现代通信原理与技术
《现代通信原理与技术（第三版）》张辉课后思考题答案
第⼀章绪论
1-1.什么是数字信号和模拟信号？两者的区别是什么？ 答：数字信号是⼀种离散的、脉冲有⽆的组合形式，是负载数字信息的信号；
模拟信号是指信号⽆论在时间上或是在幅度上都是连续的。
区别：模拟信号的信号参量的取值连续（不可数，⽆穷多），⽽数字信号的信号参量只可能取有限个值。
1-2.何谓数字通信？简述数字通信系统的主要优缺点？
答：数字通信是⽤数字信号作为载体来传输消息，或⽤数字信号对载波进⾏数字调制后再传输的通信⽅式。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。 优点：(1)抗⼲扰能⼒强，且噪声不积累；
(2)差错可控，可以采⽤信道编码技术使误码率降低，提⾼传输的可靠性； (3)易于与各种数字终端接⼝，⽤现代计算机技术对信号进⾏处理，加⼯，变换，存储，
从⽽形成智能⽹；
(4)易于集成化，从⽽使通信设备微型化；
(5)易于加密处理，且保密强度⾼。
缺点: (1)占⽤频带较宽；
(2)技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很⾼；
(3)进⾏模/数转换时会带来量化误差。
1-3. 画出数字通信系统的⼀般模型，并简述各⼩⽅块的主要功能。
答：如下
各⼩⽅块主要功能：
信息源：信源（信息源，也称发终端）的作⽤是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信息配线箱
账本网
信息源编码器：主要实现信源编码。信源编码的作⽤之⼀是提⾼信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术来减少冗余度（减少信息码元数⽬）和降低数字信号的
码元数率。
信道编码器：实现信道编码的功能。信道编码是以提⾼信息传输的可靠性为⽬的的编码。
通常通过增加信源的冗余度来实现。采⽤的⼀般⽅法是增⼤码率或带宽。与
信源编码正好相反。
数字调制器：主要实现数字调制功能。数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
信道：传输信号的物理媒质。
数字解调器：对频带信号进⾏相⼲解调或⾮相⼲解调还原为数字基带信号。
信道译码器：将接收到的符号消息按某种规律如何进⾏判决。
信源译码器：实现信源编码的逆过程。
受信者：传送信息的⽬的地，功能与信源相反，即将复原的原始电信号还原成相应的信息，如扬声器等。
噪声源：不是认为添加的设备，⽽是信道中的噪声以及通信系统中其他各处噪声的集中表⽰。
1-4.在数字通信系统中，其可靠性和有效性指的是什么？各有哪些重要指标？
答：可靠性：是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。可靠性指标：⽤接收端最终输出信噪⽐来度量，信噪⽐越⼤，可靠性越好。
有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题；有效性指标：⽤单位时间传送的信息量来衡量，传送信息量越⼤，有效性越好。
1-5.按信号的流向和时间分类，通信⽅式有哪些？
答：单⼯：信息只能单向传输的⼯作⽅式；如：⼴播
半双⼯：指通信双⽅都能收发信息，但不能同时进⾏收发的⼯作⽅式。如：对讲机
全双⼯：指通信双⽅都能同时进⾏信息收发的⼯作⽅式。如：电话
1-6.何谓码元速率和信息速率？他们的关系如何？
答：码元速率（RB）：⼜称为信号速率，它指每秒传送的码元数，单位为“波特”（Baud 也称波特率。
信息速率（Rb）：指每秒传送的信息量。单位为“bit/s”。
对M进制信号，信息速率和码元速率两者的关系是：Rh=RBlog2M
第⼆章随机过程
2-1. 什么是随机过程？它具有哪些基本特征？
答：该过程没有确定的变化形式，也就是说每次对它的测量结果没有⼀个确定的变化规律，⽤数学语⾔来说，这类事物的变化过程不可能⽤⼀个或者⼏个时间t的确定函数来描述。
基本特征：（1）它是⼀个时间函数，具有时间函数的特点；
（2）它在某⼀个时刻t的取值是不含时间t的⼀族随机变量，具有随机变量的特点。
2-2. 随机过程的期望，⽅差和⾃相关函数描述了随机过程的什么性质？
答：描述了随机过程的统计特性。
期望：表⽰随机过程的n个样本函数曲线的摆动中⼼；
⽅差：表⽰随机过程在时刻t对于均值的偏离程度；
⾃相关函数：衡量随机过程在任意两个时刻获得的随机变量之间的关联程度。
2-3．什么是宽平稳随机过程？什么是严平稳随机过程？
答：设⼀个⼆届随机过程a(t)，它的均值为常数，⾃相关函数仅是时间间隔τ的函数，则称它为
宽平稳随机过程或⼴义平稳随机过程。
相应的满⾜f(x1,,,xn;t1,,,tn)=f(x1,,,xn;t1+h,,,tn+h)定义的过程称为严平稳随机过程或狭义平
稳随机过程。
如果严平稳随机过程只要满⾜它的均⽅值有界，那么是⼴义平稳随机过程，但是反过来不
⼀定成⽴。
2-4. 严平稳随机过程的⾃相关函数有哪些性质？它与功率谱密度关系如何？
答：⾃相关函数R(T)=E[ξ(t) ξ(t+τ)]
性质：（1）R(0)=E[ξ(t)^2]=S [ξ(t)的平均功率]；魔幻音响
（2）R(∞)=E^2[ξ(t)] [ξ(t)的直流功率]；
（3）R(τ)=R(-τ) [T 的偶函数]；
（4）| R(τ)|<= R(0) [R(T)的上界]；
（5）R(0)- R(∞)=a^2 [⽅差，ξ(t)的交流功率]。
平稳随机过程的功率谱密度P(W)与其⾃相关函数R(T)是⼀对傅⾥叶变换关系：
P(W)=∫R (τ)e^(jw τ)d τ+∞?∞ 或 R(τ)=
12兀∫P(W)e^(?jw 兀)dW +∞
∞ 2-5. ⾼斯过程有哪些性质？
答：定义：如果随机过程x (t)的任意n 维（n =1,2,...）分布均服从正态分布，则称它为
正态过程或⾼斯过程。
⾼斯随机过程的重要性质
1、⾼斯过程的n 维分布只依赖各个随机变量的均值、⽅差和归⼀化协⽅差。
2、⼴义平稳的⾼斯过程也是严平稳的。
3、因为，若⾼斯过程是⼴义平稳的，即其均值与时间⽆关，协⽅差函数只与时间间隔有关，
⽽与时间起点⽆关，则它的n 维分布也与时间起点⽆关，故它也是严平稳的。所以，⾼
斯过程若是⼴义平稳的，则也严平稳。
4、⾼斯过程经过线性变换后⽣成的过程仍是⾼斯过程。也可以说，若线性系统的输⼊为⾼
斯过程，则系统输出也是⾼斯过程。
2-6. 何谓⾼斯⽩噪声？他的概率密度函数，功率谱密度函数如何表⽰？
答：信号在信道中传输时，常会遇到这样⼀类噪声，它的功率谱密度均匀分布在整个
范围内，即 P(w)=n0/2，这种噪声称为⽩噪声，如果它⼜是⾼斯分布的，那么称之为⾼斯⽩噪声。2-7. ⽩噪声的⾃相关函数在τ=0处的值是什么？⽩噪声通过理想低通或者理想带通滤波器后的
情况如何？
答：⽩噪声⾃相关函数为R(τ)= n0/2 *?（τ）
当T=0时，R(0)= n0/2 *?（0）。
2-8. ⾼斯窄带过程的包络和相位分别服从什么分布？
答：⾼斯窄带过程的包络的⼀维分布是瑞利分布，相位的⼀维分布是均匀分布。
2-9．⾼斯窄带噪声的同相分量和正交分量的统计特性如何？
答：⼀个均值为0的窄带⾼斯平稳随机过程，它的同相分量和正交分量也是平稳⾼斯过程，其
均值都为0。并且，在同⼀时刻上得到的正交分量和同相分量是互不相关的或者是统计独⽴的。
2-10. 正弦波加窄带⾼斯噪声的合成包络服从什么分布？
答：包络的密度函数服从⼴义瑞利分布或者称莱斯密度函数。
当信噪⽐很⼩时，接近瑞利分布；
当信噪⽐很⼤时，接近⾼斯分布；
⼀般情况下是莱斯分布。
2-11．线性系统的输出过程的均值，⾃相关函数及功率谱与输⼊平稳过程的关系如何？
答：输出过程的数学期望等于输⼊⼯程的数学期望与直流传递函数H(0)的乘积，且与t⽆关，即E[ξ(t)]=a*H(0).
ξ(t)的⾃相关函数只依赖时间间隔T⽽与时间起点⽆关，即R(t,t+τ)=R(τ)。
输出功率谱密度P0(w)是输⼊功率谱密度Pi(w)与系统功能传递函数|H(w)|^2的乘积，即P0(w)=|H(w)|^2Pi(w).
第三章信道与噪声
3-1．什么是狭义通道？什么是⼴义通道？
答：通道：是指以传输媒质为基础的信号通道；
狭义通道：信道只指信号中的传输媒质，这种信道称为狭义信道；⼜根据传输媒质的特性课分为有限信道和⽆线信道
⼴义通道：信道不仅是传输媒质，还包括通信系统中的⼀些转换装置，这种信道称为⼴义信道。
3-2. 在⼴义通道中，什么是调制信道？什么是编码信道？
答：信道⼀般组成如下图。所谓调制信道，是指从调制器的输出端到解调器的输⼊端所包含的发转换装置，媒质和收转换装置三部分。
3-3．如何区分⼀个信道是恒参信道还是随参信道？通信中常⽤信道哪些属于恒参信道，哪些属于随参信道？
答：在实际的物理信道中，根据传输函数C(w)的时变性的不同可以分为两⼤类：⼀类是C(w)基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；。通常将架空明线、电缆、光纤、超短波及微波视距传输、卫星中继等视为恒参信道。
另⼀类信道是传输函数C(w)随时间随机变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。
短波电离层反射信道、各种散射信道、超短波移动通信信道等为随参信道。
3-4.什么是线性失真，什么是⾮线性失真？信号在恒参信道中传输时主要有哪些失真？属于哪⼀类失真？
答：线性失真：输出信号中不产⽣输⼊信号中所没有的新的频率分量；
⾮线性失真：⾮线性失真⼜称波形失真，⾮线性畸变，表现为输出信号与输⼊信号不成线性关系，是输出信号中产⽣新的谐波成分，改变了原信号频率，包括谐波失真，瞬态互调失真，互调失真等；
主要有幅频失真，相频失真，延迟失真；
属于线性失真。
3-5.什么是理想信道？理想信道的传输函数具有什么特点？
答：理想信道就是理想的⽆失真的传输信道，其等效的线性⽹络传输特性为
H(w)=K0e?jwt d；
可以得到其幅频特性：|H(w)|= K0
相频特性：φ(w)= w t d
3-6.延迟频率特性是如何定义的？它与相位频率特性有何关系？
答：所谓全延迟频率特性就是相位频率特性的导数，可以表⽰为
=t d (φ(w)=w t d为相频特性，t d为时间延迟)
τ(w)=dφ(w)
dwmppt算法
3-7. 随参信道的主要特点是什么？信号在随参信道中传输时会产⽣哪些衰落现象？
答：主要特点1对信号的衰耗随时间随机变化；
2信号传输的时延随时间随机变化；
3多径传播。
会产⽣瑞利衰落，频率选择性衰落。
3-8. 产⽣幅度衰落和频率弥漫的原因是什么？
答：多径传播。
3-9. 什么是相关带宽，相关带宽对于随参信道信号传输具有什么意义？
答: 相关带宽：信道传输特性相邻俩个零点之间的频率间隔。
相关宽带可作为信号频谱的参考标准，保证接受信号的质量。
3-10. 根据噪声的性质分类，噪声可以分为哪⼏类？各有什么特性？
答: 根据噪声的性质分类，噪声可以分为单频噪声，脉冲噪声，起伏噪声。
特性：1，单频，⼀种连续波⼲扰;
2，脉冲，以突发脉冲形式出现，⼲扰持续时间短，脉冲幅度⼤，周期是随机的且相邻突发脉冲之间有较⼤的安静时间;
3，起伏，具有很宽的频带，并且始终存在。
3-11. 信道中常见的起伏噪声有哪些，起伏噪声的功率谱密度和概率分布有什么特性？
氧化挂具答: 有热噪声，散弹噪声，宇宙噪声。
起伏噪声的功率谱密度和概率分布服从⾼斯分布。
3-12. 信道容量是如何定义的？
答：指信道中信息⽆差错传输的最⼤速率。
3-13. ⾹农公式有何意义？信道宽带和信噪⽐是如何实现互换的？
usb转音频) (b/s)
答：公式：C=B*lb(1+S
N
(其中C为信道容量，B为频带限制，N为信道噪声功率，S为输⼊信号功率，⼀个连续信道的信道容量受“三要素“——B,n,s的限制。只要这三个要素确定，则信道容量也就随之确定。) 意义：表明了当信号与作⽤在信道上的起伏噪声的平均功率给定时，在具有⼀定频带宽度B 的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。只要传输速率⼩于等于信道容量，则总可以到⼀种信道编码⽅式，实现⽆差错传输；若传输速率⼤于信道容量，则不可能实现⽆差错传输。
