答案 第七章 数字带通传输系统
(完整word版)通信原理(第六版)课后思考题及习题答案
第一章绪论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。
其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。
樊昌信《通信原理》笔记和课后习题(含考研真题)详解数字带通传输系统【圣才出品】
第7章数字带通传输系统7.1复习笔记数字带通传输系统：包括数字调制和数字解调过程的数字传输系统。
数字调制：利用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。
数字解调：通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。
一、二进制数字调制原理二进制数字调制：调制信号是二进制数字基带信号的调制，其载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。
1．二进制振幅键控（1）2ASK的表达式2ASK信号的一般表达式其中若取则相应的2ASK信号就是OOK信号，其表达式为（2）2ASK的波形图7-12ASK/OOK信号时间波形（3）2ASK的产生方法①模拟调制法（相乘器法）图7-2模拟调制法原理框图②键控法图7-3键控法原理框图（4）2ASK的解调方法①非相干解调（包络检波法）图7-4非相干解调法原理框图非相干解调过程的波形分析图7-5非相干解调过程的时间波形②相干解调（同步检测法）图7-6相干解调法原理框图（5）2ASK的功率谱密度①表达式②示意图图7-72ASK信号的功率谱密度示意图③特性a．2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。
b．2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，即其中，1B B B f T R ==（码元速率）。
2．二进制频移键控（1）2FSK 的表达式2FSK 信号的一般表达式为式中，n ϕ和n θ分别是第n 个信号码元的初始相位，在频移键控中，n ϕ和n θ不携带信息，通常令n ϕ和n θ均为0。
所以可简化为（2）2FSK 的波形图7-82FSK 信号的时间波形（3）2FSK 的产生方法①模拟调频法产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，称为连续相位FSK （CPFSK）。
②键控法图7-9键控法产生2FSK信号的原理图产生的2FSK信号相邻码元之间的相位不一定连续。
（4）2FSK的解调方法①非相干解调图7-10非相干解调法原理框图②相干解调。
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
通信原理填空画图
第一章 绪论一、填空题2、数字通信系统的有效性用 传输速率 衡量，可靠性用 差错率 衡量。
3、模拟通信系统的有效性用 传输带宽 衡量，可靠性用 信噪比 衡量。
5、通信系统的有效性衡量指标对于模拟通信系统为 传输带宽 ，对于数字通信系统为 传输速率 。
6、通信系统的可靠性衡量指标对于模拟通信系统为 信噪比 对于数字通信系统为差错率 。
7、一个M 进制基带信号，码元周期为T S 秒，则传码率为 1/T S 波特 ，若码元等概出现，一个码元所含信息量为 log 2M (bit) 。
9、模拟信号是指信号的参量可 连 续 取值的信号，数字信号是指信号的参量可 离 散 取值的信号。
10根据信道中所传输信号特征的不同，通信系统可分为 模拟 通信系统和 数字 通信系统。
二、画图1、画出模拟通信系统的一般模型。
2、画出通信系统的简化模型。
三、计算题1、对于二电平数字信号，每秒传输300个码元，问此传码率R B 等于多少？若该数字信号0和1出现是独立等概率的，那么传信率R b 等于多少？band R B 300 s bit R b /300第三章 随机信号分析一、填空题1、窄带随机过程可表示为)](cos[)(t t t c ξξϕωα+和t t t t c s c c ωξωξsin )(cos )(-。
2、广义平均随机过程的数学期望、方差与时间无关，自相关函数只与时间间隔有关。
3、随机过程的基本特征是：它是 时间 的函数 ，但是在 某一时刻 上的值却是不确定的，是一个随机变量。
4、随机过程的统计特征可通过它的分布特征或数字特征来描述。
5、一个均值为零方差为2n σ的窄带平稳高斯过程，它的同相分量和正交分量均是平稳高斯过程。
而且均值为0，方差为2n σ6、一个均值为零方差为2n σ的窄带平稳高斯过程，其包络的一维分布服从瑞利分布，相位的一维分布服从均匀分布。
7、平稳随机过程的各态历经性可以把统计平均简化为时间平均，从而大大简化了运算。
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【答案】2Pe（1－Pe） 【解析】码反变换器的功能是将相对码变为绝对码。只有当码反变换器的两个相邻输入 码元中，有一个且仅有一个码元出错时，其输出码元才会出错。设码反变换器输入信号的误 码率是 Pe，则两个码元中前面码元出错且后面码元不错的概率是 Pe（1－Pe），后面码元出 错而前面码元不错的概率也是 Pe（1－Pe）。所以，输出码元发生错码的误码率为 2Pe（1－ Pe）。
7．先将矩形基带信号采用滚降系数为 0.5 的滚降滤波器滤波，然后采用 8PSK 调制方
式实现无码间干扰传输。若传输速率为 30kb／s，需要占用的信道带宽为______。
【答案】15kHz
【解析】对滚降系数α＝0.5，8PSK 无码间干扰传输，传输速率为 30kb／s 的信号，
其需要占用的信道带宽为 B = (1+a )Rb = (1+ 0.5)30 = 15kHz 。
2ASK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 4
；
( ) 2PSK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
erfc
r；
2FSK
在相干解调下误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 2
；
故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK、
2DPSK、2FSK、2ASK。
2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。
通信原理选择填空归纳
第一章1.通信系统分为数字通信系统和模拟通信系统，划分的依据是传输的是模拟信号还是数字信号。
2.基带信号又称调制信号，已调信号通常由于具有带通形式，说以又叫做带通信号或频带信号，它有两个特点：携带信息和适合信道传输；3.数字系统的抗干扰性较强，且噪声不积累。
数字通信系统的发展速度远超过模拟通信系统，已成为当代通信的主流。
4.数字通信系统的解调需要有同步信号，是保证通信系统正确接收的前提条件。
5.数字通信一般要求由较大的 传输带宽。
6.根据信号在信道中传输是否经过调制可将通信系统分为基带传输系统和频带传输系统。
7.传输多路信号有三种传输方式，频分复用，时分复用和码分复用。
8.研究信息传输的角度来说，通信系统的有效性和可靠性是主要矛盾所在。
9.数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用误码率来衡量。
10.一传输系统传输由等概率传输2进制改为等概率传输16进制码元，传输2进制码元时速率为1800B ，在码元速率不变的情况下，此时系统的信息速率为7200bit/s 。
11.某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s , 接收端0.5小时内接受到512个码元，该系统的误码率是多少？第二章1.能量信号的平均功率为0，能量有限，功率信号的功率有限，能量为无穷大。
2.双边谱的正频谱和负频谱的模偶对称，相位奇对称。
3.双边谱仅在数学上有意义，物理上并不存在双边谱。
双边谱的谱线高度是单边谱的一半，且前者便于数学上的分析，后者便于物理上的测量。
4.功率信号的频谱谱线高度单位为V ，表明在该频率点上会有固定的功率，能量信号的频谱密度是连续的谱线幅值的单位为V/Hz ，每个频点处的幅度为无穷小，只在某个小的频率间隔内才有非零振幅。
5.实能量信号的频谱密度正频谱和负频谱的模偶对称，相位奇对称周期功率信号的频谱密度是离散的冲击信号。
6.能量信号的分析用频谱密度和能量谱密度，功率信号的分析用频谱和功率谱密度。
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第七章 数字带通传输系统
1、常用的数字键控方式用哪些？ ASK （幅度键控）：用基带数字信号对高频载波信号的幅度进行控制的方式。
FSK （移频键控）：用基带数字信号对载波信号的频率进行控制的方式 2PSK （绝对移相键控）：用基带数字信号对载波的相位进行控制方式 2DPSK （相对移相键控）：2DPSK 信号的产生方法和绝对移相一样，只需将输入码序列先变换为相对码序列，然后用此相对码去进行绝对移相，便可以获得 2DPSK 信号。
2、已知码元传输速率R B =103 Bd ，接收机输入噪声的双边功率谱密度n 0/2=10-10 W/Hz ，今要求误码率P e =10-5，试分别计算出相干OOK 、非相干2FSK 、差分相干2DPSK 以及2PSK 等系统所要求的输入信号功率。
思路 只要求出接收机带通滤波器输出噪声功率就可以由误码率公式得到P e =10-5的信噪比，从而得出信号功率。
题中已给出噪声的功率谱密度，但没有给定收滤波器带宽。
由于OOK(即2ASK)系统、2DPSK 系统、2PSK 系统都是线性系统，它们的频带利用率为1/(1+α)(Bd/Hz)。
若收滤波器为升余弦滚降特性，其等效噪声带宽为1000 Hz ，可用此等效带宽求噪声功率。
设α=1，且收滤波器的频率特性是带宽为2000 Hz 的理想矩形，我们以此为标准进行计算。
非相干2FSK 解调器由两个非相干2ASK 解调器构成，两个收滤波器的带宽与线性系统一样。
解： 设OOK 、差分相干2DPSK 以及2PSK 的收滤波器的频率特性是带宽为2000 Hz 的理想矩形，非相干2FSK 接收机的两个支路带通滤波器的频率特性也是带宽为2000 Hz 的理想矩形。
在此条件下，接收机输入噪声功率为 N=(10-10×2×2000) W=4×10-7 W (1) 相干OOK(2ASK)系统 由误码率公式
P e =⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛2r Q =10-5 得 r=
N
S
=36.13 S=(36.13×4×10-7) W=1.45×10-5
W (2) 非相干2FSK 系统 由误码率公式
P e =2
1
5210-=r
e 得 r=21.6 S=(21.6×4×10-7) W=0.86×10-5 W (3) 差分相干2DPSK 系统 由误码率公式 P e =5102
1
--=r e
得 r=10.8 S=(10.8×4×10-7) W=0.43×10-5 W (4) 相干2PSK 系统 由误码率公式 P e =Q(r 2)=10-5
得 r=9.03 S=(9.03×4×10-7) W=0.36×10-5 W
3、已知2FSK 信号的两个频率f 1=980 Hz ，f 2=2180 Hz ，码元速率R B =300 Bd ，信道有效带宽为3000 Hz ，信道输出端的信噪比为6 dB 。
试求： (1) 2FSK 信号的谱零点带宽； (2) 非相干解调时的误比特率； (3) 相干解调时的误比特率。
解： (1) 2FSK 信号的谱零点带宽为
B s =|f 2-f 1|+2R b =(2180-980+2×300) Hz=1800 Hz
(2) 设非相干接收机中带通滤波器BPF 1和BPF 2的频率特性为理想矩形，且带宽为
6002==B F R B Hz
信道带宽为3000 Hz ，是接收机带通滤波器带宽的5倍，所以接收机带通滤波器输出信噪比是信道输出信噪比的5倍。
当信道输出信噪比为6 dB 时，带通滤波器输出信噪比为 r=5×100.6=5×4=20
2FSK 非相干接收机的误比特率为 P b =21e -r/2=2
1
e -10=2.27×10-5 (3) 同理可得2FSK 相干接收机的误比特率为 P b =Q(r )=Q(20)=Q(4.47)=3.93×10-6
4、待传送二元数字序列{a k }=1011010011：
(1) 试画出QPSK 信号波形。
假定f c =R b =1/T s ，4种双比特码00，10，11，01分别用相位偏移0，π/2，π，3π/2的振荡波形表示； (2) 给出QPSK 信号表达式和调制器原理方框图。
解： (1) QPSK 信号波形如下图所示。
(2) QPSK 信号的表达式为
e QPSK (t)=cosφk cosωc t+sinφk sinωc t=cos(ωc t-φk )
QPSK 调制器原理方框图如下图所示，图中x 与i(t)的对应关系为：x 为1码时，i(t)为负脉冲，x 为0码时，i(t)为正脉冲；y 与q(t)的对应关系同x 、i(t)之间的关系。
5、已知电话信道可用的信号传输频带为600～3000 Hz，取载频为1800 Hz，试说明：
(1) 采用α=1升余弦滚降基带信号时，QPSK调制可以传输2400 bit/s数据；
(2) 采用α=0.5升余弦滚降基带信号时，8PSK调制可以传输4800 bit/s数据；
(3) 画出(1)和(2)传输系统的频率特性草图。
解： (1) 信道带宽为
B
c
=(3000-600) Hz=2400 Hz
α=1时QPSK系统的频带利用率
η
b =
1
1
4
log
1
log
2
2
+
=
+a
M
bps/Hz=1 bps/Hz
数据传输速率
R b =B
c
·η
b
=2400×1 bit/s=2400 bit/s
(2) α=0.5时8PSK系统的频带利用率
η
b =
5.0
1
8
log
2
+
=2 bps/Hz
数据传输速率
R b =B
c
·η
b
=2400×2 bit/s=4800 bit/s
(3) (1)和(2)传输系统的频率特性草图如下图(a)和(b)所示。
6、QPSK系统，采用α=1的升余弦基带信号波形，信道带宽为20 MHz：
(1) 求最大信息速率；
(2) 将信息码进行(2，1，3)卷积码编码后再进行传输，设信源信息速率、基带波形及信道带宽不变，设计一种调制方式并画出系统方框图；
(3) 画出QPSK系统的频率特性草图(设载频为50 MHz)。
解：(1) η
b =log
2
M/(1+α)=［log
2
4/(1+1)］ bps/Hz=1 bps/Hz
所以最大信息速率为
R b =η
b
×B
c
=1×20 Mbit/s=20 Mbit/s
(2) (2，1，3)卷积码的编码效率为0.5，故信源输出数据经(2，1，3)卷积编码后，信
息速率由20 Mbit/s增大到40 Mbit/s，此时频带利用率为
η
b
=2 bps/Hz
由定义η
b =log
2
M/(1+α)
求得 M=16
可采用16QAM调制方式，16QAM系统的原理方框图如下图所示。
(3) QPSK系统的频率特性草图如下图所示。
7、设时频调制信号为四进制的四频四时的调制结构，试以传送二进制信息符号序列11100100为例画出波形示意图。
解：在四进制的四频四时调制方式中，一个双比特代码用四个时隙、四个频率来表示，四个双比特代码00、01、10、11所对应的四个频率分别按如下规则编排：
f 1f
2
f
3
f
4
、f
2
f
3
f
4
f
1
、f
3
f
4
f
1
f
2
、f
4
f
1
f
2
f
3。
二进制信号及四频四时已调信号波形如图
6-48所示，图中设f
1=R
b
、f
2
=2R
b
、f
3
=3R
b
、f
4
=4R
b。