通信原理期末复习习题集附完整答案解析.docx
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通信原理期末复习习题集附完整答案解析
绪论
1、描述通信系统的两大主要技术性能指标为有效性和可靠性。
在数字通信系统中,
通常用传输速率(频带利用率)和差错率来衡量这两个指标。
2、多路复用方式有FDMA、TDMA、CDMA(列出三种方式)。
3、八进制传码率3000Baud,传信率为9000b/s,传信率不变的情况下变为二进制,则传码率为9000Baud。
4、通信系统按传输媒质不同可分为有线通信和无线通信。
5、模拟通信系统的可靠性用接收端解调器输出信噪比来表示;数字通信系统的可靠性用差错率(误码率、误信率)来表示。
单工通信、半双工通信
串行通信和_并行通信。
6、按照通信双方之间的工作方式可将通信方式分为和双工通信。
7、按数字信号序列排列传输方式可将通信方式分为
8、关于数字通信的优点描述错误的是(D)。
(A)抗噪声性能好(B)噪声不积累
(C)可实现综合业务(D)占用带宽宽
9、在数字通信系统中,常用来衡量其可靠性指标的是(B)
10、简述数字通信系统的特点。
(一)优点:
抗干扰能力强,且噪声不累积传输差错可控便于应用现代数字信号处理技术易于集成,使通信设备微型化重量减轻易于加密处理,且保密性好
(二)缺点:
需要占用较大带宽
对同步要求高
11、简要叙述由香农公式可得出的主要结论。
对于有噪声的连续信道,可由香农公式来计算信道容量。
香农公式给出了高斯白噪声信道的极限信息传输速率。
香农公式可得出的主要结论:
(1)信息速率低于信道容量时,一定有办法实现无误传输。
(2)信息速率高于信道容量时,则无论怎样努力都不可能可靠地传输这些信息.
(3)信道容量C、传输信息所用的信道带宽B与信噪比S/N之间存在着互换的关系:
①在保持C不变的条件下,可以通过增加信号的传输带宽B来降低对信噪比的要求。
②在保持B不变的前提下,可以用提高信噪比的方法增加信道容量。
12、与模拟通信相比,数字通信具有哪些优点。
(1)抗噪声性能好。
(2)易于进行差错控制。
(3)采用中继传输噪声不积累。
(4)易于进行信息加密。
(5)便于与计算机连接。
(6)可实现综合业务。
、模拟调制
1、AM系统在包络检波,且小SNR情况下会出现门限效应。
2、经调制后的信号称为已调信号,它应具有两个基本特性是:
携带原
始信号信息和适合于信道传输。
3、单边带信号的产生方法一般有滤波法和相移法。
4、设调制信号为f(t)20cost20cos3t,载波信号为c(t)cosct,则其对应的上边带信号的表示式为:
10cos(c)tcos(c3)t20costcos(c2)t。
5、调制制度增益是指:
输出信噪比/输入信噪比,其物理意义为:
解调器对噪声的
抑制程度
6、某调频波为s(t)20cos[2108t8cos4000t],试确定已调信号功率为200W,调制指数为8。
7、AM信号解调的门限效应是由包络检波的非线性解调作用所引起的,对AM信号无门限效应的解调方式是相干解调
8、调制信号给定调频信号中心频率为50MHZ,最大频偏为75MHz,则调制信号频率为
3kHz的调制指数为_25000及信号带宽为__150MHz。
_
9、窄带调频时,FM信号的最大瞬时相位偏移应满足的条件是。
tkfm()df6
10、在VSB调制系统中,为了不失真的恢复信号,其边带滤波器的传输函数H(w)应满
足在载频处互补对称。
11、对于各种模拟调制系统,其抗噪声性能优劣排序比较正确的应是:
(C)。
(A)AM>SSB>FM(B)AM>FM>SSB
(C)FM>SSB>AM(D)SSB>AM>FM
12、对于AM调制系统,在大信噪比情况,采用包络检波器解调时的性能比同步检测器时的性能(D)。
(A)高(B)低(C)相等(D)几乎一样
13、已知调制信号为cos103t,则已调信号Smt10cos(106t)8cos103t可能是(C)。
(A)AM信号(B)SSB信号(C)PM信号(D)FM信号
14、下列哪一种信号的传输带宽与AM信号传输带宽相同(B)。
(A)基带信号(B)双边带信号
(C)单边带信号(D)残留边带信号。
15、线形调制系统的调制制度增益(D)。
(A)与调制方式有关,与解调方式无关
(B)与调制方式无关,与解调方式有关
(C)与调制方式无关,与解调方式无关(D)与调制方式有关,与解调方式有关
16、对于AM调制系统,在大信噪比情况,采用包络检波器解调时的性能比同步检测器时的性能(C)。
(A)高(B)低(C)相等(D)几乎一样
17、(7分)已知线性调制信号表示为(1+0.5sinΩt)coswst,式中ws=6Ω。
试画出它的
波形图和频谱图
解:
18、(5分)说明调制的实质是什么?
线性调制中“线性”的含义是什么?
调制是对基带信号进行加工变换使之适合于信道传输的过程。
所谓线性调制是指:
调制前后,以调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈线性搬移关系。
即以调信号与调制信号的频谱之间没有发生结构变化,仅是频率的位置发生了变化。
19、试对AM和DSB可否采用包络检波方式进行解调进行讨论。
答:
AM已调信号波形的包络即为调制信号,采用包络检波的方式获得AM的包络线即恢复出原始信号;DSB已调信号波形的包络与调制信号的波形不一样,因此采用包络检波的方式所获得的DSB包
络线不是已调信号波形,无法恢复出原始信号。
AM可以使用包络检波,DSB不能使用
20、(6分)请画出间接调频和间接调相的方框图,并进行简要说明。
21、什么是门限效应?
AM信号采用包络检波法解调时为什么会产生门限效应?
所谓门限效应,就是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。
22、(7分)画出相移法产生SSB信号的原理框图,并简要分析其产生原理。
23、DSB调制系统和SSB调制系统的抗噪性能是否相同?
为什么?
相同。
因为单边带信号所需带宽仅仅是双边带的一半。
因而,在噪声功率谱密度相同的情况下,双边带解调器的输入噪声功率是单边带的二倍,从而也使双边带解调器输出噪声功率比单边带的大一倍。
因此,
尽管双边带解调器的制度增益比单边带的大,但它的实际解调性能不会优于单边带的解调性能。
不难
看出,如果解调器的输入噪声功率谱密度相同,输入的信号功率也相同,则双边带和单边带在解调器
输出端的信噪比是相等的。
这就是说,从抗噪声的观点看,单边带的解调性能和双边带是相同的
24、(7分)设基带信号为m(t),载波为cosωct。
(1)(2分)试写出SSB信号的数学表达式;
(2)(5分)试画出SSB信号相干解调的原理框图,以及其中滤波器的传输函数示意图11
sSSB(t)2m(t)cosct2m?
(t)sinct
25、(10分)已知调制信号是8MHz的单音频余弦信号,若要求输出信噪比为40dB,试比较100%的AM系统和调频指数为5的FM系统的带宽和发射功率。
(设信道噪声单边功率谱密度n051015W/Hz,信道功率损耗为50dB)
解:
BFM2(mf1)fm96MHz(3分)
GFM3m2f(mf1)450;(3分)
So/No104
Ni5*1015*96MHz4.8*107W
Si104/450*4.8*107*1051.067W
BAM2fm2810616MHz(2分)
2
GAM3(2分)
Si/Ni
So/No104
Ni5*1015*16MHz8*108W
Si104(/2/3)*8*108*105120W
FM的发射功率为1.067W;AM系统的发射功率为120W。
26、(7分)某单边带调制系统(SSB)的发射功率为20W,基带信号的最高频率为5kHz,从发射机输出端到解调器输入端的功率损耗为70dB,解调器输入端加性高斯白噪声单边功率谱密度为21013W/Hz
(1)(3分)画出SSB相移法产生器原理框图;
(2)(2分)画出SSB接收机的原理框图;
(3)
(2分)试求解调器的输出信噪比。
27、(6分)两个不包含直流分量的模拟基带信号m1(t)、m2(t)被同一射频信号同时发送,发送信号为s(t)=m1(t)coswct+m2(t)sinwct+Kcoswct,其中载频fc=10MHz,K是常数。
已知m1(t)与m2(t)的频谱分别为M1(f)及M2(f),它们的带宽分别为5kHz与10kHz。
1)(2分)计算s(t)的带宽;
2)(2分)写出s(t)的频谱表示式;
3)(2分)画出从s(t)得到m1(t)及m2(t)的解调框图
28、(8分)已知信号m(t)的最高频率fm,若用题图1所示的q(t)对m(t)进行自然抽样,确定已抽样信号及其频谱表示式,并画出其示意图(注:
m(t)的频谱M(w)的形状可自
行假设)。
图1
29、(10分)将一个频率为5KHz的单音信号送至调制器,调制器的载频为1MHz,请计算下列各调制信号传输带宽
(1)(2分)若调制方式是AM;
(2)(2分)若调制方式是FM,频偏为20KHz;
(3)(3分)若对调制信号进行抽样,抽样频率为25KHz,每抽样值量化后(有128个量化电平),再编码为二进制码,然后通过升余弦滤波(滚降因子α0.6),再进行PSK调制;
(4)(3分)若调制信号的频率不变,幅度加倍,请再分别计算
(1)
(2)(3)三种情况下的已调信号带宽。
30、(12分)假设音频信号x(t)经过调制后在高斯通道进行传输,要求接收机输出信噪比S0/N050dB。
已知信道中信号功率损失为50dB,信道噪声为带限高斯白噪声,其双
采用同步解调)
边功率谱密度为1012W/Hz,音频信号x(t)最高频率fx15KHz,求:
1)(4分)DSB调制时,已调信号的传输带宽和平均发送功率
3)(4分)100%AM调制时,已调信号的传输带宽和平均发送功率。
(采用包络解调,且单音调制)
31、(8分)有60路模拟话音信号采用FDM方式传输。
已知每路话音信号频率范围为
0-4KH(Z已含有防护频带),副载波采用SSB调制,主载波采用FM调制,调制指数mf2
1)(4分)试计算副载波调制合成信号带宽;
2)(4分)试求信道传输信号带宽。
32、基带调制信号f(t)的波形和载波c(t)cosct的波形如图所示:
(1)写出AM信号和DSB信号的数学表示式;(2分)
(2)画出AM和DSB波形草图。
(5分)
(3)若已知f(t)的最高频率为Fm,试分别求AM信号、DSB信号和SSB信号的带宽(3分)
解:
(1)AM信号的数学表示式:
sAM(t)[A0f(t)]cosct
DSB信号数学表示式:
sDSB(t)f(t)cosct
(5分)
(2)画出AM和DSB波形草图。
(3分)(3)若已知f(t)的最高频率为Fm,试分别求AM信号、DSB信号和SSB信号的带宽
AM信号B=2Fm,DSB信号B=2Fm,SSB信号B=Fm.
33、设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pnf0.510W/Hz,在该信道中传输抑制载波的双边带信号,并设调制信号mt的频带限制在5kHz,而载波为100kHz,已调信号的功率为10kW。
若接收机的输入信号在加至解调器之前,先经过一理想带通滤波器滤波,试问:
(1)该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H;(3分)
(2)解调器输入端的信噪功率比为多少?
(2分)
(3)解调器输出端的信噪功率比为多少?
(2分)
(4)求出解调器输出端的噪声功率谱密度。
(3分)解:
(1)了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声,带通滤波器的宽度等于已调信号带宽,即:
B2fm2510kHz
2)已知:
Si10kw
故输出信噪比:
2Si
Ni
2000
4)根据双边带解调器的输出噪声与输入噪声功率关系,有:
No1Ni2.5
4w
34、将一个频率为5KHz的单音基带信号送至调制器,调制器的载频为1MHz,请计算下列各已调信号传输带宽。
(1)若调制方式是AM;(2分)
(2)若调制方式是FM,频偏为20KHz;(2分)
(3)若对此基带信号进行抽样,抽样频率为25KHz,每抽样值量化后(有128个量化电平),再编码为二进制码,再进行PSK调制;(6分)
6分)(3)因为每个样值编码位数为
采用2PSK调制,已调信号带宽BPSK2fb2175350KHz
三、模拟信号数字化
1、将模拟信号数字化传输的基本方法有
脉冲编码调制和
增量调制
两
种。
2、采用非均匀量化的主要原因是改善
小信号量化信噪比,
提高
系统平均
量化信噪比。
3.信源编码是为了提高通信的有效性,信道编码是为了提高通信的可靠性。
4、PCM系统中,二进制编码反映抽样值信号的值的大小,ΔM系统中
二进制编码反映抽样值的相对变化。
5、在PCM30/32路基群帧结构中,TS0用来传输帧同步信息,TS16用来信
令信息传输。
6、A律PCM基群帧周期为125us,信息速率为2.048Mbps。
7、PCM系统中的噪声有两类:
量化噪声、加性噪声
8、ΔM系统中的量化噪声有两种形式:
一般量化噪声、过载量化噪声
9、PCM30/32路时分多路系统的基群码元速率为2.048Mbit/s,其中话音路
数为30,二次群的码元速率为8.448Mbit/s,话音路数为120。
10、PCM数字电话系统中,μ律PCM基群信息速率为(B)。
(A)2.048Mbps(B)1.544Mbps
(C)1.920Mbps(D)8.448Mbps
11、均匀量化时,大信号的最大量化误差N1,与小信号的最大量化误差N2比较结果为:
(B)。
(A)N1>N2(B)N1=N2
(C)N1 12、采用非均匀量化可以使得(B)。 (A)小信号量化SNR减小、大信号量化SNR增加; (B)小信号量化SNR增加、大信号量化SNR减小; (C)小信号量化SNR减小、大信号量化SNR减小; (D)小信号量化SNR增加、大信号量化SNR增加。 13、电话采用的A律13折线8位非线性码的性能相当于编线性码位数为(D)。 (A)8位(B)10位(C)11位(D)12位 14、对频率范围在30-300Hz的模拟信号进行线性PCM编码,则最低抽样频率fs为(A)。 15、设模拟信号的频率范围为10kHz-100kHz,实际用于该信号的抽样频率为(D)。 (A)20kHz(B)180kHz(C)200kHz(D)210kHz 16、通过抽样可以使模拟信号实现(C)。 (A)时间和幅值的离散(B)幅值上的离散 (C)时间上的离散(D)频谱上的离散 17、对于1和0等概率出现的二进制码序列的功率谱,以下说法正确的是(C)。 (A)单极性不归零脉冲波形无离散谱,双极性不归零脉冲波形有离散谱 (B)单极性不归零脉冲波形有离散谱,双极性不归零脉冲波形有离散谱 (C)单极性归零脉冲波形有离散谱,双极性归零脉冲波形无离散谱 (D)单极性归零脉冲波形无离散谱,双极性归零脉冲波形有离散谱 18、简述ΔM的基本方法。 对语音信号进行过取样(取样速率远大于奈奎斯特速率,如对语音信号的取速率为 32K次/秒),使相邻两个样点的相关性增强,相邻两个样值的差值减小,然后将此差值量化成两个电平+δ或-δ,+δ用“1表”示,-δ用“0表”示。 19、简述非均匀量化的特点和非均匀量化实现的方法。 非均匀量化的特点是量化间隔随信号抽样值的大小而变化,信号强度小,则量化间隔小,量化噪声也小,其目的是改善小信号时的量化信噪比。 非均匀量化的实现方法: 先将信号抽样值压缩,再进行均匀量化。 20、(10分)已知信号f(t)6.4sin(8000t),按奈奎斯特速率进行抽样后,用64个电平均匀量化编码,采用自然二进制码。 (1)(2分)求量化间隔; (2)(4分)求码元传输速率; (3)(4分)若对此二进制信号采用2FSK方式传输,采用非相干方式解调,解调器输 入信噪比为10db,试求传输1小时的错码个数。 (1)v6.42/640.2 (2)奈奎斯特速率fs240008000Hz 64个电平均匀量化编码位数k: 642k,k=6; 码元传输速率=fsk48000b/s (3)采用2FSK非相干方式解调,误码率pe12er212e53.3710传输1小时的总码数=码元传输速率Χ1小时=48000Χ3600传输1小时的错码个数=误码率Χ传输1小时的总码数=582159 21、简述模拟信号数字化中,均匀量化存在的不足。 在均匀量化中,量化电平是等间隔设置的,所以量化台阶都相同。 而量化噪声功率仅与量化台阶有关,当量化台阶相同时,量化噪声功率也相同。 因此,在均匀量化中存在的不足是: 大信号时,量化信噪比很高,远远高出26dB的通信要求;而小信号时的量化信噪比却很低,不能满足正常通信的要求。 22、对于电话信号为什么要采用非均匀量化? 非均匀量化各段的改善量分别为多少? 由于电话信号小信号的概率大,采用均匀量化时小信号的量化误差较大(量化信噪比不够)。 各段的改善量分别为: 24dB、24dB、18dB、12dB、6dB、0dB、-6dB、-12dB 23、简述非均匀量化的基本原理。 不等隔地设置量化电平,大信号时用大台阶,小信号时用小台阶。 这样在保持量化电平数不变的情况下,提高了小信号时的量化信噪比,扩大了量化器的动态范围。 当然,由于大信号时采用了较大的台阶,所以使大信号时的量化信噪比有所下降。 24、试画出PCM传输方式的基本组成框图? 简述各部分的作用? 各部分的作用: 抽样将连续的模拟信号进行时间上的离散; 量化将时间离散幅度连续的模拟信号进行幅度取值上的离散; 编码将时间离散和幅度离散的多进制数字信号编成二进制码; 信道用于信号传输媒介和设备; 干扰传输信号的信道和设备所带来的噪声; 译码编码的反变换过程; 低通将译码输出的样值信号平滑还原成原始模拟信号25、(10分)10路PCM信号和2个二进制180KB的数据以时分多路方式复用,复用器输出送至2PSK调制器。 系统框图如图2所示,若信道中心频率为400MHz,允许2PSK信号功率谱主瓣为2MHz,试求PCM系统可能采用的最大量化电平数。 解: 由于信道允许2PSK信号的主瓣为2MHz,因此2PSK调制器输入端的二进制信号码 元速率最大为 Rb221Mbit/s1000Kbit/s 所以10路PCM信号合并在一起后允许的最大速率为 R10PCM10002180640kbit/s 由此可得每路PCM信号的速率最多为 RPCM6401064kbit/s 由RPCMfsk得到kRPCMfs6488,因此PCM系统可能采用的最大最化电平数为 8 Q28256 26、(10分)已知模拟信号抽样值的概率密度如图1所示。 若按四电平进行均匀量化, 试计算量化噪声功率比。 图1 量化间隔v20.5;量化区间终点依次为-1,-0.5,0,0.5,1;量化电平值为-0.75,4 -0.25,0.25,0.75;量化噪声功率为 信号功率为 所以,量化噪声功率比为 27、(10分)采用13折线A律编码,设最少的量化级为1个单位,已知抽样值为-95单位 1)(6分)试求此时编码器输出码组,并计算量化误差(段内码用自然二进码) 2)(4分)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)极性码c10,又64〈95〈128,所以码组位于第四段,段落码为c2c3c4011,量化间隔为4。 95(647*43)段内码为c5c6c7c80111,所以编码器输出为c1c2c3c4c5c6c7c800110111;量化误差为3个单位。 (2)对应的均匀量化11位码为c1c2c3c4c5c6c7c8c9c10c1100001011100。 28、(10分)PCM编码信号最高频率4kHZ,传输10路信号,进行32级量化,使用不归零码。 (1)(6分)求每个时隙的宽度和每个码元宽度; (2)(4分)使用理想低通滤波器,求系统带宽,使用a=0.5的滚降系统,求系统带宽。 抽样频率fs2fm8KHz 时隙宽度为Ti111ms ifs1080 每个时隙有码元: Nlog2325,且PCM编码,不归零码, T1 故码元宽度: TbTi1ms 5400 理想低通滤波器时,带宽B1400KHz Tb 使用a=0.5的滚降系统,满足R2,(R为传码率) B1 RfsnN8KHz105400KB,故B=600KHz 29、(10分)对10路带宽均为300~3400Hz的模拟信号进行PCM时分复用传输。 抽样频率为8000Hz,抽样后进行8级量化,并编为自然二进制码,码元波形是宽度为的 矩形脉冲,且占空比为1。 试求传输此时分复用PCM信号所需的带宽。 由抽样频率fs8kHzT10.125s;;可得: Ts10.125s;又抽样信号经 f
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