通信原理复习点

通信的基本概念

通信：所谓通信就是信息的传递。

消息：通常指有具体的内容的文字、符号、数据、语音、图片、图像等。消息是信息的具体表现形式，是各种特定的信息。

信息：是消息的统称，是消息的抽象和概括。

通信的基本目的：把信息大量地、快速地、准确地、广泛地、方便地、经济地、安全地（即：多、快、好、广、便、省、安）从信源通过传输介质传送到信宿。

通信系统

通信系统：用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统。

模拟通信系统：指的是信源、信宿和信道处理的都是模拟信号的通信系统。

数字通信系统：指信源、信宿处理的是模拟信号，而信道为数字信道的通信系统。

数据通信系统：是随计算机和计算机网络的发展而出现的一种新的通信概念，它是指信源、信宿处理的是数字信号，而信道既可以为数字信道也可以是模拟信道的通信，主要指计算机之间的通信系统。

基带通信系统：所谓基带通信指的是以基带信号（指没有经过任何调制处理的信号）作为传输信号的通信系统。

调制通信系统：调制通信系统是传输已调信号的通信系统。

无线通信系统：利用无线电波、红外线、超声波、激光进行通信的系统统称为无线通信系统。

有线通信系统：用导线（包括电缆、光缆和波导等）作为介质的通信系统就是有线通信系统。

数字通信系统的优点：

①抗干扰能力强。

②便于进行信号加工与处理。

③传输中出现的差错（误码）可以设法控制，提高了传输质量。

④数字信息易于加密且保密性强。

⑤能够传输话音、电视、数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。

通信方式的类别

按通信对象数量分

按信号传输方向

与时间分

按通信终端连接

方式分

按数字信号传输

顺序分

按同步方式分

点到点通信

点到多点通信

多点到多点通信

单工通信

半双工通信

双工通信

两点间直通方式

两点间交换方式

串行通信

并行通信

同步通信

异步通信

信息的度量与香农公式

信息是可以量化的，也就是说信息是可以度量的。

信息量的大小与事件出现的概率成反比关系：

多路复用的基本概念

多路复用：所谓多路复用就是在同一个物理信道（如一个无线电频段、一个无线电频率、一对线缆、一条光纤等）中利用特殊技术传输多路信号，即在一条物理信道内产生多个逻辑信道，每个逻辑信道传送一路信号。目前常用的

复用技术主要有：频分复用技术、时分复用技术、空分复用技术、码分复用技术、波分复用技术。

通信系统的性能评价

我们用通信的有效性和可靠性这对矛盾作为评价通信系统性能的主要指标。有效性反映信息传输的速率问题，而可靠性则代表信息传输的质量（准确程度）问题。

对于模拟通信系统，有效性常用系统的传输频带宽度来衡量，而可靠性则用接收端最终输出的信噪比来评价。

在数字通信系统中，用信息传输速率（比特率）来衡量系统的有效性，而可靠性用差错率衡量。差错率包括两个内容：误码率和误信率。

特率与比特率的关系：

误码率：

误信率：

1.1 选择题

1. 微波是指[ ]。

A、频带为300MHz～300GHz B、波长为1m～1cm

C、频带为1～10GHz D、频带为30MHz

2. 一个二进制数字信号码元时间长度为0.1μs，在传输过程中平均2.5秒产生一个错码，则其平均误码率近似为[ ] 。

A、 5×10-6 B、2×10-8

C、2×10-7 D、4×10-8

3. 消息中所含信息量的多少与[ ]有关。

A、消息的重要程度 B、消息发生的概率

C、消息的种类 D、消息的内容

4. （0，1）二进制信源在[ ]条件下，信源的熵（即平均信息量）最大。

A、P（1）=1 B、P（1）=0.5

C、P（1）=0 D、P（1）=0.75

5. 连续信道的信道容量定义为，当所允许的信号功率增加时，信道容量[ ] 。

A、减少 B、不变

C、增加 D、为∞

1.2 填空题

1. 按传输信道，可将通信分为（1）和（2）两种

2. 衡量一个通信系统好坏的主要指标是（1）和（2）。

3. （1）通信不能消除噪声积累。

4. 基带信号经放大后直接传输，这种方式称为（1），基带信号通过调制后传输，这种方式称为（2）。

5. 通信是指（1）。

1.3运用与发挥题

1. 数字通信的优缺点主要有哪些？

2. 数字通信系统中编码分为哪两类？并简述其各自的作用。

3. 无线电波的主要传播的方式有哪些？

4. 某离散信源由0，1，2，3四种符号组成，其概率场为

求消息源的熵。

5. 二进制数字系统，各码等概出现，传输0.5小时后，收到18个误码，求

6、彩电图像由5×105个像素组成，每个像素有64种彩色度，16个亮度等级，如果所有彩色度和亮度等级的组合机会均等，且统计独立。计算每秒钟传送100个画面所需要的信道容量。如果信道信噪比为30 dB，要传送彩色图像信道的带宽为多少？

解：每个像素所包含的信息量：

每幅图像所包含的信息量：5×105×10=5×106

信息速率：5×106×100 = 5×108

信噪比S/N = 1000(30dB)，由香农公式得：

调制的定义：让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式称为调制。而载波就是一种用来搭载原始信号（信息）的信号，它本身不含有任何有用信息。

1．AM的调制、解调及其特点；

2．DSB的调制、解调及其特点；

3．SSB的调制、解调及其特点；

4．FDM的基本原理；

PCM调制：模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制PCM（Pulse-code Modulation）

抽样：所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值，即将时间连续的模拟信号在时间上进行离散化处理。通常，用窄脉冲与原始信号相乘，完成对原始信号的抽样。

量化：量化就是把一个连续值的无限个数的集合映射为一个离散值的有限个数的集合。即将抽样信号在幅值上进行离散化处理。

量化值：确定的量化后的取值叫量化值（或量化电平）。

量化级：量化值的个数称为量化级。

量化间隔：相邻两个量化值之差就是量化间隔（或量化台阶）。

量化误差：量化值与抽样值之差。（或量化噪声）

量化的方法：分级取中间值。通常用“四舍五入”的方法。

均匀量化：量化间隔相等的量化。主要缺点是无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变，因此当信号较小时，信号的量化信噪比也很小，难以满足通信系统的要求。

非均匀量化：量化间隔不相等的量化；小信号量化间隔小，反之量化间隔大。其优点是改善了小信号的量化信噪比，使在输入信号有较大的动态范围内满足通信系统的要求。

数字压扩折线近似：对于u律曲线，采用13段折线近似

编码：所谓编码就是用一些符号取代另一些符号的过程。比如把量化后的信号电平值转换成二进制码组的过程，也就是用二进制符号取代十进制符号的过程称为编码，其逆过程称为解码。

1．设某模拟信号的频谱范围是1KHz—5KHz，则合理的抽样频率是 [ ]

A.2KHz B.5KHz C.8KHz D.≥10KHz

2．A律`13折线第8段的量化信噪比改善量为 [ ]

A.-18dB B.-12dB C.12dB D.-16dB

3．A律压缩特性的A=87、6，当输入信号为-28dB时，其量化信噪比比均匀量化时的改善量Q为 [ ]

A.20dB B.15dB C.13dB D.21dB

3.2填空题

1．A/D转换包括（1）（2）（3）；D/A转换包括（4）（5）

2．折叠二进制码的优点：（1）（2）。

3．传输速率为2.048Mb/s的数字信号，实际应用时要求最小的通路带宽是（1）。

4．抽样的定义为（1）

5．量化的定义为（1）

3.3运用与发挥题

1．简述十三折线的由来.

答：把信号归一化后,用X轴和Y轴表示,在正半轴,X轴是每次以二分之一取段的方法划分为八段,Y轴均匀划分为八段,对应的各段均作一直线,正负半轴得十六条线段,正负半轴的前两段的斜率相等变为一条直线,所以共十三条折线。

2．试求60路载波超群信号（312KHz~552KHz）的上限、下限抽样频率及防卫带相同时的抽样频率。

3．对24路带宽均为300Hz~3400Hz的模拟信号进行PCM时分复用传输.抽样速率为8000Hz,

抽样后进行128级量化,并编为折叠二进制码,复用时每路前加1bit的信令码，每帧后加

1bit的同步码，试求传输此时分复用PCM信号的码元速率。

逐次比较型PCM编码原理

（1）编码思想：A律13折线近似法（非均匀量化编码A=87.6）

目前国际上普遍采用8位非线性编码。例如：PCM30/32路终端机中最大输入信号幅度对应4096个量化单位(最小的量化间隔称为一个量化单位)，在4096单位的输入幅度范围内，被分成8段× 16等份× 2极性=256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级。

（2）码位安排：M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

第1位表示量化值极性（极性码），2～4位（段落码）表示8种可能的状态来分别表示8个段落的起点电平；5～8位（段内码/电平码）表示每一段的16种状态，即每一段落的16个均匀划分的量化级。

量化级

序号

电平范围

(△)

量化值

范围

段落码

M2 M3 M4

起始电

平(△)

量化间隔

△k (△)

归一

化值

段内码对应权值(△)

M5 M6 M7 M8

8

1024~2048

?~1

1 1 1

1024

64

1/32

512 256 128 64

7

512~1024

? ~1/2

1 1 0

512

32

1/64

256 128 64 32

6

256~512

1/8~1/4

1 0 1

256

16

1/128

128 64 32 16

5

128~256

1/16~1/8

1 0 0

128

8

1/256

64 32 16 8

4

64~128

1/32~1/16

0 1 1

64

4

1/512

32 16 8 4

3

32~64

1/64~1/32

0 1 0

32

2

1/1024

16 8 4 2

2

16~32

1/128~1/64

0 0 1

16

1

1/2048

8 4 2 1

1

0~16

0~1/128

0 0 0

0

1

1/2048

8 4 2 1

1．PCM复用的概念；

2．数字复接的概念及其与PCM复用的异同点；

3．数字复接的基本原理；

4．PCM帧结构和SDH的基本概念。

基带信号：频带分布在低频段（通常包含直流）且未经过调制的信号通常被称为基带信号。

基带信号的特点：信号频带通常从直流和低频开始并且未经载波调制。

基带传输：直接传输基带信号的方式。

码型：数字基带信号可以以不同形式的电脉冲出现，电脉冲的存在形式称为码型。

码型编码：通常把数字信号的电脉冲表示过程称为码型编码或码型变换，由码型还原为原来数字信号的过程称为码型译码。

线路传输码型：在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。

码型设计原则：

（l）对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中应不含有直流分量。

（2）信号的抗噪声能力要强。产生误码时，在译码中产生误码扩散的影响越小越好。

（3）便于从信号中提取位定时信息。

（4）尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减小串扰。

（5）对于采用分组形式传输的基带通信（采用分组形式的码型，比如5B6B、4B3T码等），收信端除了要提取位定时信息，还要恢复出分组同步信息，以便正确划分码组。

（6）码型应与信源的统计特性无关。

（7）编译码的设备应尽量简单，易于实现。

二元码：只有两个取值的脉冲序列就是二元码。最简单的二元码基带信号波形为矩形波，幅度取值只有两种电平，分别对应于二进制码的1和0。

（1）单极性不归零码：用高电平和低电平（常为零电平）两种取值分别表示二进制码1和0，在整个码元期间电平保持不变，此种码通常记作NRZ（不归零）码。

（2）双极性不归零码：用正电平和负电平分别表示1和0，在整个码元期间电平保持不变。

（3）单极性归零码：此码常记作RZ（归零）码。与单极性不归零码不同，RZ码发送1时高电平在整个码元期间T内只持续一段时间，在其余时间则返回到零电平，发送0时用零电平表示。T称为占空比，通常使用半占空码。

（4）双极性归零码：用正极性的归零码和负极性的归零码分别表示1和0。这种码兼有双极性和归零的特点。虽然它的幅度取值存在三种电平，但是它用脉冲的正负极性表示两种信息，因此通常仍归入二元码。

（5）差分码：在差分码中，1和0分别用电平的跳变或不变来表示。在电报通信中，常把1称为传号，把0称为空号。用电平跳变表示1，称为传号差分码，若用电平跳变表示0，则称为空号差分码。传号差分码和空号差分码分别记作NRZ（M）和NRZ（S）。由于差分码中电平只具有相对意义，所以又称为相对码。

（6）数字双相码：又称分相码或曼彻斯特码。它用一个周期的方波表示1，用方波的反相波形表示0，并且都是双极性非归零脉冲。这样就等效于用2位二进制码表示信息中的1位码。

（7）密勒码：在这种码中，l用码元间隔中心出现跃变表示，即用10或01表示。0有两种情况：单0时在码元间隔内不出现电平跃变，而且在与相邻码元的边界处也无跃变；出现连0时 ，在两个0的边界处出现电平跃变，即00与11交替。这样，当两个1之间有一个0时，则在第一个1的码元中心与第二个1的码元中心之间无电平跳变，此时密勒码中出现最大脉冲宽度，即两个码元周期。由此可知，该码不会出现多于4个连码的情况，这个性质可用于检错。

（8）传号反转码：传号反转码记作CMI码，与数字双相码类似，它也是一种双极性二电平不归零码。在CMI码中，1交替地用00和11两位码表示，而0则固定地用01表示。

三元码：三元码指的是用信号幅度的三种取值表示二进制码，三种幅度的取值为：＋A，0，-A。或记作十1，0，－l。这种方法并不是表示由二进制转换到三进制，信息的参量取值仍然为两个，所以三元码又称为准三元码或伪三元码。

（1）传号交替反转码：传号交替反转码常记作AMI码。在AMI码中，二进制码0用0电平表示，二进制码1交替地用+l和-1的半占空归零码表示。

（2）n阶高密度双极性码：n阶高密度双极性码记作HDBn码。。

（3）BNZS码：。

频带利用率：为了说明传输系统的带宽与码元传输速率的关系，定义频带利用率

为 单位为Bd/Hz，即单位频带的码元传输速率。

6.3 扰码和解扰

扰码和解扰：所谓扰码，就是在发信端不用增加多余的码元而搅乱信号，使其统计特性近似于白噪声，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大的方便。通常用m序列对信源序列进行“加乱＂处理（有时也称为扰码）以使信源序列随机化。解扰就是在接收端把“加乱”了的序列用同样的m序列“解乱”，即进行解扰，恢复原有的信源序列。

m序列：m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是最常用的一种伪随机序列。m序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的，并且具有最长的周期。

扰码器和解扰器：

眼图：是一种利用实验手段方便地估计系统性能的一种方法。具体做法是：将待测的基带信号加到示波器的输入端，同时把位定时信号作为扫描同步信号。这样示波器对基带信号的扫描周期严格与码元周期同步，各码元的波形就会重叠起来。对于二进制数字信号，这个图形与人眼相象，所以称为“眼图”。因为基带波形的失真通常是由噪声和码间串扰造成的，所以眼图的形状能定性地反映系统的性能。

1．掌握ASK、FSK和PSK的基本概念与调制、解调方法；

2．掌握2DPSK的基本原理；

3．了解多进制数字调制MASK、MPSK、MFSK的基本原理。

1．掌握三种差错控制方法的基本概念；

2．了解差错控制编码的分类；

3．理解检错和纠错原理，掌握检错和纠错的条件；

4．了解常用检错码；

5．掌握线性分组码的基本概念、生成方法以及译码原理；

6．了解循环码的基本概念。

8.1选择题

1．线性分组码(n,k)中；许用码组的个数是 [ ]

A. 2n

2．在一个码组内要想纠正t位误码，同时检测出e位误码（e≥t）,要求最小码距为[ ]

A、 B、

C、

D、

3．一码长n=15的汉明码其监督码位为是 [ ]

A.15 B. 5 C.4 D. 10

4．不需要反馈信道的差错控制方式是 [ ]

A. 前向纠错(FEC)、 B. 检错重发（ARQ）

C. 混合纠错（HEC）。 D. 信息反馈（IF）

5．奇偶校验码实施偶校验是其监督方程应为 [ ]

A、

B、

C、

D、

8.2填空题

1．设一码组为(0000000)，(1100101)，(1010011)和(0101110)，该码的最小码距为_____，最多能发现_____个错码。

2．在一线性分组码中，若要纠正2个错误，要求最小码距dmin应为_____。

3．在一线性分组码中，若要检出5个错码，要求最小码距dmin应为_____。

4．(7，4)汉明码可纠_____位错码。

5．（5，4）奇偶监督码实行偶监督，则信息元1011对应的监督位为 。

8.3运用与发挥题

1．已知（7，4）线性码的生成矩阵为G= 写出监督矩阵，若接收码为1110101，计算校正子。

2．已知（7.4）循环码生成多项式g(x)= +x+1

1. 2） 写出该循环系统的全部码系。

2.

1） 求其生成矩阵及监督矩阵。

3．某循环码是信息位k=3的码，它的生成矩阵。G=

求： 1) 确定该码的生成多项式g(x)

2) 寻求输入信息码为011时相应的循环码码组

4．设(7，4)汉明码的一致监督方程为：

求：1)监督矩阵和生成矩阵。2)已知信息码组为1010，写出发送码字。3)若接收码字为1100111，试确定是否有错？若有错，请改正。

5．已知(7，4)汉明码的监督矩阵为

求：1)生成矩阵G。

2)求消息码0101的码字。

3)若接收码为1010111，试确定该码字是否有错，若有错，请改之。