通信原理(第六版)課后思考題及習(xí)題答案

通信原理(第六版)課后思考題及習(xí)題答案第一章緒論1.1以無(wú)線廣播和電視為例，說(shuō)明圖1-1模型中的信息源，受信者及信道包含的具體內(nèi)容是什么在無(wú)線電廣播中，信息源包括的具體內(nèi)容為從聲音轉(zhuǎn)換而成的原始電信號(hào)，收信者中包括的具體內(nèi)容就是從復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換乘的聲音；在電視系統(tǒng)中，信息源的具體內(nèi)容為從影像轉(zhuǎn)換而成的電信號(hào)。收信者中包括的具體內(nèi)容就是從復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成的影像；二者信道中包括的具體內(nèi)容分別是載有聲音和影像的無(wú)線電波1.2何謂數(shù)字信號(hào)，何謂模擬信號(hào)，兩者的根本區(qū)別是什么數(shù)字信號(hào)指電信號(hào)的參量?jī)H可能取有限個(gè)值；模擬信號(hào)指電信號(hào)的參量可以取連續(xù)值。他們的區(qū)別在于電信號(hào)參量的取值是連續(xù)的還是離散可數(shù)的1.3何謂數(shù)字通信，數(shù)字通信有哪些優(yōu)缺點(diǎn)傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)；優(yōu)缺點(diǎn)：1.抗干擾能力強(qiáng)；2.傳輸差錯(cuò)可以控制；3.便于加密處理，信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹?lái)越重要，數(shù)字通信的加密處理比模擬通信容易的多，以話音信號(hào)為例，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后的信號(hào)可用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密，解密處理；4.便于存儲(chǔ)、處理和交換；數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用的信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理，維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化；5.設(shè)備便于集成化、微機(jī)化。數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)備中大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小，功耗低；6.便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。采用數(shù)字傳輸方式，可以通過(guò)程控?cái)?shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話務(wù)業(yè)務(wù)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)；缺點(diǎn)：占用信道頻帶較寬。一路模擬電話的頻帶為4KHZ帶寬，一路數(shù)字電話約占64KHZ。1.4數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型中的各組成部分的主要功能是什么數(shù)字通行系統(tǒng)的模型見(jiàn)圖1-4所示。其中信源編碼與譯碼功能是提高信息傳輸?shù)挠行院瓦M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；信道編碼和譯碼功能是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力；加密與解密的功能是保證傳輸信息的安全；數(shù)字調(diào)制和解調(diào)功能是把數(shù)字基帶信號(hào)搬移到高頻處以便在信道中傳輸；同步的功能是在首發(fā)雙方時(shí)間上保持一致，保證數(shù)字通信系統(tǒng)的有序，準(zhǔn)確和可靠的工作。1-5按調(diào)制方式，通信系統(tǒng)分類？根據(jù)傳輸中的信道是否經(jīng)過(guò)調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)。1-6按傳輸信號(hào)的特征，通信系統(tǒng)如何分類？按信號(hào)特征信道中傳輸?shù)男盘?hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的系統(tǒng)分別為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1-7按傳輸信號(hào)的復(fù)用方式，通信系統(tǒng)如何分類？頻分復(fù)用，時(shí)分復(fù)用，碼分復(fù)用。1-8單工，半雙工及全雙工通信方式是按什么標(biāo)準(zhǔn)分類的？解釋他們的工作方式并舉例說(shuō)明他們是按照消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分類。單工通信是指消息只能單向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，通信雙方只有一個(gè)進(jìn)行發(fā)送，另一個(gè)只能接受，如廣播，遙測(cè)，無(wú)線尋呼等。半雙工通信指通信雙方都能進(jìn)行收發(fā)信息，但是不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)的工作方式，如使用統(tǒng)一載頻的普通對(duì)講機(jī)。全雙工通信是指通信雙方能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式，如電話等。1-9通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是什么？分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元以組成的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，其優(yōu)勢(shì)是傳輸速度快，無(wú)需附加設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方字符同步，缺點(diǎn)是成本高，常用于短距離傳輸。串行傳輸是將代表信息的數(shù)字碼元以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在信道上傳輸，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是傳輸速度慢，需要外加措施解決收發(fā)雙方碼組或字符同步，常用于遠(yuǎn)距離傳輸。1-10通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有哪些？通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)涉及有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)性、可維護(hù)性等。其中有效性和可1靠性是主要性能指標(biāo)，在模擬通信系統(tǒng)有效性可用有效傳輸頻帶來(lái)度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度，數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。具體誤差率指標(biāo)有誤碼率Pe、誤信率Pb。1-11衡量數(shù)字通信系統(tǒng)有效性和可靠性的性能指標(biāo)有哪些？有效性用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量，可靠性用差錯(cuò)率來(lái)衡量，差錯(cuò)率有誤碼率，誤信率。1-12何謂是碼元速率和信息速率？他們之間的關(guān)系如何？碼元速率定義為每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位為波特；信息速率定義為每秒鐘傳送的信息量，單位是bit/s。1-13何謂誤碼率和誤信率？它們之間關(guān)系如何?誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。指錯(cuò)誤的碼元數(shù)在傳輸碼元數(shù)中所占的比例，Pe=錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)。誤信率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率。指錯(cuò)誤接收地比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中占得比例Pb=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)。它們是描述差錯(cuò)率的兩種不同表述。在二進(jìn)制中，二者數(shù)值相等。1-14消息中包含的信息量與以下哪些因素有關(guān)？A消息出現(xiàn)概B消息的種類C消息的重要程度。第二章確知信號(hào)1.何為確知信號(hào)？答：確知信號(hào)是指其取值在任何時(shí)間都是確定的和預(yù)知的信號(hào)。2.試分別說(shuō)明能量信號(hào)和功率信號(hào)的特性。答：能量信號(hào)的其能量為有限的正值，但其功率等于零；功率信號(hào)其能量為無(wú)窮大，其平均功率為有限值。3.試用語(yǔ)言描述單位沖擊函數(shù)的定義。答：?jiǎn)挝粵_擊函數(shù)是寬度趨于零，幅度趨于無(wú)窮大，積分面積為1的理想信號(hào)。4.試描述信號(hào)的四種頻率特性分別適用于何種信號(hào)。答：功率信號(hào)的頻譜適合于功率有限的周期信號(hào)；能量信號(hào)的頻譜密度適合于能量信號(hào)；能量信號(hào)的能譜密度適合于能量信號(hào)；功率信號(hào)的功率頻譜適合于功率信號(hào)。5.頻譜密度S（f）和頻譜C（jnw。）的量綱分別是什么。答：分別為伏特/赫茲和伏特。6．自相關(guān)函數(shù)有哪些性質(zhì)？答：（1）自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)。（2）與信號(hào)的能譜密度函數(shù)或功率譜密度函數(shù)是傅立葉變換對(duì)的關(guān)系。3當(dāng)I=0時(shí),R(0)等于信號(hào)的平均功率或信號(hào)的能量第三章隨機(jī)過(guò)程1.什么是寬平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程？什么是嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程？它們之間有什么關(guān)系？答：寬平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：若一個(gè)隨機(jī)過(guò)程的數(shù)學(xué)期望與時(shí)間無(wú)關(guān)，而其相關(guān)函數(shù)僅與時(shí)間間隔相關(guān)稱之為寬平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：若一個(gè)隨即過(guò)程任何的n維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無(wú)關(guān)，則之為嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。一個(gè)嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，只要他的均值有界則必然是寬平穩(wěn)的；反之不然。2.平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的自然相關(guān)函數(shù)具有什么特點(diǎn)？答：平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的自然相關(guān)函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無(wú)關(guān)，只與時(shí)間間隔有關(guān)，而且是偶函數(shù)。3.什么是高斯噪聲？什么是白噪聲？它們各有什么特點(diǎn)？答：高斯噪聲：概率密度函數(shù)符合正態(tài)分布的噪聲。高斯噪聲的特點(diǎn)：它的n維分布僅由各隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望、方差和兩兩之間的歸一化協(xié)方差函數(shù)決定。2若高斯噪聲是寬平穩(wěn)，則也是嚴(yán)平穩(wěn)的。若隨機(jī)變量之間互不相關(guān)，則也是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。白噪聲：功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲，屬于一種理想寬帶過(guò)程。白噪聲的特點(diǎn)：白噪聲只在tao=0時(shí)才是相關(guān)的，而在其他任意時(shí)刻上的隨機(jī)變量都不相關(guān)。4.什么是窄帶隨機(jī)過(guò)程？它的頻譜和時(shí)間波形有什么特點(diǎn)？答：如果隨機(jī)過(guò)程的頻譜密度分布在一個(gè)遠(yuǎn)離零頻的很窄的頻率范圍內(nèi)，則稱其為窄帶隨即過(guò)程。其頻譜分布特點(diǎn)是帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率，時(shí)間波形上的特點(diǎn)是呈現(xiàn)出包絡(luò)和相位隨機(jī)緩慢變化的正弦波。5.什么是窄高斯噪聲？他在波形上有什么特點(diǎn)？它的包絡(luò)和相位各服從什么概率分布？答：窄帶高斯噪聲：若一個(gè)高斯噪聲滿足窄帶條件，即其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心頻率，而且中心平率偏離零頻很遠(yuǎn)，則稱之為窄帶高斯噪聲。其波形上的特點(diǎn)是包絡(luò)和相位都像一個(gè)緩慢變化的正弦波。其包絡(luò)的一維分布服從瑞利分布，其相位的一維分布服從均勻分布。6.何為高斯白噪聲？它的概率密度函數(shù)、功率頻譜密度如何表示？答：如果白噪聲取值的概率密度分布服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲，其概率密度函數(shù)為高斯函數(shù)，其功率譜密度為常數(shù)。7.不相關(guān)、統(tǒng)計(jì)獨(dú)立、正交的含義各是什么？他們之間的關(guān)系如何？答：如果兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)方差函數(shù)為零，則稱他們不相關(guān)；如果兩個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合概率密度等于它們各自概率密度的乘積，則稱他們統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。如果兩個(gè)隨機(jī)變量的互相關(guān)函數(shù)為零，則稱他們正交。兩個(gè)均值為零的隨機(jī)變量如果統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則一定是正交及不相關(guān)；兩個(gè)均值為零的隨機(jī)變量正交與不相關(guān)等價(jià)。第四章信道4.1無(wú)線信道有哪些種無(wú)線通訊更具通訊距離，頻率和位置的不同，分為地波、天波和視距傳播和散射傳播等4.2地波傳播距離能達(dá)到多遠(yuǎn)他適用在什么頻段地波傳播在數(shù)百米到數(shù)千千米，應(yīng)用與低頻和甚低頻，大約2MHZ4.3天波傳播距離能達(dá)到多遠(yuǎn)他適用在什么頻段天波傳播能達(dá)到一萬(wàn)千米以上，應(yīng)用于高頻，2MHZ-30MHZ4.4視距傳播距離和天線高度有什么關(guān)系天線高度越高，視距傳播的距離越遠(yuǎn)，其具體關(guān)系為H=D^2/50其中H為天線高度，單位為米，D為視距傳播距離，單位為千米4.5散射傳播有哪些種各適用在什么頻段散射傳播分為電離層散射、對(duì)流散射和流星余跡散射。電離層散射發(fā)生在3OMHZ~60MHZ對(duì)流層散射發(fā)生在100MHZ~4000MHZ；；流星余跡散射發(fā)生在30MHZ~100MHZ4.6何為多徑效應(yīng)多徑傳播對(duì)信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng)4.7什么事快衰落設(shè)么是慢衰落由多徑效應(yīng)引起的衰落稱為快衰落；由信號(hào)路徑上由于季節(jié)，日夜，天氣等變化引起的信號(hào)衰落稱為慢衰落4.8何謂恒參信道何謂隨參信道他們分別對(duì)信號(hào)傳輸有哪些主要影響信道特性基本上不隨時(shí)間變化或者變化很慢稱為恒參信道；信道特性隨機(jī)變化的信道稱為隨機(jī)信道；恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懣梢酝耆?，而隨參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼荒茉诮y(tǒng)計(jì)平均的意義下消除4.9何謂加性干擾何謂乘性干擾不論信號(hào)有無(wú)都存在的噪聲稱為加性干擾；隨信號(hào)大小變化的干擾稱為乘性干擾4.10有線電信道有哪些種傳輸電信號(hào)的有線信道有明線、對(duì)稱電纜和同軸電纜34.11何謂階躍型光纖何謂梯度型光纖折射率在兩種介質(zhì)中均勻不變，僅在邊界處發(fā)生突變的光纖稱為階躍光纖；纖芯折射率延半徑增大方向逐漸減小的光纖稱為梯度型光纖4.12何謂多模光纖何謂單模光纖有多種光線傳播路徑的光纖稱為多模光纖；只有一種光線傳播路徑的光纖稱為單模光纖4.13適合在光纖中傳播的光波波長(zhǎng)有那幾個(gè)1.31UM1.55UM4.14信道中的噪聲有哪幾種信道中得噪聲可以分為脈沖噪聲、窄帶噪聲、起伏噪聲4.15熱噪聲是如何產(chǎn)生的熱噪聲起源于一切電阻性元器件中得電子熱運(yùn)動(dòng)4.16信道模型有哪幾種信道可以分為離散信道和連續(xù)信道4.17試述信道容量的定義信道容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⒘?.18試寫(xiě)出連續(xù)信道容量的表達(dá)式由此式看出信道容量的大小決定于哪些參量連續(xù)信道的信道容量計(jì)算式為Ct=Blog2(1+S/N)(b/s)，可以看出信道容量與信道的帶寬B，信號(hào)的平均功率S和噪聲的平均功率N有關(guān)。第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)1、何為調(diào)制?調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用是什么？所謂調(diào)制就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。作用：1將基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)2實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用3改善系統(tǒng)抗噪聲性能。2、什么是線性調(diào)制？常見(jiàn)的線性調(diào)制有哪些？正弦載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)做線性變化的過(guò)程。從頻譜上說(shuō)，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是頻率位置發(fā)生變化。常見(jiàn)的線性調(diào)制有調(diào)幅，雙邊帶，單邊帶和殘留邊帶調(diào)制。3、AM信號(hào)的波形和頻譜有哪些特點(diǎn)？AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的形狀完全一樣；AM信號(hào)的頻譜有載頻分量、上邊帶下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)和原調(diào)制信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。4與未調(diào)載波的功率相比，AM信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中功率增加了多少？增加了調(diào)制信號(hào)的功率5、為什么要抑制載波？相對(duì)AM信號(hào)來(lái)說(shuō)，抑制載波的雙邊帶信號(hào)可以增加多少功效?抑制載波可以提高調(diào)制效率；對(duì)于抑制載波的雙邊帶，可以使其調(diào)制效率由三分一提高到16、SSB的產(chǎn)生方法有哪些？各有何技術(shù)難點(diǎn)？SSB信號(hào)的產(chǎn)生方式可以分為濾波法和相移法。濾波法的技術(shù)難點(diǎn)是邊帶濾波器的制作。相移法的難點(diǎn)是寬帶移相網(wǎng)絡(luò)的制作。7、VSB濾波器的傳輸特性應(yīng)滿足什么條件？為什么？殘留邊帶濾波器的特性H（w）在+-wc處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱性，相干解調(diào)時(shí)才能無(wú)失真的從殘留邊帶中恢復(fù)所需要的調(diào)制信號(hào)。8如何比較兩個(gè)模擬通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是否相同？為什么？比較兩個(gè)模擬通信系統(tǒng)的抗噪聲性能要綜合考慮帶寬和信號(hào)和噪聲功率比。9、DSB調(diào)制系統(tǒng)和SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能是否相同，為什么相同。如果解調(diào)器的輸入噪聲功率密度相同，輸入信號(hào)功率也相同，則單邊帶和雙邊帶在解調(diào)器輸出的信噪比是相等的。410什么是頻率調(diào)制？什么是相位調(diào)制？?jī)烧哧P(guān)系如何？所謂頻率調(diào)制FM是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化；所謂相位調(diào)制pm是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)線性變化。FM和PM之間可以相互轉(zhuǎn)換，將調(diào)制信號(hào)先微分，后進(jìn)行調(diào)頻則得到相位波；將調(diào)制信號(hào)先積分而后進(jìn)行調(diào)相則得到調(diào)頻波。11什么是門(mén)限效應(yīng)？AM信號(hào)采用包絡(luò)檢波解調(diào)是為什么會(huì)產(chǎn)生門(mén)限效應(yīng)當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降到一個(gè)特定的數(shù)值后，檢波器的輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象成為門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限效應(yīng)本質(zhì)上是有包絡(luò)檢波器的非線性引起的?？梢岳斫鉃楫?dāng)小信噪比時(shí)，解調(diào)器的輸出端沒(méi)有信號(hào)項(xiàng)，會(huì)把有用的信號(hào)擾亂成隨機(jī)噪聲。12為什么相干解調(diào)不存在門(mén)限效應(yīng)？噪聲與信號(hào)可以分開(kāi)進(jìn)行解調(diào)，而解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)14為什么調(diào)頻系統(tǒng)可進(jìn)行帶寬與信噪比的互換，而調(diào)幅不能？因?yàn)檎{(diào)幅系統(tǒng)的帶寬是固定的15FM系統(tǒng)的調(diào)制制度增益和信號(hào)帶寬的關(guān)系如何？這一關(guān)系說(shuō)明什么問(wèn)題？調(diào)制增益與信號(hào)帶寬的關(guān)系為，這說(shuō)明信號(hào)帶寬越大，調(diào)制增益越高16fm產(chǎn)生門(mén)限效應(yīng)的主要原因是什么？主要是非線性的解調(diào)作用17FM系統(tǒng)中采用加重技術(shù)的原理和目的是什么？為了進(jìn)一步改善解調(diào)器的輸出信噪比，針對(duì)鑒頻器輸出噪聲譜呈拋物線形狀的特點(diǎn)，在調(diào)頻系統(tǒng)中采用加重技術(shù)，包括預(yù)加重和去加重措施。預(yù)加重和去加重的設(shè)計(jì)思想是保持輸出信號(hào)不變，有效降低輸出噪聲，已達(dá)到輸出信噪比的目的，其原理實(shí)在解調(diào)錢(qián)加上預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，提升調(diào)制信號(hào)的高頻分量，在解調(diào)以后加上去加重網(wǎng)絡(luò)，使信號(hào)保持不變同時(shí)降低高頻噪聲，從而改善輸出信噪比18什么是頻分復(fù)用頻分復(fù)用中，一個(gè)信道的可用頻帶被分為若干個(gè)互不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中的一個(gè)頻段，在接收端，通過(guò)濾波器選出其中所要接收的信號(hào)，在進(jìn)行解調(diào)。第六章