东北通信原理总复习

2011年通信原理期末考试题型：一、填空题每空一分共15分二、选择题十道题每题二分共20分三、画图题两道每题五分共10分四、简答题两道每题五分共10分五、计算题四道共45分通信原理总复习第一章通信原理绪论通信原理总复习了解通信技术的发展；掌握消息、信息、信号的定义；掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；掌握通信系统模型及其主要性能指标；重点：1.信息的度量；2.数字通信系统模型的理解与掌握。难点：数字通信系统性能指标的理解与计算；通信原理总复习设离散信息源是一个由n个符号组成的集合，按独立出现。记2、非等概情况的信息量的计算则每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量

为：式(1.4-9)通信原理总复习由于H同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵，其单位为/符号。当信源中每个符号等概独立出现时，式(1.4-9)即成为式(1.4-5)。可以证明，此时信源的熵有最大值：通信原理总复习有效性用传输速率来衡量；可靠性用差错率来衡量。二、数字通信系统1、传输速率码元传输速率

RB简称

传码率，又称

符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B

。例如，若

1

秒内传2400个码元，则传码率为2400B。通信原理总复习在数字通信中，一个码元（符号）在时间轴上的长度被称为码元长度。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度有关信息传输速率简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为，或，或。通信原理总复习式中，H是信源中每个符号所含的平均信息量（熵）码元速率和信息速率有确定的关系，即

等概传输时，熵有最大值，信息速率也达到最大，即

式中，M为符号的进制数。二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为

数码率。通信原理总复习保证信息速率不变的情况下，M

进制码元速率RBM

与二进制码元速率RB2

之间有以下转换关系：

衡量数字通信系统

可靠性

的指标是差错率，常用

误码率或误信率

表示。2、差错率通信原理总复习第二章随机信号分析通信原理总复习一、定义所谓平稳随机过程，是指它的统计特性不随时间的推移而变化。统计特性与起始时间无关则称是狭义平稳随机过程或严平稳随机过程。设有一个随机过程ξ(t)，它的均值为常数，自相关函数仅是τ的函数，则称它为宽平稳随机过程或广义平稳随机过程。数字特征与起始时间无关通信原理总复习如果平稳随机过程依概率1使下式成立则称该平稳随机过程具有各态历经性。“各态历经”的含义：随机过程中的任一实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，只需从任意一个随机过程的样本函数中就可获得它的所有的数字特征，从而使“统计平均”化为“时间平均”，使实际测量和计算的问题大为简化。左端统计数字特征右端时间数字特征通信原理总复习［的平均功率］［的直流功率］［的偶函数］［的上界］［方差，的交流功率］当均值为0时，有具有下列主要性质：设ξ(t)为实平稳随机过程，则它的自相关函数代入性质1，2，就得到方差定义式只与时间间隔有关通信原理总复习简记为关系式（2.2-18）称为维纳-辛钦关系。

根据上述关系式及自相关函数R(τ)的性质，不难推演功率谱密度有如下性质：

2.

偶函数1.

实数

、非负性通信原理总复习由以上输出过程的数学期望和自相关函数证明，若线性系统的输入过程是平稳的，则输出过程也是平稳的。三、输出过程

ξo(t)的功率谱密度

可见，系统输出功率谱密度

是

输入功率谱密度Pi(ω)

与系统功率传输函数|H(ω)|2

的乘积

。通信原理总复习结论：通信原理总复习综上所述，我们得到一个重要结论：一个均值为零的窄带平稳高斯过程ξ(t)，它的同相分量ξc(t)和正交分量ξs(t)也是平稳高斯过程，而且均值都为零，方差也相同。此外，在同一时刻上得到的ξc和ξs是互不相关的或统计独立的。综上所述，我们又得到一个重要结论：一个均值为零，方差为的窄带平稳高斯过程ξ(t)

，其包络的一维分布是瑞利分布，相位的一维分布是均匀分布。并且就一维分布而言，与是统计独立的。通信原理总复习第三章信道与噪声通信原理总复习图3-1调制信道和编码信道信道的一般组成如图3-1所示：通信原理总复习信道广义信道（简称信道）狭义信道有线信道无线信道调制信道

编码信道从研究信息传输的角度出发，使一些基本问题的研究比较方便。通信效果的好坏，很大程度上将依赖于狭义信道的特性。在图3-1所示的编码信道模型中，由于信道噪声或其它因素影响导致输出数字序列发生错误是统计独立的，因此这种信道是无记忆编码信道。通信原理总复习有线信道，如电缆光纤等无线信道，如中短波、微波信道等恒参信道随参信道有记忆编码信道无记忆编码信道广义信道狭义信道调制信道编码信道信道通信原理总复习恒参信道的信道特性不随时间变化或变化很缓慢。由架空明线、电缆、人造卫星中继、中长波地波传播、超短波及微波与光波的视距传播、以及光导纤维等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。

二、恒参信道特性恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。线性网络的传输特性可以用幅度－频率特性和相位－频率特性来表征。通信原理总复习理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延特性曲线如图3-13所示：图

3-13理想信道的幅频特性

、相频特性和群迟延-频率特性通信原理总复习如果信道的幅度-频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度-频率失真；如果信道的相位-频率特性在信号频带范围之内不是ω的线性函数，则会使信号产生相位-频率失真。理想信道（信号通过无畸变）的条件：常数或者（

d

为常数）通信原理总复习恒参信道特性对信号传输的其它影响非线性畸变：由信道中元器件振幅特性的非线性引起，造成谐波失真及若干寄生频率等；频率偏移：由信道中接收端解调载频与发送端调制载频之间偏差造成的；相位抖动：由调制和解调载频的不稳定所造成，相位抖动相当在发送信号上附加一个小指数的调频。以上的非线性畸变，一旦产生，均难以消除。通信原理总复习二、随参信道特性(1)对信号的衰耗随时间随机变化；(2)信号传输的时延随时间随机变化；(3)多径传播。由此我们可以得到以下两个结论:(1)多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相位受调制的窄带信号，这种信号称为衰落信号，即多径传播使信号产生瑞利型衰落；(2)从频谱上看，多径传播使单一谱线变成了窄带频谱，即多径传播引起了频率弥散。通信原理总复习b)频率选择性衰落与相关带宽

当发送信号是具有一定频带宽度的信号时，多径传播除了会使信号产生瑞利型衰落之外，还会产生频率选择性衰落。我们假设多径传播的路径只有两条，信道模型如图3-22所示：通信原理总复习对于固定的，信道幅频特性如图3-23(a)所示:图

3-23信道幅频特性(a)时延差固定(b)时延差随机变化通信原理总复习多径传播时的相对时延差通常用最大多径时延差来表征。设信道最大多径时延差为，则定义多径传播信道的相关带宽为：(3.3-30)它表示信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔。如果信号的频谱比相关带宽宽大，则将产生严重的频率选择性衰落。通信原理总复习为了减小频率选择性衰落，就应使信号的频谱小于相关带宽。在工程设计中，为了保证接收信号质量，通常选择信号带宽为相关带宽的1/5~1/3。通信原理总复习按加性噪声来源分类人为噪声：外台信号、电气开关合断、点火系统自然噪声：天电噪声来源于雷电、磁暴、宇宙射

线、太阳黑子内部噪声：系统设备内部本身产生的各种噪声，电阻器热噪声、电子管、半导体管中的电子起伏（散弹噪声）按随机噪声性质分类单频噪声：外台信号脉冲噪声：电气开关合断噪声、工业电火花起伏噪声：热噪声、散弹噪声、宇宙噪声通信原理总复习信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率。连续信道的信道容量()a)香农公式带宽为B()的连续信道，其输入信号的功率为S，信道加性高斯白噪声的功率为N。可以证明，信道的信道容量为：通信原理总复习第四章模拟调制系统一、抑制载波双边带调制(－)在信号中，如果将载波抑制，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号()。频带宽度是调制信号带宽的两倍调制方式信号带宽制度增益设备复杂度主要应用2中等较少应用1复杂短波无线电广播话音频分多路略大于近似近似复杂商用电视广播2/3简单中短波无线电广播中等超短波小功率电台微波中继调频立体声广播各种模拟调制系统的性能比较通信原理总复习第五章数字基带传输系统通信原理总复习1.单极性不归零波形这是最简单、最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应二进制代码0和1特点是：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外，位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0序列时，没有位同步信息。通信原理总复习2．双极性不归零波形脉冲的正负电平分别对应于二进制代码1、0；由于它是幅度相等、极性相反的双极性波形，故当0、1符号等概出现时，无直流分量。恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。故双极性波形有利于在信道中传输。通信原理总复习3．单极性归零波形与单极性归零波形的区别是：有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内，总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其它波形提取位定时信号时需采用的一种过渡波形通信原理总复习

4．双极性归零波形它是双极性波形的归零形式。每个码元内，脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。通信原理总复习5.2.2基带信号的频谱特性通过谱分析，可了解信号需占据的频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量等。这样，才能针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可从信号中提取定时信号。可见稳态波的功率谱是冲击强度取决的离散线谱；根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0）和定时分量

(m=1)

。

交变波的功率谱是连续谱，它与g1(t)和g2(t)的频谱以及出现概率P有关。通信原理总复习二进制基带信号的功率谱密度

单极性半占空归零信号的带宽为：单极性不归零信号在离散谱线中只有直流分量单极性归零信号有直流分量，也有定时分量，且带宽大于不归零码通信原理总复习从以上两例可以看出:(1)随机序列的带宽取G1(f)和G2(f)之中较大带宽的一个作为序列带宽。时间波形的占空比越小，频带越宽。矩形脉冲脉宽为τ，则。(2)单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比；单极性归零信号中有定时分量；单极性不归零信号中无定时分量；0、1等概的双极性信号没有离散谱。通信原理总复习5.3基带传输的常用码型图5-6码和3码的功率谱通信原理总复习二、3码3码的全称是3阶高密度双极性码，它是码的一种改进型。其编码规则如下：1连“0”个数不超过3时，将1变为+－交替2将4个0中的第4个0变为V,极性与前非零码极性相同3自添加的V，保证V码+－交替。否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为或–B4破坏脉冲之后的传号码极性也要交替通信原理总复习代码：100001000011000

0l1

AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1

HDB3码：-1000-V+1000+V-1+1–B00–V+l-1

HDB3码的编码规则比较复杂，但译码简单：每一个

破坏符号V

总是

与前一非

0

符号

同极性，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V

；于是，也断定

V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复

4

个连0码；再将所有－1

变成

+

1后便得到原消息代码

。通信原理总复习下面，研究如何设计基带传输特性H(ω)，以形成在抽样时刻上无码间串扰的冲击响应波形h(t)。根据上面的分析，假设延迟t0=0，无码间串扰的基带系统冲击响应应满足下式无码间干扰的时域条件说明：无码间串扰的基带系统冲击响应，t=0时取值不为零，其它抽样时刻t=的抽样值均为零.(5.5-1)通信原理总复习无码间干扰的频域条件将无码间串扰时域条件(5.5-1)带入上式，便可得无码间串扰时，基带传输特性应满足的频域条件或写成该条件

称为

奈奎斯特

第一准则

。它为我们提供了

检验

一个给定系统

特性

H

(ω)是否产生

码间串扰

的

方法

。通信原理总复习同时还可看出，如果该系统用高于甚至是低于1波特的码元速率传送时，将存在码间干扰。考虑到系统的频率宽度为1/2，而最高码元速率为1，故这时的系统最高频带利用率为2。通常把1/2称为奈奎斯特带宽，即系统的最小传输带宽，记为W1；则该系统无码间干扰时最高的传输速率为2W1波特，这个传输速率通常被称为奈奎斯特速率。理想低通传输特性的基带系统有最大的频带利用率。但是，理想低通系统在实际应用中存在两个问题：升余弦滚降系统的频率特性通信原理总复习基带系统的传输特性B发送单个符号a0=＋1时B点的信号能量升余弦滚降系统的冲激响应通信原理总复习此系统无码间干扰的码速率为，无码间干扰的最大码速率为，式中为滚降系数.带宽为故升余弦滚降系统的最大频带利用率为通信原理总复习通信原理总复习对于单极性信号，对于双极性信号，基带系统的总的误码率在单极性与双极性基带波形的峰值A相等，噪声均方根值也相同时，单极性基带系统的抗噪声性能不如双极性基带系统。通信原理总复习图5-18眼图的模型}信号失真斜边过零点失真噪声容限最佳判决门限电平

最佳判决时刻

通信原理总复习第七章数字频带传输系统通信原理总复习一、二进制振幅键控（2）二、二进制移频键控（2）三、二进制移相键控（2）11010110相对码010011011通信原理总复习通信原理总复习延迟

Ts