通信原理 第七章 数字带通传输系统
通信原理思考题及作业解答
思考题作业题解答1–11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：衡量数字通信系统有效性的性能指标有：码元传输速率R B 、信息传输速率R b 、频带利用率η。
衡量数字通信系统可靠性的性能指标有：误码率P e 和误信（比特）率P b 。
1–12 何谓码元速率和信息速率？它们之间的关系如何？答：码元速率R B 是指单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ，B ）。
信息速率R b 是指单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒（b/s 或bps ）。
码元速率和信息速率的关系： 或 其中 M 为M 进制（M ＝2 k ，k = 1, 2, 3, …）。
1–13 何谓误码率和误信率？它们之间的关系如何？答：误码率P e 是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。
误信率P b 是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。
在二进制中有：P e ＝P b 。
第1章 绪论（ 习题 ）1–4 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 ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1) 不同的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P A ＝1/5，P B ＝1/4，P C ＝1/4，P D ＝3/10，试计算传输的平均信息速率。
解：(1) 平均每个字母携带的信息量，即熵为2（比特/符号）每个字母（符号）为两个脉冲，其宽度为2×5 ms ＝10－2（s ）则平均信息速率为：2（比特/符号）／10－2（秒/符号）＝200（b/s ）(2) 平均信息量为985.1310log 1034log 4125log 51)(222=⨯+⨯⨯+⨯=x H （比特/符号） 平均信息速率为：H (x )／10－2＝1.985／10－2＝198.5（b/s ）1–7 设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400 B ，试求该系统的信息速率。
通信原理第7章(樊昌信第七版)
整理知识 梳理关系 剖析难点 强化重点
归纳结论 引导主线 解惑疑点 点击考点
曹丽娜
樊昌信
编著
国防工业出版社
谢谢！
3 QPSK 解调
原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。
x 带通 输入 滤波器 低通 x1 (t ) 滤波器 位定时 低通 滤波器 抽样 判决 抽样 判决
a
并/串 变换 输出
y (t ) cos c t
sin c t
x 载波 恢复
x2 (t )
b
存在问题：存在900的相位模糊（0, 90, 180, 270） 解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。
QPSK 特点：
01
Q 11
相位跳变：0°,± 90°,± 180° 跳变周期 2Tb 带宽 B=Rb
0
I
误码性能与BPSK相同
00
10
最大相位跳变：180°
发生在0011或0110交替时，
即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。
21
QPSK 缺点：
最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起
744多进制差分相移键控mdpsk1基本原理?qdpsk与qpsk的关系如同2dpsk与2psk关系?4dpsk也称qdpsk?qdpsk的矢量图与qpsk的矢量图相似只是参考相位是前一码元的载波相位n??双比特码元ab载波相位naba方式b方式0?111110?10?10?1111109018027022531545135参考相位a?矢量图aba前一码元载波相位t?波形t参考相位atc?cos?也有法正交调相法和相位选择法?仅需在qpsk调制器基础上增添差分编码码变换2qdpsk调制tc?sin2??差分编码将绝对码ab
通信原理简答题答案2（个人整理）
通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的⼀般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。
1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。
答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。
单⼯通信：消息只能单向传输。
半双⼯：通信双⽅都能收发消息，但不能同时进⾏收和发的⼯作⽅式。
全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。
并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。
《通信原理》课堂练习题(1-9)
《通信原理》课堂练习题(1-9)第1-5章1、一个多进制数字通信系统每隔0.8m向信道发送16种可能取值的电平值中的一个。
则每个电平值所对应的比特数是；符号率（波特）为；比特率为2、一离散无记忆信源（A、B、C、D），各符号发送概率分别为1/2、1/4、1/8、1/8。
则此信源每个符号包含的信息熵为；若信源每毫秒发出一个符号，则此信源每秒输出的信息量为3、若离散信源输出16进制独立等概随机序列，则此信源输出的每个符号所包含的信息量为；若16进制符号不是等概出现，则此信源输出的每个符号所包含的平均信息量为4、由电缆、光纤、卫星中继等传输媒质构成的信道是信道；由电离层反射、对流层散射等传输媒质构成的信道是信道。
5、窄带信号通过随参信道多径传播后，其信号包络服从分布，称为型衰落。
当信号带宽超过多径传播的最大时延差引起的相关带宽时，会产生衰落。
6、信源编码是的编码，以提高通信的；信道编码是的编码，以提高通信的7、香农信道容量公式是在条件下推导得到的。
8、在模拟通信系统中，已调信号带宽越，有效性越好；解调器输出信噪比越，可靠性越好。
9、说明调频系统的特点：10、在民用中波广播AM接收机中采用的解调器是；该解调方式的缺点是在调频系统中，解调输出噪声的功率谱密度的特点是在调频系统中采用预加重和去加重技术的目的是11、在VSB系统中，无失真传输信息的两个条件是、12、已知收音机中的中波波段为535KHZ-1605KHZ，若各台间设0.5KHZ的防护频带，则此波段收音机最多能接收多少台节目？13、信道带宽3KHZ，信号在信道中受到单边功率谱密度为10-6W/HZ的加性高斯白噪声的干扰，信号平均功率为9W。
求（1）信道容量(2)若信道加宽到原来的10倍，并保持信道容量不变，那么信号平均功率要改变多少dB？（log23001≈11.55，30010.1≈2.23）14、某数码摄像机每30m产生一幅40万像素的彩色图像，每个像素由RGB三种颜色构成，各有32个灰度等级。
通信原理第7章
以概率P 发送“”时 1 以概率1 P 发送“0”时
1
载波
t
2ASK
t
4
第7章数字带通传输系统
2ASK信号的一般表达式 e2ASK (t ) st cosc t
其中
s(t ) an g (t nTs )
n
Ts － 码元持续时间； g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高
10
第7章数字带通传输系统
P2 ASK 1 2 2 f s P (1 P ) G ( f f c ) G ( f f c ) 4
1 2 2 f s (1 P ) 2 G (0) ( f f c ) ( f f c ) 4
G( f ) TS Sa( f TS )
13
第7章数字带通传输系统
7.1.2 二进制频移键控（2FSK）
基本原理
表达式：在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1
和f2两个频率点间变化。故其表达式为
A cos(1t n ), e2FSK (t ) A cos( 2 t n ), 发送“”时 1 发送“ ”时 0
概率为 P 1, an 1, 概率为 1 P
即发送二进制符号“0‖时（an取+1），e2PSK(t)取0相位；发送
二进制符号“1‖时（ an取 -1）， e2PSK(t)取相位。这种以载
波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式， 称为二进制绝对相移方式。
26
第7章数字带通传输系统
键控法
开关电路
cos ct
e2 ASK (t )
通信原理第7章教案和习题
与双极性不归零码相似，所不同的也只是脉冲的宽度
小于码元间隔。
特点：带宽比双极性不归零码的带宽要宽；直流分
2018年10月
西南交通大学电气工程学院
13
7.2 数字基带信号的码型和波形
总 结： 单极性：脉冲幅度为+A或0。 双极性：脉冲幅度为+A或-A。
1 0 A
0 A 0 -A
接收端：收到相对码bn后，可由bn恢复绝对码an。 根据式(7-3-1)可得
an bn bn1
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 18
7.2 数字基带信号的码型和波形
极性交替码（AMI码）
它用无脉冲表示“0”，而“1”则交替地用正、负 极性的脉冲(可以为归零，也可以为不归零)表示。
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 5
7.1 数字基带系统的构成
取样判决和码元再生
取样判决器的功能是在规定的时刻(由位定时脉冲控 制)对接收滤波器输出的信号进行取样，然后根据预 选确定的判决规则对取样值进行判决，确定发端发 的是“1”码还是“0”码。由于信号的失真及噪声 的影响，判决器会发生错判，如发端发送的是“1” 码，而判决器判决出“0”码，这种现象称为误码。
差分码的示意图。
2018年10月
西南交通大学电气工程学院
17
7.2 数字基带信号的码型和波形
波形特点： 观察图7.3.5中差分码相邻码元的变化情况及它与信息 码之间的关系，显然差分码相邻码元有变化表示信息 “1”，相邻两码元不发生变化表示信息“0”。
由于信息携带于差分码的相对变化上，所以差分码也 称为相对码，与此对应，原数字信息就称为绝对码。
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 7
通信原理简答题答案个人整理
通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号何谓模拟信号两者的根本区别是什么答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。
2、画出模拟通信系统的一般模型。
3、何谓数字通信数字通信有哪些优缺点答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。
答：4、按调制方式，通信系统如何分类答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些它们分别表征随机过程的哪些特征答：均值：表示随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心。
方差：表示随机过程在时刻t相对于均值a(t)的偏离程度。
相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。
2、何谓严平稳何谓广义平稳它们之间的关系如何答：严平稳：随机过程(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。
广义平稳：1）均值与t无关，为常数a。
2）自相关函数只与时间间隔=-有关。
严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。
4、平稳过程的自相关函数有哪些性质它与功率谱的关系如何答：自相关函数性质：(1)R(0)=E[]——的平均功率。
(2)R()=R(-)——的偶函数。
(3)——R()的上界。
(4)R(∞)=[]=——的直流功率。
最新通信原理第六版(樊昌信)第7章 数字带通传输系统教学教材
通信原理第7章数字带通传输系统●概述⏹ 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。
⏹ 数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。
⏹数字调制技术有两种方法：◆ 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； ◆ 通过开关键控载波，通常称为键控法。
◆ 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控⏹数字调制可分为二进制调制和多进制调制。
●7.1 二进制数字调制原理⏹7.1.1 二进制振幅键控(2ASK ）◆基本原理：☐“ 通- 断键控(OOK)” 信号表达式☐波形振幅键控 频移键控 相移键控⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e 11()s t 载波2ASK◆2ASK 信号的一般表达式其中T s － 码元持续时间；g (t ) － 持续时间为T s 的基带脉冲波形，通常假设是高度为1 ，宽度等于T s 的矩形脉冲； a n － 第N 个符号的电平取值，若取则相应的2ASK 信号就是OOK 信号。
◆2ASK 信号产生方法➢模拟调制法（相乘器法）➢键控法◆2ASK 信号解调方法☐☐ 相干解调( 同步检测法)()tt s t e c ωcos )(2ASK =∑-=ns n nT t ga t s )()(⎩⎨⎧-=PP a n 1,0,1概率为概率为))开关电路2e 2e☐非相干解调过程的时间波形◆功率谱密度2ASK 信号可以表示成式中 s (t ) －二进制单极性随机矩形脉冲序列 设：P s (f ) － s (t ) 的功率谱密度 P 2ASK (f ) － 2ASK 信号的功率谱密度 则由上式可得由上式可见，2ASK 信号的功率谱是基带信号功率谱P s (f ) 的线性搬移（属线性调制）。
知道了P s (f ) 即可确定P 2ASK (f ) 。
由6.1.2节知，单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为式中 f s = 1/T s G (f ) － 单个基带信号码元g (t )的频谱函数。
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e2FSK(t)
带通滤波器
1
相乘器
cos1t
cos2t
带通滤波器
相乘器
低通滤波器
定时脉冲 抽样 输出 判决器
低通滤波器
相干解调
20
3、2FSK
对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个
载波频率为f1和f2的2ASK信号的叠加。因此，相位
不连续的2FSK信号的功率谱密度可以近似表示成两
个不同载波的2ASK信号功率谱密度的叠加。
f
位置上。
c
P被b ( f )
Ps (
f
)
A2 4
(Pb (
f
fc)
Pb (
f
fc ))
二进制振幅键控信号的带宽B2ASK是基带信号 波形带宽的两倍。
11
P2ASK( f )
载波分量
-fb O fb
P2ASK( f )
f
载波分量
-fc
O fc -2fb fc -fb fc fc +fb fc +2fb f
通信原理
第7章数字带通传输系统
1
概述
数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号 的过程。
数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程 的数字传输系统。
数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控
2
正弦形载波 ： s(t) Acos(0t )
3种基本的键控方法：
振幅键控ASK
频移键控FSK 相移键控PSK
“1”
“0”
“1”
T
“1”
“0”
“1”
T
T
T
3
7.1 二进制数字调制原理
7.1.1 二进制振幅键控(2ASK） 基本原理
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而[Ps1(
f
f1)
Ps1(
f
f1)]
1 4
[Ps
2
(
f
f2)
Ps2 (
f
f2 )]
21
载波频率fc = ( f1+f2 ) /2
h = 0.5 调制指数h = ( f2-f1 ) /RB
h = 0.7
h = 1.5
fc-1.5RB fc -RB fc-0.5RB fc fc +0.5RB fc+RB fc +1.5RB f
t
(c) s2 (t ) cos 2t
1
t
15
2FSK信号的产生，可以采用模拟调频电路和 数字键控的方法来实现。
s(t) 模拟 e0(t) 调频器
(a)
载波 f1 载波 f2
开关电路 。。 K。
e0(t)
(b)
s(t)
相位连续
相位不连续
16
1011001 t t
t
t
t 2FSK信号
t
相位连续的2FSK信号的波形 17
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅 键控（2ASK）。
4
“通-断键控(OOK)”信号表达式
eOOK
(t)
Acos
0，
c
t,
以概率P 发送“1”时 以概率1 P发送“0”时
波形
1
0
0
1
S (t)
sT
t
载波
t
2ASK
t
5
1、2ASK信号的产生
载波信号：
A cosct
数字基带信号： b(t) an g(t nTS )
2ASK信号的功率谱密度示意图
12
结论： ➢ 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分 组成。 ➢ 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若 只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有
B2 ASK 2 fs 2RB
即2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。
13
7.1.2 二进制频移键控（2FSK） 基本原理
B2FSK f2 f1 2 fs
23
7.1.3 二进制相移键控（2PSK） 2PSK信号的表达式：
在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制
“1”和“0”。e2PSK (t) A cos(ct n )
式中，n表示第n个符号的绝对相位：
0， 发送“0”时
n , 发送“1”时
因此，上式可以改写为
n
二进制振幅键控信号可表示为
s2ASK (t) b(t).Acosct
an g(t nTS ).Acosct n
6
1
0
1
1
0
0
1
b(t)
Tb
t
载载载载 t
2ASK载 载 t
2ASK信号的波形随数字基带信号b(t)通-断 变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。
7
图(a)是采用模拟相乘的方法， 图(b)是采用数字键控的方法。
相位不连续2FSK信号的功率谱示意图
B2FSK f2 f1 2 fs
22
结论： 相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散
谱组成。 连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，
若| f1 – f2 | < fs，连续谱在 fc 处出现单峰；若 | f1 – f2 | > fs ，则出现双峰； 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算 2FSK信号的带宽，则其带宽近似为
e2PSK
(t)
A cosct, A cosct,
概率为 P 概率为1 P
24
二进制相位键控(2PSK)通常是用两个频率相同
表达式：载波的频率随二进制基带信号在f1 和f2两个频率点间变化。故其表达式为
e2FSK
(t
)
AAccooss((21tt
n ), n ),
发送“1”时 发送“0”时
14
2FSK信号用不同频率f1和f2的正弦信号分别表示 二进制1和0，波形如图所示。
1
0
1
0
(a)2FSK信号 t
（b) s1 (t ) cos 1t
2、2FSK的解调 2FSK信号的解调有非相干解调和相干解调。
原理是将2FSK信号分解为两路2ASK信号，通过 对两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。
e2FSK(t)
带通滤波器
1
包络检波器
定时脉冲
抽样 判决器
输出
带通滤波器
包络检波器
包络检波法
18
11
00 1
000 1 0 1
2FSK信号
2FSK包络检波法时间波形
定时 脉冲
Sook( t)
带通 滤波器
相乘器
coswct
S(t) 低通 y(t) 抽样 输出
滤波器
判决器
定时
(b)
脉冲
二进制振幅键控信号解调器原理框图
9
cos ct
sOOK (t) s (t )
y(t) 2ASK信号相干解调过程的时间波形
10
3、OOK信号的功率谱
已调信号功率谱是基带信号功率谱
线性搬移到载波频率
e2ASK (t)
b(t)
乘法器
cosw ct
(a)
cosw ct
开关电路 e2ASK (t)
b(t) (b)
二进制振幅键控信号调制器原理框图
8
2、OOK信号的解调 OOK信号可采用包络检波法和相干解调。
Sook(t) 带通 a 全波
滤波器
整流器
包络检波
b 低通
滤波器
(a)
c 抽样 d
判决器 输出