第7章数字带通传输系统

第一章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。

答：按照消息传递的方向与时间关系分类。

单工通信：消息只能单向传输。

半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

全双工通信：通信双方可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。

并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串行传输使用与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。

思考题作业题解答1–11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：衡量数字通信系统有效性的性能指标有：码元传输速率R B 、信息传输速率R b 、频带利用率η。

衡量数字通信系统可靠性的性能指标有：误码率P e 和误信（比特）率P b 。

1–12 何谓码元速率和信息速率？它们之间的关系如何？答：码元速率R B 是指单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ，B ）。

信息速率R b 是指单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒（b/s 或bps ）。

码元速率和信息速率的关系： 或 其中 M 为M 进制（M ＝2 k ，k = 1, 2, 3, …）。

1–13 何谓误码率和误信率？它们之间的关系如何？答：误码率P e 是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。

误信率P b 是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。

在二进制中有：P e ＝P b 。

第1章 绪论（ 习题 ）1–4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码：00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。

(1) 不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率；(2) 若每个字母出现的可能性分别为P A ＝1/5，P B ＝1/4，P C ＝1/4，P D ＝3/10，试计算传输的平均信息速率。

解：(1) 平均每个字母携带的信息量，即熵为2（比特/符号）每个字母（符号）为两个脉冲，其宽度为2×5 ms ＝10－2（s ）则平均信息速率为：2（比特/符号）／10－2（秒/符号）＝200（b/s ）(2) 平均信息量为985.1310log 1034log 4125log 51)(222=⨯+⨯⨯+⨯=x H （比特/符号） 平均信息速率为：H (x )／10－2＝1.985／10－2＝198.5（b/s ）1–7 设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400 B ，试求该系统的信息速率。

通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。

2、画出模拟通信系统的一般模型。

3、何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。

答：4、按调制方式，通信系统如何分类？答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么？第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些？它们分别表征随机过程的哪些特征？答：均值：表示随机过程的n 个样本函数曲线的摆动中心。

方差：表示随机过程在时刻t 相对于均值a(t)的偏离程度。

相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。

2、何谓严平稳？何谓广义平稳？它们之间的关系如何？答：严平稳：随机过程δ(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。

广义平稳：1）均值与t 无关，为常数a 。

2）自相关函数只与时间间隔τ=t 1-t 2有关。

严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。

4、平稳过程的自相关函数有哪些性质？它与功率谱的关系如何？答：自相关函数性质：(1) R(0)=E[ξ2(t)]——ξ(t)的平均功率。

(2) R(τ)=R(-τ)——τ的偶函数。

通信原理第7章数字带通传输系统●概述⏹ 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。

⏹ 数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。

⏹数字调制技术有两种方法：◆ 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； ◆ 通过开关键控载波，通常称为键控法。

◆ 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控⏹数字调制可分为二进制调制和多进制调制。

●7.1 二进制数字调制原理⏹7.1.1 二进制振幅键控(2ASK ）◆基本原理：☐“ 通- 断键控(OOK)” 信号表达式☐波形振幅键控 频移键控 相移键控⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e 11()s t 载波2ASK◆2ASK 信号的一般表达式其中T s － 码元持续时间；g (t ) － 持续时间为T s 的基带脉冲波形，通常假设是高度为1 ，宽度等于T s 的矩形脉冲； a n － 第N 个符号的电平取值，若取则相应的2ASK 信号就是OOK 信号。

◆2ASK 信号产生方法➢模拟调制法（相乘器法）➢键控法◆2ASK 信号解调方法☐☐ 相干解调( 同步检测法)()tt s t e c ωcos )(2ASK =∑-=ns n nT t ga t s )()(⎩⎨⎧-=PP a n 1,0,1概率为概率为))开关电路2e 2e☐非相干解调过程的时间波形◆功率谱密度2ASK 信号可以表示成式中 s (t ) －二进制单极性随机矩形脉冲序列 设：P s (f ) － s (t ) 的功率谱密度 P 2ASK (f ) － 2ASK 信号的功率谱密度 则由上式可得由上式可见，2ASK 信号的功率谱是基带信号功率谱P s (f ) 的线性搬移（属线性调制）。

知道了P s (f ) 即可确定P 2ASK (f ) 。

由6.1.2节知，单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为式中 f s = 1/T s G (f ) － 单个基带信号码元g (t )的频谱函数。

第一章1.通信系统分为数字通信系统和模拟通信系统，划分的依据是传输的是模拟信号还是数字信号。

2.基带信号又称调制信号，已调信号通常由于具有带通形式，说以又叫做带通信号或频带信号，它有两个特点：携带信息和适合信道传输；3.数字系统的抗干扰性较强，且噪声不积累。

数字通信系统的发展速度远超过模拟通信系统，已成为当代通信的主流。

4.数字通信系统的解调需要有同步信号，是保证通信系统正确接收的前提条件。

5.数字通信一般要求由较大的 传输带宽。

6.根据信号在信道中传输是否经过调制可将通信系统分为基带传输系统和频带传输系统。

7.传输多路信号有三种传输方式，频分复用，时分复用和码分复用。

8.研究信息传输的角度来说，通信系统的有效性和可靠性是主要矛盾所在。

9.数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用误码率来衡量。

10.一传输系统传输由等概率传输2进制改为等概率传输16进制码元，传输2进制码元时速率为1800B ，在码元速率不变的情况下，此时系统的信息速率为7200bit/s 。

11.某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s , 接收端0.5小时内接受到512个码元，该系统的误码率是多少？第二章1.能量信号的平均功率为0，能量有限，功率信号的功率有限，能量为无穷大。

2.双边谱的正频谱和负频谱的模偶对称，相位奇对称。

3.双边谱仅在数学上有意义，物理上并不存在双边谱。

双边谱的谱线高度是单边谱的一半，且前者便于数学上的分析，后者便于物理上的测量。

4.功率信号的频谱谱线高度单位为V ，表明在该频率点上会有固定的功率，能量信号的频谱密度是连续的谱线幅值的单位为V/Hz ，每个频点处的幅度为无穷小，只在某个小的频率间隔内才有非零振幅。

5.实能量信号的频谱密度正频谱和负频谱的模偶对称，相位奇对称周期功率信号的频谱密度是离散的冲击信号。

6.能量信号的分析用频谱密度和能量谱密度，功率信号的分析用频谱和功率谱密度。

第7章 数字带通传输系统一、选择题1．在抗加性高斯白噪声方面，性能最好的调制制度是（ ）。

A ．2FSK B ．2ASK C ．2PSK D ．2DPSK 【答案】C【解析】对于相同的解调方式，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK 。

2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。

A ．2ASK B ．2PSK C ．2FSK D ．2DPSK 【答案】C【解析】在相同传码率的条件下，2222ASK PSK DPSK B B B B T ===，2212FSK BB f f T =-+，传输带宽越宽，频带利用率越低，所以2FSK 的频带利用率最低。

3．在数字调制系统中，采用8PSK 调制方式传输，无码间干扰时能达到的最高频带利用率是（ ）。

A ．1Baud ／HzB ．2Baud ／HzC ．3Baud ／HzD ．4Baud ／Hz 【答案】A【解析】对所有的调制信号，最大频带利用率均为ηB ＝1Baud/Hz 。

二、填空题1．2DPSK 、2ASK 、2PSK 和2FSK 采用相干解调时，抗信道加性高斯白噪声性能的优劣顺序为______。

【答案】2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK【解析】数字调制系统的抗噪声性能通过系统在信道噪声干扰下的总误码率表征。

2DPSK 在相干解调下的误码率为e P erfc=；2ASK 在相干解调下的误码率为12e P erfc =；2PSK 在相干解调下的误码率为12e P erfc =；2FSK 在相干解调下误码率为12e P erfc =； 故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK 。

2．BPSK 采用相干解调时可能出现“反向工作”现象的原因是______；解决方案是______。

【答案】接收端提供的本地载波有180o 相位模糊；采用2DPSK【解析】在2PSK 信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。

第一章绪论1、通信的目的:传递消息中所包含的信息。

2、信息：是消息中包含的有效内容3、模拟信号信号的参量取值是连续(不可数、无穷多)的（抽样信号未量化仍为模拟信号）数字信号信号的参量取值是可数的有限的4、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统；按照传输媒介、通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统5、模拟消息⇔原始电信号（基带信号）；基带信号⇔已调制信号（带通信号)6、数字通信系统模型信源编码与译码目的：①提高信息传输的有效性②完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力，提高可靠性基本的数字调控方式有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控（PSK)、相对（差分）相移键控(DPSK）按同步的公用不同，分为载波同步、位同步、群（帧）同步、网同步7、数字通信的特点优点①抗干扰能力强，且噪声不积累②传输差错可控③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。

（便于将来自不同信源的信号综合到一起传输）④易于集成，使通信设备微型化，重量轻⑤易于加密处理，且保密性好缺点：①需要较大的传输带宽②对同步要求高8、按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类:有线通信系统和无线通信系统频分复用是用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。

9、单工、半双工和全双工通信单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息,但不能同时收发的工作方式全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方10、信息及其度量P（x）表示信息发生的概率，I表信息中所含的信息量上式中对数的底：若a = 2，信息量的单位称为比特（bit) ，可简记为b若a = e，信息量的单位称为奈特（nat），若a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。

第7章　数字带通传输系统7-1 设发送的二进制信息为1011001，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图，并注意观察其时间波形上各有什么特点。

解：OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图如图7-1所示。

图7-1 信号波形7-2 设某OOK 系统的码元传输速率为1000B ，所用的载波信号为Acos(4×106t)：π(1)每个码元中包含多少个载波周期？(2)求OOK 信号的第一零点带宽。

解：（1）根据题意可知，码元周期为：3110T s R-==载波频率为：66410210 Hz 2c f ππ⨯==⨯载波周期为：610510c cT .s f -==⨯所以每个码元中包含载波周期数为：。

2000cT T =（2）由OOK 信号的频谱特点知，OOK 信号的第一零点带宽为：。

22000 Hz B R ==7-3 设某2FSK 传输系统的码元传输速率1000B ，已调信号的载頻为1000Hz 或2000Hz 。

发送数字信息为011010：（1）试画出一种2FSK 信号调制器原理框图，并画出2FSK 信号的时间波形；（2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的调制解调器？（3）试画出2FSK 信号的功率谱密度示意图。

解：（1）可以采用键控法实现2FSK 信号的调制，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源和进行选通，使其在每一个码元期间1f 2f sT 输出或两个载波之一，原理框图如图7-2所示：1f 2f 图7-2设“1”码对应载频，“0”码对应载频，由于码元传输速11000f Hz =22000f Hz =率，故在2FSK 信号的时间波形中，每个“1”码元时间内含1个载波周期，1000b R B =“0”码无时间内含2个载波周期，得“011010”2FSK 信号的时间波形如图7-3所示：图7-3（2）由（1）知，两个载波的载频间隔＝1000Hz 较小，信号的频谱重12f f f ∆=-叠严重，若采用非相干解调，上下支路会有较大干扰，又因为表示“1”和“0”的两个信号正交，故可以采用相干解调，抑制正交分量。

第一章绪论1．以无线广播和电视为例，说明图1-3模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。

收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波2．何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。

他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的3．何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强； 2.传输差错可以控制； 3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化； 5.设备便于集成化、微机化。

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。

设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低； 6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。

一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。

4．数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。

其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。

1-1.已知英文字母出现的概率为0.105，出现的概念为0.002，试求和的信息量。

o1-2．某信源符号集由,,,和组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为，，，和。

试求该信息源符号的平均信息量。

o1-3.设有4个符号，其中前3个符号的出现概率分别为，，，且各符号的出现是相对独立的。

试计算该符号集的平均信息量。

o1-4．一个由字母、、、组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替，01代替，10代替，11代替，每个脉冲宽度为5.(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率;(2)若每个字母出现的可能性分别为试计算传输的平均信息速率。

o1-5．国际摩尔斯电码用“点”和“划”的序列发送英文字母，“划”用持续3单位的电流脉冲表示，“点”用持续1个单位的电流脉冲表示；且“划”出现的概率是“点”出现概率的。

(1)计算“点”和“划”的信息量；(2)计算“点”和“划”的平均信息量。

o1-6．设一信息源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为，其余112个出现概率为。

信息源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。

试计算该信息源的平均信息速率。

o1-7．设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送16进制信号码元，码元速率不变，则这时的系统信息速率为多少(设各码元独立等概率出现)？o1-8．若题1―2中信息源以1000速率传送信息。

（1）试计算传送1的信息量；（2）试计算传送1可能达到的最大信息量。

o1-9．如果二进制独立等概信号的码元宽度为，求和；若改为四进制信号，码元宽度不变，求传码率和独立等概率时的传信率。

o1-10．已知某四进制数字传输系统的传信率为2400，接收端在0.5内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。

o第二章确知信号本章主要内容：（1）信号和系统的分类（2）能量信号和功率信号时域及频域分析本章重点：1.确知信号的频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度2.确知信号的自相关函数和互相关函数本章练习题：2-1 试证明图2-1中周期性信号的频谱为=o2-2 设一个信号可以表示成试问它是功率信号还是能量信号，并求出其功率谱密度或能量谱密度。