电子信息工程专业课复习知识点总结：(五）通信原理

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第一章通信系统概述——通信系统的构成、各部分性质、性能指标

1.通信系统的组成？

信源：把待传输的消息转换成电信号（基带信号），完成非电到电信号的转化
发送设备：将基带信号变换为适合信道传输的信号。
信道：信号传输通道，同时会引入噪声
接收设备：从带有噪声的信道中恢复出无失真的原有信号
信宿：把电信号恢复为需要传输的信号

2.通信系统的分类？

答：模拟通信系统或数字通信系统。
①模拟通信系统：
发送设备主要包含调制器。
接收设备主要包括解调器。
载波同步系统也是必要和重要的部分

②数字通信系统：
发送设备和接收设备中包含信源编解码、信道编解码，
以及保密编解码

3.调制、解调是什么？有什么用？

答：调制是指将要传输的信息信号（基带信号）通过改变调制信号（载波信号）的某些特性，如振幅、频率或相位，来产生调制信号。调制后的信号具有较高的频率，便于在传输媒介上传输。
解调是指将经过调制后的信号从传输媒介中恢复为原始的信息信号。解调过程是调制的逆过程，通过检测和提取调制信号中的信息。

4.数字通信系统的组成？

答：
信源编码：①完成模数转换，实现模拟信号数字化②将数字信号进行压缩，压缩通频带，提高频带利用率

信道编码：①引入纠错检错功能、差错控制、添加监督码元，提高系统可靠性。

5.数字通信系统的主要特点？

答：数字通信系统的主要特点：
1）抗干扰能力强，噪声不积累。
只判断0和1，不关注波形失真。
干扰如果没引起错判，反复转发干扰不累积。
2）可采用信道纠错编码技术，提高通信可靠性。
3）便于处理、变换和存储。
4）易于大规模集成。
5）易于加密处理，保密性好。
6）相比模拟通信系统，占用更多的带宽。
7）需要更复杂的同步系统

6.衡量通信系统的质量指标有哪些？

答：主要是有效性和可靠性。
对于模拟系统，有效性主要体现在传输带宽，消息所需带宽越小，有效性越好。
可靠性主要体现在输出信噪比。越大越好。

对于数字系统，有效性是码元传输速率、频带利用率。
可靠性是误码率、误信率。

7.噪声的分类？什么是高斯白噪声？

答：按照噪声对信号的作用方式，主要分为加性噪声和乘性噪声。
加性噪声是叠加在信号上，大多数噪声属于加性噪声。
乘性噪声主要来自信道对信号的影响，当信道特性不理想时，需要通过对信道特性的补偿（又称为均衡）去改善。

白噪声：功率谱密度为常数的噪声。
起伏噪声特性：
统计特性服从高斯分布，且均值为0，（一维高斯分布又称为正态分布）；
功率谱密度在很宽的范围内为常数，近似为白噪声。
所以高斯白噪声：服从正态分布的功率谱密度为常数的噪声。

第二章 通信信号分析——时域、频域分析法

1.信号的基本分析方法？

答：1）时域分析法：具有直观体现信号波形的特点。
2）频域分析法：
理论基础和数学工具是傅里叶变换。对于随机信号分析，还需要用到概率论和数理统计。频域分析法则更有利于揭示信号内在的频率特性，从而与通信中信号的频谱、带宽、滤波、调制、频分复用等概念相联系。

2.关于周期信号、能量信号、功率信号的知识点

3.信号的带宽是什么？

周期信号由于谐波振幅具有收敛性，信号能量主要集中在低频分量中（第一零点以前）。
可以将信号的频带宽度定义为：从零频率开始到需保留的最高频率分量之间
的频率范围（正的频率范围）

4.能量信号的频谱密度、帕斯瓦尔定理、能量谱密度、功率谱密度

答：能量信号的频谱密度函数即该信号的傅里叶变换函数。
帕斯瓦尔定理：对于能量信号，在时域中计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号总能量。

5.希尔伯特变换是什么？

对正频率产生-Π/2 的相移。
对负频率产生 +Π/2相移。
因此，希尔伯特变换又称为90°的 移相器。

6.什么是随机过程？

答：依赖时间参数的一组时间变量。，是一个时间函数。

7.窄带高斯白噪声是什么？

窄带：频带宽度小于中心频率，偏离零频率很远。
高斯：服从高斯正态分布，有均值和方差两个参数。
白噪声：功率谱密度是常数，Pn=n0/2。n0是白噪声的单边功率谱密度。

8.信道容量与香农公式？

答：
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。

香农公式：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。

第三章 模拟调制系统

1.模拟通信系统组成结构？

调制信号（基带信号）：系统中信息源提供的低频率原始消息信号；
载频信号或载波：充当载体的高频率振荡电信号；
调制：低频信号的装载过程，把基带信号的信息装载到高频的载波信号上
已调信号（已调波、频带信号)：经调制后的高频载波。
解调（检波）：从已调信号中提取出调制信号的过程，它是调制的逆过程

2.调制的主要作用？

1）形成带通型信号频谱，使得所发送的频带信号的频谱匹配于信道的带通特性，便于传输；
2）实现信道的多路复用。将多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用的技术称为频分复用（FDM）。
3）通过采用不同的调制方式可以兼顾通信的有效性及可靠性。例如AM和FM。

3.调制的分类？有哪些调制方法？

答：
调制可分两类：
 幅度调制——线性调制，线性调制是频谱上的线性搬移。
 角度调制——非线性调制，是频谱的非线性变换。
“线性”：频谱搬移，形状不变。

4.幅度调制的具体类型？——线性调制，频谱搬移

答：按实现方式和频谱特点，具体分为四种类型：
调幅（AM：Amplitude Modulation）
双边带（DSB：Double Side-Band）
单边带（SSB：single Side-Band）
残余边带（VSB：Vestigital Side-Band）

5.AM调制的波形、频域特点？

频域包括上边带、下边带和载频。波形的包络和调制信号包络一样。

6.AM、DSB、SSB的调幅方法的梗概？

其中有几个概念：

①相干解调和非相干解调

答：相干解调，需要一个与已调信号载波同频同相的信号。这里提取一个与已调信号载波同频同相的信号，我之前课设便做的是这个。利用了锁相环，首先对调制信号提取出谐波分量，然后利用锁相环进行倍频、分频操作得到同频同相信号。

②为什么要抑制载波？

答：为了提高调制效率，减少载波功率。

③单边带SSB是怎么产生的？

答：1.用边带滤波器去掉一个边带。
2.用希尔伯特变换形成SSB信号。

④什么是包络检波？

包络检波是一种从调幅信号中提取调制信号的解调技术。它的基本原理是通过提取调幅信号的振幅变化来还原出原始的调制信号。具体步骤如下：

输入信号：输入信号是调幅信号，由一个高频载波信号和一个低频调制信号叠加而成。

整流：输入信号经过一个整流器，将负半周的信号反转为正半周。

低通滤波：经过整流器后，得到的全波整流信号中包含了载波频率和调制信号的频率成分。为了提取出调制信号，需要对整流信号进行低通滤波，去除载波频率成分，只保留调制信号的频率成分。

包络输出：经过低通滤波器的输出信号就是调制信号的包络，即调制信号的振幅随时间的变化。这个包络信号即为还原出的原始调制信号。

⑤门限效应？

答：门限效应指当输入信噪比减小到一定程度时，输出信噪比会极度恶化。
产生原因：包络检波解调的非线性。包络和m(t)一定条件下近似线性，不满足条件则非线性严重。

⑥三者的抗噪声性能如何？

答：AM调制的抗噪声性能较差，而DSB和SSB调制的抗噪声性能相对较好，而且相同（输出信噪比相同） 。

7.频率调制和相位调制是什么？二者如何转换？

答：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。

8.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。

9.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。

10.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。

11.时分复用、频分复用、码分复用是什么？

时分复用是一种将多个信号按照时间片段划分的技术。在时分复用中，每个信号被分配一个固定的时间槽，信号按照时间顺序依次发送。

频分复用是一种将多个信号按照频率划分的技术。在频分复用中，不同信号被分配到不同的频段，各个信号同时在不同的频率上传输。

码分复用是一种将多个信号按照不同的扩频码进行编码的技术。在码分复用中，每个信号使用不同的扩频码进行编码，然后将多个编码后的信号叠加在一起传输.

第四章 数字信号的基带传输

1.数字基带系统传输的基本结构和各部分功能？

答：

数字基带信号：数字终端设备产生的原始信号，一般具有较丰富的低频成分。
码元：数字终端设备中使用一些数字组合表示基带信号，也称为“消息码”。
基带传输系统：不经过载波调制，而直接传送基带信号的通信系统。
频带传输系统：将基带信号调制到高频载波上，然后再送至信道中传输。传输距离远，常用于无线信道和光信道。
如果把调制解调部分看作是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。

2.数字基带信号有哪些种类的波形？

答：
①单极性信号波形 ②双极性信号波形 ③差分信号波形（用电平的相对变化来表示）

3.数字基带信号的频谱有什么特点？

答：基带信号是随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，只能用（平均）功率谱来描述它的频谱特性。
基带信号的频谱中包含：基带信号的主瓣宽度、直流分量、位定时分量等。
主瓣宽度：第1零点以内，能量集中的部分，≈基带信号带宽；
直流分量：系统中有电容、变压器等隔直元件，希望无直流；
位定时分量：标志采样时刻

4.基带传输的常用码型？

答：（1）二元码：电平只有高和低电平，使用两位二进制码元去表示一位2进制消息码，包括：双相码（曼彻斯特码）、CMI码、米勒码
（2）三元码：电平有高、低和0电平，包括AMI和HDB3码。

5.AMI和HDB3码的编码特点？

答：AMI码是把1码变换为交替的正一负一，0码保持不变。AMI码的优点是无直流分量。编译码电路简单，具有内在的检错能力。缺点是长连零导致定时信号难以提取。

HDB3码是改进式的AMI码，1码还是变换为交替的正一负一，当出现4个或4个以上的0码时，第四个0变换为与前一个非零符号用相同的极性的破坏符号，用V表示。但相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流分量。若V码与前一个非零码的极性不同，则将第一个四连0的第一个0更改为与V码相同极性的B码。
HDB3码保持了AMI码的优点外，还减少了连零串的出现，有利于定时信号的提取。

6.简述双相码和差分双相码的优缺点

双相码的编码原则是对每一个二进制码分别用两个具有不同相位的二进制新码表示源码，0表示01，1表示10；优点是只用两个电平，能提取足够的定时分量，且无直流漂移，编码过程简单。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。

差分双相码中用码元间隔中心点出现跳变来表示1，即10或01,0用码元间隔中心没有出现跳变来表示。优点是解决了双相码极性翻转而引起的译码错误，缺点是占用带宽加倍。

7.什么是码间干扰？他是如何产生的？

码间干扰的产生是由于信道的传输特性不理想，使前后码元发生畸变，展宽，拖尾，影响当前码元的抽样，从而对当前码元的抽样造成干扰，导致判决电路对信号进行误判，产生误码。

8.为了消除码间串扰，基带传输系统的传输函数应满足什么条件？其相应的冲击响应应具有什么特点？

其传输函数在w轴上以2π/Ts间隔切开，然后分段沿w轴平移到（-π/Ts，π/Ts）区间内进行叠加，其结果应为常数，其相应的冲击响应除t=0时刻取值不为零，其他抽样时刻取值均为零。也即其他码元波形在当前码元的抽样时刻全部衰减为0。

9.什么是奈奎斯特速率和奈奎斯特带宽，此时频带利用率有多大？

无码间串扰的情况下，系统能实现的最高传输速率就叫奈奎斯特速率，大小为1/Ts；无码间串扰下，系统实现最高传输速率所需的最小传输带宽，大小为1/2Ts;此时能提供的最高频带利用率为两波特每赫兹。

9.什么是升余弦滚降传输特性，为什么要设计升余弦滚降

由于理想低通系统在实际应用中难以实现，并且理想低通滤波器的冲击响应的拖尾很长，当定时存在误差时，可能出现很严重的码间串扰。故需要设计升余弦滚降系统，它的传输特性为具有关于奈奎斯特带宽呈奇对称的振幅特性。可以利用半周期的余弦信号作为低通滤波器的下降沿。升余弦滚降系统的优点是拖尾衰减快，定时抖动不敏感；缺点是频带利用率低。

10.无码间串扰的条件下，基带传输系统的误码率与哪些因素有关？如何降低系统的误码率？

无码间串扰时，基带传输系统的误码率与抽样判决时刻的信噪比有关。要降低系统的误码率要提高抽样判决时的信噪比。

第五章 数字带通传输系统

1.什么是数字调制？与模拟调制有什么区别？

答：数字通信系统具有模拟通信系统无可比拟的优越性。
通信信息源(语音、图像、视频、采集信号等）通常都是模拟信号。
模拟信号若要通过数字通信系统传输，需要将其转换为数字信号，即A/D转换。在接收端，再还
原为模拟信号，即D/A转换。

数字调制是将数字信号转换为模拟信号的一种技术。它通过改变数字信号的某些参数（如幅度、频率、相位等），将数字信号转换为模拟信号，以便在模拟传输通道中传输。

模拟调制是将模拟信号转换为另一种模拟信号的过程。它通过改变原始模拟信号的某些参数（如幅度、频率、相位等），将信号转换为适合于传输的形式，以便在模拟传输通道中传输。

2.PCM系统是什么？

答：

抽样是把模拟信号由时间连续的信号变成时间离散的信号。语音信号频带范围是300～3400Hz，
抽样频率选择8kHz。

量化是将抽样得到的幅度瞬时值离散化的过程，即将连续的瞬时抽样值近似为离散的电平值，以便
对量化后的信号进行编码。

编码是用二进制码组去表示每一个量化电平。若编码后二进制码组的位数用N表示，则可以表示的量化电平数为2N 个

3.经典的抽样定理？

答：低通信号抽样定理：

4.量化的定义？什么是均匀量化和非均匀量化？

答：将模拟信号的取值范围分为若干量化区间，也称为量化间隔。
若各量化区间相等则称为均匀量化，否则是非均匀量化。

1）量化信噪比与量化等级数或编码位数有关，量化等级越多，量化信噪比就越大，信号质量越好；
2）量化噪声功率只与量化间隔有关，一旦量化器确定下来，噪声平均功率就为固定值；
3）对于大输入信号，瞬时量化信噪比较大；而对于小输入信号，瞬时量化信噪比较小；
4）实际电话通信中，小信号的情况占多数，信噪比较低时接收方听不清楚。因此均匀量化并不适合
处理实际电话语音信号。

5.PCM编码的A律13折线是什么？

答：A律13折线是一种非线性编码方式，用于将模拟信号转换为数字信号。它是基于脉冲编码调制（PCM）的编码方法之一。

A律13折线编码是在A律编码的基础上进行的扩展，它使用13条非线性分段直线来逼近输入信号的特性。A律编码是一种非均匀量化编码，它在低信号水平下提供更好的量化精度，而在高信号水平下提供较差的量化精度。

A律13折线编码的13条折线段分别对应于13个量化级别。每个量化级别对应于一个13位的二进制码字。这些折线段的间隔是根据一定的规则设定的，以便在不同信号水平下提供不同的量化精度。

A律13折线编码在电话通信系统中广泛使用，用于将模拟语音信号转换为数字信号进行传输。它能够在较低的比特率下实现较好的语音质量，因此在数字通信领域具有重要的应用价值。

6.A律13折线非均衡量化的编码原理是什么？

答：与均匀量化对应的编码：线性码， 0~2048，11位码
与非均匀量化对应的编码：非线性码
每个抽样值经量化后编成8位二进制码。
c1——符号码，当输入抽样值为正， ；抽样值
为负， 。
c1c2c3c4——段码，段的编号1~8由原点开始计数，按
照自然二进制码顺序从000~111，第三象
限特性亦是从原点开始的顺序。
c5c6c7c8——段内码。（自然码）

第六章 基本的数字调制技术

1.数字调制技术简述？

答：从信号传输质量来看，数字系统优于模拟系统。
由于数字基带信号的频谱包含低频成分，而许多重要的通信信道是带通型的，比如无线信道和许多有线信道，这时需要调制成数字频带信号。数字调制与模拟调制原理基本相似，有调幅、
调频、调相三种形式。数字基带信号分为二进制和多进制两大类。

2.二进制振幅键控（ 2ASK ）的原理？

答：原理很简单，二进制信号是高低电平组成的，载波是正弦波，两个信号相乘即为ASK调制信号。

而具体要实现ASK信号调制的话，可以使用模拟相乘法和频移键控法。
模拟相乘法就是让二进制数字信号与一高频载波相乘，经过滤波后得到ASK信号。
数字键控法就是利用一个开关，当电平为1就闭合，电平为0就打开，于是便会输出一个ASK信号。

3.2FSK（频移键控）的原理？

答：FSK是两种不同的载波频率对应数字二进制信号的高低电平。

4.二进制相移键控(2PSK与2DPSK)的基本原理？

答：原理就是，对应0和1的电平，分别对应了载波的0相位和180°度Π相位。

它的实现方法跟FSK的开关电路类似，不过对对于余弦载波而言，高电平是原载波，而低电平是先将载波相位移动Π个单位，然后开关电路输出PSK信号。

5.PSK和DPSK的区别？

答：PSK（Phase Shift Keying）和DPSK（Differential Phase Shift Keying）是两种常见的数字调制技术，用于将数字信息转换为调制信号。它们的主要区别如下：

原理：PSK是直接将数字信息映射到不同的相位状态，每个相位状态代表一个数字符号。DPSK是通过计算相邻符号之间的相位差来表示数字信息。

相位变化：在PSK中，相位变化通常是离散的，例如二进制PSK（BPSK）中只有0度和180度两种相位状态。在DPSK中，相位变化是相对于前一个符号的相位差，例如差分二进制PSK（DBPSK）中只有0度和180度的相位差。

抗噪声性能：DPSK相对于PSK在抗噪声性能上更优。由于DPSK是基于相位差来表示数字信息，而不是绝对相位值，因此它对绝对相位误差和相位扭曲的影响更小。这使得DPSK在低信噪比环境下具有更好的性能。

灵活性：PSK提供更多的相位状态，可以实现更高的数据传输速率。DPSK相对于PSK的相位状态较少，因此传输速率可能较低。

6.数字调制信号有哪些解调方法？

二进制数字解调方法:非相干解调、相干解调和匹配滤波器。
非相干解调（Non-Coherent Demodulation）：非相干解调是一种简单的解调方法，适用于调制信号的相位信息无法准确获得的情况。它通过在接收端使用一个本地参考信号（通常是正弦波或方波）进行包络检测来提取原始二进制数据。常用的非相干解调方法有包络检测和鉴频解调。

相干解调（Coherent Demodulation）：相干解调是一种利用接收信号的相位信息进行解调的方法。它需要在接收端与发送端进行相位同步，以准确还原原始二进制数据。常见的相干解调方法有相干调幅解调（ASK）、相干频移键控解调（FSK）和相干相移键控解调（PSK）。

匹配滤波器（Matched Filter）：匹配滤波器是一种特殊的滤波器，用于最大化接收信号与预期信号的匹配程度。在二进制数字解调中，匹配滤波器可以用于提取接收信号中的目标波形，并进行采样判决以还原原始二进制数据。匹配滤波器常用于调制方式为脉冲振幅调制（PAM）和脉冲位置调制（PPM）的解调。