 ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 2 （4）高斯过程（正态随机过程），窄带随机过程（频带宽度B(f)远小于其中心频率 fc的随机过程，即 ffc，fc0）的描述（ 2 种：包络 -相位和同相 -正交表达式）；平稳窄带高斯过程统计特性（包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布）。正弦波 +窄带高斯过程统计特性 （包络服从广义瑞利分布， 小信噪比时，接近于瑞利分布；大信噪比时，接近于高斯分布）。白噪

4、声（理想的宽带平稳随机过程， 其功率谱密度在整个频域内是均匀分布的。理想白噪声通过带通滤波器后，其输出就是一个窄带过程。）（5）平稳随机过程通过线性系统（Po()=|H()|2Pi()， ）等。所有基本概念可以用小结中的图示说明。2 计算： 随机过程的统计特性（分布特性（概率分布）和数字特征），平稳随机过程相关函数的性质（物理意义） ：R(0)= E x2(t) = S，总（平均）功率；R() = E 2x(t) =a2 ，直流功率； R(0)- R() = 2 ，交流功率。功率谱密度P()与其相关函数 R(t)。平稳随机过程、高斯过程、白噪声通过线性系统。3 填空题、简答题。第 4 章1 基

5、本概念：（1）信道分类与特征。有线信道（恒参信道）的特性（线性时不变系统）和无线信道（电磁波：恒参信道和随参信道）的特性。（2）调制信道与编码信道的含义与关系。调制信道的数学模型（用一个二对端（或多对端）的时变线性网络来表示），编码信道的数学模型（用转移概率（条件概率）来描述）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 3 （2）恒参信道（传输参数（特性）恒定-时不变）的数学模型（等效为线性时不变系统），恒参信道线性失真对

6、信号传输的影响（波形失真/码间干扰），改善恒参信道信号传输质量的方法（均衡技术等）（3）随参信道（传输参数（特性）随时间变化-时变）特点：多径传播，衰耗时变和时延时变。 多径传播对信号传输的影响 （瑞利型衰落、 频率弥散和频率选择性衰落），改善随参信道信号传输质量的方法（分集接收，扩频技术等）（4）加性噪声（高斯白噪声）：分散在通信系统中各处噪声的集中表示，主要代表是起伏噪声（加性干扰） ，一般在工作频率范围内，为高斯白噪声。加性噪声通过接收机带通滤波器（解调器输入端）后，变为窄带噪声。（5）信道容量（香农公式的结论与意义） 。2 计算：恒参信道不失真传输条件实际上是线性系统不失真的传输条件（

7、幅频特性： A()= A，相频特性： ()=td，群延迟相频特性： td()=d()/d ） ，信道容量：香农（ Shannon）公式，C=B 2(1+S/N)（bit/s），香农公式的特殊形式： C=B 21+ S/(n0B)。3 填空题、简答题。第 5 章1 基本概念：（1）调制在通信系统中的主要作用，线性调制与非线性调制。（2）AM 、DSB、SSB、VSB 和 FM、PM（FM：d(t)/dt ；PM：(t )）的基本概念、特点和应用；已调信号产生与解调方法（幅度调制）。（3）幅度调制四种： AM 、DSB、SSB、VSB 的表达式， AM 、DSB 波形和频谱，VSB 滤波特性（ V

8、SB 滤波器 HVSB() 的要求）（3）各种模拟调制系统的比较：可靠性、有效性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 4 （4）频分复用（ FDM） 、多级调制、复合调制的基本概念（5）包络检波器的特点（属于非线性解调：包含有载波（载频）分量，存在门限效应），相干解调（属于线性解调：要求本地载波和载波信号必须保持同频和同相，载波不同步产生的影响） 。2 计算：AM 、DSB、SSB、FM 的抗噪声性能、功率、调制功率

9、效率、调制制度增益 G、输入 /输出信噪比、带宽的计算与比较。3 填空题、简答题。第 6 章1 基本概念：（1）最基本的基带信号码波形：单极性/双极性码波形（ NRZ/BNRZ ） ，单极性/双极性归零码波形（ RZ/BRZ） ，差分码波形（相对码），多元码波形（四进制电平）（2）基带信号的频谱特性（连续频谱和离散频谱组成（直流成分）。连续频谱总是存在的， 确定信号的带宽； 直流成分未必都存在， 离散频谱对同步信号提取特别重要）（3）传输码型的设计原则要求， 码型编码和码波形： AMI 码（三元码） ，HDB3码（三元码），差分双相码（差分曼彻斯特码）（4）数字基带系统原理框图，ISI 及其产

10、生原因。无ISI 基带传输特性：奈奎斯特第一准则，把系统总频率特性H( )以 2/Ts为宽度切段， 然后将各段 2i/Ts (i=0,1,2)移位即平移到-/Ts , /Ts区间内，再将它们叠加起来，其结果为常数（即为一条水平直线） ；滚降传输特性（直线滚降，余弦滚降，升余弦滚降） ： 滚降段指对于滚降段中心频率点中心奇对称，副瓣大大减小（快速衰减），降低了对位定时精度的要求，但带宽加大，频带利用率降低了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - -

11、- - - - - - - 5 （5）无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能：单极性信号/双极性信号的最佳判决门限电平 Vd*，误码率 Pe与信噪比 S/N 的关系。（6）部分响应系统：有控制地在某些码元抽样时引入码间干扰，而在其他时刻无码间干扰，则可达到高频带利用率（2Baud/Hz） ，同时降低位定时精度要求两个目的，但可靠性降低。预编码-相关编码 -模 2（L）判决。奈奎斯特第二准则。（7）为改善数字信号基带传输性能的措施：为消除码间干扰通常需要加入可调滤波器（均衡器）。（8）眼图的意义：分析通信传输系统性能的有效实验方法。2 计算：HDB3码。理想低通系统：无码间干扰时的最高传码率为2W(

12、Baud)，奈奎斯特带宽；最高频带利用率为2 (Baud/Hz)，时域条件，频域条件。滚降系统：有无 ISI 判定，滚降系数 ，带宽 B，频带利用率 （理想低通系统与滚降系统），无 ISI 的最高传输速率。部分响应系统：相关运算相关编码（预编码 -相关编码 -模判决） 。有无 ISI 的判断。单极性 /双极性系统最佳判决门限电平 Vd*，误码率 Pe。3 填空题、简答题。第 7、8 章1 基本概念、计算：（1）调制类型与特点。数字调制与模拟调制的异同点。（2）二进制数字调制原理，表达式，2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）波形，带宽 B，频带利用率 （理想低通系统与滚降系统） 。抗噪声性

13、能：信噪比r（接收机解调器输入端的信噪比）=A2/(2n2)，其中信号功率 Si=A2/2，噪声功率 Ni=n2。最佳判决门限电平Vd*，误码率 Pe。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 6 （3）差分编码与译码。（3） 多进制数字调制系统的特点， 改进的多进制数字调制系统 （APK： 16QAM（星座图）的特点， FSK 信号的改进型 MSK 的特点， MSK 信号的改进型 GMSK的特点。（4）几种数字调制方式

14、的比较 （几种二进制数字调制、 几种多进制数字调制、二进制与多进制数字调制）（5）调制解调过程中的时间波形P235 7-4 、调制解调原理框图。2 填空题、简答题。第 9 章1 基本概念：（1）抽样：低通信号和带通信号的抽样定理，已抽样信号频谱特点、画法，混叠现象， fs2fH。冲激抽样、自然抽样、瞬时抽样的波形和频谱特点。（2）量化：量化特性、量化误差特性，量化噪声功率、量化信噪比。均匀量化与非均匀量化的特点。对数扩张A 律和律特性。（3）编码：编码信号码率、带宽。线性PCM 编码，对数 PCM 编码：A 律 13折线特性与计算。（4）PCM、DPCM、DM 系统的特点与抗噪声性能。DM 系

15、统不过载条件。（5）TDM 基本概念。2 计算：量化误差、量化噪声功率、量化信噪比。编码信号码率、带宽，A 律13 折线 PCM 编码、译码和量化误差。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 7 均匀量化信噪比满足6dB 规律， So/Nq=M2=22N， PCM 系统量化信噪比 So/Nq=22N（对于均匀分布，进行均匀量化） 。M：量化级数（量化阶数，量化电平数） ，k：编码位数。3 填空题、简答题。第 11 章1

16、 基本概念、计算：（1）差错控制编码的目的和方法，纠错编码的基本要求。码重、汉明距离的确定。（2）差错控制方法的检错与纠错能力（e、t 、d0的关系） ：ARQ ：检错能力 ed0-1； FEC：纠错能力 t (d0-1)/2; HEC ：检错和纠错能力 e+t d0-1,tBAM。其中 fH为信号最高频率， f 为调频 FM信号的最大频率偏移。根据香农公式，信道容量C为C= B 2(1+S/N)（bit/s）B 21+S/(n0B)，其中 N：噪声功率（ W） ；S：信号功率（W） ；C：信道容量（bit/s） ；B：信道带宽（Hz） ；S/N：信噪比；n0为噪声单边功率谱密度 (W/Hz)

17、。当 C一定时， B和 S/N 可以彼此互换，即B增大，则 S/N 下降，反之亦然。可以利用信道带宽的增大（或增加信道带宽为代价）换取信噪比的下降，即有效性换取可靠性。（2）在大输入信噪比时，调频FM系统可以换取信噪比特性。而调幅AM 系统的带宽是固定的，不能够利用带宽换取信噪比的改善。调频系统抗噪声性能比调幅系统优越，且优越程度将随传输带宽的增加而增加。计算题：综合题与基础题（8 分）计算机终端通过电话信道传输数据，电话信道带宽为3.4kHz，信道输出的信噪比S/N=30dB 。该终端发出由 256个符号组成的独立符号序列，各符号等概出现。（1）计算香农信道容量。（2）求出无误码传输的最高符

18、号速率。解： （1） （4 分）S/N=30dB ，SNR=1000 （S/N=10lgSNR ） ，根据香农公式，信道容量C为C=B 2(1+S/N)（bit/s）=B 2(1+SNR ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 9 =3.4 10321001=3.389104（bit/s） ，（2） （4 分）该终端发出由 n=256个符号组成的独立符号序列，各符号等概出现。每个符号出现的概率为Pi=1/256，每

19、个符号可编码为8 位，每个符号信息量H=2n=2256=8 bit ，无误码传输的最高符号速率最大信息速率为Rmax=C/H=3.389 104/8=4236（符号 /s）例 考察随相正弦信号s(t)=cos(ct+ )的平稳性，其中c是常数，相位 是一个离散随机变量 ，且 P(=0)=1/2 ，P(=)=1/2。解：s(t)的数学希望 a(t)：a(t)= P1s(t)|=0+P2s(t)|=1/2cos ct+1/2cos(ct+ )=0 s(t)的自相关函数 R(t,t+) R(t,t+)= Ecos(ct+ )*cosc(t+ )+ =P1cos ctcos c(t+ )+P2cos(

20、 ct+ ) cosc(t+ )+ =cosctcos c(t+ ) s(t)的数学希望与时间t 无关， 但自相关函数与时间t 有关， 随相正弦信号 s(t)不是广义平稳的。例 考察随相正弦信号s(t)=Acos( ct+ )的平稳性，其中 A, c是常数，相位 是在区间 (-, )上均匀分布的随机变量 。解：s(t)的数学希望 a(t)：a(t)=EAcos(ct+ )=AEcoscosct-sinsin ct 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页

21、- - - - - - - - - 10 =Acosct -cos *1/2 d -A sin ct - sin *1/2 d= 0s(t)的自相关函数 R(t,t+) R(t,t+)= EAcos(ct+ )* Acosc(t+ )+=A2/2*Ecosc+cos(2 ct+ c+2)= A2/2* cosc s(t)的数学希望与时间t 无关，自相关函数仅与时间间隔 有关，随相正弦信号 s(t)是广义平稳的。例：已知基带传输系统总特性如图(a)、(b)所示，码元传输速率RB=1/T。（1）当 fH=1/2T、1/T、3/2T 时，该系统是否存在ISI？（2）当码元传输速率加倍（ RB=2/T

22、）时，重复（ 1）题问题。H(f) H(f) 1 1 -fH0 fH -fH0 fH(a) 矩形波形(b) 升余弦波形解：若无 ISI，要求数据传输速率RB=RBmax/n，RBmax=2Beq （1）图(a)情况理想特性 ：RB=RBmax/n= 1/Ts，RBmax=2Beq=2fH(B) 无 ISI，要求 2fHTs= n（整数）fH=1/2T 时，2fHTs=1，无 ISI fH=1/T 时，2fHTs=2，无 ISI fH=3/2T 时，2fHTs=3，无 ISI 图(b)情况升余弦特性 ：RB=RBmax/n= 1/Ts，RBmax=2Beq=fH(B) 无 ISI，要求 fHTs

23、= n（整数）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 11 fH=1/2T 时，fHTs=1/2，存在 ISI fH=1/T 时，fHTs=1，无 ISI fH=3/2T 时，fHTs=3/2，存在 ISI （2）当码元传输速率加倍（ RB=2/T）时，图(a)情况：RB=RBmax/n= 2/Ts，RBmax=2Beq=2fH(B)无 ISI，要求 fHTs= n（整数）fH=1/2T 时，fHTs=1/2，存在

24、ISI fH=1/T 时，fHTs=1，无 ISI fH=3/2T 时，fHTs=3/2，存在 ISI 图(b)情况：RB=RBmax/n=2/Ts，RBmax=2Beq=fH(B) 无 ISI，要求 fHTs/2= n（整数）fH=1/2T 时，fHTs/2=1/4，存在 ISI fH=1/T 时，fHTs=1/2，存在 ISI fH=3/2T 时，fHTs=3/4，存在 ISI 是否还有其它解法？有！如作图法。例： 采用 2FSK 方式的两个载频f1 = 2225 Hz， f2 = 2025 Hz， 码元速率 RB = 300 B。传输信道频率范围为300-3300 Hz，信道输出端信噪比

25、rc为 3dB。试求：（1）2FSK 信号的带宽；（2）非相干（包络检波）解调时系统的误码率Pe；（3）相干（同步检测）解调时系统的误码率Pe解： （1）该 2FSK 信号的带宽为 B= | f1- f2|+2fs=(2225- 2025)+2*300=800(Hz) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 12 （2）Pe中的信噪比 ri是解调器输入端的信噪比，即FSK 接收系统中上、下支路带通滤波器的输出端信噪比

26、。题中 rc为信道输出端信噪比， 相当于带通滤波器输入端的信噪比。相干（同步检测）解调原理图信道带宽 Bc=3300-300=3000 Hz，而上、下支路带通滤波器的带宽B1= B2= 2300 =600(Hz)。假设信道、 BPF、BPF1、BPF2都无损耗，即噪声功率谱密度n0相同；信号功率也无损耗。则 ri/rc=Nc/Ni= Bc/Bi=3000/600=5，rc=3dB，即 rc=2，ri=5 rc=10 将此信噪比值代入误码率公式，可得非相干（包络检波）解调时系统的误码率 Pe=1/2e-r/2= e-5/2=3.410-3（3）同理相干（同步检测）解调时系统的误码率Pe=7.91

27、0-4例：已知模拟信号 m(t)=4cos2tcos 10t，试求：（1）m(t)对应的频谱 M(f) 。（2）当抽样频率 fs=14Hz 进行理想采样时，抽样信号的频谱Ms(f)表达式，并画出频谱图 M s(f)。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 13 （3）当抽样频率 fs=12Hz 进行理想采样时，会发生什么情况？已采样信号通过一截止频率为400Hz 的低通滤波器，求该滤波器的输出端有哪些频率成分？解：

28、（1）m(t)= 4cos2tcos 10t=2cos12t+2cos8t，f1=6Hz，f2=4Hz M(f) = (f+6)+ (f-6) + (f+4) + (f-4) （2）Ms(f)= fs M(f-n fs)=14M(f-14n) =14 (f+6-14n)+ (f+4-14n) + (f-6-14n) + (f-4-14n) （3）fH=6Hz，当 fs=12Hz 时，刚好不会出现混叠情况的临界。例：已知模拟信号的幅度范围为-10V-+10V，最高频率 fH=1kHz。现采用线性PCM 传输，若要求量化误差不超过动态范围的0.1%，试求：（1）最低抽样频率（2）每个 PCM 码字

29、所需的码位数（3）该系统 PCM 码字所需的最低比特率（4）传输该 PCM 码字所需的最小理论带宽解： （1）抽样频率 fs2 fH，fsmin=2 fH=2kHz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 14 （2）动态范围为 2V，v=2V/M ，量化误差 v/2=V/M 要求 (v/2)/2V= (V/M) /2V=1/(2M) 0.1%，量化级数（电平数） M500。取 M=512=29，码位数 k=9 （3）Rbkfs，Rbmin= kfsmin=92=18(kb/s) （4）B min= Rbmin/2=9( kHz)，或max=2 b/(sHz)= Rb/ B 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -