通信原理复习提纲--答案

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1、 通信原理复习提纲1. 数字通信的特点（填空）优点：抗干扰能力强，可消除噪声积累。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。易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理，加工，变换，存储，从而形成智能网。易于集成化，从而使通信设备微型化。易于加密处理，且保密强度高。缺点：占用带宽大，模拟电话4KHz，数字电话20-64KHz。需要同步。2 调制速率、传信速率以及频带利用率的定义、单位、计算。（填空、计算）l 码元速率（RB） 。又称调制速率或传码率、波特率、符号速率。l 定义：每秒钟传输信号码元的个数。l 单位：波特，常用“Bd”表示l 标识符： RBl RB =

2、1/T，其中T为码元长度，即一个码元波形的持续时间。l 信息传输速率是指给定信道内单位时间传输二进制码元的个数,单位是比特/秒（bit/s）,信息传输速率又称为传信率或比特率。信息速率与码元速率有如下关系：对于M进制，各码元等概出现时有 Rb=RBlog2M 若各码元不等概出现，则 Rb=RBH 其中H为平均信息量。例如：码元速率为1200B，采用八进制（N=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（N=2）时，信息速率为1200b/sl 在比较不同通信系统的有效性时，不能单看他们的传输速率，还应考虑所占用的频带宽度，真正衡量数据通信系统有效性的指标是频带利用率。频带利用率是指单位HZ内的

3、传输速率，单位为Baud/Hz，或者bit/s. Hz，这主要取决于用哪种速率来计算。 r=RB/B （单位为Baud/Hz）r=Rb/B （单位为bit/s.Hz）其中，B为系统带宽，单位为Hz。3 误码率的定义、单位、计算（计算）l 误码率（Pe） Pe=ne/n 其中n表示系统传输的总码元数，ne表示传输出错的码元数目，也即误码率是指错误码元在总码元数目中所占的比率。例：某数据通信系统调制速率为1200Bd，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，求误码率 。设系统的带宽为600Hz，求频带利用率为多少bit/（s.Hz）。解：由于各个码元出现的概率相同，则信息速率Rb=RBlog2M

4、=1200log28=3600bit/s误比特率Pb接收出现差错的比特数军/总的发送比特数(1/100)/3600=2.8106 频带利用率r=Rb/B=3600/6006bit/(s.Hz) 4 模拟、数字信道容量的定义、单位、计算（填空、计算）l 模拟信道的信道容量 模拟信道的信道容量是可以根据香农定理来计算。香农定理指出：在信号平均功率受限的加性高斯白噪声信道中，信道的极限信息传输速率即信道容量。 C=Blog2(1+S/N)(b/s)其中C为信道容量，B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。 （S/N）db=10lg(S/N)(db) l 例1、有一个经调制解调器传输数据信号的电话

5、网信道，该信道带宽为3000Hz，信道噪声为加性高斯白噪声，其信噪比为20db，求该信道的信道容量l 解：（S/N）db=10lg(S/N)(db)S/N=102=100C=Blog2(1+S/N) =3000log2(1+100) =19974bit/sl 数字信道的信道容量典型的数字信道是平稳、对称、无记忆的离散信道，它可以用二进制或多进制传输离散是指信道内传输的信号是离散的数字信号对称是指任何码元正确传输和错误传输的概率与其他码元一样平稳是指对任何码元来说，错误概率的取值都是相同的无记忆是指接收到的第i个码元仅与发送的第i个码元有关，而与第i个码元以前的发送码元无关 根据奈奎斯特准则，带

6、宽为B的信道所能传送的信号最高码元速率为2B波特。因此，无噪声数字信道容量为C2Blog2M (bit/s) 其中M为传输时数据信号的取值状态，也就是进制数l 例：假设一个传四进制数字信号的无噪声数字信道，带宽为3000Hz，求其信道容量l 解：C=2Blog2M =23000log24 =1（bit/s）5 信息量、熵的概念及计算（计算）量度信息多少的测度就是信息量 I= -log2P 例 1 1 设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为多少？ I(0)=I(1)=log2(1/p)=log2(1/0.5)=1 (bit)I=log2(1/p)=log2(1/

7、1/m)=log2m (bit)P：每一个波形出现的概率M：传送的波形数。例 1 2 一离散信源由0， 1， 2， 3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8， 1/4， 1/4， 1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息210010的信息量。 解：此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为：平均信息量(信息源的熵) 每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量H为：6 常用的数据基带信号的形式，如单极性不归零，双极性归零等等，会画波形（画图填表题） PPT头尾各两张155-169 1、单极性码不归零（NRZ）码： “1”码：有信号

8、，用正电平表示 “0”码： 无信号，用零电平表示 2、单极性码归零（RZ）码：“1”码：前半个T/2内用正电平表示，后半周期回归至零 “0”码 ：用零电平表示 3、双极性码不归零（BNRZ）码：“1”码：用正电平表示 “0”码：用负电平表示 4、双极性码归零（BRZ）码：“1”码：前半个T/2内用正电平表示，后半周期回归至零 “0”码：前半个T/2内用负电平表示，后半周期回归至零 7 会写HDB3码（画图填表题） 三阶高密度双极性（HDB3）码： 编码规则：（1）按AMI码编码；（2）用000V替代长连零小段0000，V的极性与前一个非零码的极性相同；（3）检查V码是否极性交替。若不交替，把当

9、前的000V用B00V代替，B的极性与前一个非零符号的极性相反；加B后，则后边所有非零符号反号。检查HDB3码正确与否，一看“1”与B合起来极性是否交替，二看V码是否交替，两者都交替则编码正确。 例：信息流： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 第一步： 0+1 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 0-1+1-1 0 第二步： 0+1 0 0 0+V-1+1 0 0 0+V 0-1+1-1 0 第三步： 0+1 0 0 0+V-1+1-B 0 0-V 0+1-1+1 0 译码：（1）检测V码并识别B00V和000V；两个同极性码后一个为V码；（2）用0000

10、取代B00V或000V； V与前一非0符号极性相同 相邻V符号极性交替 B与前一非0符号极性相反 同一个破坏节中，B与V极性相同 所有1与B一起极性交替1、 an: 1 0000 1 1 0000 1 0000 00 1HDB3码: +1 000V+-1+1B-00V- +1 000V+ 00-12、 an: 1 0000 1 1 0000 1 1 0000 0 1HDB3码: +1 000V+-1+1B-00V- +1-1B+00V+ 0-13、 an: 1 0000 0000 0000 1 1HDB3码: +1 000V+ B-00V- B+00V+ -1+18 基带传输与频带传输的定义（

11、填空） 基带传输是数据通信中的基本传输方式，数据终端只要经过简单的电平和码型变换后就可以在信道中直接传输，主要应用在局域网等短距离的数据传输中。 所谓频带传输是指在发送端，经过调制，把基带信号变成频带信号传输，接收端再由解调器将频带信号恢复成基带信号的传输系统，调制解调器是频带传输系统的核心部分。9 奈奎斯特第一准则、奈奎斯特频率、奈氏间隔等，以及幅度滚降系统的指标计算题（计算） 奈奎斯特第一准则 当系统的传输特性在奈氏带宽内是理想低通特性时，若发送端以其截至频率两倍的速率传输信号，接收端仍以间隔Tb在码元峰值处抽样就可以消除码间干扰，此时可以得到最大的频带利用率2Baud/Hz 传输速率为R

12、B=1/Tb=fb Baud，信道带宽为B=fb/2 Hz，所以频带利用率r=RB/B=2 Baud/Hz 。（2）升余弦滚降传输特性为了解决理想低通存在的两个问题，可以引入“滚降”的概念，只要实际中H() 在滚降段中心频率处（与奈奎斯特带宽fN)相对应呈奇对称的振幅特性，则必然满足无码间串扰条件。 例1 某一基带系统，其传输特性如图所示，试计算： (1)按奈奎斯特第一准则发送数据，其符号速率为多少Bd？(2)采用四电平传输时，传信速率为多少bit/s? (3)频带利用率为多少？解：(1)要符合奈氏第一准则，需在H(f)中找出呈奇对称的坐标点C(fN，1/2)，即fN的对应点，于是， fN =

13、 (1800+3000)/2 = 2400。 符号速率为fs = 2fN = 4800波特，而 (1 + a ) fN = 3000 a = (3000-fN)/ fN = 600/2400 = 0.25(2)采用四电平时，M = 4 传信率R = NBd log 2 4 = 4800*2 = 9600 bit/s(3)频带利用率 h = fs /B = 4800/3000 = 1.6 Bd/Hz 或 h = 2/(1 + a) = 2/(1+0.25) = 1.6 Bd/Hz10 部分响应系统的思想（填空） 一种传输系统，它允许存在一定的，受控制的码间串扰，而在接收端可加以消除； 能使频带利

14、用率提高到理论上的最大值2(Baud/Hz)； 又可形成“尾巴”衰减大、收敛快的传输波形。11 时域均衡的作用（填空）利用均衡器产生的时间波形去直接校正已失真的波形，使包括均衡器在内的整个系统的冲击响应满足无码间串扰条件12 同步的分类（填空） 分为载波同步、位同步、群同步和网同步。 13 ASK,FSK,PSK,DPSK的意义，会画调制后的波形（画图填表题）v 振幅键控（ASK） 用数字消息控制载波的振幅。v 移频键控（FSK） 用数字消息控制载波的频率。v 移相键控（PSK） 用数字消息控制载波的相位14 差错控制的几种不同方式，如返回重发、停发等候重发、选择重发、前向纠错等的区别（画图填

15、表题）v 检错重发（ARQ） 停发等候重发 返回重发 选择重发v 前向纠错（FEC）v 反馈校验（IRQ）v 混合方式（HEC）三者比较选择重发传输效率最高，但成本最贵：控制机制复杂，发端和收端都要有数据缓冲器； 返回重发、选择重发需要全双工数据链路，而停发等候重发只要求半双工的数据链路。15 码重、码距的概念（填空、计算） 码重：指码字中“1”的数目，记作W(A)。例如：W(110110)=4 码距：又称汉明距，两个等长码对应位不同的数目，记作d(A，B)， 例如：A=110110，B=101011，则d(A，B)=4 码距与码重的关系：d(A，B)=W (A+B) 16 最小码距的概念（填

16、空、计算）最小码距又称最小汉明距， (n，k)分组码总共有2k个码字，记作Ai（i=0,1,2k-1）,则这些码字两两之间都有一个码距，定义该(n，k)分组码的最小码距为 ：例如：有一码组集合1 0 1 1 11 1 0 0 10 0 0 1 01 1 0 1 0则该码组的最小码距为2。16 知道了最小码距后，检错、纠错能力的确定（计算） 最小码距与检错和纠错能力的关系 一个码能检测e个错码，则要求其最小码dmine+1 一个码能纠正t个错码，则要求其最小dmin2t+1 一个码能纠正t个错码，同时能检测e个错码，则要求其最小码距 dmine+t+1 (et)举例说明：假如要传送A、B两个消息

17、 编码一： 消息A-“0”；消息B-“1” 最小码距1 若传输中产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现，该编码无检错纠错能力。 编码二： 消息A-“00”；消息B-“11” 最小码距2 “00、11”称为许用码组，而“01、10”称为禁用码组 若传输中产生一位错码，则变成“01”或“10”，收端判决为有错，但无法确定错码位置，不能纠正，该编码具有检出一位错码的能力。 这表明增加一位冗余码元后码具有检出一位错码的能力 编码三： 消息A-“000”；消息B-“111” 最小码距3 传输中产生一位即使两位错码，都将变成禁用码组，收端判决传输有错。该编码具有检出两位错码的能力。 在

18、产生一位错码（错1位概率远远大于错2位、3位概率）情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判决，能够纠正这一位错码。该编码具有纠正一位错码的能力。例如收到110，认为是111。 这表明增加两位冗余码元后码具有检出两位错码或纠正一位错码的能力。 18 奇偶监督码（画图填表题） 奇偶监督码：在信息码元后附加一位监督位，使得码组中 “1”的个数为偶数或奇数。 表5-1 水平奇偶监督码 111011100110000.0110110101第一个码元第二个码元第三个码元第十个码元监督码元表5-2 水平奇偶监督码接收端出现突发误码示例 结论：能够发现突发长度不大于方阵行数的突发错误表5-3 水平垂直奇偶监督

19、码 表5-4 水平垂直奇偶监督码接收端纠错示例 例如：当码组中仅在一行有奇数个错误时，能够确定错误位置，并纠正它。 表5-5 水平垂直奇偶监督码接收端检错示例 表5-6 水平垂直奇偶监督码接收端检错示例 19 纠错码的监督位与码组长度的关系（填空、计算） 线性分组码 ：(1) 分组码：先将信息码分组，然后给每组信码附加若干监督码的编码称为分组码，用符号(n,k)表示，k是信息码的位数，n是编码组总位数，又称为码长，r=n-k为监督位数。 (2) 代数码：建立在代数学基础上的编码，称为代数码。例如奇偶校验码。 (3) 线性码：线性码中信息位和监督位是按一组线性方程构成的。线性码是一种代数码。奇偶

20、监督码是最简单的线性码。(4) 线性分组码：信息码分组后，附加的监督码和信息码由一些线性代数方程联系着的编码称为线性分组码。20 汉明码中，能根据生成矩阵求取所有的码组（计算） 例5-2 已知（6，3）汉明码的生成矩阵如下，列出所有许用码组;信息码编码码字码重0 0 00 0 0 0 0 000 0 10 0 1 1 1 030 1 00 1 0 0 1 130 1 10 1 11 0 141 0 01 0 0 1 0 131 0 11 0 1 0 1 141 1 01 1 0 1 1 041 1 1 1 1 1 0 0 0321 线性分组码的主要性质，如生成矩阵决定了编码方法，以及最小码距等

21、于非零码的最小重量等。（填空） 线性分组码的性质：1 任意两个许用码组之和（逐位模2和）仍为一许用码组，即具有封闭性。2 最小码距=非零码的最小码重（1的个数）。 3 线性分组码中必有一个全0码组4 生成矩阵决定了编码方法22 数据交换的分类以及分组交换的分类（填空）电路交换方式和存储转发交换方式（报文，分组） 电路交换方式分为空分交换方式和时分交换方式 存储转发交换方式分为报文交换方式、分组交换方式和帧方式 1、虚电路方式 2、数据报方式23 各种数据交换方式的概念及特点（填空、判断） 电路交换(Circuit Switching)主要应用于电话通信网，是指数据传输期间，在源站点与目的站点之

22、间建立专用电路链接，数据传输结束之前，电路一直被占用，而不能被其他节点所使用。用电路交换技术完成的数据传输要经历以下三个阶段：电路建立、数据传输、电路拆除 电路交换的特点：（1）优点信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。（2）缺点电路接续时间较长。传输较短信息时，链路建立时间可能大于通信时间，网络的利用率低。电路资源被通信双方独占，电路利用率低。不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不

23、同）不能相互通信。有呼损。当对方用户终端忙或交换网负载过重时叫不通，出现呼损传输质量较多地依赖于线路的性能，因而差错率较高。 报文交换 报文交换方式的基本思想是“存储转发”，即将用户的报文存储在交换机的存储器（内存或外存）中，当所需的输出电路空闲时，再将报文发向接收交换机或用户终端。与电路交换比较，报文交换无须在用户之间先建立呼叫，也不存在直接物理信道，交换结束后也不需要拆线过程。报文交换的优、缺点报文交换的主要优点中间节点可进行数据格式的转换，使不同类型的终端设备之间相互进行通信。不独占线路多个用户可通过存储和排队共享一条线路。由于存储转发机制，在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用

24、率高。只要交换节点处缓存足够大，则不存在阻塞与“呼损”；可实现同报文通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。增加了差错检测功能，避免出错数据的无谓传输。 报文交换方式的主要缺点由于采用了“存储-转发”方式，在节点处排队等待传送，增加了数据传输的时延，而且时延的变化也大。要求报文交换机有高速处理能力，且缓冲存储器容量大交换机的设备费用高。报文长度未作规定，只能暂存在磁盘上，磁盘读取增加了额外的时延。报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。分组交换(Packet Switching)是报文分组交换的简称，又称包交换。它是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个

25、上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。每个分组中包括数据和目的地址。其传输过程在表面上看与报文交换类似，但由于限制了每个分组的长度，因此大大地改善了网络传输性能。分组交换的优缺点： 1、优点（1）传输质量高：分组交换机具有差错控制、流量控制等功能，可实现逐段链路的差错控制（差错校验和重发）。分组型终端也可以进行差错控制（2）可靠性高（3）为不同种类的终端相互通信提供方便（4）能满足通信实时性要求（信息的传输时延较小，而且变化范围不大）。（5）可实现分组多路通信（6）经济性好：规范化的分组可简化交换处理；分组长度较短交换机的存储容量小，降低了

26、网内设备的费用；可进行分组多路通信通信电路的利用率高，降低了通信电路的使用费用。 2、缺点（1）由于传输分组时需要交换机有一定的开销，使网络附加的传输信息较多，对长报文通信的传输效率比较低。（2）要求交换机有较高的处理能力大型分组交换网的投资较大。24 虚电路方式的基本思想（简答） 虚电路方式的特点（1）一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除3个阶段（2）在发送分组前，首先要在终端之间建立一条预定的路由。在分组传送期间，每个分组经过该预定的路由。（3）虚电路方式的缺点是当网络中由于线路或设备帮障可能使虚电路中断时，需要重新呼叫建立新的连接。由于在逻辑连接期间路由是固定的，这使它看起来有点像是

27、电路交换网中的一条电路，故称为虚电路。此时除了数据之外，每个分组还包含一个虚电路标识，而不是目的地址。与电路交换的区别：电路交换中，用户独占资源，一直到通信结束才释放。而虚电路只是一个逻辑连接，不独占线路，一条物理线路上可以同时建多条虚电路，以资源共享。虚电路的重连接 是以虚电路方式工作的网络提供的一种功能。25 适合在基带信道中传输的传输码的主要特征（简答） 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；便于从信号中提取定时信息； 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；能适应于信息源的变化即不受信息源统计特性的影响，；具有内在的检错能力，传输码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进

28、行宏观监测；编译码设备要尽可能简单。 26 报文交换方式的特点（判断、简答） 5、报文交换的优、缺点报文交换的主要优点中间节点可进行数据格式的转换，使不同类型的终端设备之间相互进行通信。不独占线路多个用户可通过存储和排队共享一条线路。由于存储转发机制，在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。只要交换节点处缓存足够大，则不存在阻塞与“呼损”；可实现同报文通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。增加了差错检测功能，避免出错数据的无谓传输。报文交换方式的主要缺点由于采用了“存储-转发”方式，在节点处排队等待传送，增加了数据传输的时延，而且时延的变化也大。要求报文交换机有高速处理

29、能力，且缓冲存储器容量大交换机的设备费用高。报文长度未作规定，只能暂存在磁盘上，磁盘读取增加了额外的时延。报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。27 分组型终端与一般终端的区别（填空、判断） 分组型终端（PT）可直接接入分组网或经电话网（PSTN）入分组网;非分组型终端（NPT）不论是经专线还是经电话网入分组网之前，必须首先接分组装、拆设备（PAD）。另外，非分组型终端也可经用户电报网接入分组网28 OSI七层模型中物理层、数据链路层、网络层的位置和功能（填空、判断）物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层

30、为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。 在这一层，数据的单位称为比特（bit） 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。 数据链路层传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。该层规定了网络连接的建立、拆除和通信管理的协议，包括数据交换、路由选择、通信流量控制等。在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。29 RS232协议的特点（填空、判断） 1、机械特性DB-25型通信电缆的连接器 直接连接的最大物理距离为15米通信速率低于201024bps

31、。 2、电气特性 采用负逻辑：逻辑0相当于对信号地线有 +3V 或更高的电压，逻辑1相当于对信号地线有 -3V 或更负的电压。当连接电缆线的长度不超过 15m 时，允许数据传输速率不超过 20kb/s3、功能特性：引脚功能30 数据链路传输控制规程的分类，以及HDLC方式中的F帧，零比特插入技术（画图填表题） （1）面向字符型 （2）面向比特型 1、帧结构 （1）F: 标志字段固定为01111110， 标志帧的开始与结束； 2、透明传输的实现 插入技术（即比特填充） 31 A律13折线编码的最小量化电平、量化位数等以及PCM时分复用（填空） 32 Huffman编码的平均长度及编码效率（计算）