通信原理概論課后習題答案賀貴明主編.docVIP

第一章1.模擬通信、數(shù)字通信分別有哪些特點?答: 模擬信號的產(chǎn)生有倆種情況，一種是由信源直接發(fā)出的模擬信號；另一種是由信源發(fā)出的離散信號，經(jīng)某種變換后形成模擬信號。模擬通信系統(tǒng)的的主要缺點是抗干擾能力差和保密性差。數(shù)字信號的產(chǎn)生也分倆種情況，一種是由信源直接發(fā)出的離散信號；另一種是信源發(fā)出的模擬信號，再經(jīng)“摸|數(shù)”轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字信號的優(yōu)越性抗干擾強、保密性好，且數(shù)字電路易于集成、縮小體積，所以越來越受到青睞。2.通信系統(tǒng)有哪些分類，如何分類？答：按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)；按物理特征分類：電話通信，圖像通信，數(shù)據(jù)通信；按傳輸媒介分類：有線和無線通信；按調(diào)制方式分類：調(diào)制傳輸和基帶傳輸；3.怎樣區(qū)別符號、消息、數(shù)據(jù)、信息?各自如何度量?答:消息是由具體文字，符號或語音所表達的以發(fā)生的某個事件。消息的發(fā)生是有概率的，一個消息的產(chǎn)生可能帶來信息，也可能不帶來信息。符號是文字、數(shù)字、標點之類的東西，是為記錄事件，消息而用的，單個符號也可以代表消息，也會含有信息。數(shù)據(jù)可以看做數(shù)字、文字、字符、符號的范稱，數(shù)字表示的數(shù)據(jù)反映量的大小、文字、符號表示的數(shù)據(jù)則描述概念、事實、情況。信息本身不容易表示，只有用文字符號等來表達、攜帶，在通信中則對他們一信號的形式實現(xiàn)。6.一個由字母A、B、C、D組成的字。對于傳輸?shù)拿恳粋€子母用二進制脈沖編碼，00代替A，01代替B,10代替C，11代替D，每個脈沖寬度為1ms。不同字母是等概出現(xiàn)的，計算傳輸?shù)钠骄畔⑺俾?。解：每個符號所含信息量為所以碼元速率為： RB=1/10.001=1000Rb= RBH=2000bit/s8.試述三種通信交換技術(shù)的特點。答: 通信數(shù)據(jù)交換解決的是通信網(wǎng)絡(luò)中跨節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送問題。（1）線路交換方式：所謂線路交換是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在兩個站之間建立一條專用的通訊線路，在數(shù)據(jù)傳送完成后，就要進行對建立的通道進行拆除，一般情況下由這兩個站中的其中一個來完成，以便釋放專用資源。線路交換的優(yōu)點：線路建立后，所有數(shù)據(jù)直接傳輸。因此數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速、有序；（2）報文交換方式 其特點：a、線路效率較高，這是因為許多報文可以用分時方式共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道。b、不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前暫時存儲這個報文。c、在線路交換網(wǎng)上，當通訊量變得很大時，就不能接受某些呼叫。而在報文交換上卻仍然可以接收報文，只是傳送延遲會增加。e、報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地。f、能夠建立報文的優(yōu)先權(quán)。g、報文交換網(wǎng)可以進行速度和代碼的轉(zhuǎn)換（3）報文分組交換方式：分組交換方式吸取了報文交換方式的優(yōu)點，報文交換方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，無論發(fā)送數(shù)據(jù)長度是多少，都把它看成一個邏輯單元，報文分組方式是，限制數(shù)據(jù)的最大長度。9.三種多路復用技術(shù)在實現(xiàn)多路分割時的關(guān)鍵技術(shù)和有效措施分別是什么？答：第二章1.光纖通信系統(tǒng)有哪些特點？其關(guān)鍵技術(shù)？光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)。光纖通信原理：在發(fā)信端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號（電信號）去驅(qū)動一個光源（半導體激光器或發(fā)光二極管），并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制。調(diào)制后的光信號通過光纖傳送到接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器（半導體光電管）進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出。多路復用技術(shù)包括：頻分多路復用（FDM）、時分多路復用（TDM）、波分多路復用（WDM）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。2.微波通信系統(tǒng)有哪些特點？其關(guān)鍵技術(shù)？答：；必須直線傳播；傳送距離較遠時，采用中繼接力方式；微波頻帶寬，通信容量大；頻段得天獨厚，受干擾少，穩(wěn)定可靠；波束直線定向傳播；技術(shù)：微波信號傳播；微波通信的頻率配置；信號的傳輸與復用；信號的調(diào)制與解調(diào)；緩解碼技術(shù)；3.衛(wèi)星通信系統(tǒng)相對于微波通信系統(tǒng)有哪些特點？答： 覆蓋面積大, 通信距離遠。 一顆靜止衛(wèi)星可最大覆蓋地球表面三分之一, 三顆同步衛(wèi)星可覆蓋除兩極外的全球表面, 從而實現(xiàn)全球通信。 設(shè)站靈活, 容易實現(xiàn)多址通信。 通信容量大, 傳送的業(yè)務類型多。 衛(wèi)星通信一般為恒參信道, 信道特性穩(wěn)定。 電路使用費用與通信距離無關(guān)。 建站快, 投資省。 4.電纜通信系統(tǒng)的特點如何？不同電纜其應用范圍如何？5.移動通信系統(tǒng)有哪些特點？其關(guān)鍵技術(shù)？答：特點：1)移動性。2)電波傳播條件復雜(3)噪聲和干擾嚴重。(4)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜。5）要求頻帶利用率高、設(shè)備性能好。技術(shù)：信號控制技術(shù)；分集接收技術(shù)；軟切換技術(shù)；聲音的可變速率編碼；多徑分集接收技術(shù)。7.試述光通信同步數(shù)字體系SDH的主要特點？答：1)全世界唯一標準。2)不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有統(tǒng)一的接口方式有嚴格規(guī)范要求(3)采用同步復用方式和復用映射結(jié)構(gòu)使低速信號和高速信號的復用/解復用過程得到簡化。(4)采用ADM分插復用，DXC數(shù)字交叉連接等技術(shù)使系統(tǒng)組網(wǎng)能力，自愈能力大大增強，同時降低維護管理要求。8.試述擴頻通信中碼分多址的概念和主要技術(shù)？答：擴頻碼分多址（）是一種把許多用戶的通信地址和信息組合在有限的頻帶內(nèi)，在單一頻率點上形成一點對多點的通信方式。由于采用擴頻技術(shù)，因此其還具有一定的抗干擾能力。碼分多址采用擴頻技術(shù)，攜帶信息的擴頻信號的主要特征是它們的頻帶寬度比信息速度 大得多。擴頻信息含有大量的頻帶冗余，用于克服在無線信道傳輸中所遇到的干擾，其中包括多址干擾。主要技術(shù)：一、擴頻序列與調(diào)制 二、信道編碼與分離多徑接收 三、多用戶接收與功率控制四、同步捕捉與跟蹤9.偽隨機碼的原理是什么？其正交性及相關(guān)特性如何？10.試述CDMA系統(tǒng)中的分集接收技術(shù)？答：快衰落信道中接收的信號是到達接收機的各條路徑分量的合成。如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將這些信號適當合并構(gòu)成總的接收信號，則能夠大大減小衰落的影響。這就是分集接收的基本思想。分集兩個字就是分散得到幾個合成信號并集中這些信號的意思。只要被分集的幾個信號之間是統(tǒng)計獨立的，那么經(jīng)適當?shù)暮喜⒑缶湍苁窍到y(tǒng)性能大為改善11. 試述CDMA系統(tǒng)中移動臺通信的切換控制過程？答：移動臺利用 Rake 接收機的多個接收支路，開始與一個新的基站聯(lián)系時，并不立即中斷與原基站之間的 通信，即先建立與新基站的通信，然后直到接收到原基站信號低于一個門限值時再切斷與原基站的通信， 這種切換方式稱為軟切換。軟切換僅僅能運用于具有相同頻率的 CDMA 信道之間，包含不同基站之間的切換 和不同 BSC 之間的切換，利用 IMR（Inter MSC Router）的 MSC 之間的切換。更軟切換專指同一基站不同 扇區(qū)之間的切換。12. CDMA系統(tǒng)中的多徑分級接收是如何實現(xiàn)的？第三章3-1 什么是調(diào)制信道？什么是編碼信道？答：所謂調(diào)制信道是指調(diào)制輸出端到解調(diào)輸入端的部分。 所謂編碼信道是指編碼器輸出端到譯碼器輸入短的部分。3-2 什么是恒參信道？什么是隨參信道？目前常見的信道中，哪些屬于恒參信道？哪些屬于隨參信道？答：恒參信道是指乘性干擾不隨時間變化或基本不變化。 隨參信道是非恒參信道的統(tǒng)稱，它的乘性干擾是隨機變化的。 常見的恒參信道有：由架空明線，電纜，中長波地波傳播，超短波及微波視距傳播，人造衛(wèi)星中繼，光導纖維以及光波視距傳播等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信道。 常見的隨參信道有：短波電離層反射，超短波流星余跡散射，超短波及微波對流層散射， 超短波電離層散射以及超短波超視距繞射等傳輸媒質(zhì)所分別構(gòu)成的調(diào)制信道。3-3 信號在恒參信道中傳輸時主要有哪些失真？如何才能減小這些失真？答：信號在恒參信道中傳輸時主要有：幅度頻率畸變和相位頻率畸變。為了減小幅度頻率畸變，在設(shè)計總的傳輸特性時，一般要求把幅度頻率畸變控制在一個允許的范圍內(nèi)，通常采用均衡措施。相位頻率畸變也可以采用均衡措施來減小失真度。 3-4 什么是群延遲頻率特性？它與相位頻率特性有和關(guān)系？答：所謂群延遲頻率特性就是相位頻率特性對頻率的導數(shù)。 它與相位頻率特性的關(guān)系：若相位頻率特性用（W）來表示，則群延遲頻率特性（w）為：（w）=d（W）/dw3-5 3-5 隨參信道的特點如何？為什么信號在隨參信道中傳輸時會發(fā)生衰落現(xiàn)象?答：隨參信道的特點：第一：對信號的衰耗隨時間而變化； 第二：傳輸?shù)臅r延隨時間而變化；第三：多徑傳播。信號在隨參信道中傳輸時會發(fā)生衰落現(xiàn)象是因為： 多徑傳播的結(jié)果使確定的載波信號變成了包絡(luò)和相位受到調(diào)制的窄帶信號； 從頻譜上看，多徑傳輸引起了頻率彌散，即由單個頻率變成了一個窄帶頻譜。3-6 信道中常見的起伏噪聲有哪些？它們的主要特點是什么？答：信道中常見的起伏噪聲有：熱噪聲，散彈噪聲，以及宇宙噪聲等。它們的主要特點是：無論在時域內(nèi)還是在頻域內(nèi)它們總是普遍存在和不可避免的。3-7 信道容量是如何定義的？連續(xù)信道容量和離散信道容量的定義有何區(qū)別？答：對于一切可能的信息源概率分布來說，信道傳輸信息的速率R的最大值稱為信道容量，記之為C,即 式中max表示對所有可能的輸入概率分布來說的最大值。3-8 香農(nóng)公式有何意義？信道容量與“三要素“的關(guān)系如何？答：香農(nóng)公式表明了當信號與作用在信道上的起伏噪聲的平均功率給定時，在具有一定頻帶寬度B的信道上， 理論上單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。一個連續(xù)信道的信道容量受“三要素“B,n,s的限制。只要這三個要素確定，則信道容量也就隨之確定。當或時，信道容量 。3-9設(shè)一恒參信道的幅頻特性和相頻特性分別為其中和都是常數(shù)。試確定信號通過該信道后的輸出信號的時域表示式，并討論之。解：傳輸函數(shù)沖激響應輸出信號討論：該恒參信道滿足無失真條件，故信號在傳輸過程中無失真。3-10.設(shè)某恒參信道的幅頻特性為其中，都是常數(shù)，試求信號 通過該信道后的輸出信號表示式。解:因為 所以 |Hw|=K0(1+aCOST0) (w)=-wtd3-11 設(shè)某恒參信道可用圖P3-1所示的線性二端口網(wǎng)絡(luò)來等效。試求它的傳輸函數(shù)H()，并說明信號通過該信道時會產(chǎn)生哪些失真。3-12今有兩個恒參信道,其等效模型分別如圖P3-2(a)、(b)所示，試求這兩個信道的群遲延特性，并畫出它們的群遲延曲線，同時說明信號通過它們時有無群遲延失真？ (a) 圖P3-2 (b)解：對(a) H()=R2/(R1+R2) H()= R2/(R1+R2) ()=0td()=- d()/d =0 信號通過該信道時無群遲延失真。信號通過該信道時有群遲延失真。3-13假設(shè)某隨參信道的兩徑時延差為1ms，試求該信道在哪些頻率上傳輸衰耗最大？所傳輸?shù)男盘栠x用哪些頻率傳輸最有利？解：=1ms當f=n/=n kHz時（n為整數(shù)），出現(xiàn)傳輸極點，傳輸最有利；當f=(n/2+1)/=(n/2+1)kHz時，出現(xiàn)傳輸零點，傳輸衰耗最大。 3-14題圖3.3所示的傳號和空號相間的數(shù)字信號通過某隨參信道。已知接收信號是通過該信道兩條路徑的信號之和。設(shè)兩徑的傳輸衰減相等（均為d），且時延差=T/4。試畫出接收信號的波形示意圖。解： S2（）=21.3810-234001000=11.0410-18 V2HzS（）= S1（）+ S2（）=19.3210-18 V2Hz3-15設(shè)某隨參信道的最大多徑時延差等于3ms, 為了避免發(fā)生選擇性衰落，試估算在該信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號的碼元脈沖寬度。解：信道相關(guān)帶寬根據(jù)工程經(jīng)驗，信號帶寬故碼元寬度3-16若兩個電阻的阻值都為1000，它們的溫度分別為300K和400K，試求這兩個電阻串聯(lián)后兩端的噪聲功率譜密度。解：S1（）=2KTR=21.3810-233001000=8.2810-18 V2Hz3-19已知某標準音頻線路帶寬為3.4KHZ。 (1)設(shè)要求信道的S/N=30dB，試求這時的信道容量是多少?(2)設(shè)線路上的最大信息傳輸速率為4800b/s，試求所需最小信噪比為多少?解： （2）已知：C=Rmax=4800b/s 則：3-20 具有6.5MHz的某高斯信道，若信道中的信號功率與噪聲功率譜密度之比為45.5MHz，試求其信道容量。3-21 設(shè)高斯信道的帶寬為4kHz，信號與噪聲的功率比為63，試確定利用這種信道的理想通信系統(tǒng)之傳信率和差錯率。解：B=4kHz, S/N=63C=B2(1+S/N)=4k2(1+63)=24kb/s88對理想通信系統(tǒng)，其傳信率達到最大值，即傳信率=24kb/s，差錯率=03-22已知黑白電視圖像大約由3105個像素組成，假設(shè)每個像素有10個亮度等級，他們出現(xiàn)的概率是相等的。若要求每秒傳送30幀圖像，而滿意地再現(xiàn)圖像所需的信噪比為30dB。試求傳輸此電視信號所需的最小帶寬。 解: (1)每個像素信息量： 每幅圖信息量： 信源信息速率： 因為：r必須小于或等于C，所以 由題意知信噪比為30dB,可得 (2) 已知C，S/N，求B。 由香農(nóng)公式：第四章4-1設(shè)調(diào)制信號為單頻余弦信號，即用它進行標準調(diào)幅，求時域表達式及波形；頻域表達式及頻譜圖；調(diào)制指數(shù)及頻率表達式；解 頻譜圖4.2已知一個AM廣播電臺輸出功率是50KW，采用單頻余弦信號進行調(diào)制，調(diào)制幅度為0.707。a) 計算調(diào)制效率和載波功率；b) 如果天線用50電阻負載表示，求載波信號的峰值幅度。 調(diào)制效率4.3用03000Hz的信號調(diào)制載頻為20.000MHz的載波產(chǎn)生SSB信號，用下圖超外差接收機解調(diào)，兩級混頻器的本機振蕩頻率分別為f0和fd， f0高于輸入信號頻率，中頻放大器通帶10.00010.003 MHz。求 如是上邊帶信號，試確定f0和fd ， 如是下邊帶信號，試確定f0和fd 。解 上邊帶信號時，輸入為20.00020.003 MHz，因f0高于輸入信號頻率，有： f0-(20.00020.003)= (10.00310.000) MHz f0=30.003MHz fd-(10.00310.000)= (00. 003) MHz fd=10.003MHz下邊帶信號時，輸入為20.00019.997 MHz，因f0高于輸入信號頻率，有: f0-(20.00019.997)= (10.00010.003) MHz f0=30.000MHz (10.00010.003)-fd = (00. 003) M Hz fd=10.000MHz4-6某一電臺應用功率為P瓦的雙邊帶-抑制載波信號以滿足某一區(qū)域的需要。若決定用單邊帶-抑制載波代替，則以同一強度滿足同一區(qū)域的需要時，所需功率是多少？加速在兩種情形下同步解調(diào)的本機振蕩載波強度一樣。4-7現(xiàn)有一振幅調(diào)制信號SAM（t）=（1+ cosWmt）cosWct，如A=0.5，試問信號能否用包絡(luò)檢波器調(diào)解？包絡(luò)檢波器的輸出信號是什么？解：能用包絡(luò)檢波器解調(diào)，輸出信號為AcosWmt=0.5 cosWmt4-8設(shè)一雙邊帶信號SDSB （t）= f（t）cosWct，用相干解調(diào)恢復f（t），本地載波為cos（Wct+）。如果所恢復信號是其最大值可能值的90%，試問相位的最大允許值是多少？解：f（t）=cosWmtcos（Wct+）=1/2 f（t）coscos（2Wct+） 最大=1/2 f（t）cos ，即cos=0.94-10有一角調(diào)信號s(t)=Acosct+100cos(mt)（1） 如果調(diào)制為PM，且Kp=2，試求f(t)及f(t)所導致的峰值角頻率變化。（2） 如果調(diào)制為FM，且Kf=2，試求f(t)及f(t)所導致的峰值角頻率變化。解：（1）如果調(diào)制為PM，應有s(t)= Acosct+KPf(t)=Acosct+100cos(mt)KP=2f(t)= 50cos(mt)(t)=ct+100cos(mt)(t)=c-100msin(mt)=100m（2）如果調(diào)制為FM，應有s(t)= Acosct+Kff(t)dt=Acosct+100cos(mt)Kf=2f(t)= -50m sin(mt)(t)= c +Kff(t)=c-100msin(mt)=100m無論調(diào)制為PM或AM，f(t)所導致的峰值角頻率變化均為=100m4.11頻率為100MHz的載波被頻率為5kHz的正弦信號調(diào)頻，最大頻偏fm50kHz，求：1調(diào)頻指數(shù)mf及調(diào)頻波FM的近似帶寬2如果調(diào)制信號的振幅加倍，頻率不變時，調(diào)頻指數(shù)mf及調(diào)頻波有效帶寬BW3如果調(diào)制信號的振幅和頻率均加倍時，調(diào)頻指數(shù)mf及調(diào)頻波有效帶寬BW 解：1調(diào)頻系數(shù)mf=fm/F=10rad 有效帶寬BW=2(mf+1)F=110kHz2調(diào)頻系數(shù)mf=fm/F=20rad 有效帶寬BW=2(mf+1)F=210kHz3調(diào)頻系數(shù)mf=fm/F=10rad 有效帶寬BW=2(mf+1)F=220kHz4.12設(shè)角度調(diào)制信號的表達式為。試求：（1）已調(diào)波信號功率（2）已調(diào)信號的最大頻移；（3）已調(diào)信號的最大相移；（4）已調(diào)信號的帶寬。解：（1）已調(diào)波信號功率P=1010/2=50W（2）該角波的瞬時角頻率為故最大頻偏 （3）調(diào)頻指數(shù) 故已調(diào)信號的最大相移。（4）因為FM波與PM波的帶寬形式相同，即，所以已調(diào)信號的帶寬為 B=2(10+1)*4-14 設(shè)調(diào)制信號f(t)=cos4000t，對載波c(t)=2cos2106t分別進行調(diào)幅和窄帶調(diào)頻。（1） 寫出已調(diào)信號的時域和頻域表達式；（2） 畫出頻譜圖；（3） 討論兩種調(diào)制方式的主要異同點。解：(1)AM信號/或令以下各式中的A0=0，得到DSB-SC信號，則頻譜中沒有截波分量。sAM(t)=(A0+cos4000t)2cos(2106t) =2 A0cos(2106t)+ cos(2106+4000)t+cos(2106-4000)tsAM ()= 2A0(+2106)+ (-2106) +(+2106+4000)+ (-2106-4000) +(+2106-4000)+ (-2106+4000)NBFM信號sFM(t)=2cos2106t+Kfcos(4000t)dt=2cos2106t+Kf/(4000)sin(4000t)2 cos(2106t)-2Kf/(4000)sin(2106t)sin(4000t)= 2cos(2106t)+Kf/(4000)cos(2106+4000)t- Kf/(4000)cos(2106-4000)tsFM ()= 2(+2106)+ (-2106)+Kf/(4000) (+2106+4000)+ (-2106-4000)-Kf/(4000) (+2106-4000)+ (-2106+4000) (3)相同點：AM信號的頻譜和NBFM信號的頻譜都包含有載頻分量(c=2106)和以載頻分量為中心的邊帶分量上邊帶（2106+4000）和下邊帶(2106-4000)。不同點：NBFM信號的邊帶頻譜在正頻域內(nèi)要乘以因子1/(-c)，在負頻域內(nèi)要乘以因子1/(+c)，而AM只是將邊帶頻譜在頻率軸上進行線性搬移； NBFM負頻域的邊帶頻譜相對于載頻分量要反轉(zhuǎn)180，而在AM頻譜中不存在相位反轉(zhuǎn)。4-15某單頻調(diào)制的調(diào)頻波通過鑒頻器，調(diào)頻波的最大相位偏移為5rad，調(diào)制頻率為15kHz，鑒頻系數(shù)KD=0.1v/kHz，試求輸出信號的平均功率？解:輸出信號的平均功率為kDkff (t)f=5fm=15kHz, kD=0.10v/kHzS= kDkfAm/2, 最大頻偏w=kf Am/Wm所以S= kD/2kfAm/wm wm=1/2 kDwmwm=1/25150.1=28.125kw4-16設(shè)一寬帶頻率調(diào)制系統(tǒng)，載波振幅為100V，頻率為100MHZ，調(diào)制信號m（t）的頻帶限制在5K HZ，V2，Kf=500rad/(sV),最大頻偏=75KHZ，并設(shè)信道中噪聲功率譜密度是均勻的，其（單邊帶），試求：（1）接收機輸入端理想帶通濾波器的傳輸特性；（2）解調(diào)器輸入端的信噪功率比為多少？（3）解調(diào)器輸出端的信噪功率比為多少？(4) 若f(t) 以振幅調(diào)制方法傳輸，并以包絡(luò)檢波器檢波，試比較在輸出信噪比和所需帶寬方面與頻率調(diào)制系統(tǒng)有何不同？解：（1）根據(jù)題意可知：調(diào)頻信號帶寬為信號所處頻