通信原理习题答案-西安邮电

第一章绪论学习要求：常用通信术语；模拟信号与数字信号的定义；通信系统的组成、分类、和通信方式；数字通信系统的优缺点；离散消息的信息量、平均信息量（信源熵）的计算；衡量模拟通信系统和数字通信系统的性能指标；传码率、传信率、频带利用率、平均传信率和最大传信率的计算及其关系；误码率和误信率的定义及计算。一、简答题1．消息、信息、信号，通信的含义是什么？通信系统至少包含哪几部分？2．试画出模拟和数字通信系统的模型图，并指出各组成部分的主要功能，说明数字通信系统有什么特点？3．举例说明单工、半双工及全双工的工作方式及其特点。4．举例说明如何度量信息量。5．通信系统的性能指标是什么？这些性能指标在模拟和数字通信系统中指的是什么？二、综合题1.设有四个符号，其中前三个符号出现的概率分别为1/4，1/8，1/8，且各符号的出现是相对独立的。试计算该符号集的平均信息量。Hx1.75bit/符2.一个由字母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，每个二进制脉冲宽度为5ms。（1）不同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1113PA，PB，PC，PD54410试计算传输的平均信息速率。Rbmax200bit/sRb198.5bit/s3.国际莫尔斯电码用“点”和“划”的序列发送英文字母，“划”用持续3单位的电流脉冲表示，“点”用持续1单位的电流脉冲表示；且“划”出现的概率是“点”出现概率的1/3。（1）计算“点”和“划”的信息量；（2）计算“点”和“划”的平均信息量。I2bitI.0.415bitHx0.81bit/符4.设一信息源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为1/32，其余112出现的概率为1/224。信息源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。Rb6405bit/s5.已知某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s，接收端在0.5小时内共收到126个错误码元，试计算该系统的误码率Pe。Pe5.81056．某4ASK系统的4个振幅值分别为0,1,2,3。这4个振幅是相互独立的；（1）振幅0,1,2,3出现概率分别为：0.4,0.3,0.2,0.1，求各种振幅信号的平均信息量？（2）设每个振幅的持续时间（即码元宽度）为1s，求此系统的信息速率？Hx1.846bit/符Rb1.846106bit/s7．某离散信源符号集由4个符号组成，其中前三个符号出现的概率分别为1/4、1/8、1/8，且各符号的出现是相对独立的，信息源以1000B速率传递信息，试计算：（1）该符号集的平均信息量；（2）传送1小时的信息量；（3）传送1小时可能达到的最大信息量。Hx1.75bit/符I6.3106bitImax7.2106bit8.某通信系统采用脉冲组方式进行信息传送，每个脉冲组包含4个信息脉冲和一个休止脉冲，休止脉冲不传送信息。每个信息脉冲和休止脉冲的宽度为2ms，且四个信息脉冲等概率出现。试计算：（1）码元速率；（2）平均信息速率；（3）传送1小时可能达到的最大信息量。RB500BaudRb800bit/sImax2.88106bit第三章随机过程学习要求：随机过程的基本概念及其数字特征；平稳随机过程的定义、各态历经性；平稳随机过程的自相关函数的性质以及和功率谱密度之间的关系；高斯随机过程的定义和性质、一维分布特性；平稳随机过程通过线性系统时输出与输入的关系；窄带随机过程的数学表达式，其包络、相位、同相分量、正交分量的统计特性；正弦波加窄带高斯随机过程的统计特性；白噪声的定义及其功率谱和自相关函数；高斯白噪声通过理想低通滤波器和理想带通滤波器。一、简答题1．高斯平稳随机过程有哪些性质？其通过线性系统后，输出过程的均值、自相关函数和功率谱密度会发生什么变化？2．什么是窄带随机过程？它的频谱和波形有什么特点？其同相分量和正交分量有什么特点？3．什么是高斯白噪声？其频谱和自相关函数有什么特点？其通过理想低通和理想带通滤波器后功率谱密度、平均功率会发生什么变化？举例说明，并写出自相关函数的表达式、画出波形，指明其物理意义。二、综合题1.设X是a0，1的高斯随机变量，试确定随机变量YcXd的概率密度函数fy，其中c，d均为常数。EYdDYc21yd2fyexp22c2c2.设一个随机过程t可以表示成t2cos2t式中，是一离散随机变量，且P012,P212，试求E1及R0,1。E11R0,123.设随机过程YtX1cos0tX2sin0t，若X1和X2是彼此独立且均值为0、方差为2的高斯随机变量，试求：（1）EYt、EY2t；（2）Yt的一维概率密度函数fy；（3）Rtt12,和Btt12,EYt0EY2t21y2fyexp2Rtt12,2cos0Btt12,2cos04.已知随机过程ztmtcos0t，其中，mt是广义平稳随机过程，且自相关函数Rm为1,10Rm1,010,其它随机变量在0,2上服从均匀分布，它与mt彼此统计独立。（1）证明zt是广义平稳的；（2）绘出自相关函数Rz的波形；（3）求功率谱密度Pzf及功率S。1420Sa220S12PZSa25.一个中心频率为fc，带宽为B的理想带通滤波器如图所示。假设输入是均值为0，双边功率谱密度为n02的高斯白噪声，试求：（1）求滤波器输出噪声的自相关函数；（2）滤波器的输出噪声的平均功率；（3）求输出噪声的一维概率密度函数。1RY2nBSa0Bcosc2NnB01y2fyexp2nB02nB06.低通滤波器分别如图所示，假设输入是均值为零，功率谱密度为n02的高斯白噪声，试求各图的：ZR1112HffcfcfB1（1）输出噪声的功率谱密度和自相关函数；（2）输出噪声的一维概率密度函数。P0n2102RCRC2212RC2R04nRC0eRC1RCfx2RCexp2x2n0n07．广义平稳的随机过程Xt通过下图所示线性时不变系统，已知Xt的自相关函数为（1）写出系统的总体传递函数；（2）Yt的功率谱密度；（3）画出Yt的功率谱（假设输入噪声为高斯白噪声，单边功率谱密度为n0）。1ej2TsTsH0PY2PX1cos2TTsRCXR，功率谱密度为XfP，Hf是幅度为1，带宽为12sT的理想低通滤波器。试求：相减2sTHfXtYt02nYP2sTsT0sT第四章信道学习要求：信道的定义和分类；调制信道和编码信道的模型；恒参信道的传输特性及其对所传信号的影响；随参信道的特点，多径传播对所传信号的影响；信道容量的概念及香农公式；信道噪声的分类及性质。一、简答题1．恒参信道无失真传输的条件是什么？2．随参信道有什么特点？对所传输的信号有什么影响？3．分析两径信道的幅频特性，说明产生频率选择性衰落的原因？如何克服？4．什么是信道容量？写出连续信道容量的定义并讨论。二、综合题1.设一条无线链路采用视距传播的方式通信，其收发天线架设的高度都等于40m若不考虑大气折射率的影响，试求其最远通信距离。D44.7km2.设一条天波无线电信道，用高度等于400Km的电离层反射电磁波，地球的等效半径等于637043Km，收发天线均架设在地平面，试计算其通信距离大约可以达到多少千米？D5274km3．设某恒参信道的幅频特性和相频特性分别为HK0td其中，K0和td都是常数，试确定信号st通过该信道后输出信号的时域表示式，并讨论之。st0Kst0td4．已知某标准音频电话线路带宽为3.4KHz。（1）若信道的信噪比SN30dB，试求这时的信道容量Ct；（2）在实际应用中，这种线路上最大信息传输速率为4800bit/s，试求以此速率传输信息时在理论上所需的最小信噪比。C3.39104bit/sS1.66N5．什么是频率选择型衰落？若某随参信道的二径时延差=1ms，试从下列几个频率中选择合适的载波频率传输信号。（要求有推导分析过程）1.5khz，2khz，2.5khz2KHz6.一幅黑白图像含有8105个像素，每个像素有16个亮度等级。（1）试求每幅黑白图像的最大平均信息量；（2）若每秒传输20幅黑白图像，其信息速率为多少？（3）在（2）的条件下，且输入信道的信噪比为40dB，试计算传输黑白图像所需要的信道最小带宽。I幅3.2106bitRb6.4107bit/sB4.8106Hz7.某高斯白噪声信道，已知噪声双边功率谱密度为51011W/Hz，信道带宽为1MHz，信道传输衰减为40dB。（1）信道输入端信号功率为1023W，试求该信道允许的最高信息速率。（2）在（1）的条件下，若要传输30幅图片，每幅图片有30万个像素，每个像素有独立等概出现的像素64种亮度电平，试求最小传输时间。Rb107bit/st5.4s第五章模拟调制系统学习要求：调制的定义、目的和分类；线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）的调制和解调原理；线性调制信号的表达式、频谱、带宽以及解调时带通滤波器的特性；线性调制系统的抗噪声性能及门限效应；调频（FM）、调相（PM）的基本概念；窄带调频和宽带调频的概念，调频信号带宽的计算；模拟调制系统的性能比较；频分复用的概念。一、简答题1．什么是载波调制？调制有什么目的？2．线性调制和非线性调制有什么区别？举例说明。3．推导残留边带滤波器传输特性应满足的条件。4．什么是门限效应？AM信号采用包络检波时为什么会产生门限效应？相干解调存不存在门限效应，为什么？二、综合题1.根据下图所示的调制信号波形，试画出DSB和AM信号的波形图，并比较他们分别通过包络检波器后的波形区别。mt0tDSBts0tAMts0tmt0tmtA0t2.将DSB-SC信号通过残留边带滤波器产生残留边带信号。若此滤波器的传输函数Hf如图所示（斜线段为直线）。当调制信号mtAsin100tsin6000t时，试确定所得残留边带信号的表达式。1AsVSBtm0cos20000t0.55sin20100t0.45sin19900tsin26000t223.某调制方框图如图（a）所示。已知mt的频谱如图（b）所示，载频12，1H，且理想低通滤波器的截止频率为1，试求输出信号st，并说明st为何种已调信号。11stmtcos21tmtˆsin21t22st为载频为21的上边带信号1HffKHz149.51010.5-9.5-10.5-1400.5AM0HH相乘器相乘器理想低通理想低通相乘器相乘器相加器1cost1sint2cost2sint1st2tsstmt（a）（b）04．设某信道具有均匀的双边功率谱密度Pnf0.5103WHz，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号带宽限制在5KHz，而载波频率100KHz，已调信号到达接收端时的功率是10KW。若接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一个理想带通滤波器。试问：（1）该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H；（2）解调器输入端的信噪功率比；（3）解调器输出端的信噪功率比；（4）求接收端输出噪声的双边功率谱密度，并用图形表示出来。B10kHz，中心频率为100kHzSi1000NiS02000N0Pn0f0.25103W/Hz，f5kHz5．音频信号mt()经调制和高频放大后在无线信道上进行传输，要求接收机输出信噪比为40dB。已知：由发射机输出端到解调器输入端之间总的传输功率损耗为60dB，信道中高斯白噪声的双边功率谱密度n21012W/Hz。音频信号mt()的最高频率为5kHz，并且有mt0，mt2()12，mtmax1试求：（1）SSB调制时的发射机输出功率；（接收端用相干解调）（2）100%的AM调制时的发射机输出功率；（非相干解调）ST102WST3102Wf0nPf0550.256．某模拟基带信号mt的傅氏频谱如图a所示，将此信号送入如图b的系统，系统输出为yt，理想高通的截止频率为fc，理想低通的频率范围为WW,，W0WfAcos2ftcAcos2fcWt(a