通信原理问答题

二、问答题：1、信道容量是如何定义的？连续信道的信道容量可由香农公式C=Blog2(1+S/N) 来计算，公式中各参数的含义是什么？并指出提高C 的有效方法。

答：信道传输信息的最大信息速率称为信道容量。

公式中C为连续信道的信道容量，B为信道带宽，S为信道输出的信号功率，N为信道输出加性带限高斯白噪声功率。

要提高信道容量，可以提高信噪比S/N，或者增加信道带宽，但不能无限制地增加，因为信道带宽无限大时，噪声功率也无穷大。

2、什么是幅度调制？常见的幅度调制有哪些？什么是角度调制？常见的角度调制有哪些？答：幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程，常见的幅度调制有调幅(AM)、双边带(DSB)、单边带(SSB)、残留边带(VSB)等调制。

角度调制是正弦载波的幅度保持不变，而正弦载波的频率或相位随调制信号变化的过程，常见的角度调制有频率调制(FM)和相位调制(PM)3、数字通信的主要优点和缺点是什么？答：优点：抗干扰能力强；传输差错可以控制，提高了传输质量；便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；易于做高保密性的加密处理；易于集成化，从而使通信设备微型化。

缺点：比模拟通信占据更宽的系统频带，系统设备复杂对同步要求高。

4、什么是宽平稳随机过程？平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间的关系如何？答：所谓宽平稳随机过程，是指它的数学期望与时间无关，而其相关函数仅与时间间隔有关。

若线性系统的输入ξi(t)是平稳随机过程，则输出ξo(t)也是平稳随机过程，且E[ξo(t)]=E[ξi(t)]·H(0)，Pξo(ω)=|H(ω)|2Pξi(ω)，其中H(ω)为线性系统的传输函数。

5、已知消息代码为100000000011001000001，将其编成HDB3码，并简述HDB3码的特点。

答：HDB 3码为+1000+V-B00-V0+1-100+1000+V0-1HDB 3码的特点是无直流成分，只有很小的低频成分，且使连0串减少到至多3个，有利于定时信号的恢复。

6、什么是门限效应？AM 信号采用包络检波法解调时为什么会产生门限效应？6、答：所谓门限效应，就是当包络检波器的输入信噪比降低一个特定的数值后，检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。

这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的，在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声。

7、数字通信系统有哪些特点？答：数字通信的主要特点与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，其特点是：i. 抗干扰能力强，且可消除噪声积累。

ii. 差错可控。

iii. 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理。

iv. 易于集成化。

v. 易于加密处理。

但是，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。

另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。

不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化，数字通信必将逐步取代模拟通信而占主导地位。

8、平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间有什么关系？答：随机过程通过线性系统的分析，完全是建立在确定信号通过线性系统的分析基础之上的。

是对确定信号分析的推广。

设线性系统的冲激响应为()t h ，输入随机过程为()t i ξ，则输出为()t 0ξ。

()()()()()⎰∞∞-ττ-ξτ=ξ*=ξd t h t t h t i i 0下面分析线性系统当输入()t i ξ是平稳过程时，输出响应()t 0ξ的特性？ (1) 均值 ()[]()()[]()()[]ττ-ξτ=ττ-ξτ=ξ⎰⎰∞∞-∞∞-d t E h d t h Et Ei i 0()[]()[]()()[]()00H t E d h t E t E i i ξ=ττξ=ξ⎰∞∞-()[]()[]()()()()⎰⎰∞∞ω-==ωξ=τ-ξ000dtt h H dtet h H t E t E tj i i(2) ()t 0ξ的功率谱密度()ωξ0P()()()()(){}⎰⎰⎰⎰∞∞-ωτ-∞∞-∞∞-∞∞-ωτ-ξτβαβ-α+τβα=ττ=ωd ed d R h h d eR P j i j 00()()()()()()()()()()2j j j i i h ed h ed R ed H HP H P ωταβωαωβξξααββταβταβωωωωω∞∞∞-+---∞-∞-∞*=⋅+-+-=⋅⋅=⋅⎰⎰⎰线性系统输出平稳过程()t 0ξ的功率谱是输入平稳过程()t i ξ功率谱()ωξi P 与传递函数模的乘积平方。

9、 画出通信系统模型图，并说明模型中各部分的具体作用。

答：通信系统可以用模型加以抽象概括。

信息源——把各种可能消息转换成原始电信号。

发送设备——将原始电信号变换成利于在信道传输的信号。

信道——信号传输通道。

接收设备——从接收信号恢复相应的原始信号。

受信者——将原始电信号转换成消息。

噪声源——信道中噪声及分散在通信系统其它各处的噪声集中表示。

10什么是线性调制？常见的线性调制有哪些？答：所谓线性调制：波形上，幅度随基带信号呈正比例变化；频率上，简单搬移。

常见的线性调制有：普通调幅AM 、双边带信号（DSB —SC ）、单边带信号（SSB ）、残留边带（VSB ）。

11 什么是误码率？什么是误信率？ 答： ⎩⎨⎧be e P P )()(误信率信息差错率误码率码元差错率差错率)(错误码元正确码元总码之数单位时间内系统传输的码元数单位时间内接收的错误+=eP)()()(总信息量总比特数单位时间内系统传输的信息量的比特数丢失出错单位时间内系统传输中=eb P12 什么是门限效应？AM 信号采用何种方法解调会产生门限效应？ 答：当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定值后，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化。

这种现象称为门限效应。

开始出现门限效应地输入信噪比称为门限值。

理论分析表明：包络检波器的门限值为：1≈⎪⎪⎭⎫⎝⎛i i N S 门限值，(分贝数：dB N S ii010≈lg ) 说明：相干解调器解调AM ，不存在门限效应。

原因是信号与噪声可分开解调，解调器输出端总量单独存在有用信号项。

大信噪比（小噪声）时，包络检波器与相干解调器性能类似。

但对于小信噪比（大噪声）情况，包络检波器不如相干解调器，原因是门限效应。

13、什么是随机过程的数学期望和方差？ 答：随机过程()t ξ的数学期望（均值）()[]()()t a dxt x xf t E ⇒=ξ⎰∞∞-,()t ξ所有样本函数在时刻t 的函数值的平均，也称集平均，以区别时间平均的概念。

方差定义()t 2σ：（偏离均值的程度）()[]()()[]{}()()()[]()[]()[]()[]()[]()[]()[]()[]{}()()[]22222222222t a dx t x f xt E t E t E t E t E t E t E t E t t E t E t E t D -=ξ-ξ=ξ+ξ⋅ξ-ξ=ξ+ξξ-ξ=ξ-ξ=ξ⎰∞∞-,}{}{14、数字基带传输的基本结构如何？答：不经过Modem 过程而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统图中，信道信号形成器：产生适合于信道传输的基带信号 （例如形成升余弦、去直流分量） 信道：（有线）电缆接收滤波器：滤噪、波形均衡抽样判决器：在噪声背景下，判定基带信号15、试作出编码信道模型。

答：编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。

调制信道对信号影响使发生模拟性变化，称模拟信道。

编码信道称数字信道，它将调制信道包含在内。

乘性干扰、加性干扰越严重，输出的数字序列出错概率越大。

编码信道可用信道转移概率（条件概率）来描述。

下图wei 二进制无记忆信道模型编码信道包含调制信道，且特性密切依赖于调制信道。

16、什么是数字调制？答：在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。

数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。

数字调制信号也称键控信号。

在二进制时，有ASK ~ 振幅键控、FSK ~ 移频键控、PSK ~ 移相键控。

17、什么是频分复用？答：一个信道中同时传送一个信号是极端浪费的。

将信号进行调制（即用正信号乘此信号）可使信号频谱搬移，使多路信号互重叠地占据不同的频率范围。

18、什么是量化？为什么要进行量化？答：利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。

假如模拟抽样值不经量化传输，当信道中的噪声叠加在模拟抽样值上面以后，接收端不可能精确到判别抽样值的大小，噪声叠加在模拟抽样值上的影响是不能消除的，特别是当信号在整个传输系统中采用多个接力站进行多次接力中继时，噪声是积累的，接力中继越多，噪声越大。

如果发送端用有限个电平来表示模拟抽样值，且二个电平间隔的一半比噪声的最大幅度还要大，噪声的影响就可消除，特别是多次中继接力传输时，噪声不会积累。

抽样是把时间连续的模拟信号变成了时间上离散的模拟信号，量化则进一步把时间上离散但幅度上仍连续的信号变成了时间、幅度上都离散的信号。

19、何谓各态历经性？答：量的实际观测和理论分析表明，许多平稳随机过程具有所谓“各态历经性”：许多平稳过程的数学特征（均值、方差、自相关函数），完全可由过程中的任一实现（任一样本函数）的数学特征来决定。

若一随机过程是各态历经过程，则必满足：()()()()()[]()()()[]()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧τ=τ+=τσ=-=-=σ===⎰⎰⎰⎰⎰-∞→∞∞--∞→∞∞--∞→R dt t x t x T R dt a t x T dx x f a x a dt t x T dx x f x a T T T T T T T T T 2222222222111lim lim lim20、什么是均匀量化？它的主要缺点是什么？答：均匀量化的量化间隔是均匀的且每个量化区间的量化电平均取在各个区间的中点。

均匀量化的缺点：均匀量化时其量化信噪比随信号电平的减少而下降，因为量化间隔V ∆为固定值，量化噪声功率q N 的大小与信号无关，当小信号时， （qq N S ）明显下降。

对于语音信号来说，小信号的出现概率大于大信号的出现概率，这就使平均信噪比下降。

21、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：按信号复用方式分：频分复用：不同信号占据不同的频率范围；时分复用：不同信号占据不同的时间区间；码分复用。