数字通信系统框图
通信原理-基础知识习题及答案
通信原理基础知识 习题集一 填空题1.在数字通信系统中，其重要的质量指标“有效性”和“可靠性”分别对应（传输速率 ）和（差错率）。
2.一个均值为零的平稳高斯窄带噪声，它的包络一维分布服从（ 瑞利分布），而其相位的一维分布是（均匀分布），如果再加上正弦波后包络一维分布服从（ 莱斯分布（广义瑞利分布））。
3.若线性系统的输入过程()t i ξ是高斯型的，则输出()t o ξ是（ 高斯 ）型的。
4.通过眼图，可以观察到（ 码间串扰 ）和（ 高斯白噪声 ）的大小。
5.对2ASK 、2FSK 和2PSK 三种系统的性能进行比较，其中有效性最差的是（ 2FSK ）系统，可靠性最好的是（2PSK ）系统。
6.2PSK 信号在接收端因为载波同步系统中的分频，可能产生载波相位状态转移，发生对信号的错误解调，这种现象称为（倒π现象）。
7. 根据乘性干扰对信道的影响，可把调制信道分为（随参信道）和（恒参信道）两大类。
8.基带传输系统的总误码率依赖于（信号峰值）和（噪声均方根值）之比。
9.调制信道对信号的干扰分为（加性干扰）和（乘性干扰）两种。
10.若线形系统的输入过程是高斯型的，则输出是（高斯）型的。
11.通断键控信号（OOK ）的基本的解调方法有（非相干解调/包络检波法）及（相干解调/同步检测法）。
12.随参信道的传输媒质的三个特点分别为（对信号的耗衰随时间而变）、（传输的时延随时间而变）、（多径传播）。
13.包络检波法的系统误码率取决于（系统输入信噪比）和（归一化门限值）。
14.起伏噪声又可分为（热噪声）、（散弹噪声）及（宇宙噪声）。
15.数字基带信号的功率谱密度可能包括两部分即（连续谱）和（离散谱）。
16.二进制振幅键控信号的产生方法有两种，分别为（模拟幅度调制）和（键控法）。
17.模拟信号是利用（抽样）、（量化）和（编码）来实现其数字传输的。
18.模拟信号数字传输系统的主要功能模块是（A/D ）、（数字传输系统）和（D/A ）。
数字通信原理-第一章
小结： 通信及通信系统构成
通信的概念 通信系统构成：各部分功能
信息、信号及分类
信源发出的信息经转换成为信道上传输的信号：
模拟信号（幅度取值是连续的）：连续信号 离散信号 数字信号（幅度取值是离散的）： 二进码 多进码 连续信号 离散信号
{
{ {
模拟通信和数字通信 模拟通信：以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用
数字通信系统的主要性能指标
有效性指标 可靠性指标
{
{
信息传输速率 符号传输速率 （定义、关 系） 频带利用率 误码率 （定义） 信号抖 动
复习题 1、模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 2、数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码 的作用是什么？画出话音信号的基带传输系统模型。 3、数字通信的特点有哪些? 4、为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累？ 5、设数字信号码元时间长度为 1微秒，如采用四电 平传输，求信息传输速率及符号速率。 6、接上题，若传输过程中 2 秒误 1 个比特，求误 码率。 7、假设频带宽度为 1024kHz，可传输 2048kbit/s 的比特率，试问其频带利用率为多少？
第四节 数字通信的特点及性能指标
信息传输速率Rb与符号传输速率NB的关系为： Rb=NB （二进制） Rb=NB·log2M Rb>NB （多进制）
{
频带利用率 （ η）
定义:单位频带内的传输速率（真正用来衡量数字通信系统传输效率 的指标）
符号传输速率 （Bd/Hz） 频带宽度 信息传输速率 η= （bit/s/Hz） 频带宽度
实现多路通信）
数字通信:以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实
现多路通信）。 数字通信系统的构成（包括发送终端、信源编码、信道编 码、调制、信道以 及收端的解调、 信道解码、信源解码和接收终端）
选择与填空试题
一、选择题1、模拟信号解调的“门限效应”有可能出现在____ b ___信号的解调中： a 、DSB b 、AM c 、PM d 、SSB2、发端发送纠错码，收端译码器自动发现并纠正错误，传输方式为单向传输，这种差错控制的工作方式被称为： aa 、FECb 、ARQc 、IFd 、HEC3、设x(t)为调制信号，调相波的表示式为：cos(())c p t k x t ω+，则PM 调制方式的瞬时角频率偏差为： d ；瞬时角频率为： c ；瞬时相位为： aa 、()c p t k x t ω+b 、()p k x tc 、()c pdx t t k dt ω+ d 、()p dx t k dt4、码长ｎ=7的汉明码，监督位应是： ba 、2位b 、3位c 、4位d 、5位5、设r 为接收机输入端信噪比，则2FSK 调制系统非相干解调的误码率计算公式为： ba 、12erfcb 、212re - c 、12erfc d 、12erfc6、在模拟调制当中，属于非线性调制的是： ca 、DSBb 、AMc 、FMd 、SSB7、发端发出检错码，收端译码器判决码组中有无错误出现，再把判决信号送回发端，发端根据判决信号将收端认为有错的消息重发到收端，直到正确接收为止。
这种差错控制的工作方式被称为：ba 、FECb 、ARQc 、IFd 、HEC8、码长ｎ=15的汉明码，监督位应是：ca 、2位b 、3位c 、4位d 、5位9、收端把收到的消息原封不动地送回发端，发端把反馈回来的信息与原发送信息进行比较，并把二者不一致的部分重发到收端。
这种差错控制的工作方式被称为： c a 、FEC b 、ARQ c 、IF d 、HEC10、利用线性调制系统不失真的传输信号x(t)，根据采用的调制方法不同，其对应的传输带宽之间的关系为：ba 、B DSB = B AM = B VSB = B SSBb 、B DSB = B AM >B VSB >B SSBc 、B DSB > B AM = B VSB > B SSBd 、B DSB >B AM > B VSB = B SSB11、一个频带限制在0到f x 以内的低通信号x(t)，用f s 速率进行理想抽样，若要不失真的恢复x(t)，要求f s 与f x 关系满足：aa 、1162s x f f ≥ b 、s x f f ≥ c 、2s x f f ≤ d 、s x f f ≤12、符号集为A 、B 、C 、D 、E ，相互独立，相应概率为12、14、18、116、116，其平均信息量为：da 、1.800bit/符号b 、1.825bit/符号c 、1.850bit/符号d 、1.875bit/符号13、对于线性调制，在发送端载波发射功率和调制信号功率等有关参数均相同的条件下，根据采用的调制方法不同，其对应的发送功率之间的关系为：ba 、S DSB > S AM > S VSB > S SSBb 、S AM > S DSB > S VSB > S SSBc 、S AM > S DSB > S SSB > S VSBd 、S DSB > S AM > S SSB > S VSB14、以下哪种编码与传输信号的极性无关：da 、多进值码b 、双极性归零码c 、单极性归零码d 、差分码15、设r 为接收机输入端信噪比，2PSK 调制系统相干解调的误码率计算公式为：da 、12erfcb 、212re - c 、12erfc d 、12erfc16、汉明码的最小码距为：ba 、2b 、3c 、4d 、517、设调制信号的最高截止频率为f x ，进行AM 调制，要使已调信号无失真地传输，AM 调制系统的传输带宽至少为：ba 、f xb 、2f xc 、3f xd 、4f x18、为了解决连0码而无法提取位同步信号的问题，人们设计了ca 、AMI 码b 、多进值码c 、HDB3码d 、差分码19、假设分组码的最小码距为5则它能检测误码的位数至少为：c ；纠正的误码位数至少为：a a 、2 b 、3 c 、4 d 、5 20、SSB 信号进行相干解调可获得的制度增益为：aa 、1b 、2c 、2/3d 、小于2/321、低频成分少，频带比较窄，另外即使有长连0码时也能提取位同步信号编码是：c a 、AMI 码 b 、多进值码 c 、HDB 3码 d 、差分码22、输入信噪比在___ a ____时，AM 信号的包络解调性能近似等于相干解调性能， a 、大信噪比 b 、小信噪比 c 、中信噪比 d 、任何值 23、如果将全“0”码编为HDB 3码其输出为：aa 、…-100-1+100+1-100-1 …b 、…-1000+1000-1000+1…c 、…+1000-1000+1000-1…d 、…-10000+10000-10000+1… 24、已知码元速率为400波特，则2ASK 的带宽为：ba 、400Hzb 、800Hzc 、1600Hzd 、3200Hz 25、通常6位偶监督码的信息位数为：da 、2b 、3c 、4d 、5 26、汉明码能够纠正的误码位数为：aa 、1b 、2c 、3d 、427、设r 为接收机输入端信噪比，2DPSK 调制系统差分解调的误码率计算公式为：ca 、12erfcb 、212re - c 、12r e - d 、12erfc28、以下哪一个码字属于码长为5的奇监督码ca 、10001b 、10010c 、10011d 、1010029、符号集为A 、B 、C 、D ，它们相互独立，相应概率为、、、，其中包含信息量最小的符号是：aa 、Ab 、Bc 、Cd 、D30、PCM 均匀量化信噪比随着________增大而增大。
数字通信概述
第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。
2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。
4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。
5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。
6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。
7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。
8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。
为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。
9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。
10。
数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。
二．数字通信系统的模型。
1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。
2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。
（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。
4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。
5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。
6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。
若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见：量化电平增加一倍，即编码位数每增加一位， 量化信噪比提高6分贝。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号，大信号出现概率大，故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB）
对于语音信号，小信号出现概率大，故量化信噪比近 似为
取样定理描述：一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ，如果取样速率
fs
2
f
，则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明：
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第６章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强，远距离传输时可消除噪声积累 差错可控，利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中； 易于集成化，使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号； 图像信号； 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶；每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △Ｍ系统中的噪声
采用△Ｍ实现模拟信号数字传输的系统称为△Ｍ系统
△Ｍ系统中引起输出与输入不同的主要原因是：量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
数字通信基本原理
均匀量化的特点是：在量化区内， 大、小信号的量化间隔相同，最大量 化误差也就相同，所以小信号的量化 信噪比小，大信号的量化信噪比大。 N（或l) 大小适当时，均匀量 化小信号的量化信噪比太小，不满足 要求（数字通信系统中要求量化信噪 比≥26dB），而大信号的量化信噪比 较大，远远满足要求。
（ 2）
① 模拟压扩法方框图如图0-13
压缩器和扩张器特性如图0-14所 示（以5折线为例）。
· 上述为了分析问题方便，图0-14的压
缩特性采用5折线（正、负合起来有5段折 线）。实际压缩特性常采用μ律压缩特性、 A律压缩特性及A律13
· 对压缩特性的要求是：当输入u=0时，
输出v=0；当输入u=U（过载电压）时，输
预备知识—— 数字通信基本原理
一、 数字通信的基本概念
1.数字通信系统的基本概念
（1） 模拟信号和数字信号
信号波形的特征可用两个物理量（时
①
模拟信号随波形模拟信息的变化而变 化，其特点是幅度连续。
②
图0-2所示的是数字信号的波形，其特
点是：幅值被限制在有限个数值之内，它
不是连续的，而是离散的。
信源编码的功能是把模拟信号变换成
数字信号，即完成模数变换的任务。 信道是指传输信号的通道。
接收端的解调、信道解码、信源解码
等几个方框的功能与发送端几个对应的方
框正好相反，是一一对应的反变换关系。
信源解码后的电信号，由受信者接收，通
常称之为信宿。信宿可以是人，也可以是 各种终端设备。
① 若信源是数字信息时，则信源 编码或信源解码不太大时，信道一般采用市话电缆， 即采用基带传输方式，这样就不需要
1.时分多路复用通信 （1） 时分多路复用的概念
通信原理
f1
基带信号 反相器
e 2 FSK ( t )
相加器
振荡器2 f2
选通开关
2FSK信号的解调方法 非相干解调
带通 滤波器 包络 检波器 定时脉冲
ω1
e 2 FSK ( t )
输出
抽样 判决器
带通 滤波器
ω2
包络 检波器
相干解调
）、
信源编解码
目的：将模拟信号转换成数字信号 步骤：抽样、量化和编码
抽样信号
抽样信号 量化信号
011
100
100
011
011
100
100
编码信号
t
PCM编译码
PCM系统的原理框图
模拟信号 输入
抽样保持
量 化
编 码
PCM信号 输出
冲激脉冲
(a) 编码器
PCM信号 输入 模拟信号 输出
解 码
低通 滤波
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。
★ 模拟通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：
图1-2 模拟通信系统模型
两种变换： 模拟消息 基带信号
原始电信号（基带信号） 已调信号（带通信号）
★ 数字通信系统模型
全速率TCH信道编码 将语音编码形成的260个比特流分成三类，分 别是50个最重要比特，132个重要比特以及78个不 重要比特。然后对上述的50个比特添加上3个奇偶 校验比特，这53个比特同132个重要比特和4个尾比 特一起被卷积编码，速率为1：2，因而得到378bit， 另外78bit不予保护，于是得到最后的456bit。
现代通信系统课件：数字光纤通信系统
高密度，多芯和低、中损耗
2~20
重量轻，线径细，可挠性好
数字光纤通信系统
下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。
(1）层绞式光缆。它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构， 如 图5. 9(a）所示。特点是成本低，芯线数不超过10根。 (2）单位式光缆。它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位，再由数个单位以强 度 元件为中心绞合成缆，如图5.9(b）所示，其芯线数一般适用于几十芯。 (3）骨架式光缆。这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内，骨架中心是强 度 元件，骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型，如图5. 9(c）所示。由于光纤在骨架沟槽 内具有较大空间，因此当光纤受到张力时，可在槽内做一定的位移，从而减少了光纤芯 线 的应力应变和微变，这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。 (4）带状式光缆。它是将4～12根光纤芯线排列成行，构成带状光纤单元，再将多个 带 状单元按一定方式排列成缆，如图5. 9(d）所示。这种光缆的结构紧凑，采用此种结构可 做成上千芯的高密度用户光缆。
若使光束从光密媒质射向光疏媒质时，则折射角大于入射角，如图5. 4所示。
图5. 3 光的折射示意图
图5. 4 临界角和光线的全反射
数字光纤通信系统
如果不断增大θ 0可使折射角达到90°，这时的θ 1称为临界角。如果继续增大 队，则折射角会大于临界角，使光线全部返回光密媒质中，这种现象称为光的全反 射。
因光纤是石英玻璃材料，所以不怕高温，有防火的性能。因而可用于易燃易爆的环境中。 6.光纤通信保密性好
由于光纤在传输光信号时向外世漏小，不会产生串话等干扰，因而光纤通信保密性好。
5. 1.数2字数光纤字通光信系纤统通信系统的组成
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来自其它信源
格 式 信化
信源 编码
加密
信道 编码
多路 复用
脉冲 调制
带通 调制
扩频
多址 接入
发 送 端
源
数
字
同步
数字
数字
信
信
比特流
基带
带通
道
号
波形
波形
信
宿格 式 化
信源 解码
解密
信道 解码
分路
检测
解调
解扩
多址 接入
接 收 端
2021/4/13
去其它信源
可选项
1
最佳接收的一般概念
着眼于接收机本身的结构，来研究当存在 噪声干扰时，如何以某种最佳方式来处理 有用信号或信号载荷的消息，同时给出所 需的解答
19
匹配滤波器的输出特性
s0 (t) s(t) h(t) s( )h(t )d
s( )s[t0 (t )]d
s( )s[t0 t ]d
R(t0 t)
s0 (t) R(t t0 )
MF的输出信号是输入信号s(t)的自相关函数R(t-t0)
2021/4/13
2021/4/13
2
最佳接收的一般概念
判断确知却只信号是否出现－统计假设检 验
信号参量的测量－参数估值
波形的复现－滤波
需对接收机输入端的混合信号进行运算－ 检测方式
最佳接收机是采用抗干扰能力最强的检测 方式的接收机
2021/4/13
3
最佳接收的一般概念
最佳是相对概念：在相同噪声条件下以某 种准则为尺度下的“最佳”
当线性滤波器的传函H(ω)为输入信号频谱 的共轭复数时，可以在白噪声干扰背景下 获得最大输出信噪比。且决定信号能量与 噪声功率谱密度之比（与输入信号的形状 与噪声分布无关）
若在噪声条件下，增加输入信号能量便可 提高匹配滤波器的输出信噪比
2021/4/13
12
匹配滤波器－传函
若滤波器的传函为 H ()＝S()e－jt0
1
2
S()H ()e jt0 d
1
H () 2 d
1
S() 2 d
2
2
2
且在H ()＝S()e－jt0时等式成立
r0max
1
2
s( )s ( )d
2
n0
2
s() d
1
2
s() d
n0
4
2021/4/13
r0max
2E n0
,(E
1
2
2
s() d)
11
匹配滤波器－传函
2
2
1
( s( )e j d )e j (t0 t)d
2
e j ( t0 t)d s( )d
( t0 t)s( )d s(t0 t)
2021/4/13
14
匹配滤波器－冲激响应
匹配滤波器的冲激响应是信号s(t)镜像函数 s(-t)在时间上再向右平移t0，t0为取样时 刻
匹配滤波器－最大输出信噪比准则下 相关接收机－输出差错概率最小准则下
2021/4/13
4
匹配滤波器
减小误码率，就必须设法提高信噪比 线性滤波器使有用信号加强，噪声得到衰
减，使得在抽样判决时刻得到最大信噪比， 从而使误码率降到最低－匹配滤波器
X(t)
线性滤波器
抽样判决器
y(t)
h(t)
2021/4/13
t0
T
Sa(
T
2
)e
jt0
2021/4/13
18
匹配滤波器
S0
(
)
S
(
)
H
(
)
T
2Sa2(
T
2
)e
jt0
假定输入噪声ni (t)的pni
( )
n0 2
输出噪声的pn0
( )
pni
( )
H ()
2
n0 2
T 2Sa2
T
2
经过MF后输出端噪声谱随信号谱强弱变化， 因而输出信噪比基本上保持不变。
2021/4/13
匹配滤波器的幅度特性与信号的振幅特性 相同：
• 信号幅度大衰减小，幅度小衰减大 • 噪声
匹配滤波器的相位特性与信号的相位特性 相反－同相相加使输出信号达到最大
滤波器的输出信噪比最大
2021/4/13
13
匹配滤波器－冲激响应
h(t)
1
H ( )e jtd
1
s ( )e jte jt0 d
找到最佳H(ω)使r0最大
2021/4/13
9
匹配滤波器－传函
利用许瓦兹不等式
1
2
X ()Y ()e jt0 d
1
X () 2 d
1
Y () 2 d
2
2
2
等式成立的条件：X ()＝Y ()
若将X () H (),Y () S()e jt0
代入上式中
2021/4/13
10
匹配滤波器－传函
为了获得物理可实现的匹配滤波器，要求
h(t) 0si,(tt00t),t 0
即s(t) 0,当t t0时
2021/4/13
15
2021/4/13
匹配滤波器 －冲激响应
输入信号刚结束，立即取样 传输速率最高
16
匹配滤波器－冲激响应
物理可实现的匹配滤波器其输入端的信号 s(t)必须在它输出最大信噪比的时刻t0之前 消失。
20
相关接收机
s0max (t0 ) R(0)
取样时刻的输出信号为最大值，判决最有利 MF（match filter)是输入信号的自相关器
R(0) s2 (t)dt E
2021/4/13
6
匹配滤波器－传函
对于输入ni (t),输出的噪声功率：
N（0 f )=n20 (t)
N0 2
2
H ( f ) df
n0
4
2
H () d
对某一瞬时t t0 :
s0 (t) H ( f )s( f )e j2 ftdf
2021/4/13
7
匹配滤波器－传函
滤波器的输出信噪比
r0
输出信号瞬时功率 ＝ 输出噪声平均功率
s
2 0
(t0
)
E[n20 (t)]
s
2 0
(t0
)
n20 (t)
2
H ( f )s( f )e j2 ft0 df
1
2
H ( )s( )e jt0 d
n0
Байду номын сангаас
H( f
2
) df
2
n0
2
H () d
2
4
2021/4/13
8
匹配滤波器－传函
保证r0达到最大的线性滤波器定义最佳线性 滤波器－最大信噪比准则
5
匹配滤波器－传函
设输入信号x(t) s0 (t) n(t),
n(t )为AWGN ,
pni ( f
)
N0 2
Rn ( )
N0 2
( )
s(t) s( f ) s(t)e jtdt
根据线性叠加原理:y(t)=s0(t)+n0(t)
s0(t)=s(t) h(t)=
1
2
H ()S()e jtd
若输入信号在t1瞬间消失，则只有当t0>t1 时，滤波器才是物理可实现的。
常选取t0=t1
2021/4/13
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匹配滤波器
例：假定输入信号幅度是1，宽度为T的矩 形脉冲
s(t)=1,1,t
T 2
0,其它
s( )
TSa(T
2
)
可构造MF的H（）＝s ( )e jt0
H
(）＝TSa(
-
2
T
)e
j