《通信原理》期末復習試題.doc

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《通信原理》期末復習試題<一> 一.填空題：（每個空0.5分，共15分） 1.基帶傳輸系統(tǒng)的總誤碼率依賴于 和 之比。 2.調(diào)制信道對信號的干擾分為 和 兩種。 3.若線形系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則輸出是 型的。 4.通斷鍵控信號（OOK）的基本的解調(diào)方法有 及 。 5.隨參信道的傳輸媒質(zhì)的三個特點分別為 、 、 。 6.根據(jù)乘性干擾對信道的影響，可把調(diào)制信道分為 和 兩大類。 7.包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)誤碼率取決于 和 。 8.起伏噪聲又可分為 、 及 。 9.數(shù)字基帶信號的功率譜密度可能包括兩部分即 和 。 10.二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法有兩種，分別為 和 。 11.模擬信號是利用 、 和 來實現(xiàn)其數(shù)字傳輸?shù)摹? 12.模擬信號數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要功能模塊是 、 和 。 13.設(shè)一分組碼（110110）；則它的碼長是 ，碼重是 ，該分組碼與另一分組碼（100011）的碼距是 。 14.在 情況下，消息的平均信息量最大。 15.一個連續(xù)信道的信道容量受 、 、 “三要素”的限制。 16.一個均值為零的平穩(wěn)高斯窄帶隨機過程的包絡(luò)的一維分布是 ，而其相位的一維分布是 。 17.信道傳輸信息的速率與 、 以及 有關(guān)。 18.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標是 和 。 19.常見的隨機噪聲可分為 、 和 三類。 20.二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有三種基本信號，分別為 、 和 。 衡量通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標主要有 和 ，具體對數(shù)字通信系統(tǒng)而言，前者常用 來衡量，后者常用 來衡量。 21.在數(shù)字通信中，產(chǎn)生誤碼的因素有兩個：一是由傳輸特性不良引起的 ，二是傳輸中疊加的 。 22.根據(jù)香農(nóng)公式，理想解調(diào)器的輸入信噪比和帶寬與輸出信噪比和帶寬之間滿足 。 23.恒參信道的傳輸特性通常可以用 和 來表征。 二.判斷題：（正確劃“√”，錯誤劃“ ”；每題0.5分，共5分） 1.碼元傳輸速率與信息傳輸速率在數(shù)值上是相等的。（ ） 2.一般說來，通過鍵控法得到二進制移頻建控信號（2FSK）的相位（、）與序列無關(guān)。（ ） 3.任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總可以由一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)所替代。（ ） 4.白噪聲是根據(jù)其概率密度函數(shù)的特點定義的。（ ） 5.基帶傳輸系統(tǒng)的總誤碼率與判決門限電平有關(guān)。（ ） 6.對于受到高斯白噪聲干擾的連續(xù)信道， B與可以互換。（ ） 7.恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯亲兓瘶O其緩慢的，因此，可以認為它等效于一個時變8.的線性網(wǎng)絡(luò)。（ ） 8.對于受到高斯白噪聲干擾的連續(xù)信道，若增加信道帶寬B，則信道容量C無限制地增加。（ ） 9.小信噪比時，調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能將比調(diào)幅系統(tǒng)優(yōu)越，且其優(yōu)越程度將隨傳輸帶寬的增加而增加。（ ） 10.一種編碼的檢錯和糾錯能力與該編碼的最小碼距的大小有直接關(guān)系。（ ） 11.信息與消息在概念上是一致的，即信息就是消息，消息就是信息。（ ） 平穩(wěn)隨機過程的自相關(guān)函數(shù)具有任意的形狀。（ ） 12.對于數(shù)字基帶信號的功率譜密度的連續(xù)譜部分總是存在的，而離散譜可有可無。（ ） 13.在大信噪比情況下，AM信號檢波器的調(diào)制制度增益隨基帶信號的支流分量的減少而減少。（ ） 14.對于受到高斯白噪聲干擾的連續(xù)信道，若，則信道容量。（ ） 15.對于受到高斯白噪聲干擾的連續(xù)信道，若信源的信息速率R小于或等于信道容C，則理論上可實現(xiàn)無誤差傳輸。（ ） 三.選擇題：（每題1分，共10分） 1.一個隨機過程是平穩(wěn)隨機過程的充分必要條件是 。 （A） 隨機過程的數(shù)學期望與時間無關(guān)，且其相關(guān)函數(shù)與時間間隔無關(guān)； （B） 隨機過程的數(shù)學期望與時間無關(guān)，且其相關(guān)函數(shù)僅與時間間隔有關(guān)； （C） 隨機過程的數(shù)學期望與時間有關(guān)，且其相關(guān)函數(shù)與時間間隔無關(guān)； （D） 隨機過程的數(shù)學期望與時間有關(guān)，且其相關(guān)函數(shù)與時間間隔有關(guān)； 2.下列屬于線性調(diào)制的是 。 相移鍵控； （B）頻移鍵控； （C）振幅鍵控； （D）角度調(diào)制。 3.采用同步解調(diào)殘留邊帶信號時，只要殘留邊帶濾波器的截止特性在載頻處具有 特性，就能夠準確地恢復所需的基帶信號。 （A）互補 （B）對稱 （C）互補對稱 （D）沒有特殊要求 4.若，，，則隨機過程與 。 （A） 不相關(guān)；（B）相關(guān)； （C）正交； （D）獨立。 5.對于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比情況，采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時的性能比同步檢測器時的性能 。 （A）高 （B）低 （C）相等 （D）幾乎一樣 6.如上圖所示的四條函數(shù)曲線，哪一條不是平穩(wěn)過程的正確的自相關(guān)函數(shù)曲線 。 線形調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制制度增益 。 （A） 與調(diào)制方式有關(guān)，與解調(diào)方式無關(guān)； （B） 與調(diào)制方式無關(guān)，與解調(diào)方式有關(guān)； （C） 與調(diào)制方式無關(guān)，與解調(diào)方式無關(guān)； （D） 與調(diào)制方式有關(guān)，與解調(diào)方式有關(guān)。 7.通斷鍵控信號（OOK）的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的 倍。 （A）1 （B）2 （C）3 （D）2/3 下列哪一種信號的傳輸帶寬與AM信號傳輸帶寬相同 。 基帶信號；（B）雙邊帶信號；（C）單邊帶信號；（D）殘留邊帶信號。 8.采用同步解調(diào)殘留邊帶信號時，只要殘留邊帶濾波器的截止特性在載頻處具有 特性，就能夠準確地恢復所需的基帶信號。 （A）互補 （B）對稱 （C）互補對稱 （D）沒有特殊要求 9.下列關(guān)于群延遲畸變與幅度畸變說法正確的是 。 （A） 群延遲畸變是線性畸變，幅度畸變是非線性畸變； （B） 群延遲畸變、幅度畸變都是線性畸變； （C） 群延遲畸變是非線性畸變，幅度畸變是線性畸變； （D） 群延遲畸變、幅度畸變都是非線性畸變。 10.在相同的大信噪比下，通斷鍵控信號（OOK）同步檢測時的誤碼率比包絡(luò)檢波時的誤碼率 。 （A） 低 （B）高 （C）一樣 （D）沒有可比性 11.在抗加性高斯白噪聲性能方面，2ASK、2FSK、2PSK從差到優(yōu)的次序 。 （A） 2FSK、2ASK、2PSK；（C）2ASK、2FSK、2PSK； （B） 2ASK、2PSK、2FSK；（D）2PSK、2FSK、2ASK。 12.窄帶噪聲的同相分量與正交分量具有如下性質(zhì) 。 （A）與都具有帶限性質(zhì)；（B）與都具有帶通性質(zhì)； （C）與都具有高通性質(zhì)；（D）與都具有低通性質(zhì)。 13.在帶寬與信噪比互換關(guān)系上，下列 性能與理想通信系統(tǒng)性能差距最小。 （A）SSB 系統(tǒng)； （B）FM 系統(tǒng)； （C）ΔM 系統(tǒng)； （D）PCM 系統(tǒng) 14.在一個碼組內(nèi)糾正位錯誤，同時檢測個誤碼，要求最小距離應(yīng)為 。 （A） （B） （C） （D） 15.傳輸速率為9600 B的二進制數(shù)碼流，所需的最小傳輸帶寬為 。 （A）3.2 kHz （B）4.8 kHz （C）1.6 kHz （D）9.6 kHz 四.作圖題：（5分） 1．設(shè)發(fā)送數(shù)字信息為1001101，則畫出2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的波形示意圖并求出相應(yīng)的相對碼序列。 2．已知數(shù)字信息，分別以下列兩種情況畫出2PSK，2DPSK的波形以及寫出相對碼。 （1）碼元速率為1200 B，載波頻率為1200 Hz； （2）碼元速率為1200 B，載波頻率為1800 Hz； 五. 簡答題：（每題5分，共30分） 1.數(shù)字通信有哪些主要優(yōu)點？假設(shè)恒參信道的傳輸特性為，相頻特性為，則它的不失真條件是什么？ 什么是群延遲—頻率特性()，其表達式是什么？ 2.為什么雙邊帶解調(diào)器的調(diào)制制度增益是單邊帶的二倍？ 什么是門限效應(yīng)？AM信號采用包絡(luò)檢波法解調(diào)時為什么會產(chǎn)生門限效應(yīng)？ 3.消除碼間干擾的方法有幾種，并說明它們的思想？ 什么是“倒π現(xiàn)象”？為什么二進制移相鍵控信號會出現(xiàn)“倒π現(xiàn)象” 4.為什么DSB信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍？ 什么是眼圖？由眼圖模型可以說明基帶傳輸系統(tǒng)的哪些性能？ 5.無碼間干擾時，基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率取決于什么？怎樣才能降低系統(tǒng)的誤碼率？ DSB調(diào)制系統(tǒng)和SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能是否相同？為什么？ 6.窄帶高斯白噪聲中的“窄帶”、“高斯”、“白”的含義各是什么？ 六.計算題：（1、2、3每題10分；4每題5分，共35分） 1.已知二進制數(shù)字信號每個碼元占有的時間為1ms，1、0碼等概率出現(xiàn)，求（1）碼元速率；（2）每秒種的信息量；（3）信息速率。 2.黑白電視機圖像每幅含有個像素，每個像素有16個等概率出現(xiàn)的亮度等級。要求每秒種傳輸30幀圖像。若信道輸出=30dB，計算傳輸該黑白電視圖像所要求的信道的最小帶寬。 3.設(shè)某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜密度W/Hz,在該信道中傳輸抑制載波的雙邊帶信號，并設(shè)調(diào)制信號的頻帶限制在5kHz，而載波為100kHz，已調(diào)信號的功率為10kW。若接收機的輸入信號在加至解調(diào)器之前，先經(jīng)過一理想帶通濾波器濾波，試問： 該理想帶通濾波器應(yīng)具有怎樣的傳輸特性； 解調(diào)器輸入端的信噪功率比為多少？ 解調(diào)器輸出端的信噪功率比為多少？ 求出解調(diào)器輸出端的噪聲功率譜密度，并用圖形表示出來。 4.已知濾波器的具有如下圖所示的特性（碼元速率變化時特性不變），當采用以下碼元速率時（假設(shè)碼元經(jīng)過了理想抽樣才加到濾波器）： 碼元速率Baud；(b)碼元速率Baud；(c) 碼元速率Baud；(d) 碼元速率Baud。問： 哪種碼元速率不會產(chǎn)生碼間串擾？為什么？ 哪種碼元速率根本不能用？為什么？ 哪種碼元速率會產(chǎn)生碼間串擾，但還可以用？為什么？ 5.一種設(shè)輸入隨機過程（右圖）是平穩(wěn)的，其功率譜密度為，求系統(tǒng)輸出的功率譜密度。 6.設(shè)隨機二進制脈沖序列碼元間隔為，經(jīng)過理想抽樣以后，送到如下圖中的幾種濾波器，指出哪種會引起碼間串擾，哪種不會引起碼間串擾，說明理由。 7.若是平穩(wěn)隨機過程，其功率譜密度，將它加于下圖所示系統(tǒng)，試確定該系統(tǒng)輸出隨機過程的功率譜密度和相關(guān)函數(shù)。 8.設(shè)最高頻率為3 kHz的話音信號經(jīng)DSB調(diào)制后，在MHz的高頻信道上傳遞10 km。信道傳輸?shù)墓β仕ズ臑?0 dB/km，信道中存在高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度為W/Hz，要求接收輸出信噪比dB。 （1）請畫出解調(diào)方框圖（應(yīng)注明各方框主要參數(shù)）； （2）試確定輸出噪聲功率譜密度； （3）試確定最小平均發(fā)送功率。 9.二進制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)如左圖所示，設(shè)， 。現(xiàn)已知 （1）若的雙邊功率譜密度為W/Hz，試確定的輸出噪聲功率； （2）若在抽樣時刻KT（K為任意正整數(shù)）上，接收濾波器的輸出信號以相同概率取0，A電平，而輸出噪聲取值V服從下述概率密度分布的隨機變量，即： ， 試求系統(tǒng)最小誤碼率 Pe 。 《通信原理》期末復習試題<一>答案 一 填空題：（每個空0.5分，共15分） 信號峰值、噪聲均方根值。 乘性干擾、加性干擾。 高斯。 非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）、相干解調(diào)（同步檢測法）。 對信號的耗衰隨時間而變、傳輸?shù)臅r延隨時間而變、多徑傳播。 恒參信道、隨參信道。 系統(tǒng)輸入信噪比、歸一化門限值。 熱噪聲、散彈噪聲、宇宙噪聲。 連續(xù)譜、離散譜。 模擬幅度調(diào)制法、鍵控法。 抽樣、量化、編碼。 A/D、數(shù)字傳輸系統(tǒng)、D/A。 6、 4、 3。 等概率。 信道的帶寬（B）、信道輸出的信號功率（S）、噪聲單邊功率譜密度（）。 瑞利分布、均勻分布。 單位時間傳送的符號數(shù)目、信息源的概率分布、信道干擾的概率分布。 傳輸速率、差錯率。 單頻噪聲、脈沖噪聲、起伏噪聲。 振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK）。 1. 有效性、可靠性；碼元速率，誤碼率。 2. 碼間串擾，加性噪聲。 3. 4. 幅度—頻率特性、相位—頻率特性。 二 判斷題：（正確劃“”，錯誤劃“√”；每題0.5分，共5分） √ √ √ √ √ √ √ 三 選擇題：（每題1分，共10分） B C C A C A D B B C B A C D B A B ； 四 論述題：（每題5分，共30分） 答： （1） 數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強，尤其在中繼時，數(shù)字信號可以再生而消除噪聲的積累； （2） 傳輸差錯可以控制，從而改善了傳輸質(zhì)量； （3） 便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)來對數(shù)字信息進行處理； （4） 數(shù)字信息易于作高保密性的加密處理； （5） 數(shù)字通信可以綜合傳輸各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強。 答：不失真條件： 滿足： 為一條水平線； 成線性關(guān)系 群延遲—頻率特性：頻率特性對頻率的導數(shù)。 答：因為是單邊帶信號中的分量被解調(diào)器濾除了，而它在解調(diào)器輸入端確是信號功率的組成部分。 答：門限效應(yīng)： 就是當包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象。 因為，門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用所引起的，而AM信號采用了包絡(luò)檢波法，所以會產(chǎn)生門限效應(yīng)。 答：1）奈奎斯特第一準則： 為了消除碼間干擾，則基帶傳輸特性應(yīng)滿足： 或 2）奈奎斯特第二準則： 有控制地在某些碼元的抽樣時刻引入碼間干擾，而在其余碼元的抽樣時刻無碼間干擾，那么就能使頻帶利用率提高到理論上的最大值，同時又可以降低對定時精度的要求。 3）頻域均衡 在基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)（也可不調(diào)）濾波器將能減少碼間干擾的影響。頻域均衡就是利用可調(diào)濾波器的頻率特性去補償基帶系統(tǒng)的頻率特性，使包括可調(diào)濾波器在內(nèi)的基帶系統(tǒng)的總特性滿足實際性能的要求。 答：在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，如果采用絕對移相方式，由于發(fā)送端是以某一個相位作為基準的，因而在接收端系統(tǒng)中也必須有這樣一個固定基準相位作參考。如果這個參考相位發(fā)生變化（0相位變相位或相位變0相位），則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生0變?yōu)?或1變?yōu)?，從而造成錯誤的恢復。而實際通信時，參考基準相位的隨機跳變是可能的，而且在通信過程中不易被發(fā)覺，就會在接受端發(fā)生錯誤的恢復，這種現(xiàn)象就稱為“倒現(xiàn)象”。 因為二進制移相鍵控信號采用是絕對移相方式，所以就可能出現(xiàn)““倒現(xiàn)象”。 答：因為它采用同步解調(diào)，使輸入噪聲中的一個正交分量被消除的緣故。 答：眼圖是指用示波器顯示用實驗手段估計系統(tǒng)性能的圖形，因為在傳輸二進制信號波形時，它很像人的眼睛。 它能說明基帶傳輸系統(tǒng)的性能有： 最佳抽樣時刻應(yīng)是“眼睛”張開最大的時刻； 對定時誤差的靈敏度可由眼圖的斜邊之斜率決定，斜率越陡，對定時誤差就越靈敏； 圖的陰影區(qū)的垂直高度表示信號幅度畸變范圍； 圖中央的橫軸位置應(yīng)對應(yīng)判決門限電平； 在抽樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限（或稱噪聲邊際），即若噪聲瞬時值超過這個容限，則就可能發(fā)生錯誤判決。 答：基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率依賴于信號峰值A(chǔ)與噪聲均方根值之比，而與采用什么樣的信號形式無關(guān)，但這里的信號形式必須是能夠消除碼間干擾的。 若比值越大，則誤碼率就越小。 答：相同。 因為單邊帶信號所需帶寬僅僅是雙邊帶的一半。因而，在噪聲功率譜密度相同的情況下，雙邊帶解調(diào)器的輸入噪聲功率是單邊帶的二倍，從而也使雙邊帶解調(diào)器輸出噪聲功率比單邊帶的大一倍。因此，盡管雙邊帶解調(diào)器的制度增益比單邊帶的大，但它的實際解調(diào)性能不會優(yōu)于單邊帶的解調(diào)性能。不難看出，如果解調(diào)器的輸入噪聲功率譜密度相同，輸入的信號功率也相同，則雙邊帶和單邊帶在解調(diào)器輸出端的信噪比是相等的。這就是說，從抗噪聲的觀點看，單邊帶的解調(diào)性能和雙邊帶是相同的。元相對相位的差唯一決定信息符號，這樣避免了絕對移相方式中的“倒現(xiàn)象”。 11. 答：“窄帶”是指系統(tǒng)的頻帶比起中心頻率來小得多的系統(tǒng)； “白”是指噪聲的功率譜密度服從均勻分布； “高斯” 是指噪聲的概率密度函數(shù)服從正態(tài)分布。 五 計算題：（1、2、3每題10分；4每題5分，共35分） 解： （1） B （2） 每秒鐘的信息量即為信息速率： bps （3） bit/s (bps) 解： （1） 每個像元的平均信息量 ， （2） 一幀圖片的平均信息量 bit （3） 每秒內(nèi)傳送的信息量 每秒有30幀 每秒內(nèi)傳送的信息量為： bit （4） 信息速率 由上可知： bps （5） 由于信道容量，故信道帶寬： Hz 其中： 要求信道的最小帶寬為： Hz 解： （1） 了保證信號順利通過和盡可能地濾除噪聲，帶通濾波器的寬度等于已調(diào)信號帶寬，即： kHz 其中心頻率為100 kHz，故有： （2） 已知： kw w 故輸入信噪比： （3） 因有 故輸出信噪比： （4） 根據(jù)雙邊帶解調(diào)器的輸出噪聲與輸入噪聲功率關(guān)系，有： w 故： w/Hz 解： 由圖可知帶寬為1000Hz，奈奎斯特速率為2000 Baud 由此可得： （a） Baud，不會產(chǎn)生碼間串擾； （b）（d）碼元速率根本不能用； （c） Baud會引起碼間串擾；但還可以用。 解： 方法一： 由圖可得輸出： 故： 根據(jù)： 方法二： 該系統(tǒng)的單位沖擊響應(yīng) 故其傳遞特性： 因而： 解： 在區(qū)間上，前后碼元的疊加為矩形，所以這種濾波器是無碼間串擾； 在區(qū)間上，前后碼元的疊加不為矩形，所以這種濾波器是有碼間串擾； 7. 解： 顯然，所以 輸出功率譜密度為 又因為 所以 8. 解： （1）如下圖所示，其中BPF的傳輸特性為 LTP的傳輸特性為 （2）輸出噪聲功率為 W 所以輸出噪聲功率譜密度為 W/Hz （3）要求dB，即要求，此時接收機輸入功率 ，又由于信道損耗為1010 dB，故最小平均發(fā)送功率為 W BPF LPF DSB 9. 解：（1）由圖知接收濾波器輸入噪聲雙邊功率譜密度為，則接收濾波器輸出噪聲雙邊功率譜密度為 接收濾波器輸出噪聲功率為 （2）系統(tǒng)總的誤碼率為 在單極性波形情況下，和分別為 式中是判決門限，誤碼率 可以通過求偏導數(shù)得到最佳判決門限， 當時， 化簡上式可得到最佳判決門限，此時系統(tǒng)誤碼率為 13