第一章 绪论

1. 基带信号的定义
基带信号是指信号的频谱从零频附近开始的,没有经过调制的信号
2. 什么是数字信号和模拟信号?二者的区别是什么?
数字信号是信号参量的取值是离散的,模拟信号是信号参量的取值是连续的。区别是信号参量的取值是连续还是离散。
3. 什么是数字通信?描述数字通信系统的主要优缺点?
数字通信就是用数字信号传输信息的通信系统。数字通信系统的优点有差错可控,抗干扰能力强,易于存储,处理和交换,易于集成和加密,设备便于集成化和微机化,便于构成数字网。缺点是频带利用率不高,系统设备较为复杂。
4. 数字通信系统的一般模型,并简述各个方框的功能
信源——信源编码——加密——信道编码——调制——信道——解调——信道译码——解密——信源译码——信宿
信源编码和译码是为了压缩数据,减少冗余,提高传输的有效性。同时完成模数变换。
信道编码和译码是增加冗余,提高传输的可靠性,信道解码可以发现传输中的错误。
加密是为了保证信息的安全,人为得将传输的数字序列扰乱,只有能够对数据正确解密的人才能获取信息。
调制的目的是形成适合在信道上传输的信号,提高抗干扰能力,还可以用于实现多路复用,实现带宽和信噪比之间的转换。
5. 按信号的流向和时间分类,通信方式有哪些?单工,双工,半双工
6. 何为码元速率和信息速率?他们之间的关系如何?
码元速率是单位时间内传输码元的数目,信息速率是单位时间内传输平均信息量(比特)的数目。信息速率等于码元速率乘以信息熵。
7. 说明能量信号和功率信号的特性
能量信号的能量有限,但其功率为0;功率信号为平均功率有限,但其能量无穷大。
8. 什么是信息熵?
信源中每个符号中所含的平均信息量,当离散信源等概出现的时候,信息熵最大,等于log2M。
9. 什么是窄带高斯白噪声?它的频谱和时间波形有什么特点?
窄带是指频带宽度远小于中心频率,中心频率偏离零频很远。高斯是指时域上表示为信号的概率密度分布服从高斯分布,白噪声是指噪声的功率谱密度在所有频率上均为一常数。高斯白噪声在任意两个时刻的随机变量都是互不相关的,而且还是统计独立的。其包络的一维分布服从瑞利分布,相位的一维分布服从均匀分布。如果随机过程的频谱分布特点为带宽远小于中心频率,时间波形上呈现出包络和相位随机缓慢变化的正弦波。
10. 模拟系统和数字系统的有效性和可靠性的衡量指标是什么?
模拟系统的有效性是通过有效带宽来衡量的,可靠性是信噪比来衡量的。
数字系统的有效性是通过频带利用率来衡量的,可靠性是误码率或者误信率。
其中有效带宽是指能够有效通过该信道信号的最大频带宽度;信噪比是信号功率跟噪声功率的比值;频带利用率是单位频带内码元的传输速率;误码率是指码元在传输系统中被传错的概率,即错误码元数目在总传输码元中的比例。
补充:模拟系统的抗噪声指标为输出信噪比和制度增益。
11. 什么是随机过程?其基本特征是什么?
随机过程是指依赖时间参数的一组随机变量。他是一个时间函数,随机过程中任意时刻的值是一个随机变量。
12. 均值,方差和均方值的物理意义?
均值为随机过程中N个样本值的摆动中心,方差是t时刻对均值的偏离程度,均方值为平均功率。
13. 什么是阶跃型光纤,梯度型光纤,多模光纤,单模光纤
折射率在两种介质中均匀不变,仅在边界处发生突变的光纤叫做阶跃光纤;
纤芯折射率沿半径增大方向逐渐减小的光纤叫做梯度型光纤;
有多种光线传播路径的光纤为多模光纤;只有一种光线传播路径的光纤为单模光纤。
14. 什么是广义的平稳随机过程?
一个随机过程的统计特性与时间起点无关,则称为严平稳过程。广义的随机过程体现为随机过程的均值为常数,相关函数仅与时间间隔有关的随机过程。

第二章 信道

15. 什么是相关带宽
它表示为信道传输特性函数相邻两个零点之间的频率间隔。如果信号的频谱比相关带宽要宽的话,则将产生严重的频率选择性衰落。
16. 什么是分集接收技术?
分集是对信号进行分散接收和集中处理,从而减少衰落对信号的影响。分散接收是指使接收端收到多个携带同一信息,统计独立的衰落信号。分散接收的方式有空间分集,频率分集和时间分集。空间分集是指在不同位置接收同一信号,频率分集是指调制成不同频段的调制信号,时间分集是指同一信号在不同时间多次重发。集中处理是把接收到的多个信号进行合并。集中处理的方式有选择式合并,等增益式合并,最大比值合并。
17. 什么是快衰落和慢衰落
由多径效应引起的衰落叫做快衰落。由信号路径上由于季节,日夜,天气等变化引起的信号衰落为慢衰落。
18. 用于抗衰落的技术有哪些?
常用的措施有扩频技术,功率控制技术,与交织编码结合的差错控制技术,分集接收技术。
19. 可为加性干扰?何为乘性干扰?
无论信号有没有都会存在于信道中的噪声叫做加性干扰;随信号大小变化的干扰叫做乘性干扰。
20. 多径传播会导致什么现象
瑞利型衰落,频率弥散和频率选择性衰落;瑞利型衰落是多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相位受调制的窄带信号;从频谱上看就是频率弥散,多径传播使得单一谱线变成了窄带谱线;频率选择性衰落表示对信号不同的频率成分,信道有着不同的衰减,当失真随时间随机变化时就形成频率选择性衰落。具体的判断方法是信号的频谱比相关带宽宽时,则将产生严重的频率选择性衰落。在传输数字信号时,频率选择性衰落还会引起严重的码间干扰。
21. 随参信道特征有什么
信号的传输衰耗和时延随时间而变化,多径传播
22. 什么是恒参信道,什么是随参信道
恒参信道是信道传输函数不随时间变化的信道,而随参信道是信道传输函数随时间参数随机快速变化的信道。恒参信道对信号传输的影响可以完全消除,而随参信道对信号传输的影响只能在统计平均的意义下消除。
23. 信道容量的定义
信道容量是指信号能在信道中可实现无差错传输数据的最大平均信息速率。
信道容量在没有噪声的理想状态下可以由奈奎斯特准则测算出来,在没有噪声的情况下,数据率的限制仅仅来自于信号的带宽,如果带宽为B,那么可以被传输的最大信号速率就是2B。
在有噪声的情况下可以由香农公式测量计算出来。
24. 香农公式是什么,其意义是什么
C=Blog2(1+S/N),其中C为信道容量,B为信道带宽。香农公式给出了理想情况下,理论上通信系统所能达到的极限信息传输速率。也就是说只要传输速率小于等于信道容量,则总可以找到一种信道编码技术,实现无差错传输信息。
也给出三种增加信道容量的思路:1,提高信号发射功率2,减少噪声功率3.增大信道带宽,但是用信道带宽来增加信道容量不是无限制的增大。可以用带宽换取信噪比,如果给定信道容量C,则可以增大带宽来降低对信噪比的要求;或者可以提高信噪比来换取较窄的频带,节约频谱资源。
25. 为什么不能无止境得用带宽来换取信噪比
由于增加传输带宽,会增大输出的噪声功率,导致输入信噪比下降,严重的情况下可能还会出现门限效应。
26. 根据噪声的性质分类,可以把噪声分成几类
可以分为单频噪声,脉冲噪声和起伏噪声。
单频噪声,频谱特性可能是单一频率也可能是窄带谱。单频噪声的特点是一种连续波干扰。
脉冲噪声是在时间上无规则得突发脉冲波形,起伏噪声是一种连续波随机噪声,起伏噪声的特点是具有很宽的频带,并且始终存在于系统中。其功率谱密度均匀分布在整个频率范围内,概率分布满足正太分布。常见的起伏噪声有热噪声,散弹噪声和宇宙噪声,其中散弹噪声是电子管中电子发散不均匀导致的。
27. 热噪声是怎么产生的?
热噪声起源于一切电阻性元器件中的电子热运动

第三章 模拟调制系统

28. 什么是调制,调制的作用有什么?
调制是指用载波的某个参量来表示基带信号。
调制的作用有把基带信号调制成适合在信道中传输的信号;实现信道的多路复用,提高信道利用率;减小干扰,提高系统的抗干扰能力;实现传输带宽与信噪比之间的互换。
29. 什么是线性调制?什么是非线性调制?
线性调制是频谱上的线性搬移。常见的线性调制有调幅,双边带调制,单边带调制和残留边带调制。非线性调制则不再是原调制信号的线性搬移,而是频谱的非线性变换。
30. AM信号的波形和频谱有哪些特点?
AM信号的波形包络和调制信号的包络一样,AM的信号的频谱包括载频分量,上边带和下边带。其中上边带的频谱结构和原调制信号的频谱结构一样,下边带是上边带的镜像。AM信号的总功率包括载波功率和边带功率。
31. 什么是调幅信号的过调幅?
AM信号的调幅系数大于一,导致AM信号的包络不再反映基带信号的变换规律。
32. 为什么要抑制载波?
为了提高调制效率,减少载波功率。对于抑制载波的双边带,可以使其调制效率由三分之一提高到1。
33. 单边带调制信号的产生方式有哪些?各有什么技术难点
相移法和滤波法。滤波法是先产生双边带调制信号再用边带滤波器过滤掉其中一个边带,主要的难点是由于上下边带之间的频率间隔十分得窄导致边带滤波器的制作。相移法是利用希尔伯特变换来形成单边带调制信号,难点在于宽带移相网络的制作。
34. 残留边带滤波器的传输特性满足什么条件?为什么?
残留边带滤波器的传输特性要满足在载频处有互补奇对称的特性。这样才能在相干解调的时候无失真得从残留边带中恢复出所需要的调制信号。
35. 相干解调的关键是什么?如何获得同频同相的信号?
相干解调的关键在于要提供一个与已调信号载波同频同相的信号。
实现载波同步的方法有插入导频法和直接提取法。其中插入导频法是在接受信号的载频处插入相移90度的正交载波信号。直接提取法是对接收信号作非线性变换产生载波的谐波分量,利用锁相环或者窄带滤波器提取出载波的谐波分量,再进行分频,即可得到载波同步信号。
36. 包络检波的组成是什么?
微分整流器和低通滤波器。为了保证检波质量,插入的载波振幅应远大于信号的振幅。
37. 什么是门限效应?什么是门限值?为什么相干解调不会出现门限效应?什么是最佳判决门限电平?
门限效应本质上是由包络检波器的非线性引起的,是当有用信号被噪声淹没,输入信噪比减小到一定程度导致输出信噪比急剧恶化。开始出现门限效应的输入信噪比为门限值。使误码率最小的判决电平就是最佳门限电平。
由于相干解调信号和噪声可以分开解调,解调器的输出总是存在有效信号。
38. 降低门限值的方法有什么?
锁相环鉴频器和负反馈解调器。还有预加重和去加重技术。
39. 什么是频率调制?什么是相位调制?二者之间如何转换?
频率调制是指瞬时频率偏移随调制信号成比例变化,相位调制是指瞬时相位偏移随调制信号线性变化。将基带信号先微分再调频可以得到调相信号;将基带信号先积分后再调相可以得到调频波。
40. 为什么调频系统可以进行带宽与信噪比之间的互换,但调幅不能?
因为调幅系统的带宽是固定的。
41. 卡森公式是什么?他的意义是什么?
卡森公式指调频信号的带宽等于两倍的最大频偏加上调制信号的频率;说明了调频信号的带宽取决于最大频偏和调制信号的频率。
42. 调频系统的调制制度增益和信号带宽的关系如何?
信号带宽越大,调制增益越高。
43. 为什么说DSB和SSB调制系统的抗噪声性能是相同的?
因为在相同的输入信号功率和噪声条件下,两者的输出信噪比是相同的。
44. 调频信号如何产生?
一个是直接法,锁相环调制器的结构包括相位检测器,环路滤波器和压控振荡器。其中压控振荡器本身就是调频器,因为压控振荡器的振荡频率正比于输入控制电压,用调制信号作为控制信号就能产生调频波。二是间接法,先通过积分器再做相位调制就可得到调频信号。
45. 调频系统的调制制度增益和调制指数的关系如何?说明了什么问题?
大信噪比时制度增益与调制指数的平方成正比,说明对于调频系统而言,增加传输带宽就可以改善抗噪声性能。
46. 调频系统中采用加重技术的原理和目的是什么?
因为调频系统要经过鉴频器来解调,鉴频器的功率谱密度会随着频率的平方而增加,所以输出噪声随着调制信号频率的升高而增强,而基带信号的高频分量会随着频率的增加而减小,所以鉴频器输出的信噪比明显下降。目的是为了进一步改善解调器的输出信噪比,加重技术的原理是保持输出信号不变,有效降低噪声,来提高输出信噪比。在解调前加上预加重网络,提高调制信号的高频分量,即调高信号的上升沿和下降沿处的幅度。去加重技术是在解调后保持信号不变同时降低高频处噪声,抑制噪声分量。同时恢复调制信号高频处的幅度。
47. 发射分集和空间复用的区别是什么?
发射分集技术是指在不同的天线上发射相同的信息,从而来起到抗衰落的作用。空间复用技术是在不同的天线上发射不同的信息,提高系统的容量和频谱利用率。空间复用相当于按照发送天线将无线信道划分为若干并行的信道,每个信道传输的都是完全不同的数据。

第四章 数字基带传输系统

48. 数字基带传输系统的基本结构和各部分功能?
数字基带传输系统是由发送滤波器,信道,接收滤波器,抽样判决器及定时和同步系统构成。
信道信号发生器,用于把原始的基带信号转换成适合基带传输的信号;
信道的作用是传输基带信号;接收滤波器的作用是接收信号并尽可能得滤除带外噪声和干扰,对信道均衡,形成有利用抽样判决的信号;
抽样判决器是对接收滤波器的输出波形进行判决,恢复出基带信号;
定时和同步系统的作用是为抽样判决器提供准确的抽样时钟。
49. 数字基带信号的功率谱有什么特点?它的带宽取决于什么?研究它的意义何在?
由于基带信号具有随机性,没有明确的频谱特性,只能通过研究功率谱来研究其频谱。