通信原理课后答案

-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*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：习题1.3*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表示。假设每个二进制码元用宽度为5ms的脉冲传输，试分别求出在以下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25ms。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，假设此信息源每秒发出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125us。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6MHZ，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80m，试求其最远的通信距离。解：由，得 习题1.9设英文字母E出现的概率为 0.105， *出现的概率为0.002 。试求 E和*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：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 假设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=2bit/字母/(2*5m s/字母)=200bit/s2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？假设数字信号0和1出现是独立等概的，则传信率等于多少？ 解：习题1.16假设题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 小时可能到达的最大信息量为多少？解：传送 1 小时的信息量 传送 1 小时可能到达的最大信息量 先求出最大的熵： 号则传送 1 小时可能到达的最大信息量 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*(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*(t)和。解：E*(t)=P(=0)2+P(=/2)习题2.2 设一个随机过程*(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。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。*(t)的傅立叶变换为：则能量谱密度 G(f)=习题2.4 *(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，数学期望均为0，方差均为。试求：(1)E*(t)，E；(2)*(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 试判断以下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：P(f)，非负性；P(-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*(t)=A的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。解：R(t，t+)=E*(t)*(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*(t)=的自相关函数。解：(t,t+)=E*(t)*(t+)=E=习题2.8 设随机过程*(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*(t)的功率谱密度和功率P。解：(1)-101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*(t)的傅立叶变换为*(f) =。试求此信号的自相关函数。解：*(t)的能量谱密度为G(f)=其自相关函数习题2.10 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)0(2)和的曲线如图2-2所示。10图2-2习题2.11 一平稳随机过程*(t)的自相关函数是以2为周期的周期性函数：试求*(t)的功率谱密度并画出其曲线。解：详见例2-12习题2.12 一信号*(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)=CR图2-3RC 高通滤波器输入信号的傅里叶变换为*(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*(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)/*(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。假设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LC图2-4LC低通滤波器(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，因此习题2.17假设通过图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，假设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。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假设随机过程，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当时，与无关，故=0当时，因脉冲幅度取的概率相等，所以在，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，（B） 波形取-1 1、1 -1 时，在图示的一个间隔，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，假设输入过程，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假设是平稳随机过程，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假设通过题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三章习题习题3.1 设一个载波的表达式为，基带调制信号的表达式为：m(t)=1+。试求出振幅调制时已调信号的频谱，并画出此频谱图。解： 由傅里叶变换得已调信号的频谱如图3-1所示。S(f)6005004000 400500600图3-1 习题3.1图习题3.2 在上题中，已调信号的载波分量和各边带分量的振幅分别等于多少？解：由上题知，已调信号的载波分量的振幅为5/2，上、下边带的振幅均为5/4。习题3.3 设一个频率调制信号的载频等于10kHZ，基带调制信号是频率为2 kHZ的单一正弦波，调制频移等于5kHZ。试求其调制指数和已调信号带宽。解：由题意，=2kHZ，=5kHZ，则调制指数为已调信号带宽为 习题3.4 试证明：假设用一基带余弦波去调幅，则调幅信号的两个边带的功率之和最大等于载波频率的一半。证明：设基带调制信号为，载波为c(t)=A，则经调幅后，有已调信号的频率 因为调制信号为余弦波，设，故则：载波频率为 边带频率为 因此。即调幅信号的两个边带的功率之和最大等于载波频率的一半。习题3.5 试证明；假设两个时间函数为相乘关系，即z(t)=*(t)y(t)，其傅立叶变换为卷积关系：Z()=*()*Y()。证明：根据傅立叶变换关系，有变换积分顺序:又因为 则 即习题3.6 设一基带调制信号为正弦波，其频率等于10kHZ，振幅等于1V。它对频率为10mHZ的载波进展相位调制，最大调制相移为10rad。试计算次相位调制信号的近似带宽。假设现在调制信号的频率变为5kHZ，试求其带宽。解：由题意， 最大相移为 瞬时相位偏移为，则。瞬时角频率偏移为d则最大角频偏。因为相位调制和频率调制的本质是一致的，根据对频率调制的分析，可得调制指数 因此，此相位调制信号的近似带宽为假设=5kHZ，则带宽为习题3.7 假设用上题中的调制信号对该载波进展频率调制，并且最大调制频移为1mHZ。试求此频率调制信号的近似带宽。解：由题意，最大调制频移，则调制指数故此频率调制信号的近似带宽为习题3.8设角度调制信号的表达式为。试求：1已调信号的最大频移；2已调信号的最大相移；3已调信号的带宽。解：1该角波的瞬时角频率为故最大频偏 2调频指数 故已调信号的最大相移。3因为FM波与PM波的带宽形式一样，即，所以已调信号的带宽为 B=2(10+1)*习题3.9 调制信号 m(t)=cos(2000t)+cos(4000t)，载波为cos104t，进展单边带调制，试确定该单边带信号的表达试，并画出频谱图。解：方法一：假设要确定单边带信号，须先求得m(t)的希尔伯特变换mt=cos2000t-/2+cos4000t-/2 =sin2000t+sin4000t故上边带信号为SUSB(t)=1/2m(t) coswct-1/2m(t)sinwct =1/2cos(12000t)+1/2cos(14000t)下边带信号为SLSB(t)=1/2m(t) coswct+1/2m(t) sinwct=1/2cos(8000t)+1/2cos(6000t) /2SUSBt其频谱如图3-2所示。-1400-1200012000 14000SLSBt/2 6000 8000-8000-6000图3-2 信号的频谱图方法二：先产生DSB信号：sm(t)=m(t)coswct=，然后经过边带滤波器产生SSB信号。习题3.10将调幅波通过残留边带滤波器产生残留边带信号。假设信号的传输函数H(w)如下图。当调制信号为m(t)=Asin100t +sin6000t时，试确定所得残留边带信号的表达式。解：1 -14 -10.5 -9.5 9.5 10.5 14f/kHzH(w)0设调幅波sm(t)=m0+m(t)coswct，m0|m(t)|ma*，且sm(t)Sm(w)图3-3 信号的传递函数特性根据残留边带滤波器在fc处具有互补对称特性，从H(w)图上可知载频fc=10kHz，因此得载波cos20000t。故有 sm(t)=m0+m(t)cos20000t=m0cos20000t+Asin100t+sin6000tcos20000t =m0cos20000t+A/2sin(20100t)-sin(19900t)+sin(26000t)-sin(14000t) Sm(w)=m0(w+20000)+(W-20000)+jA/2(w+20100)-(w+19900)+(w-19900)+(w+26000)-(w-26000) -(w+14000)+(w-14000)残留边带信号为F(t)，且f(t)F(w)，则F(w)=Sm(w)H(w)故有：F(w)=/2m0(w+20000)+(w-20000)+jA/20.55(w+20100) -0.55(w-20100)-0.45(w+19900)+ 0.45(w-19900)+(w+26000) -(w-26000) f(t)=1/2m0cos20000t+A/20.55sin20100t-0.45sin19900t+sin26000t习题3.11设*信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)=0.5*10-3W/Hz，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在5kHz，而载波为100kHz，已调信号的功率为10kW.假设接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一理想带通滤波器滤波，试问：1.） 该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H(w)2.） 解调器输入端的信噪功率比为多少3.） 解调器输出端的信噪功率比为多少4.） 求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图型表示出来。解：1.） 为了保证信号顺利通过和尽可能的滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即B=2fm=2*5=10kHz，其中中心频率为100kHz。所以H(w)=K ，95kHzf105kHz0 ，其他2.） Si=10kWNi=2B* Pn(f)=2*10*103*0.5*10-3=10W故输入信噪比Si/Ni=10003.） 因有GDSB=2故输出信噪比 S0/N0=20004.） 据双边带解调器的输出嘈声与输出噪声功率关系，有： N0=1/4 Ni =2.5W 故 Pn (f)= N0/2fm=0.25*10-3W/Hz =1/2 Pn(f) f5kHzPn(f)(W/Hz)0.25*10-3f/kHz 5-5 0图3-4解调器输出端的噪声功率谱密度习题3.12设*信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pnf=5*10-3W/Hz，在该信道中传输抑制载波的单边带信号，并设调制信号mt的频带限制在5kHz。而载频是100kHz，已调信号功率是10kW。假设接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一理想带通滤波器，试问：1） 该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性。2） 解调器输入端信噪比为多少3） 解调器输出端信噪比为多少解：1H(f)= k ，100kHzf105kHz = 0 ， 其他 2Ni=Pn(f)2fm=0.5*10-3*2*5*103=5W 故 Si/Ni=10*103/5=2000 3因有GSSB=1， S0/N0= Si/Ni =2000习题3.13*线性调制系统的输出信噪比为20dB，输出噪声功率为10-9W，由发射机输出端到调制器输入端之间总的传输耗损为100dB，试求：1） DSB/SC时的发射机输出功率。2） SSB/SC时的发射机输出功率。解：设发射机输出功率为ST，损耗K=ST/Si=1010(100dB)，S0/N0=10020dB，N0=10-9W1） DSB/SC方式：因为G=2，Si/Ni=1/2S0/N0=50又因为Ni=4N0 Si=50Ni=200N0=2*10-7W ST=KSi=2*103W2） SSB/SC方式：因为G=1，Si/Ni= S0/N0=100又因为Ni=4N0Si=100Ni=400N0=4*10-7W ST=KSi=4*103W习题3.14根据图3-5所示的调制信号波形，试画出DSB波形tM(t)图3-5调制信号波形解：M(t)t图3-6已调信号波形习题3.15根据上题所求出的DSB图形，结合书上的AM波形图，比拟它们分别通过包络检波器后的波形差异解：讨论比拟：DSB信号通过包络检波器后产生的解调信号已经严重失真，所以DSB信号不能采用包络检波法;而AM可采用此法恢复m(t)习题3.16调制信号的上边带信号为 SUSB(t)=1/4cos(25000t)+1/4cos(22000t)，该载波为cos2*104t求该调制信号的表达式。解： 由的上边带信号表达式SUSB(t)即可得出该调制信号的下边带信号表达式： SLSB(t)=1/4cos(18000t)+1/4cos(15000t) 有了该信号两个边带表达式，利用上一例题的求解方法，求得m(t)=cos(2000t)+cos(5000t)习题3.17设*信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在10kHz，而载波为250kHz，已调信号的功率为15kW。解调器输入端的信噪功率比为1000。假设接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过一理想带通滤波器滤波，求双边噪声功率谱密度Pn(f)。解： 输入信噪比Si/Ni=1000Si=15kWNi=2B* Pn(f)=2*15*103* Pn(f)=15W故求得Pn(f)=0.5*10-3W/Hz习题3.18假设上题的为解调器输出端的信噪比，再求双边噪声功率谱密度Pn(f)。解： GDSB=2故输出信噪比S0/N0=2Si/Ni=1000 所以 Si/Ni=500 由上一例题即可求得：Pn(f)=1*10-3W/Hz习题3.19*线性调制系统的输出信噪比为20dB，输出噪声功率为10-8W， DSB/SC时的发射机输出功率为2*103W试求：从输出端到解调输入端之间总的传输损耗解： 输出噪声功率为N0=10-9W 因为G=2，Si/Ni=1/2S0/N0=50 因为Ni=4N0Si=50Ni=200N0=2*10-6W 所以 损耗K=ST/Si=109习题3.20将上一题的DSB/SC时的发射机输出功率改为SSB/SC时的发射机输出功率，再求：从输出端到解调输入端之间总的传输损耗解：因为G=1，Si/Ni= S0/N0=100因为Ni=4N0，Si=100Ni=400N0=4*10-6W所以，损耗K=ST/Si=5*108习题3.21根据图所示的调制信号波形，试画出AM波形。M(t)t图3-7调制信号波形解：AM波形如下所示：M(t)t图3-8已调信号波形M(t)t习题3.22根据图所示的调制信号波形，试画出DSB波形。试问DSB信号能不能采用包络检波法tM(t)M(t)图3-9调制信号波形解：图3-10已调信号波形 DSB信号通过包络检波器后产生的解调信号已经严重失真，所以DSB信号不能采用包络检波法习题3.23简述什么是载波调制常见的调制有哪些答：载波调制，就是按调制信号(基带信号)的变换规律去改变载波*些参数的过 程。调制的载波可以分为两类：用正弦型信号作为载波;用脉冲串或一组数字信号作为载波。通常，调制可以分为模拟调制和数字调制。习题3.24试表达双边带调制系统解调器的输入信号功率为什么和载波功率无关答：因为输入的基带信号没有直流分量，且h(t)是理想带通滤波器，则得到的输出信号事物载波分量的双边带信号，其实质就是m(t)与载波s(t)相乘。 所以双边带调制系统解调器的输入信号功率和载波功率无关。习题3.25什么是门限效应AM信号采用包络检波法解调时为什么会产生门限效应答：在小信噪比情况下包络检波器会把有用信号扰乱成噪声，这种现象通常称为门限效应。进一步说，所谓门限效应，就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。该特定的输入信噪比值被称为门限。这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。而AM信号采用包络检波法解调时会产生门限效应是因为：在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与同步检测器一样。但随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应。tM(t)1-1习题3.26新型调制信号表达式如下：sintsinwct，式中wc=8，试画出它的波形图。图3-11调制信号波形图习题3.27线性调制信号表达式如下： (1+0.5sint)coswct 式中wc=4，试画出它的波形图M(t)t1-1coswct解： (1+0.5sint)coswct= coswct+0.5sintcoswct，所以：M(t)t0.5-0.50.5sintcoswct两者相加即可得出它的波形图：M(t)t1.50.5-0.5-1.5图3-12调制信号波形图M(w)-wH 0 wH w习题3.28*调制方框图3-14如下，m(t)的频谱如下面图3-13所示。载频w1wH，且理想低通滤波器的截止频率为w1，试求输出信号s(t)，并说明s(t)为何种一调制信号。图3-13 m(t)的频谱相乘器理想低通相乘器相乘器理想低通相乘器相加器M(t)cosw1tsinw1tcosw2tsinw2tS(t)图3-14调制信号方框图解：s1(t)=m(t)cosw1tcosw2t s2(t)=m(t)sinw1tsinw2t经过相加器后所得的s(t)即为：s(t)=s1(t)+s2(t) =m(t)cosw1cosw2+sinw1sinw2 =m(t)cos(w1-w2)t由w1wH 故：s(t)=m(t)cosw2t 所以所得信号为DSB信号第四章习题习题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 假设语音信号的带宽在300400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,=,故语音信号的带宽为=3400-300=3400=+=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+=习题4.3 假设信号。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：100360=18000个抽样值。习题4.4 设被抽样的语音信号的带宽限制在3003400，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 试比拟非均匀量化的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：，该段内量化码为,则+=0.3，可求得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。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展量化编码：DPCM是对当前抽样值和前一个抽样值之差即预测误差进展量化编码；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 假设消息码序列为01，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。全波整流采样判决T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：假设，式中，为常数，且，则此序列中将无离散谱。证明：假设，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？假设有，试计算其功率。解：图5-2 习题5.5图11由图5-21得的频谱函数为： 由题意，且有=,=0，所以。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22二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？假设有，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） 假设其信道传输函数，且发送滤波器和接收滤波器的传输函数一样，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局部组成，即=。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） 假设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，需要以为间隔对进展分段叠加，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 假设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） 假设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构造如图5-10所示。其3个抽头的增益系数分别为：。假设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*(t)的峰值失真值，并求出均衡器输出y(t)的峰值失真值。相加TT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。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假设为如图5-6a所示波形，为码元宽度，问该序列存在离散分量否？3假设为如图5-6b，答复题2所问。解：1其功率 2假设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假设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*二进制数字基带信号的根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，随机脉冲序列功率谱密度为当p=1/2时，由图5-7a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*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) 假设码元间隔 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，其傅氏变换为代入功率谱密度表达式中，有习题5.17 设*双极性基带信号的根本脉冲波形如图 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？假设能，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5-7a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5-9b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 信息代码为 1，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：(+模式)+0 - + - + - + - + +- (-模式)-0 - + - + - + - + +- 双相码：10 01 01 01 01 01 01 01 01 01 10 10习题5.19 *基带传输系统承受滤波器输出信号的根本脉冲为如图 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,发送滤波器和承受滤波器具有一样的传输函数，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)和承受滤波器组成，即假设，则所以 习题5.20 设*基带传输系统具有图 5-11所示的三角形传输函数： (1) 求该系统承受滤波器输出根本脉冲的时间表示式； (2) 当数字基带信号的传码率 RB=w0/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 该系统输出根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，信道及承受滤波器组成总特性为 H(w)，假设要求以 2/Ts Baud 的速率进展数据传输，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，假设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*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*个常数(0a1)。 (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，假设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/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 Rma*,既满足 Heq(w)的最大码元传输速率RB，容易得到 Rma*=w0/ 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比照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 假设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习题5.27假设上题中输入数据为二进制的，则相关编码电平数为何值？假设数据为四进制的，则相关编码电平数为何值？ 解 相关编码表示式为假设输入数据为二进制(+1,-1), 则相关编码电平数为 3；假设输入数据为四进制(+3,+1,-1,-3)，则相关编码电平数为 7。 一般地，假设局部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，其最正确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，*(t)的一维概率密度为而发送0时，*(t)的一维概率密度为假设令判决门限为 Vd,则将1错判为0的概率为将0错判为1的概率为假设设发送1和0的概率分别为 p(1)和 p(0)，则系统总的误码率为令，得到最正确门限电平即解的最正确门限电平为习题5.29 假设二进制基带系统， (1) 假设 n(t)的双边功率谱密度为 (W/Hz)，试确定得输出噪声功率； (2) 假设在抽样时刻 KT(K 为任意正整数)上，承受滤波器的输出信号以一样概率取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 承受滤波器 GR(w) 输出噪声功率为 (2) 设系统发送1”时，承受滤波器的输出信号为 A电平，而发送0”时，承受滤波器的输出信号为 0 电平。假设令判决门限为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*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。 假设数字信息为1”时，承受滤波器输出信号在抽样判决时刻的值 A=1V，且承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，最正确判决门限为 V*d=A/2=0.5V. 承受滤波器输出噪声是均值为 0，均方根