《通信原理教程》樊昌信 习题答案

《通信原理》习题第一章 第一章习题 习题1.1 在英文字母中E出现的概率最大，等于0.105，试求其信息量。 解：E的信息量： 习题1.2 某信息源由A，B，C，D四个符号组成，设每个符号独立出现，其出现的概率分别为1/4，1/4，3/16，5/16。试求该信息源中每个符号的信息量。 解： EMBED Equation.3 习题1.3 某信息源由A，B，C，D四个符号组成，这些符号分别用二进制码组00，01，10，11 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。若每个二进制码元用宽度为5ms的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。 （1） 这四个符号等概率出现； （2）这四个符号出现概率如习题1.2所示。 解：（1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为2×5ms。传送字母的符号速率为 等概时的平均信息速率为 （2）平均信息量为 则平均信息速率为 习题1.4 试问上题中的码元速率是多少？ 解： 习题1.5 设一个信息源由64个不同的符号组成，其中16个符号的出现概率均为1/32，其余48个符号出现的概率为1/96，若此信息源每秒发出1000个独立的符号，试求该信息源的平均信息速率。 解：该信息源的熵为 =5.79比特/符号 因此，该信息源的平均信息速率 习题1.6 设一个信息源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125 us。试求码元速率和信息速率。 解： 等概时， 习题1.7 设一台接收机输入电路的等效电阻为600欧姆，输入电路的带宽为6 MHZ，环境温度为23摄氏度，试求该电路产生的热噪声电压的有效值。 解： 习题1.8 设一条无线链路采用视距传输方式通信，其收发天线的架设高度都等于80 m，试求其最远的通信距离。 解：由 ，得 QUOTE 习题1.9 设英文字母E出现的概率为 0.105， x出现的概率为0.002 。试求 E 和x的信息量。 解： 习题1.10 信息源的符号集由 A，B，C，D 和E 组成，设每一符号独立1/4出现，其出现概率为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： EMBED Word.Document.8 \s 习题1.11 设有四个消息A、B、C、D 分别以概率1/4,1/8, 1/8, 1/2 传送，每一消息的出现是相互独立的。试计算其平均信息量。 解： 习题1.12一个由字母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。 解：首先计算平均信息量。 （1） 平均信息速率=2（bit/字母）/(2*5m s/字母)=200bit/s （2） 平均信息速率=1.985(bit/字母)/(2*5ms/字母)=198.5bit/s 习题1.13 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续 1 单位的电流脉冲表示，且划出现的概率是点出现的概率的1/3。 （1） 计算点和划的信息量； （2） 计算点和划的平均信息量。 解：令点出现的概率为 ,划出现的频率为 + =1, (1) （2） 习题1.14 设一信息源的输出由128 个不同符号组成。其中16 个出现的概率为1/32，其余112个出现的概率为1/224。信息源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。 解： 平均信息速率为 。 习题1.15 对于二电平数字信号，每秒钟传输 300个码元，问此传码率 等于多少？若数字信号0和1出现是独立等概的，那么传信率 等于多少？ 解： 习题1.16 若题1.12中信息源以 1000B 速率传送信息，则传送 1 小时的信息量为多少？传送 1 小时可能达到的最大信息量为多少？ 解： 传送 1 小时的信息量 传送 1 小时可能达到的最大信息量 先求出最大的熵： 号 则传送 1 小时可能达到的最大信息量 习题1.17如果二进独立等概信号，码元宽度为0.5ms，求 和 ；有四进信号，码元宽度为0.5ms，求传码率 和独立等概时的传信率 。 解：二进独立等概信号： 四进独立等概信号： 。 小结： 记住各个量的单位： 信息量： bit 信源符号的平均信息量（熵）： bit/符号 平均信息速率： 符号）/ (s/符号) 传码率： （B） 传信率： bit/s 第二章习题 习题2.1 设随机过程X(t)可以表示成： 式中， 是一个离散随机变量，它具有如下概率分布：P( =0)=0.5，P( = /2)=0.5 试求E[X(t)]和 。 解：E[X(t)]=P( =0)2 +P( =/2) 习题2.2 设一个随机过程X(t)可以表示成： 判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。 解：为功率信号。 QUOTE 习题2.3 设有一信号可表示为： 试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。 解：它是能量信号。X(t)的傅立叶变换为： 则能量谱密度 G(f)= = 习题2.4 X(t)= ，它是一个随机过程，其中 和 是相互统计独立的高斯随机变量， 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 期望均为0，方差均为 。试求： (1)E[X(t)]，E[ ]；(2)X(t) 的概率分布密度；(3) 解：(1) 因为 相互独立，所以 。 又因为 ， ，所以 。 故 (2)因为 服从高斯分布， 的线性组合，所以 也服从高斯分布，其概率分布函数 。 (3) 习题2.5 试判断下列函数中哪些满足功率谱密度的条件： (1) ； (2) ； (3) 解：根据功率谱密度P(f)的性质：①P(f) ，非负性；②P(-f)=P(f) ，偶函数。可以判断(1)和(3)满足功率谱密度的条件，(2)不满足。 习题2.6 试求X(t)=A 解：R(t，t+ )=E[X(t)X(t+ )] = 功率P=R(0)= 习题2.7 设 和 是两个统计独立的平稳随机过程，其自相关函数分别为 。试求其乘积X(t)= 的自相关函数。 解：(t,t+)=E[X(t)X(t+)]=E[ ] = = 习题2.8 设随机过程X(t)=m(t) ，其中m(t)是广义平稳随机过程，且其自相关函数为 (1)试画出自相关函数 的曲线；(2)试求出X(t)的功率谱密度 和功率P。 解：(1) 其波形如图2-1所示。 图2-1信号波形图 (2)因为 广义平稳，所以其功率谱密度 。由图2-8可见， 的波形可视为一个余弦函数与一个三角波的乘积，因此 习题2.9设信号x(t)的傅立叶变换为X(f) = QUOTE 。试求此信号的自相关函数。 解：x(t)的能量谱密度为G(f)= = 其自相关函数 习题2.10 已知噪声 的自相关函数 ，k为常数。 (1)试求其功率谱密度函数 和功率P；(2)画出 和 的曲线。 解：(1) (2) 和 的曲线如图2-2所示。 图2-2 习题2.11 已知一平稳随机过程X(t)的自相关函数是以2为周期的周期性函数： 试求X(t)的功率谱密度 并画出其曲线。 解：详见例2-12 习题2.12 已知一信号x(t)的双边功率谱密度为 试求其平均功率。 解： 习题2.13 设输入信号 ，将它加到由电阻R和电容C组成的高通滤波器（见图2-3）上，RC＝。试求其输出信号y(t)的能量谱密度。 解：高通滤波器的系统函数为 H(f)= 输入信号的傅里叶变换为 X(f)= 输出信号y(t)的能量谱密度为 习题2.14 设有一周期信号x(t)加于一个线性系统的输入端，得到的输出信号为y(t)= 式中， 为常数。试求该线性系统的传输函数H(f). 解：输出信号的傅里叶变换为Y(f)= ,所以H(f)=Y(f)/X(f)=j 习题2.15 设有一个RC低通滤波器如图2-7所示。当输入一个均值为0、双边功率谱密度为 的白噪声时，试求输出功率谱密度和自相关函数。 解：参考例2-10 习题2.16 设有一个LC低通滤波器如图2-4所示。若输入信号是一个均值为0、双边功率谱密度为 的高斯白噪声时，试求 (1) 输出噪声的自相关函数。(2)输出噪声的方差。 解：(1)LC低通滤波器的系统函数为 H(f)= 输出过程的功率谱密度为 对功率谱密度做傅立叶反变换，可得自相关函数为 (2) 输出亦是高斯过程，因此 QUOTE 习题2.17若通过图2-7中的滤波器的是高斯白噪声，当输入一个均值为0、双边功率谱密度为 的白噪声时，试求输出噪声的概率密度。 解：高斯白噪声通过低通滤波器，输出信号仍然是高斯过程。由2.15题可知E(y(t))=0 , 所以输出噪声的概率密度函数 习题2.18设随机过程 可表示成 ，式中 是一个离散随变量，且 ，试求 及 。 解： 习题2.19设 是一随机过程，若 和 是彼此独立且具有均值为 0、方差为 的正态随机变量，试求： （1） 、 ； （2） 的一维分布密度函数 ； （3） 和 。 解： （1） 因为 和 是彼此独立的正态随机变量， 和 是彼此互不相关，所以 又 ; 同理 代入可得 （2） 由 =0； 又因为 是高斯分布 可得 (3) 令 习题2.20求乘积 的自相关函数。已知 与 是统计独立的平稳随机过程，且它们的自相关函数分别为 、 。 解： 因 与 是统计独立，故 习题2.21若随机过程 ，其中 是宽平稳随机过程，且自相关函数 为 是服从均匀分布的随机变量，它与 彼此统计独立。 （1） 证明 是宽平稳的； （2） 绘出自相关函数 的波形； （3） 求功率谱密度 及功率S 。 解： （1） 是宽平稳的 为常数； 只与 有关： 令 所以 只与 有关，证毕。 （2）波形略； 而 的波形为 可以对 求两次导数，再利用付氏变换的性质求出 的付氏变换。 功率S： 习题2.22已知噪声 的自相关函数 ，a为常数： 求 和S； 解： 因为 所以 习题2.23 是一个平稳随机过程，它的自相关函数是周期为 2 S 的周期函数。在区间（-1，1）上，该自相关函数 。试求 的功率谱密度 。 解：见第2. 4 题 因为 所以 据付氏变换的性质可得 而 故 习题2.24将一个均值为 0，功率谱密度为为 的高斯白噪声加到一个中心角频率为 、带宽为B的理想带通滤波器上，如图 （1） 求滤波器输出噪声的自相关函数； （2） 写出输出噪声的一维概率密度函数。 解： （1） 因为 ,故 又 由 付氏变换的性质 可得 （2） ； ； 所以 又因为输出噪声分布为高斯分布 可得输出噪声分布函数为 习题2.25设有RC低通滤波器，求当输入均值为 0，功率谱密度为 的白噪声时，输出过程的功率谱密度和自相关函数。 解： (1) (2) 因为 所以 习题2.26将均值为0，功率谱密度为 高斯白噪声加到低通滤波器的输入端， （1） 求输出噪声的自相关函数； （2） 求输出噪声的方差。 解： (1) (2) ； 习题2.27设有一个随机二进制矩形脉冲波形，它的每个脉冲的持续时为 ，脉冲幅度取 的概率相等。现假设任一间隔 内波形取值与任何别的间隔内取值统计无关，且过程具有宽平稳性，试证： （1） 自相关函数 （2） 功率谱密度 。 解： （1） ①当 时， 与 无关，故 =0 ②当 时，因脉冲幅度取 的概率相等，所以在 内，该波形取-1 -1、1 1、-1 1、1 -1 的概率均为 。 （A） 波形取-1-1、11 时， 在图示的一个间隔 内， （B） 波形取-1 1、1 -1 时， 在图示的一个间隔 内， 当 时， 故 （2） ,其中 为时域波形的面积。所以 。 习题2.28有单个输入、两个输出的线形过滤器，若输入过程， 是平稳的，求 与 的互功率谱密度的表示式。（提示：互功率谱密度与互相关函数为付利叶变换对） 解： 所以 令 习题2.29若 是平稳随机过程，自相关函数为 ，试求它通过系统后的自相关函数及功率谱密度。 解： 习题2.30若通过题2.8的低通滤波器的随机过程是均值为 0，功率谱密度为 的高斯白噪声，试求输出过程的一维概率密度函数。 解： ; 又因为输出过程为高斯过程，所以其一维概率密度函数为 第四章习题 习题4.1 试证明式 。 证明：因为周期性单位冲激脉冲信号 ，周期为 ，其傅里叶变换 而 所以 即 习题4.2 若语音信号的带宽在300～400 之间，试按照奈奎斯特准则计算理论上信号不失真的最小抽样频率。 解：由题意， =3400 , = EMBED Equation.3 ,故语音信号的带宽为 =3400-300= EMBED Equation.3 =3400 = + EMBED Equation.3 = 即 =1, = 。 根据带通信号的抽样定理，理论上信号不失真的最小抽样频率为 = =2 EMBED Equation.3 EMBED Equation.DSMT4 （ + ）= EMBED Equation.3 习题4.3 若信号 。试问： （1） 最小抽样频率为多少才能保证其无失真地恢复？ （2） 在用最小抽样频率对其抽样时，为保存3min的抽样，需要保存多少个抽样值？ 解： ，其对应的傅里叶变换为 EMBED Equation.3 信号 和对应的频谱 如图4-1所示。所以 根据低通信号的抽样定理，最小频率为 ，即每秒采100个抽样点，所以3min共有：100 3 60=18000个抽样值。 习题4.4 设被抽样的语音信号的带宽限制在300～3400 ，抽样频率等于8000 。试画出已抽样语音信号的频谱，并在图上注明各频率点的坐标值。 解：已抽样语音信号的频谱如图4-2所示。 (a) (b) 图4-1习题4.3图 图4-2 习题4.4图 习题4.5 设有一个均匀量化器，它具有256个量化电平，试问其输出信号量噪比等于多少分贝？ 解：由题意M=256，根据均匀量化量噪比公式得 习题4.6 试比较非均匀量化的A律和 律的优缺点。 答：对非均匀量化：A律中，A=87.6； 律中，A=94.18。一般地，当A越大时，在大电压段曲线的斜率越小，信号量噪比越差。即对大信号而言，非均匀量化的 律的信号量噪比比A律稍差；而对小信号而言，非均匀量化的 律的信号量噪比比A律稍好。 习题4.7 在A律PCM语音通信系统中，试写出当归一化输入信号抽样值等于0.3时，输出的二进制码组。 解：信号抽样值等于0.3，所以极性码 =1。 查表可得0.3 （ ， ），所以0.3的段号为7，段落码为110，故 =110。 第7段内的动态范围为： EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4 ，该段内量化码为 ,则 + =0.3，可求得 EMBED Equation.DSMT4 3.2，所以量化值取3。故 =0011。 所以输出的二进制码组为11100011。 习题4.8 试述PCM、DPCM和增量调制三者之间的关系和区别。 答：PCM、DPCM和增量调制都是将模拟信号转换成数字信号的三种较简单和常用的编码 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。它们之间的主要区别在于：PCM是对信号的每个抽样值直接进行量化编码：DPCM是对当前抽样值和前一个抽样值之差（即预测误差）进行量化编码；而增量调制是DPCM调制中一种最简单的特例，即相当于DPCM中量化器的电平数取2，预测误差被量化成两个电平+ 和- ，从而直接输出二进制编码。 第五章习题 习题5.1 若消息码序列为1101001000001，试求出AMI和 码的相应序列。 解： 码为 码为 习题5.2 试画出 码接收机的原理方框图。 解：如图5-20所示。 图5-1 习题5.2图 习题5.3 设 和 是随机二进制序列的码元波形。它们的出现概率分别是 和 。试证明：若 ，式中， 为常数，且 ，则此序列中将无离散谱。 证明：若 ，与t无关，且 ，则有 即 所以稳态波为 即 。所以无离散谱。得证！ 习题5.4 试证明式 。 证明：由于 ，由欧拉公式可得 由于 为实偶函数，因此上式第二项为0，且 令， ，代入上式得 由于 单边为奇对称，故上式第一项为0，因此 习题5.5 设一个二进制单极性基带信号序列中的“1”和“0”分别用脉冲 [见图5-2的有无表示，并且它们出现的概率相等，码元持续时间等于 。试求： （1） 该序列的功率谱密度的表达式，并画出其曲线； （2） 该序列中有没有概率 的离散分量？若有，试计算其功率。 解： 图5-2 习题5.5图1 （1）由图5-21得 的频谱函数为： 由题意， ，且有 = , =0，所以 EMBED Equation.3 。将其代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数的表达式中，可得 曲线如图5-3所示。 图5.3 习题5.5 图2 （2）二进制数字基带信号的离散谱分量为 当m=±1时，f=±1/T，代入上式得 EMBED Equation.3 因为该二进制数字基带信号中存在f=1/T的离散谱分量，所以能从该数字基带信号中提取码元同步需要的f=1/T的频率分量。该频率分量的功率为 习题5.6 设一个二进制双极性基带信号序列的码元波形 为矩形脉冲，如图5-4所示，其高度等于1，持续时间 ， 为码元宽度；且正极性脉冲出现的概率为 ，负极性脉冲出现的概率为 。 （1） 试写出该信号序列功率谱密度的表达式，并画出其曲线； （2） 该序列中是否存在 的离散分量？若有，试计算其功率。 图5-4 习题5.6图 解：（1）基带脉冲波形 可表示为： 的傅里叶变化为： 该二进制信号序列的功率谱密度为： 曲线如图5-5所示。 图5-5 习题5.6图 （2） 二进制数字基带信号的离散谱分量为 当 , 时，代入上式得 因此，该序列中存在 的离散分量。其功率为： 习题5.7 设一个基带传输系统接收滤波器的输出码元波形 如图5-13所示。 （1） 试求该基带传输系统的传输函数 ； （2） 若其信道传输函数 ，且发送滤波器和接收滤波器的传输函数相同，即 ，试求此时 和 的表达式。 解：（1）令 ，由图5-6可得 = ，因为 的频谱函数 ，所以，系统的传输函数为 = （2）系统的传输函数 由发送滤波器 、信道 和接收滤波器 三部分组成，即 = EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 。因为 ， ，则 = = 所以 = = 图5-6 习题5.7图 习题5.8 设一个基带传输系统的传输函数 如图5-7所示。 （1） 试求该系统接收滤波器输出码元波形的表达式： （2） 若其中基带信号的码元传输速率 ，试用奈奎斯特准则衡量该系统能否保证无码间串扰传输。 图5-7 习题5.8图 解：（1）由图5-25可得 = 。 因为 ，所以 。 根据对称性： 所以 。 （2）当 时，需要以 为间隔对 进行分段叠加，即分析在区间 叠加函数的特性。由于在 区间， 不是一个常数，所以有码间干扰。 习题5.9 设一个二进制基带传输系统的传输函数为 试确定该系统最高的码元传输速率 及相应的码元持续时间T。 解： 的波形如图5-8所示。由图可知， 为升余弦传输特性，根据奈奎斯特第一准则，可等效为理想低通（矩形）特性（如图虚线所示）。等效矩形带宽为 最高码元传输速率 相应的码元间隔 图5-8 习题5.9图 习题5.10 若一个基带传输系统的传输函数 和式（5.6-7）所示，式中 。 （1） 试证明其单位冲激响应，即接收滤波器输出码元波形为 （2） 若用 波特率的码元在此系统中传输，在抽样时刻上是否存在码间串扰？ 解：（1） 其中， 是高为1，宽为 的门函数，其傅里叶反变换为 因此单位冲激响应 （2）由 的图形可以看出，当由1/T波特率的码元在此系统中传输，在抽样时刻上不存在码间串扰。 习题5.11 设一个二进制双极性随机信号序列的码元波形为升余弦波。试画出当扫描周期等于码元周期时的眼图。 解：当扫描周期等于码元周期时的眼图如图5-9所示。 图5-9 习题5.11图 习题5.12 设一个横向均衡器的结构如图5-10所示。其3个抽头的增益系数分别为： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 。若 在各点的抽样值依次为： ，在其他点上其抽样值均为0。试计算x(t)的峰值失真值，并求出均衡器输出y(t)的峰值失真值。 图 5-10 习题5.12图 解： 由 ，可得 其余 的值均为0，所以输出波形的峰值失真为： 习题5.13设有一个3抽头的均衡器。已知其输入的单个冲激响应抽样序列为0.1，0.2，-0.2，1.0，0.4，-0.1，0.1。 （1） 试用迫零法 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 其3个抽头的增益系数 ； （2） 计算均衡后在时刻k=0,±1, ±2, ±3的输出值及峰值码间串扰的值。 解：(1)其中 根据式 ，和2N+1=3，可列出矩阵方程 将样值 代人，可得方程组 解方程组可得， 。 (2)通过式 可算出 其余 输入峰值失真为： 输出峰值失真为： 均衡后的峰值失真减小为原失真的0.6706。 习题5.14 设随机二进制序列中的0和1分别由 和 组成，它们的出现概率分别为p及（1-p）。 （1）求其功率谱密度及功率。 （2）若 为如图5-6（a）所示波形， 为码元宽度，问该序列存在离散分量 否？ （3）若 为如图5-6（b），回答题（2）所问。 解： （1） 其功率 （2） 若 g(t) 傅里叶变换G(f)为 因为 由题（1）中的结果知，此时的离散分量为0. （3）若 g(t) 傅里叶变换G(f)为 因为 所以该二进制序列存在离散分量 。 习题5.15 设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，，数字信息“1”和“0”分别用 的有无表示，且“1”和“0”出现的概率相等： （1）求该数字基带信号的功率谱密度。 （2）能否从该数字基带信号中提取码元同步所需的频率 的分量？如能，试计算该分量的功率。 解： （1） 对于单极性基带信号， EMBED Equation.DSMT4 随机脉冲序列功率谱密度为 当p=1/2时， 由图5-7（a）得 g(t) 傅里叶变换G(f)为 代入功率谱密度函数式，得 (2) 由图 5-7(b)中可以看出，该基带信号功率谱密度中含有频率 fs=1/Ts的离散分量，故可以提取码元同步所需的频率 fs=1/Ts 的分量。 由题(1)中的结果，该基带信号中的离散分量为 Pv(w)为 当m取 时，即f= 时，有 所以该频率分量的功率为 习题5.16 设某二进制数字基带信号中，数字信号“1”和“0”分别由 及 表示，且“1” 与“0”出现的概率相等，是升余弦频谱脉冲，即 (1) 写出该数字基带信号的功率谱密度表示式，并画出功率谱密度图；从该数字基带信号中能否直接提取频率 fs=1/Ts的分量。 (2) 若码元间隔 Ts=10-3s, 试求该数字基带信号的传码率及频带宽度。 解：当数字信息“1”和“0”等概率出现时，双极性基带信号的功率谱密度 已知 ，其傅氏变换为 代入功率谱密度表达式中，有 习题5.17 设某双极性基带信号的基本脉冲波形如图 5-9(a)所示。它是一个高度为 1，宽度 得矩形脉冲，且已知数字信息“1”的出现概率为 3/4， “0”的出现概率为 1/4。 (1) 写出该双极性信号的功率谱密度的表示式，并画出功率谱密度图； (2) 由该双极性信号中能否直接提取频率为 fs=1/Ts的分量？若能，试计算该分量的功率。 解 ： (1) 双极性信号的功率谱密度为 当p=1/4 时，有 由图5-7（a）得 故 将上式代入 的表达式中，得 将 代入上式得 功率谱密度如图5-9（b）所示。 （2） 由图 5-9(b)可以看出，由该双极性信号可以直接提取频率为 fs=1/Ts的分量。该基带信号中的离散分量为 为 当m取 时，即f= 时，有 所以频率为 分量的功率为 习题5.18 已知信息代码为 100000000011，求相应的 AMI 码，HDB3 码，PST 码及双相码。 解 ： AMI 码：+1 0000 00000 –1 +1 HDB3 码：+1 000+V -B00 -V0 +1 –1 PST 码： ①(+模式)+0 - + - + - + - + +- ②(-模式)-0 - + - + - + - + +- 双相码：10 01 01 01 01 01 01 01 01 01 10 10 习题5.19 某基带传输系统接受滤波器输出信号的基本脉冲为如图 5-10 所示的三角形脉冲。 (1) 求该基带传输系统的传输函数 H(w); (2) 假设信道的传输函数 C(w)=1,发送滤波器和接受滤波器具有相同的传输函数，即 G(w)=GR(w),试求这时 GT(w)或 GR(w)的表达式。 解： (1)由图 5-10得 基带系统的传输函数 H(w)由发送滤波器 ，信道 C(w)和接受滤波器 组成，即 若 ， 则 所以 习题5.20 设某基带传输系统具有图 5-11所示的三角形传输函数： (1) 求该系统接受滤波器输出基本脉冲的时间表示式； (2) 当数字基带信号的传码率 RB=w0/π时,用奈奎斯特准则验证该系统能否实现 无码间干扰传输? 解： (1) 由图 5-11 可得 该系统输出基本脉冲的时间表示式为 (2) 根据奈奎斯特准则,当系统能实现无码间干扰传输时, H (w)应满足 容易验证，当 时， 所以当传码率 时，系统不能实现无码间干扰传输 习题5.21 设基带传输系统的发送器滤波器，信道及接受滤波器组成总特性为 H(w)，若要求以 2/Ts Baud 的速率进行数据传输，试检验图 5-12 各种H(w)满足消除抽样点上无码间干扰的条件否？ 解： 当RB=2/Ts 时，若满足无码间干扰的条件，根据奈奎斯特准则，基带系统的总特性H(w)应满足 或者 容易验证，除(c)之外，(a) (b) (d)均不满足无码间干扰传输的条件。 习题5.22 设某数字基带传输信号的传输特性 H(w)如图 5-13 所示。其中 a 为某个常数(0≤a≤1)。 (1) 试检验该系统能否实现无码间干扰传输? (2) 试求该系统的最大码元传输速率为多少？这是的系统频带利用率为多大? 解： (1) 根据奈奎斯特准则，若系统满足无码间干扰传输的条件，基带系统的总特性 H(w)应满足 可以验证，当 RB=w0/π时，上式成立。几该系统可以实现无码间干扰传输。 (2) 该系统的最大码元传输速率 Rmax,既满足 Heq(w)的最大码元传输速率 RB，容易得到 Rmax=w0/π 系统带宽 HZ,所以系统的最大频带利用率为： 习题5.23 为了传送码元速率 的数字基待信号， 试问系统采用图 5-14 中所画的哪一种传输特性较好？并简要说明其理由。 解： 根据奈奎斯特准则可以证明(a)，(b)和(c)三种传输函数均能满足无码间干扰的要求。下面我们从频带利用率，冲击响应“尾巴”衰减快慢，实现难易程度等三个方面分析对比三种传输函数的好坏。 (1) 频带利用率 三种波形的传输速率均为 ，传输函数(a)的带宽为 Hz 其频带利用率 传输函数(c)的带宽为 Hz 其频带利用率 显然 所以从频带利用率角度来看，(b)和(c)较好。 (2) 冲击响应“尾巴”衰减快慢程度 (a)，(b)和(c)三种传输函数的时域波形分别为 其中(a)和(c)的尾巴以 的速度衰减，而(b) 尾巴以 1/t 的速度衰减，故从时域波形的尾巴衰减速度来看，传输特性(a)和(c)较好。 (3) 从实现难易程度来看，因为(b)为理想低通特性，物理上不易实现，而(a)和(c)相对较易实现。 综上所述，传输特性(c)较好。 习题5.24 设二进制基带系统地分析模型如图 5-2 所示，现已知 试确定该系统最高的码元传输速率 RB及相应码元间隔 Ts. 解 ： 传输特性 H(w)为升余弦传输特性。有奈奎斯特准则，可求出系统最高的码元速率 Baud，而 。 习题5.25 若上题中 试证其单位冲击响应为 并画出 h(t)的示意波形和说明用 Baud 速率传送数据时，存在(抽样时刻上)码间干扰否？ 解 ： H(w)可以表示为 傅式变换为 而 所以 当传输速率 Baud时，将不存在（抽样时刻上的）码间干扰，因为h(t)满足 习题5.26 设有一相关编码系统，理想低通滤波器的截止频率为 1/(2Ts)，通带增益为 Ts。试求该系统的单位冲击响应和频率特性。 解： 理想低通滤波器的传递函数为 其对应的单位冲击响应 所以系统单位冲击响应 系统的频率特性 EMBED Equation.DSMT4 习题5.27若上题中输入数据为二进制的，则相关编码电平数为何值？若数据为四进制的，则相关编码电平数为何值？ 解 相关编码表示式为 若输入数据为二进制(+1,-1), 则相关编码电平数为 3；若输入数据为四进制(+3,+1,-1,-3)，则相关编码电平数为 7。 一般地，若部分相应波形为 输入数据为 L 进制，则相关电平数 习题5.28试证明对于单极性基带波形，其最佳门限电平为 最小误码率 (“1”和“0”等概出现时) 证明 对于单极性基带信号，在一个码元持续时间内， 抽样判决其输入端得到的波形可表示为 其中 为均值为 0，方差为 的高斯噪声，当发送“1”时，x(t)的一维概率密度为 而发送“0”时，x(t)的一维概率密度为 若令判决门限为 Vd,则将“1”错判为“0”的概率为 将“0”错判为“1”的概率为 若设发送“1”和“0”的概率分别为 p(1)和 p(0)，则系统总的误码率为 令 ，得到最佳门限电平 即解的最佳门限电平为 习题5.29 若二进制基带系统，已知 (1) 若 n(t)的双边功率谱密度为 (W/Hz)，试确定 得输出噪声功率； (2) 若在抽样时刻 KT(K 为任意正整数)上，接受滤波器的输出信号以相同概率取0，A电平，而输出噪声取值 V服从下述概率密度分布的随机变量 试求系统最小误码率 Pe. 解 ： (1) GR(w)的输出噪声功率谱密度为 接受滤波器 GR(w) 输出噪声功率为 (2) 设系统发送“1”时，接受滤波器的输出信号为 A电平，而发送“0”时，接受滤波器的输出信号为 0 电平。若令判决门限为 Vd,则发送“1”错判为“0”的概率为 发送“0”错判为“1”的概率为 设发送“1”和“0”的概率分别为 p(1)和 p(0)，则总的错误概率为 习题5.30某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”的出现概率相等。 若数字信息为“1”时，接受滤波器输出信号在抽样判决时刻的值 A=1V，且接受滤波器输出噪声是均值为 0，均方根值为 0.2V 的高斯噪声，试求这时的误码率Pe; 解： 用 p(1)和 p(0)分别表示数字信息“1”和“0”出现的概率，则 p(1)=p(0)=1/2，等概时，最佳判决门限为 V*d=A/2=0.5V. 已知接受滤波器输出噪声是均值为 0，均方根值为 0.2V误码率 习题5.31 若将上题中的单极性基带信号改为双极性基带信号，其他条件不变，重做上题。 解 ： 等概时采用双极性基带信号的几代传输系统的最小误码率 习题5.32 设有一个三抽头的时域均衡器，x(t)在各抽样点的值依次为 x -2=1/8 x -1=1/8, x 0=1, x +1=1/4, x +2=1/16(在其他抽样点均为零)， 试求输入波形 x(t)峰值的畸变值及时雨均衡其输出波形 y(t) 峰值的畸变值。 解 xk 的峰值的畸变值为 有公式 得到 其余 yk 值为0。 输出波形 yk 峰值的畸变值为 第六章习题 习题6.1 设有两个余弦波： 和 ，试画出它们的矢量图及它们之和的矢量图。 解：如图6-1所示。 图 6-1 习题6.1图 习题 6.2 试画出图6-2中各点的波形。 图 6-2 习题6.2图 解：各点波形如图6-3所示。 图 6-3 习题6.2图 习题 6.3 试画出图6-4中各点的波形。 图 6-4 习题6.3图 解：各点波形如图6-5所示。 图 6-5 习题 6.4 试证明式 。 证明：在对ASK信号进行包络检波时，整流器输出信号经过低通滤波后得到的包络电压V(t)满足：当发送“1”时，它服从广义瑞利分布；当发送“0”时，它服从瑞利分布，即概率密度为 当发送码元“1”时，错误接收为“0”的概率是包络 的概率，即有 EMBED Equation.3 式中， ，为信噪比； 为归一化门限值。 同理，当发送码元“0”时，错误接收为“1”的概率是包络 的概率，即有 因此总误码率为 上式表明，包络检波法的误码率决定于信噪比r和归一化门限值 。要使误码率最小，即使图6-6中两块阴影面积之和最小。由图可见，仅当 位于两条曲线相交之处，即 时，阴影面积最小。因此，设此交点处的包络值为 ，则满足 。得证。 图 6-6 习题6.4图 习题 6.5 设有一个2PSK信号，其码元传输速率为1000Bd，载波波形为 。 （1） 试问每个码元中包含多少个载波周期？ （2） 若发送“0”和“1”的概率分别是0.6和0.4，试求此信号的功率谱密度的表达式。 解：（1）由载波波形为 可得，载波频率为 Hz，因此每个码元中包含2000个载波周期。 （2）2PSK信号的功率谱密度为 式中， Hz，为载波频率， ； 为基带信号双极性矩形脉冲的功率谱密度： 则 习题 6.6 设有一个4DPSK信号，其信息速率为2400 b/s，载波频率为1800 Hz，试问每个码元中包含多少个载波周期？ 解：4DPSK信号的码元速率为 EMBED Equation.3 所以每个码元中包含 个载波周期。 习题 6.7 设有一个2DPSK传输系统对信号采用A方式编码，其码元速率为2400 Bd，载波频率为1800 Hz。若输入码元序列为011010，试画出此2DPSK信号序列的波形图。 解：如图6-7所示。 图 6-7 习题6.7图 习题 6.8 设一个2FSK传输系统的两个载频分别等于10 MHz和10.4 MHz，码元传输速率为 Bd，接收端解调器输入信号的峰值振幅 ，加性高斯白噪声的单边功率谱密度 W/Hz 。试求： （1） 采用非相干解调（包络检波）时的误码率； （2） 采用相干解调时的误码率。 解：（1） 2FSK信号采用非相干解调时的误码率 。 信号带宽为 因此， 。 （2） 2FSK信号采用相干解调时的误码率为 习题 6.9 设在一个2DPSK传输系统中，输入信号码元序列为0111001101000，试写出其变成相对码后的码元序列，以及采用A方式编码时发送载波的相对相位和绝对相位序列。 解：原 码：0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 相 对 码：0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 绝对相位：0 π π π 0 0 π π 0 π 0 0 0 相对相位：0 π 0 π π π 0 π π 0 0 0 0 习题 6.10 试证明用倍频-分频法提取2PSK信号的载波时，在经过整流后的信号频谱中包含离散的载频分量。 证明： 2PSK信号经过倍频-分频电路后，输出信号频率与载波频率相同，但此时信号中不再仅有交流成分，而是包含直流成分，根据第5章的知识可知：包含有直流成分的周期信号（频率与载波相同）的频谱中包含离散的载频分量。 习题 6.11 试画出用正交调幅法产生16QAM信号的方框图。 解： 如图6-8所示。 图 6-8 习题6.11图 习题 6.12 试证明在等概率出现条件下16QAM信号的最大功率和平均功率之比为1.8；即2.55 dB。 解： 等概率条件下，QAM信号的最大功率与平均功率之比为 对于16QAM来说，L=4，因此 dB。 习题6.13 试比较多进制信号和二进制信号的优缺点。 解：当传码率相同时，多进制信号比二进制信号更多地携带信息量，因此，其传信率高于二进制。这样在占用相同信道带宽的情况下，多进制的频带利用率高于二进制。 当传信率相同时，多进制信号的码速低于二进制信号，从而占用较小的信道带宽。 利用多进制信号传输的主要缺点是，其抗噪性能比较差，只有当信道噪声比较小时才能保证有足够小的误比特率。 第七章习题 习题7.1 在插入导频法提取载频中，若插入的导频相位和调制截频的相位相同，试重新计算接收端低通滤波器的输出，并给出输出中直流分量的值。 解：接收低通滤波器的输入为： 接收低通滤波器的输出为： 可以看出，输出中的直流分量的值为： 习题7.2 设载波同步相位误差 ，信噪比 。试求此时 信号的误码率。 解： 习题7.3 试写出存在载波同步相位误差条件下的 信号误码率公式： 解：非相干 相干 习题7.4 设接收信号的信噪比等于 ，要求位同步误差不大于5%。试问应该如何设计窄带滤波器的宽带才能满足上述要求？ 解：由题意得： 同步误差 ，信噪比 。推得 ，则 。 习题7.5 设一个5位巴克码序列的前、后都是：“+1”码元，试画出其自相关函数曲线。 解：该巴克码序列为： ，计算可得自相关函数为： 由此画出巴克码（ ）的自相关函数曲线如图7-1所示。 图7-1 习题7.5图 习题7.6 设用一个7位巴克码作为群同步吗，接收误码率为 。试分别求出容许错误数为0和1时的漏同步概率。 解：需检验的同步码元数 ，检验时容许错误的最大码元数 或1，接收码元错误概率 。 当 时，漏同步概率为 当 时，漏同步概率为 习题7.7 在上题条件下，试分别求出其假同步概率。 解：条件同上题。 当 时，假同步概率为： 当 时，假同步概率为： 习题7.8 设一个二进制通信系统传输信息的速率为 ，信息码元的先验概率相等，要求假同步每年至多发生一次。试问其群同步码组的长度最小应设计为多少？若信道误码率为 ，试问此系统的漏同步率等于多少？ 解：（1） 时，令相应式中 ，得 （2）m=1时，可得 习题7.9 设一条通信链路工作在标称频率 ，它每天只有一次很短的时间工作，其中的接收机锁相环捕捉范围为 。若发射机和接收机的频率源相同，试问应选用哪种参考频率源？ 解：标称频率 ，发射机和接收机参考频率间的误差 。则每天最大容许误差为 EMBED Equation.3 所以参考频率源可以选择高质量的晶体振荡器，其 的取值范围为 。 习题7.10 设有一个探空探测火箭以15km/s的标称速度离开地球，其速度误差为 ，探测器上的参考频率漂移速率不大于 Hz/(Hz·day)，标称下行传输频率为 ，火箭经过30天飞行后才开始向地球终端站发送消息，地球站采用铯原子钟。试求地球站应该应用的中心频率和频率搜索宽带。 解：相对速度V= （距离增长），发射机的每天最大容许误差 ，标称发送频率为 ，时间 天，初始频率偏移 ，由于地球站应用铯原子钟，所以接收站的每天最大容许误差 。 地球站应该采用的中心频率为： 30天后探测器上发射机的频率偏移为 30天后地球站的接收机的频率偏移为： 所以地球站应该采用的频率搜索带宽为： 第八章习题 习题8.1 试证明式 和式 。 证明：由教材知，一个二进制系统的总误码率为 式中，P(0)和P(1)分别为发送码元“0”和“1”的先验概率； 和 分别为出现“0”和“1”码元时 的概率密度函数。 对于接受信号r，假定划分点为 ，将接受信号空间划分为 和 ，如图8-1所示。 图8-1 习题8.1图 则： 要保证 最小，则最佳划分点 满足： =0， 即 对于落入 区间内的r EMBED Equation.3 ，此时 即 习题8.2 试求出例8.1中输出信号波形 的表达式。 解：由 = ，可得匹配滤波器的特性为 输出信号波形的表达式为 习题8.3 设一个二进制基带传输系统的传输函数为 EMBED Equation.3 式中， ， C , 。 （1） 若接受滤波器输入输出端的双边噪声功率谱密度为 （W/Hz）,试求接收滤波器输出噪声功率。 （2） 若系统中传输的是二进制等概率信号，在抽样时刻接受滤波器输出信号电平取值为0或 ，而输出噪声电压N的概率密度函数为 （为常数）、 试求用最佳门限时的误码率。 解：（1）由接受滤波器 输入噪声的双边功率谱密度为 ，可得其输出噪声双边功率谱密度为 由题意得 故 接受滤波器输出噪声功率为 （2）对于二进制等概率信号，系统误码率为 设判决门限为 ，则此单极性系统的差错概率分别为 式中， 和 分别为“1”码和“0”码所对应的抽样信号的概率密度函 ， 他们的图形如图8-2所示。 由图8-2可以看出，当 时，总误码率为最小值，此时 图8-2 习题8.3图 习题8.4 设二进制单极性信号传输系统中信号“0”和“1”是等概率发送的。 （1） 若接收滤波器在收到“1”时，在抽样时刻的输出信号电压为1 V，输出的高斯噪声电压平均值为0 V，均方根值为0.2 V，试问在最佳判决门限下的误码率等于多少？ （2） 若要求误码率不大于 ，试问这时的信号电压至少应该多大？ 解：（1）由题意，噪声的方差 ，则噪声平均功率 信号平均功率 ，则 对于二进制单极性传输系统，最佳判决门限下的误码率为 （2）若要求 ，假定信号电压为A，即 可求得A 。即这时的信号电压至少为1.49 V。 习题8.5 设二进制双极性信号基带传输系统中，信号“0”和“1”是等概率发送的，在接受匹配滤波器输出端抽样点上输出的信号分量电压为+1V或-1V，输出的噪声分量电压的方差等于1。试求其误码率。 解： 由题意，噪声的方差 ，噪声平均功率 ，信号平均功率 ，则 对于二进制双极性传输系统，最佳判决门限下的误码率为 习题 8.6 设二进制双极性信号最佳传输系统中，信号“0” 和“1”是等概率发送的，信号码元的持续时间为T，波形为幅度等于1的矩形脉冲。系统中加性高斯白噪声的双边功率谱密度等于 。试问为使误码率不大于 ，最高传输速率可以达到多高？ 解：由题意， ，因为： ，二进制双极性最佳传输系统的误码率为 = 查表可得： ，可求得 。故最高传输速率可达到 。 习题8.7 设二进制双极性信号最佳传输系统中，信号“0”和“1”是等概率发送的，信号传输速率为 ，波形为不归零矩形脉冲，系统中加性高斯白噪声的双边功率谱密度为 。试问为使误码率不大于 ，需要的最小接受信号功率等于多少？ 解：由题意， ，信号的传输速率为 ，假设接受滤波器的频率特性为理想矩形，则带宽B=2 56=112 kHz ，此条件下，系统的输入噪声功率为 设接收信号功率为 ，则 可求得： ，则需要的最小接收信号功率等于154.9 。 第九章习题 习题 9.1 设在一个纯ALOHA系统中，分组长度 ms，总业务到达率 pkt/s，试求一个消息成功传输的概率。 解：由题意， ms， pkt/s，则系统的总业务量为 纯ALOHA系统吞吐量满足 ，一个消息成功传输的概率为 习题 9.2若上题中的系统改为S-ALOHA系统，试求这时消息成功传输的概率。 解：S-ALOHA系统的吞吐量满足 ，这时消息成功传输的概率为 习题 9.3 在上题的S-ALOHA系统中，试