通信原理教程（第三版）课后思考题答案 - 图文

通信原理思考题复习 1.1 消息和信息有什么区别？信息和信号有什么区别？ 答：消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。 1.2 什么是模拟信号，什么是数字信号？ 答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。 1.3 数字通信有何优点？ 答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。 1.4 信息量的定义是什么？信息量的单位是什么？ 答：设消息x的概率为P(x),其信息量I(x)=-logap(x),.当a=2时， 信息量单位为比特（bit)，当a=e时。信息量单位为奈特（nat)，当a=10时，信息量单位为哈特莱。 1.5 按照占用频带区分，信号可以分为哪几种? 答：基带信号和带通信号。 1.6信源编码的目的是什么？信道编码的目的是什么？ 答：信源编码的目的是提高信号表示的有效性。信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。 1.7 何谓调制？调制的目的是什么？ 答：对信号进行调整就是调节。调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。 1.8 数字通信系统有哪些性能指标？ 答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。 1.9 信道有哪些传输特性？ 答：噪声特性、频率特性、线性特性和时变特性等。 1.10无线信道和有线信道的种类各有哪些？ 答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，主要分为无线电波，微波 和光波。有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤。 1.11信道模型有哪几种？ 答：调制信道模型和编码信道模型。 1.12什么是调制信道？什么是编码信道？ 答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为 调制信道。而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。 1.13 何谓多径效应？ 答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅 度和随机变化，这一现象称为多径效应。 1.14 电磁波有哪几种传播方式？ 答：电磁波有地波传播、天波传播和视线传播三种传播方式。 1.15适合在光纤中传播的光波波长有哪几个？ 答：目前应用最广泛的两个光波波长是1.31um和1.55um。 1.16 什么快衰落？什么是慢衰落？ 答：由多径效应引起的衰落称为快衰落，由单一路径上季节、昼夜、气候等变化引起 。 的衰落称为慢衰落 1.17 信道中的噪声有哪几种？ 答：按照来源分类，信道中的噪声可分为人为噪声和自然噪声两大类。按照性质分类，信 道中的噪声可分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。 1.18 热噪声是如何产生的？ 答：热噪声是由电阻性元器件中自由电子的布朗运动产生的。 第二章 信号 2.1何为确知信号？何为随机信号？ 答：确知信号：取值在任何时间都是确知和可预知的信号。 随机信号：取值不确定， 且不能事先确切预知的信号。 2.2试分别说明能量信号和功率信号的特性。 答：能量信号：能量等于一个有限正值，平均功率为0. 功率信号：平均功 率等于一个有限正值，能量为无穷大。 和频谱C(jnwo)的量纲分别是什么？ 答：伏∕赫（V/HZ）2.6频谱密度S(f)； 伏（V） 2.9随机变量的数字特征主要有哪几个？ 答：数学期望，方差，矩 2.10 正态分布公式中的常数α和δ有何意义 2.11何为平稳随机过程？广义的平稳随机过程和严格平稳随机过程有何区别？ 答：若一个随机过程X（t)的统计特性 与时间起点无关，则该过程为平稳过程。广义平稳随机过程的自相关函数与时间起点无关，只与t1和t2的间隔有关。 2.12何为窄带平稳随机过程？ 答：频带宽度远小于中心频率的随机过程。 2.14何谓白噪声？其频谱和自相关函数有何特点？ 答：白噪声是指具有均匀功率谱密度Pn(f)的噪声.功率谱密度的逆傅 里叶变换就是自相关函数。 2.15什么是高斯噪声？高斯噪声是否都是白噪声？ 2.23信号无失真的传输条件是什么？ 答：要求线性系统传输函数的振幅特性与频率无关，是一条水平直线；其相位特性是一条通过原点的直线。 第三章 模拟调制系统 3.1 调制的目的是什么？ 答：一是通过调制可以把基带信号的频谱搬移到载波频率附近；二是通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力。 3.2 模拟调制可以分为哪几类？ 答：两大类：线性调制和非线性调制。 3.3 线性调制有哪几种？ 答：幅度调制、双边带调制、单边带调制和残留边带调制。 3.4 非线性调制有哪几种？ 答：频率调制和相位调制。 3.5 振幅调制和双边带调制的区别何在？两者的已调信号带宽是否相等？ 答：振幅调制的调制信号包含有直流分量，故 已调信号含有载频分量。而双边带调制的一条信号不含直流分量，故已调信号也就不含载频分量。两者的已调信号带宽相 等，均为调制信号带宽的两倍。 3.6 双边带语音信号的带宽是否等于单边带语音信号带宽的两倍？答：是两倍。 3.7对产生残留边带信号的滤波器特性有何要求？ 答： H(f+f0)+H(f-f0)=C \\f\\t 其中e指检测的错误,t指纠正的错误。 10.6 什么是分组码？试画出其结构图？ 答：分组码：一类重要的纠错码，它把信源待发的信息序列按固定的κ位一组划 分成消息组,再将每一消息组独立变换成长为n(n＞κ)的二进制数字组,称为码字。 10.8 何谓线性码？它具有那些重要的性质？ 10.9何谓循环码，试问循环码的生成多项式，必须满足那些条件？ 13折线A律编码，设最小的量化间隔为1个量化单位，已知抽样脉冲值为-95量化单位； 【题4.17】采用 （1）试求出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（不包括极性码）的均匀量化11位码。 解：（1）已知抽样脉冲值I0＝-95，设码组的8位码分别为C1C2C3C4C5C6C7C8。 因为I0<0，故C1＝0 又因为I0>64， 且I0<128，故位于第4段，段落码C2C3C4＝011；第4段内的量化间隔为4，由I0＝64＋7×4＋3知，I0位于第4段第7量 化级，C5C6C7C8 ＝0111；因此，输出码组为C1C2C3C4C5C6C7C8＝00110111 译码输出：-(64+7 ×4＋2／2)＝-94， 量化误差为：-95－(-94)＝-1（单位） 7位码的均匀量化11位码为： CCCCCCCC CCC＝00001011110 (2) 对应于该1234567891011 X(t)?2cos(2?t??), ???t?? ，式中?是一个离散随机变量，它具 习题2.1 设随机过程可以表示成： 有如下概率分布： P(?=0)=0.5，P(?=?/2)=0.5，试求E[X(t)]和RX(0,1)。 ?解：在t=1时，?(t)的数学期望为：E[X(t)]=P(?=0)2cos(2?t)+P(?=/2)2cos(2?t?)=cos(2?t)?sin2?tcos?t=1 2在t1=0时，t2=1时，?(t)的自相关函数为：RX(0,1）=E[2cos(2πt1+?)·2cos(2πt2+?)]/t1=0,t2=1 =E[2cos?·2cos(2π+?)]= P(?=0)4cos2?+P(?=/2)4cos2?=2 习题2.6 试求X(t)=Acos?t错误！未找到引用源。的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。 解：R(t，t+错误！未找到引用源。)=E[X(t)X(t+?)] 12A2=E?Acos?t*Acos(?t??)??AE?cos???cos?(2t??)??cos???R(?) 22A2功率P=R(0)= 2习题2.8 设随机过程X(t)=m(t)错误！未找到引用源。，其中m(t)是广义平稳随机过程，且其自相关函数为 ?10?4f2,?10 kHZ?f?10 kHZ (1)试画出自相关函数错误！未找到引用源。的曲线； PX(f)??0,其它?(2)试求出X(t)的功率谱密度错误！未找到引用源。和功率P。 ?1??, ?1???0?0???1 解：(1)Rx?????1???0,其它?其波形如图2-1所示。 (2)因为X(t)广义平稳，所以其功率谱密度PX????RX???。由图2-8可见，RX???的波形可视为一个余弦函数与一个三角波的乘积，因此 Px????11???????????0???????0???Sa2??1?2?2?2?1?????0?????0????Sa2???Sa2???4??2??2??习题2.10 已知噪声n?t?的自相关函数Rn????和Pn?f?的曲线。 解：(1)Pn(f)? P?12?????Px???d??11,或S?Rx?0?? 22k-k?e，k为常数。(1)试求其功率谱密度函数Pn?f?和功率P；(2)画出Rn???2?j???????Rn(?)ed???????k?k??j??k2错误！未找到引用源。eed??22k?(2?f)2P?Rn?0??k2 (2)错误！未找到引用源。和Pn?f?的曲线如图2-2示。 ?e?t/?,t?0 习题2.13 设输入信号x(t)?? ，将它加到由电阻R和电容C组成的高通滤波器（见图2-3）上，RC＝错误！?0,t?0C 未找到引用源。。试求其输出信号y(t)的能量谱密度。 R 解：高通滤波器的系统函数为: H(f)=错误！未找到引用源。X(t)?2cos(2?t??), ???t?? 输入信号的傅里叶变换为: X(f)=错误！未找到引用源。 22 输出信号y(t)的能量谱密度为: Gy(f)?Y(f)?X(f)H(f)?图2-3RC 高通滤波器 R?(R?1j2?fC)(1?1j2?f?)

习题2.16 设有一个LC低通滤波器如图2-4所示。若输入信号是一个均值为0、双边功率谱密度为n0的高斯白噪声时，2试求（1）输出噪声的自相关函数。 （2）输出噪声的方差。 解：(1) LC低通滤波器的系统函数为 L 2C 1j2?fCH(f)=错误！未找到引用源。 ? 222? j2?fL1?4?fLCj2?fC 图2-4LC低通滤波器 n0 12输出过程的功率谱密度为：P0(?)?P i(?)H(?)? 21??2LCCn0 Cexp(??) 对功率谱密度做傅立叶反变换，可得自相关函数为: R0(?)? 4LLCn0 2（2）输出亦是高斯过程，因此：??R0(0)?R0(?)?R0(0)? 4L ?(t)可表示成?(t)?2cos(2?t??)，式中?是一个离散随变量，且p(??0)?1/2、p(?习题2.18设随机过程 (0,1)RE[?(1)]?1/2*2cos(2??0)?1/2*2cos(2???/2)?1; E[?(1)]试求及 ?。 解： R?(0,1)?E[?(0)?(1)]?1/2*2cos(0)2cos(2??0)?1/2*cos(?/2)2cos(2???/2)?2 a Rn(?)?exp(?a?)n(t)的自相关函数2 习题2.22已知噪声，a为常数： 求Pn(w)和S； ??/2)?1/2， 2aaa2aexp(R(?)?exp(?a?)?P(w)?S?R(0)? ?a?)?2nnw?a2 所以2 2w2?a2 解：因为 习题2.27 X(t)是功率谱密度为Px(f)的平稳随机过程，该过程通过如图P2.7所示的系统。 (1)试问输出过程Y(t)是否平 稳？ (2)求Y(t)的功率谱密度 解： (1) 由图，得 Y(t)=d[X(t)+X(t-T)]/dt，所以该系统是线性系统，又因为输入过程X(t)是平稳随机过程，所以其输出过程 Y(t)也是平稳随机过程。 (2)由图知， 所以该系统的传输函数为： Y(t)的功率谱密度为： -83 习题3.19某线性调制系统的输出信噪比为20dB，输出噪声功率为10W， DSB/SC时的发射机输出功率为2*10W试求：从 输出端到解调输入端之间总的传输损耗? 解：已知：输出噪声功率为N0=10-9W 因为G=2，Si/Ni=1/2·S0/N0=50 0 Si=50Ni=200N0=2*10-6W 所以 损耗K=ST/Si=109 因为Ni=4N 习题5.19 设某数字基带传输信号的传输特性 H(w)如图 5-13 所示。其中 a 为某个常数(0≤a≤1)。 (1) 试检验该系统能 否实现无码间干扰传输? (2) 试求该系统的最大码元传输速率为多少？这是的系统频带利用率为多大? 解：(1)根据奈奎斯特准则，若系统满足无码间干扰传输的条件，基带系统的总特性 H(w) 应满足: ?H(w?2?RBi)?C,w??RB?i Heq(w)?? 0,w??RB?? ?可以验证，当 RB=w0/π时，上式成立。该系统可以实现无码间干扰传输。 (2)该系统的最大码元传输速率 Rmax,既满足Heq(w)的最大码元传输速率RB， 容易得到 Rmax=w0/π 系统带宽 B?(1??)w0rad?(1??)w0/2? HZ, ??所以系统的最大频带利用率为：Rmaxw0/?2??(1??)w0(1??)B2? 习题5.20 为了传送码元速率RB=103 Baud的数字基待信号，试问系统采用图P5.8中所画的哪一种传输特性较好？并简要说明其理由。 解：根据奈奎斯特准则可以证明(a)，(b)和(c)三种传输函数均能满足无码间干扰的要求。下面我们从可从码间串扰性能，频 带利用率，冲击响应“尾巴”衰减快慢，实现难易程度等4个方面分析对比三种传输函数的好坏。 (a) 因等效矩形带宽W=103 Hz，故RBmax=2×103 Bd，RBmax=2RB，无码间串扰。 (1) 码间串扰性能 ×103Bd，无码间串扰。 (c) 因等效矩形带宽W=500Hz，故RBmax=103Bd=RB, 无码间串扰。 (b) RBmax=2 (2)频带利用率方面来看: 三种波形的传输速率均为RB=103 Baud， 传输函数(a)的带宽为 Ba=2×103 Hz 其频带利用率: ηa=RB/Ba=1000/2×103103=0.5 Baud/Hz 传输函数(b)的带宽为Bb = 103 Hz 其频带利用率: ηb= RB/Bb=1000/1000=1 Baud/Hz 3 传输函数(c)的带宽为Bc=10Hz 其频带利用率: ηc= RB/Bc=1000/1000=1 Baud/ Hz 显然ηa<ηb=η c 所以(b)和(c)较好。 (3) 冲击响应“尾巴”衰减快慢程度方面来看: 三种传输函数的时域波形分别为： (a)，(b)和(c) ha(t)? 2*103Sa2(2*103?t)hb(t)? 2*103Sa(2*103?t) hc(t)?103Sa2(103?t) 1/t2的速度衰减，而(b)尾巴以 1/t 的速度衰 其中(a)和(c)的尾巴以 减，故从时域波形的尾巴衰减速度来看，传输特性(a)和(c)较好。 (4) 从实现难易程度来看，因为(b)为理想低通特性，物理上不易实现，而(a)和(c)相对较易实现。 综上所述，传输特性(c)较好。 习题6.18 设发送的绝对码序列为0110110，采用2DPSK方式传输。已知码元传输速率为2400B，载波频率为2400Hz。 2DPSK信号调制器原理框图； （2）若采用差分相干方式进行解调，画出原理框图和各时间波形。 （1）试构成一种 （3）若采用差分相干解调，试画出各点时间波形 习题10.13已知一个（7，3）循环码的监督关系式为: x6?x3?x2?x1?0，x5?x2?x1?x0?0，x6?x5?x1?0， x5?x4?x0?0，试求出该循环码的监督矩阵和生成矩阵。 解：由题目条件得监督矩阵 ?1001110??1011000? ?1001110??0??1?101001111010??为H=? ?，化成典型矩阵为H=? ?。则生成矩阵为G=0 1 0 0 1 1 1。 ???110 0010??1100010???????0011101?? 01010000001111???? 8764145x?x?x习题10.15设一个（15，7）循环码的生成多项式为：=+x+1。若接收码组为：T(x)?x?x?x?1。g(x) T(x)x7?x3?x?1653 ?x?x?x?8试问其中有无错码。 解：因为 764g(x)x?x?x?x?1 即码组多项式T (x)不能被生成多项式g(x)整除，所以其中必有错码。 折线A律编码电路，设接收端收到的码组为“01010011”、最小量化间隔为1个量化单位，并已知段内码习题4.16 采用13 改用折叠二进制码： （1）试问译码器输出为多少量化单位； （2）写出对应于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位自然二进码。 解：（1）极性码 C1＝0，可知量化值为负值段落码C2C3C4＝101，可知抽样值落在第6段内，其起始电平为256由于段内码C5C6C7C8＝0011 为折叠二进制码，转换为自然二进制码为：0111-0011＝0100，即段内的位置在第4段 所以译码器输出为： （2）328量化单位对应于11位自然二进制码为：00101001000 折线A律编码，设最小量化间隔为1个单位，已知抽样脉冲值为-95个单位：试求：(1)、编码器输出的习题4.17采用13 码组（要求写出编码过程）；(2)、译码器输出；(3)、 量化误差。 解：(1) -95△ PAM=-95△<0 ∴X1=0 又因为95△在64△~128△之间为第4大段， ∴ X2X3X4=011，起始电平64△，段落长64△，每小段长64△/16=4△。 (3)量化误差 ，为第8小段，X5X6X7X8=0111 (7对应的二进制数) ∴ (95-64)/4=7.75?1?? 6X7X8=00110111 ?X1X2X3X4X5Xm?mq?95???x4??7??*D4? -[64△+(7+0.5)* 4△]=-94 △ 2????(2)译码器输出： A律编码电路，设最小量化间隔为1个单位，已知抽样脉冲 习题 采用13折线?95??(64?7.5*4)? (1)试求此时编码器输出码组，并计算量化误差；(2)写出对应 值为+635单位：?95??94??? 于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位码。（采用自然二进制码。） 解：（1）极性码为正，即C1＝1，A律PCM各段的起始电平为如右图示： 1024，所以段落确定在第7段，即段落码C2C3C4＝110 由于512≤635≤ 抽样脉冲值在段内的位置为：635－512＝123个量化单位 由于段内采用均匀量化，第7段内量化间隔为： 1024?512 ?3242 32×4，所以可以确定抽样脉冲值在 而32×3≤123≤段内的位置在第 3段，即C3C2C1C0＝0011 所以编码器输出码组为：C7C6C5C4C3C2C1C0＝11100011 量化误差： （2）635对应的量化值为： 32512?32?3??6242 对应的11位自然二进制码元为：01001110000 32635?(512?32?3?)?112

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