通信原理(人民邮电出版社第2版)课后作业答案
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第1章 绪论1-4 设有一离散无记忆信源,其概率空间为(1) 求每个符号的信息量;(2) 信源发出一消息符号序列为(202 120 130 213 001203 210110 321 010 021 032011 223 210)求该消息序列的信息量和平均每个符号携带的信息量.解:(1)根据题意,可得:23(0)log (0)log 1.4158I P =-=-≈比特21(1)log (1)log 24I P =-=-= 比特 21(2)log (2)log 24I P =-=-= 比特 21(3)log (3)log 38I P =-=-= 比特(2)法一:因为离散信源是无记忆的,所以其发出的消息序列中各符号是无依赖的、统计独立的。
因此,此消息的信息量就等于消息中各个符号的信息量之和。
此消息中共有14个“0”符号,13个“1”符号,12个“2”符号,6个“3”符号,则该消息的信息量是:14(0)13(1)12(2)6(3)I I I I I =+++14 1.41513212263≈⨯+⨯+⨯+⨯87.81≈ 比特此消息中共含45个信源符号,这45个信源符号携带有87.81比特信息量,则此消息中平均每个符号携带的信息量为287.81/45 1.95I =≈ 比特/符号法二:若用熵的概念计算,有222331111()log 2log log 1.906(/)884488H x bit =--⨯-=符号说明:以上两种结果略有差别的原因在于,它们平均处理方法不同,前一种按算术平均的方法进行计算,后一种是按熵的概念进行计算,结果可能存在误差。
这种误差将随消息中符号数的增加而减少。
1-10 计算机终端通过电话信道(设信道带宽为3400Hz)传输数据.(1) 设要求信道的S/N=30dB,试求该信道的信道容量是多少?(2) 设线路上的最大信息传输速率为4800bit/s,试求所需最小信噪比为多少?解:(1) 因为S/N =30dB,即1010log 30S dB N =,得:S/N=1000由香农公式得信道容量2log (1)S C B N =+ 23400l o g (11000)=⨯+ 333.8910/b i t s ≈⨯ (2)因为最大信息传输速率为4800b/s ,即信道容量为4800b/s 。
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。
第二章(信道)习题及其答案【题2-1】设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为0()()d H K t ωϕωω⎧=⎨=-⎩其中,0,d K t 都是常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出信号的时域表达式,并讨论之。
【答案2-1】 恒参信道的传输函数为:()0()()d j t j H H e K e ωϕωωω-==,根据傅立叶变换可得冲激响应为:0()()d h t K t t σ=-。
根据0()()()i V t V t h t =*可得出输出信号的时域表达式:000()()()()()()d d s t s t h t s t K t t K s t t δ=*=*-=-讨论:题中条件满足理想信道(信号通过无畸变)的条件:()d d H ωωφωωτττ⎧=⎨⎩常数()=-或= 所以信号在传输过程中不会失真。
【题2-2】设某恒参信道的幅频特性为[]0()1cos d j t H T e ωω-=+,其中d t 为常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出表达式并讨论之。
【答案2-2】 该恒参信道的传输函数为()0()()(1cos )d j t j H H e T e ωϕωωωω-==+,根据傅立叶变换可得冲激响应为:0011()()()()22d d d h t t t t t T t t T δδδ=-+--+-+根据0()()()i V t V t h t =⊗可得出输出信号的时域表达式:0000011()()()()()()()2211 ()()()22d d d d d d s t s t h t s t t t t t T t t T s t t s t t T s t t T δδδ⎡⎤=⊗=⊗-+--+-+⎢⎥⎣⎦=-+--+-+讨论:和理想信道的传输特性相比较可知,该恒参信道的幅频特性0()(1cos )H T ωω=+不为常数,所以输出信号存在幅频畸变。
其相频特性()d t ϕωω=-是频率ω的线性函数,所以输出信号不存在相频畸变。
第1章 绪论1-4 设有一离散无记忆信源,其概率空间为(1) 求每个符号的信息量;(2) 信源发出一消息符号序列为(202 120 130 213 001203 210110 321 010 021 032011 223 210)求该消息序列的信息量和平均每个符号携带的信息量.解:(1)根据题意,可得:23(0)log (0)log 1.4158I P =-=-≈比特21(1)log (1)log 24I P =-=-= 比特 21(2)log (2)log 24I P =-=-= 比特 21(3)log (3)log 38I P =-=-= 比特(2)法一:因为离散信源是无记忆的,所以其发出的消息序列中各符号是无依赖的、统计独立的。
因此,此消息的信息量就等于消息中各个符号的信息量之和。
此消息中共有14个“0”符号,13个“1”符号,12个“2”符号,6个“3”符号,则该消息的信息量是:14(0)13(1)12(2)6(3)I I I I I =+++14 1.41513212263≈⨯+⨯+⨯+⨯87.81≈ 比特此消息中共含45个信源符号,这45个信源符号携带有87.81比特信息量,则此消息中平均每个符号携带的信息量为287.81/45 1.95I =≈ 比特/符号法二:若用熵的概念计算,有222331111()log 2log log 1.906(/)884488H x bit =--⨯-=符号说明:以上两种结果略有差别的原因在于,它们平均处理方法不同,前一种按算术平均的方法进行计算,后一种是按熵的概念进行计算,结果可能存在误差。
这种误差将随消息中符号数的增加而减少。
1-10 计算机终端通过电话信道(设信道带宽为3400Hz)传输数据.(1) 设要求信道的S/N=30dB,试求该信道的信道容量是多少?(2) 设线路上的最大信息传输速率为4800bit/s,试求所需最小信噪比为多少?解:(1) 因为S/N =30dB,即1010log 30S dB N =,得:S/N=1000由香农公式得信道容量2log (1)S C B N =+ 23400l o g (11000)=⨯+ 333.8910/b i t s ≈⨯ (2)因为最大信息传输速率为4800b/s ,即信道容量为4800b/s 。
由香农公式2log (1)S C B N =+ 得:480034002121 2.661 1.66C B S N =-=-≈-=。
则所需最小信噪比为1.66。
[例6] 某一待传输的图片约含个像元。
为了很好地重现图片,每一像素需要12亮度电平。
假若所有这些亮度电平等概出现,试计算用3分钟传送一张图片时所需的信道带宽(设信道中信噪功率比为30dB )。
信噪比SNR 的定义:解:因为每一像元需要12个亮度电平,所以每个像元所含的平均信息量为每幅图片的平均信息量为用3min 传送一张图片所需的传信率为由信道容量,得到所以2-4某随机过程 ,其中η 和ε, 是具有均值为0,方差为 的互不相关的随机变量,试求(1)X(t)的均值 ; (2)自相关 ; (3)是否宽平稳?解:(1)因为η,ε互不相关所以0()X(t)[()cos ]x m t E E t ηεω==+00cos cos tE tE ωηωε=+又根据题目已知均值0E E ηε==,所以()0x m t =(2)自相关函数1212(,)[()()]x R t t E X t X t =⋅0102[()cos ()cos ]E t t ηεωηεω=++220102cos cos [2]t t E ωωηηεε=++ 220102cos cos [2]t t E E E ωωηηεε=++220102cos cos []t t ηεωωσσ=+01024cos cos t t ωω= 01201214[cos ()cos ()]2t t t t ωω=⨯++-00122cos 2cos ()t t ωτω=++(12t t τ=-)(3)由(2)可知12(,)x R t t 不仅与τ有关还与12,t t 有关,所以为非广义平稳随机过程。
2-14 设n(t)是均值为0,双边功率谱密度为 的白噪声,y(t)= ,将y(t)通过一个截止频率为B=10Hz 的理想低通滤波器得到 ,求(1)y(t)的双边功率谱密度.(2) 的平均功率.解:(1)由傅里叶时域微分性质()()()df t j F dt ωω⇔可知微分器的系统函数()()H j ωω=,则信号通过微分器(线性系统)后输出()y t 的双边功率谱密度为2225200()22 3.9510/2y n P f j f n f f W Hz ππ-===⨯ (2)23220004()220.02633o B B y yB n B S P f df n f df W ππ-====⎰⎰3-3 已知调制信号m(t)=cos(10 )V ,对载波C(t)=10cos(20 )V 进行单边带调制,已调信号通过噪声双边带功率密度谱为 的信道传输,信道衰减为1dB/km.试求若要求接收机输出信噪比为20dB,发射机高在离接收机100km 处,此发射机发射功率应为多少? 解: 因为输出信噪比功率为20dB ,则20010010100S N ==在SSB/SC 方式中,调制制度增益 G=1 所以00100i i S S N N == 接收机输入端的噪声功率 3001010222i n N n B ππ⨯==⨯⨯93620.510510510--=⨯⨯⨯⨯=⨯W因此接收机输入端的信号功率4100510i i S N -==⨯W 因为发射机输出端到接收机输入端之间的总损耗为1/100100dB km km dB ⨯=可得发射机输出功率为 100'10461001010510510i S S W -=⨯=⨯⨯=⨯3-9 已知调制信号4()cos(210)m t t V π=⨯ 现分别采用DSB 和SSB传输,已知信道衰减为30dB,噪声双边功率谱(1)试求各种调制方式时的已调波功率.(2)当均采用相干解调时,求各个系统的输出信噪比.(3)在输入信号功率 相同时(以SSB 接收端的 为标准),再求各系统的输出信噪比.试解:(1)因为4()c o s (210)m t t V π=⨯,则21()2m t W =,所以,211()24DSB S m t W ==, 211()48SSB S m t W ==。
(2)DSB :11600222510210i DSBH N n B n f W --===⨯⨯⨯=⨯信道衰减为30dB ,则1000DSB iDSB S S =,则31110410004iDSB S W -==⨯⨯ 所以,3060110222504210iDSB iS S N N --⨯===⨯⨯ SSB :11600251010i SSB H N n B n f W --===⨯⨯= 信道衰减为30dB ,则1000SSB iSSB S S =,则31110810008iSSB S W -==⨯⨯ 所以,3060110125810iSSB i S S N N --⨯===⨯(3)S 发均相同,18S W =发DSB :11600222510210i DSB H N n B n f W --===⨯⨯⨯=⨯,由于信道衰减30dB ,则31110810008iDSB S W -==⨯⨯,所以3060110221258210iDSB i S S N N --⨯===⨯⨯ SSB :11600251010i SSB H N n B n f W --===⨯⨯=,由于信道衰减30dB ,则31108iSSB S W -=⨯,所以3060110125810iSSB i S S N N --⨯===⨯第4章 模拟信号的数字传输习题解答4-3 已知信号 ,对m(t)进行理想抽样.(1) 如果将m(t)当作低通信号处理,则抽样频率如何选择?(2) 如果将m(t)当作带通信号,则抽样频率如何选择? 解:因为()()πt πt πtπt t m 0012cos 0019cos 212000cos 001cos +== 所以最低频和最高频分别为950Hz f L =,1050Hz f H =(1)将()t m 当作低通信号处理,则抽样频率100Hz 22f H =≥s f (2)将()t m 当作带通信号处理,则抽样频率n f f n f Ls H 212≤≤+因为n=9,所以11.1Hz 2210≤≤s f 4-4 将正弦信号 以4kHz 速率进行抽样,然后输入A 律13折线PCM 编码器.计算在一个正弦信号周期内所有样值 的PCM 编码的输出码字. 解:以抽样时刻4000/1t =为例,此时抽样值为0.9510565,设量化单位20481=∆,所以归一化值0.9510565=1948∆。
编码过程如下:(1)确定极性码1C :由于输入信号抽样值为正,故极性码1C =1。
(2)确定段落码432C C C :因为1948>1024,所以位于第8段落,段落码为111。
(3)确定段内码8765C C C C :因为28641410241948+⨯+=,所以段内码8765C C C C =1110。
所以,4000/1t =的抽样值经过A 律13折线编码后,得到的PCM 码字为 1 111 1110。
同理得到在一个正弦信号周期内所有样值的PCM 码字,如表4-5所示。
4-10 线编成8位码 ,并计算编码电平和编码误差,解码电平和解码误差.写出编码器中11位线性码和解码器中12位线性码.解:编码过程如下(1)确定极性码1C :由于输入信号抽样值为负,故极性码1C =0。
(2)确定段落码432C C C :因为1024>870>512,所以位于第7段落,段落码为110。
(3) 确定段内码8765C C C C :因为63211512870+⨯+=,所以段内码8765C C C C =1011。
所以,编出的PCM 码字为 0 110 1011。
编码电平C I 是指编码器输出非线性码所对应的电平,它对应量化级的起始电平。
因为极性为负,则编码电平()[]864C 2C 2C 2C 2I I i 80716253Bi C -=∆++++-=量化单位因为()()21000110110000864= 因此7/11变换得到的11位线性码为00110110000。
编码误差等于编码电平与抽样值的差值,所以编码误差为6个量化单位。
解码电平对应量化级的中间电平,所以解码器输出为880)16864(-=+-个量化单位。