第7章数字带通传输系统
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。
樊昌信通信原理第7章 数字调制(7版)
1
式中，n1c(t) 和 n2c(t) 均为低通型高斯噪声，( 0，
n
2
)
判决 规则
x1 > x2 时，判为“1” x1 x2 时，判为“0”
x1 (t )
定时 脉冲 抽样 判决器 输出
Pe
发 “1” 错判为“0”的概率为
x2 ( t )
P(0 /1) P( x1 x2 ) P( x1 - x2 0)
带通 滤波器
1
相乘器
低通 滤波器 定时 脉冲 低通 滤波器
x1 (t )
抽样 判决器 输出
发送端
信道
yi ( t )
带通 滤波器
y1 (t )
2 cos 1t
相乘器
sT (t ) ni (t )
Pe
2
x2 ( t )
y2 (t )
2 cos 2t
发“1”时：
y1 (t ) a cos 1t n1 (t )
b0 =b / n 归一化门限值 发“0”错判为“1”的概率为
P (1 / 0) P (V b) f 0 (V )dV
b
b
2 2 V V 2 / 2 n2 b2 / 2 n b0 /2 e dV e e n2
系统的总误码率为
Pe P (1) P (0 / 1) P (0) P (1 / 0)
K
a = kA
发“1”时 发“0”时
ni (t )
a cos c t ni (t ) yi (t ) ni (t ) 0
a cos c t n(t ) y (t ) n(t ) 0
发“1”时 发“0”时
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1(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δ(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τ=t 1-t 2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[ξ2(t)]——ξ(t)的平均功率。
(2) R(τ)=R(-τ)——τ的偶函数。
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
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f(x2) 21nexp2x22n2
• 发1时的错误概率为：
0
f1(x)
f(z)
a
x
P ( 0 / 1 ) P ( x 1 x 2 ) P ( x 1 x 2 0 ) P ( z 0 )
•
✓ 其中，z=x1-x2。f(z) 高斯随机变量的性质：
21z ex p(x12 a z2)2
• 送入抽样判决器比较的上下支路输入波形分别为：
上支 LP 输 路 F出 x1(t) ： an1c(t)
下支 LP 输 路 F出 x2(t) ： n2c(t)
✓ 其中，a为信号成分，n1c(t)和n2c(t)均为低通型高斯白噪声。
误码率分析
f(x1) 21nex p(x12 n a 2)2 f0(x)
发1 送 ”“ 时 发0 送 ”“ 时
上支路 n 1(t)n 噪 1 c(t)c声 o1 ts n ： 1s(t)si1 n t
下B 支 P 输 路 Fy 出 2(t) ： a n c 2(t)o 2tsn 2(t)
发1 送 ”“ 时 发0 送 ”“ 时
下支n 路 2(t)n 噪 2 c(t)c声 o2 ts n 2 ： s(t)sin 2 t
• 2ASK系统抗噪性能：等概时，最佳门限值 b* ： a
2
包络检波法的误码率：同步检测法的误
Pe
1er/4 2
a2
r 2n2
Pe
1 er/4
r
2FSK系统的解调方法
ω1 BPF1 y1(t) sFSK(t) 相干解调
× LPF
cosω1t
（同步检测法）
定时脉冲
ω2
BPF2
y2(t)
cosω2t
判决器输入波形分析
带通
滤波器
1
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t)
ni (t)
带通 滤波器
2
相乘器
低通 滤波器
2 cos1t 定时 2 cos2t 脉冲
相乘器
低通 滤波器
x1(t)
抽样 判决器
输出
Pe
x2 (t)
• 在时间(0,Ts)内发送1符号（对应1），则有：
上B 支 输 PF y 路 1 ( 出 t) [a n ： 1 c (t)c ]o 1 t n s 1 s(t)si1 tn 下B 支 输 PF y 路 2 ( 出 t) n 2 c (t) ： co 2 t s n 2 s(t)si2 tn
× LPF
x1(t)
采样 输出 判决
x2(t)
BPF1 y1(t) sFSK(t) 非相干解调
（包络检波法）
y2(t)
BPF2
包络
检波 x1(t)
定时脉冲 采样 输出 判决
包络 x2(t)
检波
同步检测法分析模型
带通
滤波器
1
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t)
ni (t)
带通 滤波器
包络检波器输出波形分析
带通
滤波器
1
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t) ni (t)
• 当发送1时：
带通 滤波器
2
全波 整流器
0tTS 其t它
接收端输入波形分析
带通 滤波器
1
相乘器
低通 滤波器
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t)
ni (t)
带通 滤波器
2
2 cos1t 定时 2 cos2t 脉冲
相乘器
低通 滤波器
• 在每一码元持续时间内，接收端输入波形为：
x1(t)
抽样 判决器
输出
Pe
x2 (t)
yi(t) K K01u T T u((tt)) n nii((tt))
发送 1” “ 时 发送 0” “时
✓ ni(t)是均值为0的加性高斯白噪声；
✓ 信号经过信道传输后只受到固定衰减K。
•Leabharlann 令a=AK，则有：yit aaccoo s21stt n nii((tt)),,
发送 1”“ 时 发送 0” “ 时
通信原理
第七章 数字带通传输系统
内容回顾
数字信号
0
1
近似带宽
2ASK 2FSK 2PSK
0 cosω1t cosωct
cosωct cosω2t cos(ωct+φn)
2fs |f2-f1|+2fs
2fs
• 抗噪性能：指系统克服加性噪声影响的能力。
✓ 分析条件：信道是恒定参数信道，对于传输信号具有 理想的矩形传输特性；噪声为加性高斯白噪声。
P(1/0)P(x1x2)1 2erf c2 r • 同步检测法系统的总误码率为：
P e1 2er f2 rc
1
r
e2
2r
(当 r1 时 )
包络检波法分析模型
带通
滤波器
1
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t)
ni (t)
带通 滤波器
2
全波 整流器
全波 整流器
低通 滤波器
定时 脉冲
低通 滤波器
x1(t)
抽样 判决器
输出
Pe
x2 (t)
• 在一个码元持续时间Ts内的2FSK信号记为：
yit aaccoo s21stt n nii((tt)),,
发送 1”“ 时 发送 0” “ 时
• 上下支路BPF输出信号为：
yt a a c co o 2 1 tt s sn n 2 1 c c((tt))c co o 2 1 tt s sn n 1 2 s s((tt))s sii 1 n 2 n tt,, 发 发1 0 ” 送 送 ”时 “ “ 时
滤波器输出波形分析
带通
滤波器
1
发送端
信道 yi (t)
y1(t) y2 (t )
sT (t)
ni (t)
带通 滤波器
2
相乘器
低通 滤波器
2 cos1t 定时 2 cos2t 脉冲
相乘器
低通 滤波器
x1(t)
抽样 判决器
输出
Pe
x2 (t)
上B 支 P 输 路 Fy 出 1(t) ： a n 1 c (t)o 1 ts n 1(t)
✓ 高斯随机变量的代数和仍为高斯随机变量；
✓ 均值为各随机变量的均值的代数和；
✓ 方差为各随机变量方差之和。
系统误码率
• 发1错判为0的错误概率为：
0
P(0/1)P(z0) f(z)dz
1
2z
0ex p(x2 az2)2 dz
1 2erfc2 r 其中 r， 2a2n2
• 同理可得发0错判为1的概率为：
2
相乘器
低通 滤波器
2 cos1t 定时 2 cos2t 脉冲
相乘器
低通 滤波器
x1(t)
抽样 判决器
输出
Pe
x2 (t)
• 在一个码元持续时间Ts内的2FSK信号记为：
sT(t) uu01T T((tt))
发1时 送 u1T(t) Ac0o1st 发0送 时 u0T(t) Ac0o2st
0tTS 其t它