第7章数字带通传输系统2
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。
数字带通传输系统
PE(f)1 4fsP(1P)[G |(ffc)|2|G(ffc)|2]
1 4fs2(1P)2|G(0)|2[(ffc)(ffc)]
当P＝1/2时
PE(f)116fs[G | (f fc)|2|G(f fc)|2]
116fs2|G(0)|2[(f fc)(f fc)]
➢ 根据矩形波形g(t)的特点，对于所有的m≠0的整数，有
P e ( f o ) 1 4 [ P s 1 ( f f 1 ) P s 1 ( f f 1 ) 1 4 ] [ P s 2 ( f f 2 ) P s 2 ( f f 2 )
Peo ( f )
1 4
fsP(1 P)[|G( f
f1) |2
| G( f
f1) |2]
1 4
fsP(1 P)[|G( f
由时域表达式可知，2FSK信号波形可看作两个2ASK信号 波形的合成。下图是相位连续的2FSK信号波形。
2FSK信号频谱分析
➢ 分析方法：把二进制频率键控信号看成是两个振幅键控信 号相叠加的结果。
s1(t) ang(tnsT )
n
s2(t) ang(tnsT)
➢则
n
S F( S t) K e o ( t) s 1 ( t) co 1 t s 2 s ( t) co 2 t s
11f6 s2|G (0)|2[(ff1)(ff1)(ff2)(ff2)]
➢ g(t)是矩形脉冲
|
G(f)|Ts
|
sinfTs | fTs
G(0)=Ts
Peo
(f
)Ts [|sin(f f1)Ts 16s (f f1)Ts
G(mfs)=0
P s ( f) f s P ( 1 P ) |G ( f) |2 f s 2 ( 1 P ) 2 |G ( 0 ) |2( f)
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。
第7章【数字带通传输系统】--7.1资料
t
b
t
c
t
d
1
0
0
1
t
8
2ASK信号
功率谱密度
2ASK信号可以表示成 e 2ASK (t ) st cos c t
式中 s(t) － 二进制单极性 NRZ矩形脉冲序列
设：Ps (f) － s(t) 的功率谱密度 P2ASK (f) － 2ASK信号的功率谱密度 2ASK信号的功率谱
P2ASK ( f ) 1 Ps ( f f c ) Ps ( f f c ) 4
2FSK信号
其他解调方法： 鉴频法、差分检测法、过零检测法等。
19
2FSK信号
2FSK信号的功率谱密度
e2 FSK (t ) s1 (t ) cos1t s2 (t ) cos2t
其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。
根据2ASK信号功率谱密度的表示式， 2FSK信号的功率 谱密度的表示式：
1 0 1 1 0 1 1 0 1
t t t
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。
3
二进制振幅键控(2ASK）
“通-断键控(OOK)” 信号表达式
Acos c t, eOOK (t ) 0，
1
以概率P 发送“ 1”时 以概率1 P 发送“0”时
0 0 1
波形
s t
Ts
t
载波
t
2ASK
t
4
2ASK信号
2ASK信号的一般表达式
其中 s(t )
e2ASK (t ) st cosc t
通信原理实验2数字频带传输系统实验
实验2 数字频带传输系统实验一、实验目的掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程 掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法二、实验原理数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。
数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。
1.调制过程 1）2ASK如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号tf A c π2cos ，则2ASK 信号可以写成如下表达式：()()cos2T n s c n s t a g t nT A f tπ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭∑{}1,0∈n a ，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g 。
可以看到，上式是数字基带信号()()∑-=ns n nT t g a t m 经过DSB 调制后形成的信号。
其调制框图如图1所示：图1 2ASK 信号调制框图2ASK 信号的功率谱密度为：()()()][42c m c m s f f P f f P A f P ++-=2）2FSK将二进制码元“0”对应载波t f A 12cos π，“1”对应载波t f A 22cos π，则形成2FSK 信号，可以写成如下表达式：()()()()()12cos 2cos 2T n s n n s n nns t a g t nT A f t a g t nT A f t πϕπθ=-++-+∑∑当=n a 时，对应的传输信号频率为1f ；当1=n a 时，对应的传输信号频率为2f 。
上式中，n ϕ、n θ是两个频率波的初相。
2FSK 也可以写成另外的形式如下：()()cos 22T c n s n s t A f t h a g t nT ππ∞=-∞⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑其中，{}1,1-+∈n a ，()2/21f f f c +=，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g ，12f f h -=为频偏。
习题答案(第六版)
兰州交通大学《通信原理》精品课程第一章绪论本章主要内容：（1）通信系统的模型与基本概念（2）通信技术的现状与发展（3）信息的度量（4）通信系统的主要性能指标本章重点：1．通信系统的一般模型与数字通信系统模型2．离散信源的信息量、熵的计算3．数字通信系统的主要性能指标：码元传输速率与信息传输速率以及它们的关系、误码率与误信率本章练习题：1-1.已知英文字母e出现的概率为，x出现的概念为，试求e和x的信息量。
查看参考答案o1-2．某信源符号集由A,B,C,D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为14，18，1 8，316和516。
试求该信息源符号的平均信息量。
查看参考答案o1-3.设有4个符号，其中前3个符号的出现概率分别为14，18，18，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。
查看参考答案o1-4．一个由字母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103,41,41,51====D C B A P P P P试计算传输的平均信息速率。
查看参考答案o1-5．国际摩尔斯电码用“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个单位的电流脉冲表示；且“划”出现的概率是“点”出现概率的13。
(1)计算“点”和“划”的信息量； (2)计算“点”和“划”的平均信息量。
查看参考答案o1-6．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132，其余112个出现概率为1224。
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。
查看参考答案o1-7．设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400B，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送16进制信号码元，码元速率不变，则这时的系统信息速率为多少(设各码元独立等概率出现)查看参考答案o1-8．若题1―2中信息源以1000B速率传送信息。
现代通信原理与技术第三版课后_思考题答案
第一章1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么？在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。
收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2 何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么？数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。
他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的。
1.3 何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点？传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5. 设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6. 便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为 4KHZ 带宽，一路数字电话约占64KHZ。
1.4 数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么？数字通行系统的模型见图1-4 所示。
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。
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等于A，方差为
2
2 n
很明显，最佳判决门限为0，于是，有
P e 1 P (z 0 ) 0 f(z )d z2 1z 0 e (z A )2 /2 z 2 d z 1 2 e r2 r f c
式中， rA2 /2n2
∵Pe0和Pe1相等，故总误码率为：
Pe
1 2
erf
c
r 2
13
y 0 ( t) n 0 c ( t)co 0 t s n 0 s( t)si0 tn
• 它们和本地载波相乘，并经过低通滤波后，得出 V1(t)An1c(t) 和 V0(t)n0c(t)
n1c(t)和n0c(t)都是高斯过程，故在抽样时刻其抽样 值V1和V0都是正态随机变量。而且，V1的均值为A， 方差为n2；V0的均值为0，方差也为n2 。
解决办法：
采用差分相移键控(DPSK)体制。
24
2PSK 相干解调原理框图及各点波形图
25
2PSK功率谱
条件：1、0等概
P 2P SK (f)1 T 6 b sin(f(f fcf)c T )b T b2sin(f(f fcf)c T )b T b2
P 2A S K (f)1 T 6 b sin(f(f fcf)c T )b T b2sin(f(f fcf)c T )b T b2
发2DPSK信号时: A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1 （初相0）
发2PSK信号时： B = 1 0 1 1 1 0 1 1 0 （1 ）
ff1f0 2 fc 15 9 8 8 0 2 0 3 0 10 200
18
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
2. 包络检波法的误码率： P e1 2er/21 2e81.710 4
带通滤波器的带宽应等于：B = 2RB = 600 Hz 带通滤波器输入端和输出端的带宽比： 2400/600 = 4 带通滤波器输出端的信噪功率比：r = 4 × 4 ＝16
116(ffc)(ffc)
26
4 二进制相移键控(2PSK)－4.2 功率谱密度
2PSK和2ASK信号波形关系
2A
(a) 2ASK
(b) 2PSK (c) 载波
A
A
27
4 二进制相移键控(2PSK)－4.2 功率谱密度
(a) 2ASK信号的功率谱密度
(b) 2PSK信号的功率谱密度
B B 2B 2 P SK2 ASK B 28
3 二进制频移键控(2FSK)－3.1 基本原理 2FSK：（frequency shift keying） 移频键控是数字信号改变载波的频率。 载波频率随0和1有两种取值，分别为f1和f2。
1
3 二进制频移键控(2FSK)－3.1 基本原理
表示式：
产生方法：
– 调频法： 相位连续
A(t) 调频器
s(t)Βιβλιοθήκη – 开关法： 相位不连续频率源0
f0 开关电路 s(t)
频率源1 f1
A(t)
2
振荡器1
f1
选通开关
在某一个码元Tb期 间只输出f1或f2两个
载波中的一个
基带
信号
反相器
s(t)
s(t)
反相器 e2FSK (t)
振荡器2
f2
选通开关
数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
3
ak
a
s(t)
b
带通滤波
放大限幅
微分
整流
脉冲展宽
低通
a b c d e f
7
3 二进制频移键控(2FSK)－3.2功率谱密度
相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同 载波的二进制振幅键控信号的叠加，其中一个频
率为f1，另一个频率为f2。
e 2 F S K ( t) na n g ( t n T b ) c o s1 t na n g ( t n T b ) c o s2 t
r
30
4 二进制相移键控(2PSK)－4.3 误码率
在相干检测条件下，为了得到相同的误码率，2FSK 的功率需要比2PSK的功率大3 dB；而2ASK则需大6 dB。
31
5 二进制差分相移键控(2DPSK)－ 5.1 基本原理
表示式：
设为当前码元和前一码元的相位之差：
则，信号可以表示为
0
当发送 0”“ 时 当发送 1”“ 时
– 2ASK： – 2FSK：
• 相干检测
Pe
1 er / 4 2
Pe
1 er / 2 2
差 3 dB
– 2ASK： – 2FSK：
Pe
1erfcr/2 2
Pe
1 2
erf
c
r 2
差 3 dB
17
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
【例7.2】设有一2FSK传输系统，其传输带宽等于 2400 Hz。2FSK信号的频率分别等于f0 = 980 Hz， f1 = 1580 Hz。码元速率RB = 300 B。接收端输入 的信噪比等于6 dB。试求： 1. 此2FSK信号的带宽； 2. 用包络检波法时的误码率； 3. 用相干检测法时的误码率。 【解】 1. 信号带宽：
1
1 6 [(f f1 )(f f1 )(f f2 )(f f2 ) ]
9
10
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
设：接收滤波器输出电压波形为：
Ac y(t) Ac
o1stn(t) o0 stn(t)
当发1” 送时 “ 当发0” 送时 “
– 相干检测法的误码率
输入
带通滤波 y0(t) f 0
V0(t) － 频率f0的码元通路信号包络（瑞利分 布）。 这时误码率为：
P e 1 P ( V 1 V 0 ) 0 f 1 ( V 1 ) V 0 V 1 f 0 ( V 0 ) d 0 d V 1 V 0 V 1 n 2 I 0 A n 2 1 e V x 2 V 1 2 p A 2 /2 15n 2 d 1
— 信噪比
当发送码元“0”时，情况一样，故2FSK的总误码
率为： Pe
1 er / 2 2
16
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
– 相干检测法和包络检波法的误码率比较：
• 在大信噪比条件下两者相差不很大。
• 实际应用中，多采用包络检波法。
– 2FSK与2ASK信号的误码率比较：
• 包络检波
– 选择法：用开关电路去选择相位相差的同频载波。
23
4 二进制相移键控(2PSK)－4.1 基本原理
• 解调方法：
– 必须采用相干接收法。
带通滤波
相乘
低通滤波 V(t) 抽样判决
本地载波 提取
在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有180°的相位 模糊问题，对2PSK系统误码性能影响很大，所以2PSK方式在实 际中很少采用。
低通滤波
V1(t) 定时脉冲
输出
5
3 二进制频移键控(2FSK)－3.1 基本原理
– 非相干接收： »包络检波法：
输入
带通滤波 f 0
带通滤波 f 1
包络检波 V0(t) 抽样判决
包络检波
V1(t) 定时脉冲
输出
6
3 二进制频移键控(2FSK)－3.1 基本原理
»过零点检测法 原理：载频不同，过零点数不同， 检测过零点数，即可进一步得到原始的调制信号。
s ( t) co 0 t s (),0 t T
式中，0 ＝ 2 f0为载波的角频率；
为前一码元的相位。
例： 基带信号
111001101 111001101
000 000
初始相位
0
2DPSK码元相位( + ) 0 0 0
000000
32
5 二进制差分相移键控(2DPSK)－ 5.1 基本原理 矢量图
s 1 (t)c o s1 t s2 (t)c o s2 t
8
P 2 F S K ( f ) 1 4 P s 1 ( f f 1 ) P s 1 ( f f 1 ) 1 4 P s 2 ( f f 2 ) P s 2 ( f f 2 )
P=1/2
P 2F SK (f)1 T 6 b sin(f(f f1)fT 1)b T b2sin(f(f f1)fT 1)b T b2 1 T6 bsin(f(f f2f)2 T )bTb2si n (f(f f2f)2 T )bTb2
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
– 包络检波法的误码率
输入
带通滤波 f 0
带通滤波 f 1
包络检波 V0(t) 抽样判决
包络检波
V1(t) 定时脉冲
输出
14
3 二进制频移键控(2FSK)－3.4 误码率
当发送码元“1”时，抽样判决器的两个输入电 压分别为
V 1(t)[Anc1(t)2 ]ns2 1(t)和 V0(t) nc20(t)ns20(t) 式中，V1(t) － 频率f1的码元通路信号包络（广义瑞 利分布）
4 二进制相移键控(2PSK)－4.3 误码率
抽样判决电压为
V(t) AA ncn(tc)(t)
当发0送 ”“ 时 当发1” 送时 “
29
4 二进制相移键控(2PSK)－4.3 误码率
将“0”错判为“1”的概率等于
P e0P (V0/发送 0”“ )时
Pe1
将“1”错判为“0”的概率等于
Pe0
s(t)
c
d
e
f g 2FSK信号
1
0
1
1
00
1
t t
t
t
t
t
t