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1、通信原理第七讲 习题课1习题课n第1章 绪论n第4章 信道n第5章 模拟调制系统n第6章 数字基带传输系统主要内容2第1章 绪论n 通信系统的一般模型是怎样的?噪声信道信源信宿传 输 媒 介发送设备接收设备3第1章 绪论n 数字通信系统的基本组成有哪些？接收设备信源发送设备信宿噪声信 源 编 码信 道 编 码调制信 源 译 码信 道 译 码解调传 输 媒 介信道4第1章 绪论n 如何区分数字信号和模拟信号？n 数字通信有哪些优点？抗干扰能力强，噪声不积累；传输差错可控 ：纠错编码；易于加密处理，且保密性好；便于 利用现代信号处理技术进行处理、变换和存储； 易于集成，有利于实现通信设备的小型化。
2、n 数字通信有哪些缺点？n 一般比模拟通信占据的系统频带宽；n 需要严格的同步，实现较复杂。5第1章 绪论n 掌握信息的定义与度量方法I为消息x所携带的信息量 P(x)为该消息发生的概率n 平均信息量为：6第1章 绪论n 评价通信系统性能的指标n 模拟通信系统的性能指标n 有效性度量：系统的频带利用率n 可靠性指标：接收端最终输出信噪比n 数字通信系统的性能指标n 传输速率和频带利用率有效性码元传输速率和信息传输速率n 误码率和误信率（误比特率）可靠性例：某数字通信系统在4s内传输4800个码元，采用4进制传输，则信息速率为 2400bps。 7第1章 绪论1-2 信息源的符号集由A，B，C，
3、D和E组成，设每一 符号独立出现，其出现的概率为1/4, 1/8, 1/8, 3/16和 5/16。试求该信息源符号的平均信息量。 解：bit/symbol bit/sign 8第1章 绪论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） 不同的字母是等概率出现时，试计算传输的 平均信息速率。 （2） 若每个字母出现的概率为试计算传输的平均信息速率。 9第1章 绪论解：首先计算平均信息量（1）不同的字母是等概率出现时平均信息速率 = 2（bit/字母）/(25ms/字母)= 200
4、bit/s （2）若平均信息速率= 1.985(bit/字母）/(25ms/字母)= 198.5 bit/s 10第1章 绪论1-7 设一数字传输系统传送二进制码元的速率为 2400B，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（设个码元独立等概率出现） 解：利用码元速率和信息速率的关系，即 二进制时：16进制时：11第1章 绪论解：码元速率：Pe = 错误码元数/传输总码元数1-10 已知某四进制数字传输系统的传信率为 2400b/s，接收端在0.5h内共收到216个错误码元 ，试计算该系统的误码率.12习题课n第1章 绪论n第4章
5、信道n第5章 模拟调制技术n第6章 数字基带传输系统主要内容13第4章 信道n 信道的基本概念、定义、分类、数学模型n 具有加性（高斯）噪声的恒参信道数学模型n 信道的定义：以传输媒介为基础的信号通道14第4章 信道n 信道特性及其传输的影响、信道中的噪声、信道容量的香农公式。香农公式：n 信道容量：是指信道中信息能够无差错传输的最大速率。15第4章 信道4-2、设一条天波无线电信道，用高度等于400km的 F2层电离层发射电磁波，地球的等效半径等于（ 6370x4/3）km，收发天线均架设在地平面，试计算其通信距离大约可以达到多少千米？ 解：R = 6370x4/3 km h =400 km
6、 D 5037.1km16习题课n第1章 绪论n第4章 信道n第5章 模拟调制技术n第6章 数字基带传输系统主要内容17第5章 模拟调制技术18第5章 模拟调制技术n 调制的基本概念：定义、分类和模型n 调制是把信号转换成适合在信道中传输的形式的过程。n 连续波模拟调制可以分为幅度调制和角度调制。调制器调制信号载波已调信号19第5章 模拟调制技术n 各种模拟线性调制技术n 调幅（AM）n 模拟线性调制包括AM、DSB-SC、SSB和VSB。n 对于线性的理解：频谱的搬移是线性的。n 调幅指数：Am/A0 ； |m(t)| A0时，则发生“过调幅”。n 带宽n 功率调制效率： 20第5章 模拟调
7、制技术n DSB-SC：n 调制效率：100；优点：节省了载波功率；缺点：不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。n 单边带调制（SSB）n 滤波法n 相移法21第5章 模拟调制技术n 残留边带调制（VSB）残留边带滤波器的特性H()在c处必须具 有互补对称（奇对称）特性, 相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的 调制信号。n 相干解调22第5章 模拟调制技术n SSB调制系统的性能n 制度增益:n 线性调制系统的抗噪声性能n DSB相干解调系统的性能23第5章 模拟调制技术n 模拟角度调制技术n FM -瞬时频率偏移随调制信号成比例变化；n PM -瞬时相位偏移随调制信号m(t)而线
8、性变化。mp = Kp Am 调相指数，表示最大相位偏移。调频指数，表示最大频率偏移。如果预先不知道调制信号m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。24第5章 模拟调制技术n 定义：如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下 式条件则称为窄带调频；反之，称为宽带调频。n 调频信号的带宽：卡森公式 25第5章 模拟调制技术n “预加重”和“去加重”的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪 比的目的。n 多路复用：为充分利用信道带宽，提高传输容量 ，把多路信号在同一信道中传输。常用的复用方式有：频分复用、时分复用和码分复用。n 不同调制方式的性能比较： A
9、M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；FM波的幅度恒定不变，有抗快衰落能力。宽带FM的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪比的互换。26第5章 模拟调制技术5-4 将调幅波通过残留边带滤波器产生残留边带信号 。若此滤波器的传输函数H()如图P5-2所示。当调 制信号为m(t)=Asin (100t)+sin(6000t) 时，试确定 所得残留边带信号的表示式。 解：设调幅波sAM(t) = m0+m(t)cosct, 其中，m0|m(t)|max=A, 同时根据残留边带滤波器在载波fc处具有互补对称特性，可以得出载频 fc=10KHz。27第5章 模拟调制技术28第5章 模
10、拟调制技术根据图（5-2），有29第5章 模拟调制技术残留边带信号频谱：残留边带信号的表示式：30第5章 模拟调制技术5-5 某调制方框图如图P5-3(b)所示。已知m(t)的频谱 如图P5-3(a)，载频1H，且理想低通滤波 器的截止频率为1，试求输出信号s(t), 并说明s(t)为何种已调信号。 解： 设m(t)与cos1t相乘后的输出为s1(t)，则s1(t)是一 个DSB信号。s1(t)再经过截止频率为1的理想低 通滤波器，所得输出信号s1(t), 显然是一个下边带信号，其时域表达式为 31第5章 模拟调制技术同理，m(t)与sin1t相乘后的输出s2(t)再经过理想低 通滤波器之后，
11、得到输出信号s2(t)也是一个下边带 信号，其时域表示式为 32第5章 模拟调制技术调制器最终输出信号 ：显然，s(t)是一个载波角频率为(2- 1)的上边带 信号。 33第5章 模拟调制技术5-12 试证明：当AM信号采用同步检测法进行解调时 ，其制度增益G与大信噪比情况下AM采用包络检波 解调时的制度增益G的结果相同。 证明：设解调器输入AM信号sAM(t)为式中，Am(t)max, 输入噪声ni(t)为34第5章 模拟调制技术解调器输入的信号功率Si 和噪声功率Ni分别为 设同步检测时的相干载波为cosct，则解调器 的输出s0(t)应为 35第5章 模拟调制技术输出信号功率 SO和NO
12、分别为采用同步检测法进行解调时，AM信号的调制制 度增益 36第5章 模拟调制技术5-16 设一宽带FM系统，载波振幅为100V, 频率为 100MHz，调制信号m(t)的频带限制于5kHz，最大频偏f=75 kHz ,并设信道中噪声功率谱密度是 均匀的，其 Pn(f)=10-3W/Hz(单边谱), 试求： (1) 接收机输入端理想带通滤波器的传输特性H(); (2) 解调器输入端的信噪功率比； (3) 解调器输出端的信噪功率比； (4) 若m(t)以调振幅方法传输。并以包络检波器检波，试比较在输出信噪比和所需带宽方面与频率调制系 统有何不同？ 37第5章 模拟调制技术解：（1） 接收机输入端
13、的带通滤波器应该能让 已调信号完全通过，并最大限度地滤除带外 噪声。由题意，调频指数为宽带FM信号的带宽为38第5章 模拟调制技术信号所处频率范围为100MHz0.16 kHz /2 MHz。因 此，理想带通滤波器的传输特性应为 其中，k为常数。(2) 设解调器输入端的信号为 39第5章 模拟调制技术解调器输入信号功率和噪声功率分别为； （3）解调器输出信噪比为； 40第5章 模拟调制技术(4) 若以AM方式传输m(t), 则所需带宽 由此可见，频率调制系统与AM系统相比，通过 增加信号带宽，提高了输出信噪比。 41第5章 模拟调制技术5-17 已知某单频调频波的振幅是10V，瞬时频率为 f(
14、t)=106+104cos2*103tHz，试求：1、此调频波的表达式2、此调频波的频率偏移，调频指数和频带宽度3、调制信号频率提高到2*103Hz，则调频波的频 偏，调制指数和频带宽度如何变化?1、 该调频波的瞬时角频率为 解：42第5章 模拟调制技术此时，该调频波的总相位为 因此，调频波的时域表达式sFM(t)为(2) 根据频率偏移的定义43第5章 模拟调制技术调频指数为这样可以得到调频波的带宽为 (3) 因频率调制时已调波频率偏移与调制信号频率无关，故这时调频信号的频率偏移仍然是 44第5章 模拟调制技术调频指数变为 这样可以得到调频波的带宽为 由上述结果可知：由于f fm，所以， 虽然
15、调制信号频率fm增加了一倍，但调制信号 的带宽B变化很小。45习题课n第1章 绪论n第4章 信道n第5章 模拟调制技术n第6章 数字基带传输系统主要内容46第6章 数字基带传输系统n 数字基带信号的波形、码型和频谱n 数字基带信号的编码规则n NRZ码, RZ码, AMI码和HDB3码；n 在码元速率一定时，多元码可以提高信息速率，是以提高发送功率为代价的。 n 数字基带信号的功率谱可分为连续谱和离散谱两部分。n 单极性NRZ、RZ和双极性NRZ矩形脉冲序列的功率谱特性。474.1 数字基带信号的码型1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1+1 -1例 设
16、前一取代节的极性为+(记为V+)，求NRZ码对应的HDB3码。NRZ码HDB3码 V+ -1 +1B- 0 0 V-+1 0 -1 +1 0 0 0 V+B- 0 0 V-48第6章 数字基带传输系统n 数字基带传输系统模型n 产生误码的原因：信道加性噪声；码间串扰。n 码间串扰的定义和影响（严重时会导致误码）。49第6章 数字基带传输系统n 无码间串扰的时域条件n 无码间串扰传输特性的选择依据：n 奈奎斯特第一准则n 将H()在 轴上以2/Ts为间隔切开，然后分段 沿 轴平移到(-/Ts, /Ts)区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数。 50第6章 数字基带传输系统n 理想低通传输特性n 基带传输最高频带利用率n 升余弦滚降频谱特性 n 升余弦滚降系统的最高频带利用率为 51第6章 数字基带传输系统6-1 设二进制符号序列为100
