20.通信原理复习

时间:2024-03-23 16:17:15

第一章 绪论(通信系统组成方式,性能指标)

重点:
信息量的计算,
信源熵的物理意义
通信系统的性能指标。特别是数字通信系统中码元速率、信息速率、频带利用率、误码率、误信率的计算

讨论题
通信系统是如何分类的? 2. 信息如何度量何定义?信息量与概率有什么关系? 3. 信源熵有何物理意义?
1、按通信业务分,有话务通信和非话务通信。按调制方式分类根据是否采用调制,可将通信系统分为基带传输和频带(调制)传输。按信号特征分类,按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号,相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。按传输媒介分类分,通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。按工作波段分类可分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信等。按信号复用方式分传输多路信号有三种复用方式,即频分复用、时分复用、码分复用。
2、度量:用信息量和信源熵度量,定义:指消息所带的内容;关系:消息提供的信息量与其出现概率倒数的对数成正比。
3、表示信源发出每一个消息状态所携带的平均信息量

何谓数字通信?数字通信的优缺点是什么? 2. 衡量通信系统的主要性能指标是什么?对于数字通信具体用什么来表述? 3. 何谓码元速率?何谓信息速率?它们之间的关系如何?
1 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。 2. 有效性和可靠性是评价通行系统优劣的主要性能指标。数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量。可靠性可用差错率来衡量。 3. 码元传输速率 简称传码率,又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目,单位是波特(Baud),记为 B。 信息传输速率 简称传信率,又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数,单位是比特/秒,可记为 bit/s ,或 b/s ,或 bps。  他们之间的关系:Rb=RB*H或RB=Rb/log2M(Hmax=log2M)
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第四章 信道(模型)与噪声(容量及特性)

信道问题,主要了解关于信道的相关概念和理论。这部分内容理论性较强,难度较大,需要用到信号与 系统及熟悉信号处理课程相关内容。
重点掌握4.2节信道模型这部分内容。
重点掌握信道容量公式,知道信道容量的三要素是什么?

讨论
可以通过哪些途径提高信道容量? 2. 是否可以通过增加带宽来无限制提升信道容量

1.增大信道容量的方法:提高信噪比、增加带宽。 2.不能。原因:当带宽趋于∞时信道容量会趋于一个定值,故不能达到无限制提高信道容量的目的

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第五章 模拟系统调制(幅度调制、角度调制)

本章开始将进入模拟通信系统的学习,重点学习幅度调制系统和角度调制系统。其中幅度调制系统是重点内容,需要重点掌握。
掌握模拟调制系统的一般模型。
掌握调幅(AM)和双边带调制(DSB)的原理,时域表达式、波形,频谱,带宽和解调方法。
5.2和5.3节的视频内容掌握单边带调制(SSB)和残留边带调制(VSB)的原理,时域表达式,波形,频谱图,带宽和解调方法。
比较AM,DSB,SSB,VSB这4种幅度调制技术的优缺点。
理解角度调制的原理。了解调频FM和调相PM的表达式
学习5.4和5.5节的视频内容(其中5.4.4节不要求看)。
理解分析模型及性能指标。
重点掌握相干解调系统的抗噪声性能分析和包络检波系统的抗噪声性能分析。
能够对AM,DSB,SSB,VSB,FM系统的性能进行比较

讨论
什么是门限效应?在什么情况下会出现门限效应?

门限效应,当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后,检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。在小信噪比情况下,调制信号无法与噪声分开,而且有用信号淹没在噪声之中,此时检波器输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降,而是急剧恶化,也就是出现了门限效应。

比较四种调制方式的优缺点。

AM调制的优点是接收设备简单;缺点是功率利 用率低,抗干扰能力差,AM制式用于通信质量要 求不高的场合,目前主要用在中波和短波的调幅广播中。 DSB调制的优点是功率利用率高,但带宽与AM 相同,接收要求同步解调,设备较复杂。只用于点对点的专用通信,运用不太广泛。 SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高,抗干扰能力优于AM,而带宽只有AM的一半,缺点是发送和接受设备都复杂。主要用于频带拥挤的场合。 VSB调制在于部分抑制了发送边带,同时有利用平缓滚降滤波器补偿了被抑制的部分。性能与SSB相当。多用于电视广播系统。

双边带制度增益是2,单边带调制制度增益是1 ,是否能够说明双边带调制优于单边带调制?

不能,如果在相同的输入信号功率 ,相同输入噪声功率谱密度 ,相同基带信号带宽条件下,对这两种调制方式进行比较,它们的输出信噪比是相等的。因此两者的抗噪声性能是相同的,但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍。

测试1
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测试2
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测试3
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练习1.

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第五章练习
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第六章 数字基带传输系统

本讲开始将进入数字通信系统的学习。
本讲任务:1.观看教学视频6.0和6.1。
2.掌握数字信号的基本码型。
3.掌握数字基带信号的频谱特性。
本讲难点:1.能够掌握根据频谱特性曲线图确定信号有无离散谱,有无定时分量及确定信号带宽的方法
本讲任务:1.观看教学视频6.2。2.掌握数字信号的选码原则和线路码型。3.掌握AMI码,HDB3码,CMI码,双相码的编码原则。
本讲难点:1.HDB3码的编码方法。

1.观看教学视频6.3和6.4。2.理解码间串扰的概念及产生原因。3.熟记无码间串扰的时域条件和频域条件。4.掌握理想低通特性和余弦滚降特性。本讲难点:1.码间串扰的概念及产生原因。2.无码间串扰系统的分析。

观看教学视频6.5和6.6。2.掌握数字基带系统抗噪声性能分析的方法。3.掌握单极性及双极性系统的最佳判决门限电平和误码率公式。4.了解眼图的观察方法,眼图模型及评价指标

1.如何根据频谱特性曲线图确定信号有无离散谱,有无定时分量及信号带宽
有无离散谱:取决于1和0的出现概率,等概时双极性信号没有离散谱。有无定时分量:定时分量的确定在于频率f在一倍的fs处是否有离散谱出现即是否有冲击,冲击就有定时分量。信号带宽:通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽,等于带宽的倒数,即Bs=1/τ

2.HDB3码的编码结果是否是唯一的?如果不是,会有几种可能的结果?
不是唯一的,有四种形式,它与出现四连"0"码之前的状态有关

3.什么是码间串扰?其产生的原因是什么?
码间串扰是指前面脉冲的拖尾蔓延到相邻码元的抽样时刻上,从而干扰了信号检测过程。或由于数字基带系统传输总特性(包括收、发滤波器和信道的特性)不理想,导致接收脉冲的波形展宽和拖尾,使接收脉冲之间发生交叠,前面脉冲的拖尾蔓延到相邻码元的抽样时刻上。产生的原因是系统总传输特性H(F)不良。
码间串扰ISI:在抽样时,抽到的不仅仅是本码元的样值,还有其他码元串绕到本码元抽样时刻的样值,从而对本码元抽样带来干扰。 原因:基带传输总特性不理想,如信道带宽受限,发送滤波器和接受滤波器设计不良。

1.相同条件下,单极性数字基带系统和双极性数字基带系统哪个的可靠性好? 2.如何根据眼图确定最佳抽样时刻?
1、双极性数字基带系统的可靠性好,因为双极性的误码率比单极性小。 2、眼图中的眼睛张开最大的时候是最佳抽样时刻。

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第七章 数字带通传输系统

1.观看教学视频7.0和7.1 第一讲 二进制数字调制原理1。 2.了解数字调制的基本方法。3.重点掌握2ASK和2FSK调制解调的基本原理,波形。本讲难点:1.2FSK信号的解调过程

1.学习视频7.0 二进制数字调制原理2和视频7.2。 2.重点掌握2PSK和2DPSK调制解调的基本原理,波形。3. 掌握二进制调制信号的功率谱密度。本讲难点:1.2DPSK的调制和解调原理。

本讲主要内容及要求:1.学习视频7.3节二进制数字调制系统的抗噪声性能。2.掌握抗噪声性能的分析模型。3.熟记2ASK,2PSK, 2FSK相干解调的最佳判决门限和误码率公式

1.学习视频7.4节。 2. 能够从有效性,可靠性,适应性,复杂度对不同系统进行比较

讨论
1.数字调制的基本方法有哪两种? 2. 有哪三种主要的数字键控方式? 3. 2FSK信号与2ASK信号有什么关系?
1、模拟调制法和数字键控法 ;数字调幅ASK,数字调相PSK,数字调频FSK 2、频移键控2FSK可以看成是两个不同载频的振幅键控2ASK的叠加

1.2PSK调制存在的问题是什么? 2.在解调过程中用到了带通滤波器,其作用是什么?带通滤波器的带宽如何设定? 3. 2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信号的带宽分别是多少?
1,假设相干载波基准与调制载波一致均默认为0相位,但由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在180度相位模糊,最终导致1码错判为0码,0码错判为1码,即“倒π”现象。2,传递信号、滤除噪声;依据已调信号频谱特性3,ASK带宽:2fB,2FSK带宽:|f1-f2|+2fB,2PSK和2DPSK带宽:2fB

1 当.0,1等概时,2ASK,2FSK和2PSK系统的最佳判决门限分别为多少?
2ASK:a/2,2FSK:没有判决门限,2PSK:0

1.在相同信噪比条件下,对4种调制解调系统的抗噪声性能进行比较分析。 2.请从有效性的角度分析4种调制解调系统的优劣。
1.信噪比一定时,调制解调系统的抗噪声性能优劣顺序为:2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK,因为互补误差函数随自变量r的增加而减小。当r趋近于无穷时相差不大 2.从有效性角度看,RB一定时,B2ASK=B2PSK=B2DPSK=2RB=2/TB, B2FSK=|f2-f1|+2/TB。2FSK的频带利用率最低,有效性最差。

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第九章 数字信号最佳接收

1.学习视频9.0节导学篇匹配滤波器。2.掌握匹配滤波器的概念。3.熟记以下公式:(1)匹配滤波器的传输函数表达式.(2)冲激响应表达式.(3)输出信号表达式(4)最大信噪比表达式。
本讲重难点:1.匹配滤波器的概念。2.匹配滤波器的传输函数及冲击响应推到。

1.学习视频9.1节和9.2节。2.掌握似然准则及最大似然准则。3.掌握二进制确知信号最佳接收机结构。4.最佳接收机的误码性能。
本讲重难点:1.最大似然准则。2.匹配滤波接收机与相关接收机的关系。3.最佳接收机误码性能分析。
比较相关接收和匹配滤波接收。
本讲重难点:1.两种接收方法的比较

讨论
什么是匹配滤波器? 2.写出匹配滤波器的传输特性和冲击响应表达式。 3.当噪声功率谱密度不同时,最大输出信噪比是否相同?
1匹配滤波器是一种抽样时刻获得最大输出信噪比的最佳滤波器。2.传输函数 H(f)=KS(f)e^(-2 PI f j t0 f)冲激表达式 h(t)=s(TB-t)3.不同

什么是最大似然准则? 2.匹配滤波接收机和相关接收机有什么关系?
1.最大似然准则的物理概念是接收到的波形中哪个似然函数大就判为哪个信号出现,其目的是使差错概率最小。当s0(t)和s1(t)的发送概率相等时,即P(0)=P(1)时,则有f0®>f1®时判为“0”;f0®<f1®时判为“1”。推广到M进制:若fi®>fj®,则判为“0”(其中j≠i;i,j=1,2,……M) 2.匹配滤波器在抽样时刻t = TB时的输出样值与最佳接收机中相关器在 t = TB时的输出样值相等,均能使Pe最小。因此,可以用匹配滤波器代替相关器构成最佳接收机。

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第十章 信源编码(模拟信号数字化)

了解自然抽样和平顶抽样。3.掌握低通抽样定理。
本讲难点:1.抽样定理。
学习视频10.2节抽样信号的量化。2.理解量化的基本原理。3.重点掌握非均匀量化的基本原理。
本讲难点:1. 非均匀量化的实现原理
学习视频10.3节脉冲编码调制。2.掌握脉冲编码调制的基本原理。3.能够熟练应用A律13折线PCM编码规则进行编码。
本讲难点:1. A律13折线编码规则的应用
视频10.4节。2.重点掌握增量调制的基本原理。
本讲难点:1.增量调制系统的过载特性。

1.信源编码的作用是什么? 2.波形编码的三个步骤是什么?
1.信源编码的作用是压缩编码和模数转换2.抽样、量化、编码

1.非均匀量化服从什么特性? 2. 非均匀量化的实现过程? 3. 均匀量化的平均信号量噪比和什么有关?
1.非均匀量化服从对数特性2.实现非均匀量化首先是把输入量化器的信号进行压缩处理,再把压缩的信号进行均匀量化,最后接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复输入信号3.与量化电平数M有关

1.模拟信号数字化的过程包括哪些过程? 2.A律13折线PCM编码有几位?
1.抽样,量化,编码 2.C1极性码,C2C3C4段落码,C5C6C7C8段内码,共8位
1.模拟信号数字化的过程包括抽样,量化,编码。 2.A律13折线PCM编码共有8位,分别是C1极性码,C2C3C4段落码,C5C6C7C8段内码。

1.如何避免过载量化噪声?
因为输入信号m(t)的最大斜率不超过量化台阶与抽样速率的乘积,所以为了不发生过载,必须增大量化参数σ和抽样速率fs。一般可以提高fs来减小量化误差和过载噪声。
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第十三章

学习视频13.0和13.1节; 2.理解同步的概念; 3.重点掌握插入导频法和直接法的载波同步方法
本讲难点:1.载波同步的方法

1.差错控制的目的?
2.差错控制技术有哪些?
3.线性分组码的表示方法?
4.什么是码重,码距,最小码距?
5.最小码距与检纠错能力有什么关系?

讨论:
同步的类型主要有哪些? 2.同步的方法主要有哪些?
1.载波同步、码元同步、群同步、网同步 2.外同步法(插入导频法)和自同步法(直接法)

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补充
1-5单元测试题
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以下属于恒参信道的是【微波中继信道 】
高斯白噪声信道下,选项中可靠性能最好的是【 宽带调频 】
无码间串扰的单极性基带传输系统的误码率为【 】
下面关于均衡技术的描述不正确的是【 均衡器就是匹配滤波器 】
一般情况下,2ASK信号的功率谱中【 离散谱和连续谱都有 】
在比特率 Kbps的条件下,4PSK数字频带系统的主瓣带宽是【 10 KHz 】
若二进制确知信号的两种码元波形的互相关系数,并且能量相等、出现概率相等,则其最佳接收机的误码率为【 】
设m(t)为低通信号,最高频率为,按照抽样定理的抽样速率抽样,如果均匀量化量化电平数为M,则采用二进制代码的PCM最小码元速率为【 波特】
PCM30/32基群帧的帧同步,采用的是【 集中插入法 】
对于数字通信系统而言,下列描述正确的是【 数字调制中,携带数字信息的载波参数的状态是离散的,信源编码可以降低传输速率,提高数字通信系统的有效性,信道编码会增大传输速率,可以提高数字通信系统的可靠性 】 答案可能有问题!
根据香农公式,以下关系正确的是【 噪声功率减小,信道的容量随之增大//信号功率增加,信道的容量随之增大//信道容量一定,信道的带宽越宽对信噪比的要求越小】
关于模拟信号数字化传输描述正确的是【 非均匀量化能够改善小信号的量化信噪比//PCM的系统性能受量化噪声和信道加性噪声的影响//增量调制的抽样速率远高于抽样定理要求】
AM信号包络检波时可能会出现门限效应。【 Y 】