通信原理复习资料和练习题(完整版)

通信原理复习题第一章绪论重要概念：1、通信的目的：就是传递消息。2、通信的定义：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。3、通信系统模型：信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。发送设备：对原始电信号（基带信号）进行各种处理和变换，使它变成适合于信道中传输的形式。信道：是指传输信号的物理媒质。接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。信宿：将复原的原始电信号转换成相应的消息。4、模拟信号：信号参量的取值是连续的或无穷多个值，且直接与消息相对应的信号，例如语音信号。数字信号：信号参量只能取有限个值，并常常不直接与消息向对应的信号。它们都有可能是连续信号或离散信号。5、通信系统的分类按调制方式分类：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6、通信方式：按传输方向：单工、半双工和全双工通信按码元排列方式：并行传输和串行传输7、信息与消息：消息：通信系统中传送的对象。信息：消息中包含的抽象的、本质的内容。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。8、信息量计算公式：)(log)(1logxpxpIaa平均信息量（信息熵）的计算公式：典型例题：例：设有四个信息A、B、C、D分别以概率1/4、1/8、1/8、1/2传送，每个消息出现是相互独立的，其平均住处量H=___________。通信系统的评价：有效性和可靠性。模拟系统的评价：有效带宽和信噪比；数字系统的评价：传输速率（传信率、传码率）和频带利用率。)(2log2log}{)(1111bppIpIExHmipimipimiiiii例：某数据通信系统调制速率为1200Bd，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，①求误码率。②设系统的带宽为600Hz,求频带利用率为多少bit/s.hz?第4章信道1、信道是以传输媒介为基础的信号通路。可以分为狭义信道和广义信道。（1）狭义信道：仅指传输媒介（2）除了传输媒介外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器和解调器等。这种范围扩大了的信道称为广义信道。它可分为调制信道和编码信道两类：调制信道模型：线性时变网络编码信道模型：转移概率模型2、调制信道对信号的干扰有两种：乘性干扰K(t)和加性干扰n(t)，3、分析乘性干扰K(t)的影响时，可把信道分为两大类：恒参信道和随参信道。恒参信道：K(t)随时间缓变或不变。随参信道：K(t)随时间快变化。典型恒参信道：架空明线、电缆、中长波地波传播、对称电缆、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。典型随参信道：短波电离层反射信道、对流层散射信道。4、光纤的种类：阶跃光纤：芯线和包层交界面上折射率突变。用于最早的多模光纤。渐变光纤：芯线内折射率沿半径方向逐渐减少，光的路径近似为抛物线。也叫梯度光纤。单模光纤：只能传输一个模式的光纤。5、光纤的色散有三种：材料色散、模式色散、波导色散6、无失真传输条件：所谓无失真，是指信道的输入信号与输出信号相比，只是大小与出现的时间不同，而波形上无变化，即：So(t)=K0Si(t-td)其中，K0为一常数，td为滞后时间。为了实现无失真传输，与信道等效的线性网络传输特性应该为：7、在信号的全部频带内，系统频率响应的幅度特性是一常数。相位特性是一通过原点的直线。dtjeKH0)(信道的相频特性通常还采用群迟延-频率特性来衡量，所谓的群迟延-频率特性就是相位-频率特性的导数：dtdwwdw)()(实际的信道特性并不理想，对于模拟信号：造成波形失真对于数字信号：造成码间串扰;引起相邻码元波形在时间上的相互重叠克服措施：改善信道中的滤波性能，使幅频特性在信道有效传输带宽内平坦；增加线性补偿网络，使整个系统衰耗特性曲线变得平坦；——均衡器模拟信号－－频域均衡；数字信号－－时域均衡8、随参信道的特点：衰减随时间变化时延随时间变化9、多径效应：信号经过几条路径到达接收端,而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变,即存在多径传播现象。10、选择性衰落：随参信道对某些特定的频率衰减更大，这种现象称为选择性衰落。计算公式：当w=2nπ/τ（n为整数）时，出现传播极点；当w=（2n＋1）π/τ时，出现传输零点。11、定义相邻传输零点的频率间隔△f=1/τm为多径传播媒质的相关带宽。为了不引起选择性衰落，传输信号的频带必须小于多径传播媒质的相关带宽Δf12、随参信道性能的改善：分集接收分集接收的方式：空间分集、频率分集、角度分集、极化分集。分集棘手的信号合并方式：最佳选择式、等增益相加式、最大比值相加式13、起伏噪声是研究噪声的主要对象。其来源包括：热噪声、散弹噪声、宇宙噪声连续信道的容量：重点习题：4.34.54.74.12【例】已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素；每个像素有8个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25帧。若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。【解】因为每个像素独立地以等概率取8个亮度电平，故每个像素的信息量为Ip=-log2(1/8)=3(b/pix)并且每帧图像的信息量为IF=300,000×3=900,000(b/F)因为每秒传输25帧图像，所以要求传输速率为Rb=900,000×25=22,500,000=22.5×106(b/s)信道的容量Ct必须不小于此Rb值。将上述数值代入式：2cos2sin)cos1(sincos1122jej)/(1log02sbBnSBCt)/(1log2sbNSBCtNSBCt/1log2得到22.5×106=Blog2(1+1000)≈9.97B最后得出所需带宽B=(22.5×106)/9.972.26(MHz)第五章模拟调制系统1、所谓调制就是使基带信号（调制信号）控制载波的某个或几个参数，使这一个或几个参数按照基带信号的变化规律而变化的过程。调制后得到的信号称为已调信号或频带信号。2、调制的类型根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波的不同可分为以正弦波作为载波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制；常见的模拟调制：幅度调制：标准调幅AM、双边带DSB、单边带SSB和残留边带VSB角度调制：频率调制FM、相位调制PM解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调制系统，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）信号。3、各调制方式的已调信号表达式及功率4、SSB的产生方法包括：滤波法和相移法；相移法中，m^(t)为基带信号的希尔波特变换；实际上是所有频率成分都相移90度。5、残留边带滤波器的特性H(w)在wc处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。各调制方式解调输出的表达式：AM解调信号：)]([21)(0tmAtmoDSB解调信号：)(21)(tmtmoSSB及VSB解调信号：)(41)(tmtmo00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmttScAMPPtmAP2)(2220ttmttmtsccSSBsin)(ˆ21cos)(21)()(412tmPSSB)(21cos)()(222tmttmtsPcDSBDSBttmtscDSBcos)()(6、非线性调制又称角度调制，是指用调制信号控制高频载波的频率或相位，而载波的幅度保持不变。其一般表达式为：7、相位调制(PM)：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即：上式中Kp－调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量，单位是rad/V。mp=KpAm－调相指数，表示最大的相位偏移。8、频率调制(FM)：瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即式中Kf－调频灵敏度，单位是rad/s×V。或HZ/VFM与PM之间的关系:9、如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。10、窄带调频（NBFM）定义：如果FM信号的最大瞬时相位偏移小于π/6，则称为窄带调频；否则为宽带调频（WBFM）调频信号的功率：卡森（Carson）公式：WBFM的有效带宽：重点习题：5.65.75.95.115.135.14()cos[()]cos()cCtAttAt)()(tmKtp)()(tmKdttdf调频指数，表示最大的相位偏移fmfmmmKAfmffmKAfmfmf最大角频偏最大频偏)](cos[)(tmKtAtspcPM()cos[()]FMcfstAtKmd)](cos[)(tmKtAtspcPM()cos[()]FMcfstAtKmd22FMcAPP)(2)1(2mmfFMfffmB第6章1、模/数变换包括抽样、量化和编码三个步骤：（1）抽样：是指把模拟信号在时间上离散化，变成抽样信号。（2）量化：把抽象信号在幅度上离散化，变成有限个量化电平。（3）编码：用二进制码元表示有限个量化电平2、抽样分为三种：理想抽样：抽样序列为周期冲激函数序列，与原始信号相乘，得到理想抽样信号。自然抽样：抽样序列为周期矩形脉冲，与原始信号相乘，得到自然抽样，其顶部保留了原始信号的形状。平顶抽样：将原始信号的瞬时样值保持一段时间，即得到平顶抽样信号，其顶部是平坦的。3、低通抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率fH，则以间隔时间为T1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。带通抽样定理：式中，B－信号带宽；n－商(fH/B)的整数部分，n=1，2，…；k－商(fH/B)的小数部分，0k1。4、均匀量化有一个明显的不足：小信号的量化信噪比太小不能满足要求，而大信号的量化信噪比比较大，远远超过要求。5、对非均匀量化压缩曲线的不同修正方法产生了两种标准。关于电话信号的压缩特性，国际电信联盟(ITU)制定了两种建议，即A应的近似算法－13折线法和15折线法。我国大陆、欧洲各国以及国际间互连时采用A律及相应的1315折线法。对于13折线中的每个直线段，再均匀分为16等份，这样y被分成16×8＝128个量化级，正负信号共256个量化级。由于y是均匀分割的，所以每段的量化间隔是1/128(共8段，每段16个)，对于x轴上的8段，由于每段长度不同，因此量化间隔也不同。各段量化范围如下图：对于第一段和第二段，它们的长度是1/128，分为16份后长度为1/2048，这就是最小量化间隔，记为△。6、PCM的编码采用折叠二进制，其优点是：（1）简化编码电路；（2）减小量化噪声。7、13折线编码器一般采用逐次比较型编码器。预测编码原理：在预测编码中，先根据前几个抽样值计算出一个预测值，再取当前抽样值和预测值之差。将此Hsff2)1(2nkBfs差值编码并传输。增量调制原理：对于语音信号，如果抽样速率很高，抽样间隔很小，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，仅编码相邻两个样点之间的相对大小就能反映原始信号的变化规律。即如果差值为正，发1码，差值为负，发0码。8、增量调制系统中的量化噪声，分为一般量化噪声和过载量化噪声。重点习题：6.46。12第7章1、数字基带传输模型2、差分码、HDB3码、AMI码3、nBmB码：把原信息码流的n位二进制码分为一组，并置换成m位二进制码的新码组，其中mn。从2m种组合中选出2n种组合。4、PST码（成对选择三进码）：将二进制码元划分为2个码元为一组的码组序列，然后再把每一组编码成两个三进制码（+-0）。三进制数字共有9种状态，选择其中的四种状态，5、数字基带信号的频谱分析过程中