通信原理期末考试试题及答案及考点总结

通信原理期末考试试卷及答案

一、填空题（总分24，共12小题，每空1分）

1、数字通信系统的有效性用传输频带利用率衡量，可靠性用 误码率衡量。

2、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。

3、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。

4、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。

5、当无信号时，加性噪声是否存在？ 是 乘性噪声是否存在？否。

6、信道容量是指： 信道传输信息的速率的最大值 ，香农公式可表示为：)1(log 2N

S B C +=。 7、设调制信号为f （t ）载波为t c ωcos ，则抑制载波双边带调幅信号的时域表达

式为t t f c ωcos )(，频域表达式为)]()([2

1c c F F ωωωω-++。 8、对最高频率为f H 的调制信号m （t ）分别进行AM 、DSB 、SSB 调制，相应已调信号的带宽分别为 2f H 、2f H 、 f H 。

9、设系统带宽为W ，则该系统无码间干扰时最高传码率为2W 波特。

10、PSK 是用码元载波的相位来传输信息，DSP 是用前后码元载波的 相位差来传输信息，它可克服PSK 的相位模糊缺点。

11、在数字通信中，产生误码的因素有两个：一是由传输特性不良引起的 码间串扰，二是传输中叠加的 加性噪声 。

12、非均匀量化的对数压缩特性采用折线近似时，A 律对数压缩特性采用 13 折线近似，μ律对数压缩特性采用15 折线近似。

二、简答题（总分18，共4小题）

1、随参信道传输媒质的特点？（3分）

答：对信号的衰耗随时间变化、 传输的时延随时间变化、 多径传播

2、简述脉冲编码调制的主要过程。(6分)

抽样是把时间连续、幅值连续的信号变换为时间离散，幅值连续的脉冲信号；量化是把时间离散、幅值连续的脉冲信号变换为幅值离散、时间离散的多电平脉冲信号；编码是把幅值、时间均离散的多电平脉冲信号用一组数字序列表示。

3、简单叙述眼图和系统性能之间的关系？（6分）

最佳抽样时刻对应眼睛张开最大时刻；对定时误差的灵敏度有眼图斜边的斜率决定；图的阴影区的垂直高度，表示信号幅度畸变范围；图中央横轴位置对应判决门限电平；抽样时刻上，上下阴影区的间隔距离之半为噪声容限。

4、简述低通抽样定理。（3分）

一个频带限制在（0，f H ）内的时间连续信号m(t)，如果以H 21f ≤

T 的

时间间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定

三、画图题（总分20分，共3小题）

1、已知调制信号()()t t m π2000cos =载波为t π410cos 2，分别画出AM 、DSB 、SSB （下边带）信号的频谱。（6分）

2、设信息序列为100000000001100001，试编为AMI 码和HDB3码（第一个非零

码编为+1），并画出相应波形。（6分）

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

AMI HDB3AMI

HDB3

+1 0 0 0+V-B 0 0-V 0 0+1-1+B 0 0+V-1

+1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0-1

+1 0 0 0+1-1 0 0-1 0 0+1-1+1 0 0+1-1

3、设发送数字信息为110010101100，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。(对2FSK 信号,“0”对应T s =2T c ，“1”对应T s =T c ；其余信号T s =T c ，其中T s 为码元周期，T c 为载波周期；对2DPSK 信号，0=??代表“0”、0180=??代表“1”，参考相位为0；对2PSK 信号，0=?代表“0”、0180=?代表“1”。)（8分）

OOK

2FSK

2PSK

2DPSK 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0

OOK

2FSK

2PSK

2DPSK 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0

四、（总分12分）现有一个由8个等概符号组成的信源消息符号集，各符号间相互独立，每个符号的宽度为0.1ms 。计算：

（1）平均信息量；（2）码元速率和平均信息速率；（3）该信源工作2小时后所获得的信息量；（4）若把各符号编成二进制比特后再进行传输，在工作2小时后发现了27个差错比特（若每符号至多出错1位），求传输的误比特率和误符号率。

解：解：（1）符号）/(38log log 22bit M H ===——（２分）

（2）T s =0.1ms ，所以Baud 10000R s

T 1B == 30kbit/s 310000H R R B b =?=?=——（２分）

（3）216Mbit/s 3600210303=???=?=t R I b ——（３分）

（4）误比特率 761025.110

21627-?=?=b P ——（２分） 2小时传送的码元数为7B 107.23600210000t R N ?=??==

误码率为：761075.310

7227-?=?=e P ——（３分） 五、（总分12分）设某信道具有均匀的的双边噪声功率谱密度()Z n H W f P /105.03-?=在该信道中传输抑制载波的单边带（上边带）信号，并设调制信号m （t ）的频带限制在5K H Z ，而载波为100 K H Z ，已调信号的功率为10KW 。若接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一理想带通滤波器

滤波，试问：

（1）该理想带通滤波器中心频率多大？（2）解调器输入端的信噪功率比为多少？（3）解调器输出端的信噪功率比为多少？

解：（1）单边带信号的载频为100kHz ，带宽B ＝5kHz ，为使信号顺利通过，理想带通滤波器的中心频率为(kHz)5.10252

11000=?+=f ——（３分） (2)解调器输入端的噪声与已调信号信号的带宽相同，

W B f P N n i 5105105.02)(233=????=??=-——（３分）

已知S i =10kW ，所以 20005

10103=?=i i N S ——（３分）

（3）由于单边带调制系统的制度增益为G ＝1，因此解调器输出端的信噪比

200000==i

i N S N S ——（３分） 六、（总分14分）采用13折线A 律编码，最小量化间隔为1个量化单位，已知抽样脉冲值为-95量化单位：

（1）试求此时编码器输出码组，并计算量化误差；

（2）写出对应于该7位码的均匀量化11位码。

解：（1）已知抽样脉冲值I 0＝-95，设码组的8位码分别为C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 8。

因为I 0<0，故C 1＝0——（２分）

又因为I 0>64，且I 0<128，故位于第4段，段落码C 2C 3C 4＝011 ——（３分）

第4段内的量化间隔为4，由I 0＝64＋7×4＋3知，I 0位于第4段第7量化级，C 5C 6C 7C 8＝0111 ——（３分）

因此，输出码组为C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 8＝00110111 ——（１分）

译码输出 -(64+7×4＋2／2)＝-94，

量化误差为：-95－(-94)＝-1（单位） ——（２分）

（2）对应于该7位码的均匀量化11位码为：

C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 8 C 9C 10C 11＝00001011110 ——（３分） 考点总结 1

★分集接收：分散接收，集中处理。在不同位置用多个接收端接收同一信号①空间分集：

多副天线接收同一天线发送的信息，分集天线数（分集重数）越多，性能改善越好。接收天线之间的间距d ≥3λ。②频率分集：载频间隔大于相关带宽 移动通信900 1800。③角度分集：天线指向。④极化分集：水平垂直相互独立与地磁有关。

★起伏噪声：P77是遍布在时域和频域内的随机噪声，包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等都属于起伏噪声。

★各态历经性：P40随机过程中的任意一次实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，关于各态历经性的一个直接结论是，在求解各种统计平均（均值或自相关函数等）是，无需做无限多次的考察，只要获得一次考察，用一次实现的“时间平均”值代替过程的“统计平均”值即可，从而使测量和计算的问题大为简化。

部分相应系统：人为地、有规律地在码元的抽样时刻引入码间串扰，并在接收端判决前加以消除，从而可以达到改善频谱特性，压缩传输频带，是频带利用率提高到理论上的最大值，并加速传输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求的目的。通常把这种波形称为部分相应波形。以用部分相应波形传输的基带系统成为部分相应系统。

多电平调制、意义：为了提高频带利用率，可以采用多电平波形或多值波形。由于多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码，在波特率相同（传输带宽相同）的条件下，比特率提高了，因此多电平波形在频带受限的高速数据传输系统中得到了广泛应用。

MQAM ：多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。因此MPSK 和MDPSK 体制为人们所喜用。但是MPSK 体制中随着M 的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容县随之减小，误码率难于保证。为了改善在M 大时的噪声容限，发展出了QAM 体制。在QAM 体制中，信号的振幅和相位作为作为两个独立的参量同时受到调制。这种信号的一个码元可以表示为：

)cos()(0k k k t A t S θω+=，T k t kT )1(+≤<，式中：k=整数；k θ和k A 分别可以取多个离散值。

（解决MPSK 随着M 增加性能急剧下降）

★相位不连续的影响：频带会扩展；包络产生失真。

★相干解调与非相干解调：P95

相干解调：也叫同步检波，解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号频谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个乘法器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把载频位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用乘法器与载波相乘来实现。相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（成为相干载波），他与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。相干解调适用于所有现行调制信号的解调。相干解调的关键是接收端要提供一个与载波信号严格同步的相干载波。否则，相干借条后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，这在传输数字信号时尤为严重。

非相干解调：包络检波属于非相干解调，。络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。它属于非相干解调，因此不需要相干载波，一个二极管峰值包络检波器由二极管VD 和RC 低通滤波器组成。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号。其结构简单，且解调输出时相干解调输出的2倍。

4PSK 只能用相干解调，其他的即可用相干解调，也可用非相干解调。

非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。这里的压缩是用一个非线性电路将输入电压x 变换成输出电压y 。输入电压x 越小，量化间隔也就越小。也就是说，小信号的量化误差也小，从而使信号量噪比有可能不致变坏。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，当输入电压x 减小时，应当使量化间隔Δx 按比例地减小，即要求：Δx ∝x 。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性具有对数特性。

（小信号发生概率大，均匀量化时，小信号信噪比差。）

★A 律13折线：P269

ITU 国际电信联盟制定了两种建议：即A 压缩率和μ压缩率，以及相应的近似算法——13折线法和15折线法。我国大陆、欧洲各国以及国际间互联时采用A 压缩率及相应的13折线法，北美、日本和韩国等少数国家和地区采用μ压缩率及15折线法。

A 压缩率是指符合下式的对数压缩规律：式中：x 为压缩器归一化输入电压；y 为压缩器归一化输出电压；A 为常数，它决定压缩程度。

A 律表示式是一条连续的平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。现在由于数字电路技术的发展，这种特性很容易用数字电路来近似实现。13折线特性就是近似于A 律的特性。 因为话音信号为交流信号，及输入电压x 有正负极性。这就是说在坐标系的第三象限还有对原点奇对称的另一半曲线。第一象限中的第一和第二段折线斜率相同，所以构成一条直线。同样，在第三象限中的第一和第二段折线斜率也相同，并且和第一象限中的斜率相同。所以，这四段折线构成了一条直线。一次，在这正负两个象限中的完整压缩曲线共有13段折线，故称13折线压缩特性。

★增量调制ΔM 过载怎样用图标表示：

译码器恢复的信号时阶梯型电压经过低通滤波器平滑后的解调电压。它与编码器输入模拟信号的波形近似，但是存在失真。将这种失真称为量化噪声。这种量化噪声产生的原因有两个。第一个原因是由于编码、译码是用接替波形去近似表示模拟信号波形，有阶梯波形本身的电压突跳产生失真。这是增量调制的基本量化噪声，又称一般量化噪声。它伴随着信号永远存在，即只要有信号，就有这种噪声。 第二个原因是信号变化过快引起的失真；这种失真成为过载量化噪声。它发生在输入信号斜率的

绝对值过大时。由于当抽样频率和量化台阶一定

时，阶梯波的最大可能斜率是一定的。若信号上升

的斜率超过阶梯波的最大可能斜率，则阶梯波的上

升速度赶不上信号的上升速度，就发生了过载量化

噪声。

★分接与复接：P289

复用的目的是为了扩大通信链路的容量，在一条链路上传输多路独立的信号，即实现多路通信。与频分复用相比，时分复用的主要优点是：便于实现数字通信、易于制造、适

???????≤≤++≤<+=11ln

1ln 110ln 1x A A Ax A x A Ax y

于采用集成电路实现、成本较低。时分复用的基本原理中的机械旋转开关，在实际电路中是用抽样脉冲取代的。因此，各路抽样脉冲的频率必须严格相同，而且相位也需要有确定的关系，使各路抽样脉冲保持等间隔的距离。在一个多路复用设备中使各路抽样脉冲严格保持这种关系并不难，因为可以有同一时钟提供各种抽样脉冲。

但是随着通信网的发展，时分复用的设备的各路输入信号不再只是单路模拟信号。在通信网同往往有多次复用，有若干链路来的多路时分复用信号，再次复用，构成高次复用信号。这是对于高次复用设备而言，其各路输入信号可能是来自不同地点的多路时分复用信号，并且通常来自各地的输入信号的时钟（频率和相位）之间存在误差。所以在低次群合成高次群时，需要将各路输入信号的时钟调整统一。这种

将低次群合并成高次群的过程成为复接，

将高次群分解为低次群的过程成为分接。

★几种同步：P404

载波同步（载波恢复）

码元同步（时钟同步、时钟恢复、对于二进制码元而言，码元同步又称为位同步。）群同步（帧同步、字符同步）

网同步