通信原理思考題解析樊昌信(第六版)

1、 通信原理 2015.1.12 10:00-11:4031 何謂隨機過程？它具有什么特點？答：隨機過程是一類隨時間作隨機變化的過程，它不能用確切的時間函數(shù)描述。 隨機過程是所有樣本函數(shù)的集合或隨機過程是在時間進(jìn)程中處于不同時刻的隨機變量的集合。34 平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)有哪些性質(zhì)？它與功率譜密度的關(guān)系如何？答：平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)R(t)的性質(zhì)：R(t) 是時間差t的函數(shù)；當(dāng)t = 0時，R(0)等于平穩(wěn)過程的平均功率；R(t)是t 的偶函數(shù)；R(t)在t = 0時有最大值；當(dāng)t = 時，R() 等于平穩(wěn)過程的直流功率；R(0 ) R() = s2 等于平穩(wěn)過程的交流功率。當(dāng)均值為0時，有R(

2、0) = s2。即：x(t)的平均功率；t的偶函數(shù)； R(t)的上界； x(t)的直流功率；x(t)的交流功率。平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)R(t) 與其功率譜密度Px ( f )是一對付里葉變換。35 什么是高斯過程？其主要性質(zhì)有哪些？答：如果隨機過程(t)的任意n維分布服從正態(tài)分布，則成為高斯過程。高斯過程的主要性質(zhì)有： 高斯過程的n維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。 廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴(yán)平穩(wěn)的。 如果高斯過程在不同時刻的取值是不相關(guān)的，那么它們也是統(tǒng)計獨立的。 高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。37 隨機過程通過線性系統(tǒng)時，輸出與輸入功率譜密度的關(guān)系如何？如何求

3、輸出過程的均值、自相關(guān)函數(shù)？答：隨機過程通過線性系統(tǒng)時，輸出過程的功率譜密度是輸入過程的功率譜密度乘以系統(tǒng)頻率響應(yīng)模值的平方。即P0 (f)H* (f)H (f)Pi (f) H (f)2Pi (f)輸出過程的均值等于輸入過程的均值乘以H(0)。輸出過程的自相關(guān)函數(shù)等于輸出過程的功率譜密度的傅里葉逆變換。42 地波傳播距離能達(dá)到多遠(yuǎn)？它適用在什么頻段？答：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2MHZ43天波傳播距離能達(dá)到多遠(yuǎn)？它適用在什么頻段？答：天波傳播能達(dá)到一萬千米以上，應(yīng)用于高頻，2MHZ-30MHZ44 視距傳播距離和天線高度有什么關(guān)系？答：天線高度越高，視距傳播的距離

4、越遠(yuǎn)，其具體關(guān)系為H=D2/50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46 何謂多徑效應(yīng)？答：多徑傳播對信號的影響稱為多徑效應(yīng)48 何謂恒參信道？何謂隨參信道？它們分別對信號傳輸有哪些主要影響？答：信道的特性基本上不隨時間變化或變化極慢極小，這種信道稱為恒定參量信道，簡稱恒參信道。 信道的特性隨機變化，這種信道稱為隨機參量信道，簡稱隨參信道。恒參信道對信號傳輸?shù)闹饕绊懹校侯l率失真、相位失真、非線性失真、頻率偏移和相位抖動等。隨參信道對信號傳輸?shù)闹饕绊懹校核p隨時間變化；時延隨時間變化；多徑效應(yīng)。49 何謂加性干擾？何謂乘性干擾？答：信道中的噪聲n(t) 是疊加在信號上的，

5、而無論有無信號，噪聲n(t)是始終存在的，該n(t)稱加性干擾。 信道的作用相當(dāng)于對輸入信號乘一個系數(shù)k(t)，該k(t)可看作是對信號的一種干擾，稱為乘性干擾。51 何謂調(diào)制？調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用是什么？答：調(diào)制是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用有三個方面： 提高無線通信時的天線輻射效率。 把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。 擴(kuò)展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。52 什么是線性調(diào)制？常見的線性調(diào)制方式有哪些？答：已調(diào)信號的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移，這樣的調(diào)

6、制方式稱為線性調(diào)制。常見的線性調(diào)制方式有：調(diào)幅、雙邊帶調(diào)制、單邊帶調(diào)制和殘留邊帶調(diào)制。5-3 AM信號的波形和頻譜有哪些特點？答：AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀完全一樣；AM信號的頻譜有載頻分量、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)制信號的頻率結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。56 SSB信號的產(chǎn)生方法有哪些？各有何技術(shù)難點？答：SSB信號的產(chǎn)生方法有：濾波法和相移法兩種。濾波法的技術(shù)難點：濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。相移法的技術(shù)難點：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實現(xiàn)。510 什么是頻率調(diào)制？什么是相位調(diào)制？兩者關(guān)系如何？答：所謂頻率調(diào)制是指瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化。所謂相位調(diào)制

7、是指瞬時相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化。由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以FM與PM之間可以互換。若將調(diào)制信號先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波；若將調(diào)制信號先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波。5-16 FM系統(tǒng)產(chǎn)生的門限效應(yīng)的主要原因是什么？答：主要是非線性的解調(diào)作用。61 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及各部分的功能如何？答：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下圖：信道發(fā)送濾波器接收濾波器抽樣判決器濾波器輸入噪聲基帶脈沖基帶脈沖輸出同步提取濾波器各部分的功能：發(fā)送濾波器（信道信號形成器）：壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ巍Ｐ诺溃盒诺赖膫鬏斕匦砸话悴粷M足無失

8、真?zhèn)鬏敆l件，因此會引起傳輸波形的失真。另外信道還會引入噪 聲（假設(shè)是均值為零的高斯白噪聲）。接收濾波器：用來接收信號，濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器：對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘栔刑崛《〞r脈沖。64構(gòu)成AMI碼和HDB3碼的規(guī)則是什么？它們各有什么優(yōu)缺點？答：AMI的編碼規(guī)則：將消息代碼0（空號）仍然變換成傳輸碼0，而把1（傳碼）交替的變換為傳輸碼的+1，-1。因此AMI碼為三電平序列，三元碼，偽三進(jìn)制，1B/1T碼。HDB3的編碼規(guī)則：先把消息代碼變換AMI碼，然后去檢查A

9、MI碼的連零情況，沒有四個或者四個以上的連零串時，這時的AMI碼就是HDB3碼；當(dāng)出現(xiàn)四個或者四個以上的連零串時，將四個連零小段的第四個0變換于遷移非0符號同極性的符號，稱為V符號（破壞碼）。當(dāng)相鄰V符號之間有偶數(shù)個非零符號時，再將該小段的第一個0變成+B或者-B（平衡碼），B符號的極性與前一非零符號的極性相反，并讓后面的非0符號從V符號開始再交替變化。AMI碼的優(yōu)點：沒有直流成分，高、低頻分量少，編譯碼電路簡單，且可利用傳號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性RZ波形，從中可以提取位定時分量。AMI碼的缺點：當(dāng)原信碼出現(xiàn)長連“0”串時，信

10、號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。HDB3 碼保持了AMI碼的優(yōu)點，克服了AMI碼的連“0”碼問題。HDB3碼的編碼雖然比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。66 什么是碼間串?dāng)_？它是如何產(chǎn)生的？它對通信質(zhì)量有什么影響？答：所謂碼間串?dāng)_是由于系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變，并使前面波形出現(xiàn)很長的拖尾，從而對當(dāng)前碼元的判決造成干擾。 碼間干擾的產(chǎn)生是因為在第k個抽樣時刻理想狀態(tài)時抽樣時刻所得的是僅有第k個波形在此時刻被取值，但在實際系統(tǒng)中，會有除了第k個波形以外的波形可能再抽樣時刻被取值。它對通信質(zhì)量的影響：碼間串?dāng)_嚴(yán)重時，會造成錯誤判決。67 為了消除碼間串?dāng)_，基帶傳輸系統(tǒng)的傳

11、輸函數(shù)應(yīng)滿足什么條件？其相應(yīng)的沖激響應(yīng)應(yīng)具有什么特點？答：為消除碼間串?dāng)_，基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸函數(shù)應(yīng)滿足：即滿足無碼間串?dāng)_頻域條件。其相應(yīng)的沖激響應(yīng)應(yīng)具有：即具有無碼間串?dāng)_時域條件。613 什么是眼圖？它有什么用處？由眼圖模型可以說明基帶傳輸系統(tǒng)的哪些性能？具有升余弦脈沖波形的HDB3碼的眼圖應(yīng)是什么樣的圖形？答：眼圖是指通過用示波器觀察接收端的基帶信號波形，從而估計和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種方法。眼圖的用處：眼圖可以定性反映碼間串?dāng)_的大小和噪聲的大小，眼圖還可以用來指示接收濾波器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)性能。由眼圖模型可以說明以下一些基帶傳輸系統(tǒng)的性能： 最佳抽樣時刻是“眼睛”張開最大的時刻

12、； 定時誤差靈敏度是眼圖斜邊的斜率。斜率越大，對位定時誤差越敏感； 圖的陰影區(qū)的垂直高度表示抽樣時刻上信號受噪聲干擾的畸變程度； 圖中央的橫軸位置對應(yīng)于判決門限電平； 抽樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲容限，若噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯判； 圖中傾斜陰影帶與橫軸相交的區(qū)間表示了接收波形零點位置的變化范圍，即過零點畸變，它對于利用信號零交點的平均位置來提取定時信息的接收系統(tǒng)有很大影響。具有升余弦脈沖波形的HDB3碼的眼圖中間會出現(xiàn)一根代表連“0”的水平線。71什么是數(shù)字調(diào)制？它和模擬調(diào)制有哪些異同點？答：數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征傳送的信息，在接收端對載波信號的離散調(diào)制

13、參量進(jìn)行檢測。 和模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅，調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。在原理上二者并沒有什么區(qū)別。只不過模擬調(diào)制是對載波信號的參量進(jìn)行離散調(diào)制，在接收端也只需對載波信號的離散調(diào)制參量估值。72數(shù)字調(diào)制的基本方式有哪些？其時間波形上各有什么特點？答：數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：一是利用模擬調(diào)制方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個特例，把數(shù)字基帶信號當(dāng)成模擬信號的特殊情況處理。二是利用數(shù)字信號的離散取值的特點通過開關(guān)鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種調(diào)制方式通常有幅度鍵控、頻率鍵控和相位鍵控。其時間波形上來說，有可能是不連續(xù)的。73 什么是振幅鍵控？OOK

14、信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法有哪些？答：振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。OOK信號的產(chǎn)生方法有：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法。OOK信號的解調(diào)方法有：非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)法（同步檢測法）。74 2ASK信號傳輸帶寬與波特率或基帶信號的帶寬有什么關(guān)系？答：2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍或基帶信號帶寬的兩倍。75 什么是頻移鍵控？2FSK信號產(chǎn)生和解調(diào)方法有哪些？答：頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。2FSK信號產(chǎn)生方法：模擬調(diào)頻法和鍵控法。解調(diào)方法：非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)法。78 什么是絕對相移？什么是相對相移？他

15、們有何區(qū)別？答：以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)數(shù)字信號的調(diào)制方式稱為絕對相移鍵控。利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息的調(diào)制方式稱為相對相移鍵控。相對移相信號可以看做是把數(shù)字信息序列絕對碼變換成相對碼，然后根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對移相而成。在絕對相移中，相位變化是以未調(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)的，而相對相移是以前一相鄰碼元的相位為參考基準(zhǔn)的。93 對于低通模擬信號而言，為了能無失真恢復(fù)，理論上對于抽樣頻率有什么要求？答：理論上為了使抽樣頻率能恢復(fù)到原來的模擬信號，需要采樣頻率大于等于信號最高頻率的兩倍94 試說明什么是奈奎斯特抽樣速率和奈奎斯特抽樣間隔？答：為了從抽樣信號中恢復(fù)原信號m(t)

16、，抽樣頻率fs應(yīng)不小于m(t)最高頻率fH的兩倍，這一最低抽樣速率2fH稱為奈奎斯特抽樣速率，與此相應(yīng)的最小抽樣時間間隔稱為奈奎斯特抽樣間隔。1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型1.2.3 數(shù)字通信的特點(1) 抗干擾能力強，且噪聲不積累(2) 傳輸差錯可控(3) 便于處理、變換、存儲，將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸(4) 易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕(5) 易于加密處理，且保密性好1.3.1 通信系統(tǒng)的分類u 按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng) 。調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制，詳見書中表1-1。u 按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)u 按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和

17、無線通信系統(tǒng) 3.1.2 隨機過程的數(shù)字特征均值（數(shù)學(xué)期望）：方差：相關(guān)函數(shù)3.2.1 平穩(wěn)隨機過程的定義（1）其均值與t 無關(guān)，為常數(shù)a ；（2）自相關(guān)函數(shù)只與時間間隔t 有關(guān)。把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機過程。3.2.2 各態(tài)歷經(jīng)性如果平穩(wěn)過程使下式成立則稱該平穩(wěn)過程具有各態(tài)歷經(jīng)性。3.2.4 平穩(wěn)過程的功率譜密度非周期的功率型確知信號的自相關(guān)函數(shù)與其功率譜密度是一對傅里葉變換。這種關(guān)系對平穩(wěn)隨機過程同樣成立，即有3.4 平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)輸出過程xo(t)的均值:輸出過程xo(t)的自相關(guān)函數(shù)：輸出過程xo(t)的功率譜密度:u 若線性系統(tǒng)的輸入是平穩(wěn)的，則輸出

18、也是平穩(wěn)的。 u 如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。 3.3.2 重要性質(zhì)u 廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴(yán)平穩(wěn)的。u 高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。3.3.3 高斯隨機變量（1）f (x)對稱于直線 x = a，即（2）3.5 窄帶隨機過程 若隨機過程x(t)的譜密度集中在中心頻率fc附近相對窄的頻帶范圍Df 內(nèi)，即滿足Df fc的條件，且 fc 遠(yuǎn)離零頻率，則稱該x(t)為窄帶隨機過程。 3.7 高斯白噪聲和帶限白噪聲白噪聲n (t) 定義：功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲 雙邊功率譜密度 單邊功率譜密度4.1 無線信道電磁波的分類：u 地波：頻

19、率 2 MHz；距離：數(shù)百或數(shù)千千米 u 天波：頻率：2 30 MHz；一次反射距離： 30 MHz；距離: 和天線高度有關(guān)m4.3.2 編碼信道模型 P(0 / 0)和P(1 / 1) 正確轉(zhuǎn)移概率，P(1/ 0)和P(0 / 1) 錯誤轉(zhuǎn)移概率P(0 / 0) = 1 P(1 / 0) P(1 / 1) = 1 P(0 / 1) 5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)器原理：為了無失真地恢復(fù)原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。5.3.2 窄帶調(diào)頻（NBF

20、M）如果FM信號的最大瞬時相位偏移滿足下式條件則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。5.3.3 寬帶調(diào)頻調(diào)頻波的有效帶寬為：調(diào)頻廣播中規(guī)定的最大頻偏Df為75kHz，最高調(diào)制頻率fm為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)mf 5，由上式可計算出此FM信號的頻帶寬度為180kHz。5.4.3 小信噪比時的門限效應(yīng)當(dāng)(Si /Ni)低于一定數(shù)值時，解調(diào)器的輸出信噪比(So /No)急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應(yīng)。 5.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較帶寬：BAM=BDSB=2fm BSSB=fm VSB略大于fm FM帶寬為WBFM抗噪聲性能最好， DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差

21、。SSB的帶寬最窄，其頻帶利用率最高；FM占用的帶寬隨調(diào)頻指數(shù)mf的增大而增大，其頻帶利用率最低。第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶信號 未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號，它所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始的。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)。6.2.1 傳輸碼的碼型選擇原則（1） 不含直流，且低頻分量盡量少；（2） 應(yīng)含有豐富的定時信息，以便于從接收碼流中提取定時信號；（3） 功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；（4） 不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化； （5） 具有內(nèi)在的檢錯能力，即碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測。（6） 編譯碼簡單，以降低通

22、信延時和成本。6.3.2 數(shù)字基帶信號傳輸?shù)亩糠治鰹榱舜_定第k個碼元 ak 的取值，首先應(yīng)在t = kTs + t0 時刻上對r(t)進(jìn)行抽樣，以確定r(t)在該樣點上的值。由上式得第一項ak h(t0)是第k個接收碼元波形的抽樣值，它是確定ak 的依據(jù)；第二項（S項）是除第k個碼元以外的其它碼元波形在第k個抽樣時刻上的總和（代數(shù)和），碼間串?dāng)_值。第三項nR(kTS + t0)是輸出噪聲在抽樣瞬間的值。6.4.2 無碼間串?dāng)_的條件在無碼間串?dāng)_時域條件的要求下，我們得到無碼間串?dāng)_時的基帶傳輸特性應(yīng)滿足 或 上條件稱為奈奎斯特(Nyquist)第一準(zhǔn)則。第7章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) u 數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。u 數(shù)字帶