考研复试 通信原理
第一章 绪论
○ 消息（Message），信息（Information），信号（signal）的关系：
消息是信息的物理形式，信息是消息的有效内容，信号是消息的传输载体。
○ 语音信号的频率范围：300Hz-3400Hz；图像信号的频率范围：0-6MHz
○ 数字通信系统的一般模型：信源→信源编码→加密→信道编码→调制→信道→解调→信道解码→解密→信源译码→信宿
○ 数字通信系统模型中，信源编码（Source coding）、信道编码（Channel coding）、调制（modulation）解调（demodulation）的作用：
信源编码的作用一是通过减少传输码元（symbol）数目来提高信息传输的有效性（availability），二是完成模/数转换（Digital to analog conversion）。
信道编码的作用是进行差错控制，在信息码元中加入监督码元（Supervisory symbol），提高通信系统的可靠性（reliability）。
调制是指把数字基带信号的频谱（frequency spectrum）搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通（Bandpass）信号。
○ 信息熵：平均信息量
○ 模拟系统的有效性和可靠性指标：
有效性——信道带宽（Channel Bandwidth）（占用信道带宽越小，有效性越好），可靠性——输出信噪比（Output signal-to-noise ratio）
○ 数字系统的有效性和可靠性指标：
有效性——频带利用率（bandwidth efficiency），可靠性——差错率，包括误码率和误信率
○ 基带信号和频带信号的区别：
基带信号是指信源产生的信号，频谱一般从零频开始；频带信号是指通过调制后的信号，即已调信号，它携带有基带信号的信息，并且频谱通常是带通。
○ 比特率和波特率的区别：
比特率是指每秒传送的比特数，与码元宽度、码元进制有关；
波特率是指每秒传送的码元数，仅与码元宽度有关。
○ 数字通信的优缺点：
优点：抗干扰能力（anti-interference ability）强、差错可控、易加密（encryption）、易于与现代技术相结合
缺点：频带利用率（bandwidth efficiency）不高、系统设备比较复杂
第二章 确知信号
○ 什么是白噪声？
所谓白噪声是指它的平均功率谱密度函数在整个频率域内是常数，服从均匀分布。其功率谱为n0/2，自相关函数为n0
第三章 随机过程
○ 狭义平稳和广义平稳的概念：
狭义平稳——随机过程的任意n维分布与时间起点无关；
广义平稳——随机过程的均值为常数，相关函数仅与时间间隔有关。
○ 平稳随机过程的各态历经性：
含义：随机过程中的任一实现（样本）都经历了随机过程的所有可能状态。
意义：可用一次实现的“时间平均”来取代过程的“统计平均”。
○ 平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间有什么关系？
如果线性系统的输入过程是平稳的，那么输出过程也是平稳的。输出的数学期望等于输入的数学期望乘以线性系统在f=0处的频率响应，即直流增益。输出过程的功率谱密度是输入过程的功率谱密度乘以系统频率响应模值的平方。
第四章 信道
○ 分集技术是什么？分集是对信号进行分散接收和集中处理，从而减少衰落对信号的影响
○ 快衰落和慢衰落是什么？由多径效应引起的衰落叫做快衰落；由于季节、日夜等变化引起的信号衰落称为慢衰落。
○ 信道的分类：
狭义信道包括有线信道和无线信号；
广义信道包括调制信道和编码信道，调制信号又包括恒参信道和变参信道，编码信道包括无记忆信道和有记忆信道。
○ 恒参信道和变参信道的区别：信道特性参数是否变化。举例：恒参信道——各种有线信道，卫星中继信道；变参信道——短波电离层反射信道，各种散射信道。
○ 恒参信道无失真传输的条件（幅频特性，相频特性），两种失真的影响，怎么补偿？
幅频特性是常数，即对不同频率成分有相同的衰减或放大倍数；相频特性是一条通过原点的直线，即对信号的不同频率成分具有相同的迟延。
幅频失真：模拟信号信噪比下降、数字信号误码率增加；相频失真：语音信号影响小，视频大，数字信号误码率增大。
补偿：幅度和相位均衡器。
○ 变参信道传输媒质的特点：衰耗和时延随时间变化，多径传播
○ 多径传播的含义及其影响？
多径传播：由发射点出发的信号经过多路径到达接收端。接收信号是衰耗和时延随时间变化的各路径信号的合成。
影响：瑞利型衰落：振幅恒定、频率单一的正弦波→包络缓慢起伏的随机调幅波；频率弥散：单根线谱→窄带频谱。
○ 信道容量（channel capacity）的定义，香农公式各参数的意义
定义：信道的极限传输能力（Ultimate transmission capacity of channel），在信道中可实现无差错传输数据的最大平均信息速率（Maximum average information rate）。
香农公式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。（香农第二定理）
B是信道带宽，S是信号功率，n0是噪声单边功率谱密度，n0B是噪声功率
○ 香农公式的应用
对于一定的信道容量来说，信道带宽B、信道噪声功率比S/N及传输时间三者之间可以互相转换。若增加信道带宽，可以换来信号噪声功率比的降低，反之亦然。如果信号噪声功率比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少。
○ 香农第一定理：将原始信源符号转化为新的码符号，使码符号尽量服从等概分布，从而每个码符号所携带的信息量达到最大，进而可以用尽量少的码符号传输信源信息。
○ 香农第三定理：保失真度准则下的有失真信源编码定理。是指只要码长足够长，总可以找到一种信源编码，使编码后的信息传输率略大于失真函数，而码的平均失真度不大于给定的允许失真度。
○ “加性”干扰和“乘性”干扰的含义
加性干扰是叠加在信号上的各种噪声；乘性干扰是由于信道特性不理想造成的，与信号是“共存共失”的关系。
○ 什么是高斯白噪声？
如果一个噪声，它的瞬时值服从高斯分布，而它的功率谱密度又是均匀分布的，则它称为高斯白噪声。
第五章 模拟调制系统
○ 调制的定义、目的
定义：将基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号（modulated signal）。
目的：实现信道的多路复用（multiplex），以提高信道利用率，改善系统抗噪声性能（anti noise performance）。
○ 什么是线性调制和非线性调制？
线性调制是频谱上的线性搬移，包括AM、DSB、SSB、VSB；非线性调制是频谱上的非线性搬移，包括FM、FSK等
○ 产生AM的方法：滤波法，相移法
○ 幅度调制（Amplitude modulation）AM、DSB、SSB、VSB的带宽
AM(DSB)：B=2f_H；SSB:B=f_H；VSB: f_H<B<2f_H
○ AM、DSB、SSB、VSB的解调方式
相干解调（Coherent demodulation）：适用于AM、DSB、SSB、VSB，与相干载波相乘后，将已调信号的频谱搬回到原来基带处
包络载波（Envelope detection）：适用于AM，检出信号的包络，组成有微分整流器和低通滤波器
○ VSB的产生方法（滤波器特性）
滤波器在载频两边具有互补对称特性
○ 门限效应（threshold effect）的概念，AM信号采用包络检波法时为什么会出现门限效应？
小信噪比时，检波输出没有单独的信号项，有用信号被噪声扰乱，输出信噪比急剧恶化，称为解调器的门限效应
○ 怎么解决门限效应？出现门限效应的转折点尽可能向低输入信噪比方向扩展。基本方法就是减小鉴频器的等效带宽，从而提高等效信噪比。
○ 为什么相干解调不会出现门限效应？
因为在相干解调时，信号和噪声是分开进行解调，解调器的输出端总是存在单独有效信号项，所以相干解调不会出现门限效应。
○ 调频信号的产生与解调方法
产生方法：直接调频、锁相调频和间接调频
解调方法：窄带调频和宽带调频都可以通过鉴频器解调(非相干)，窄带调频还可以用相干解调
○ 频分复用（FDM）的概念及原理
利用调制技术将信号调制到不同载频上，使各路信号的频谱搬移到各自的子通道内，合成后送入到信道传输。
○ 卡森公式的内容和意义？
卡森公式指调频信号的带宽等于最大频偏（maximum frequency offset）加上调制信号的频率之和的两倍。
意义：说明了调频信号的带宽取决于最大频偏和调制信号的频率。
○ 当调频指数满足$m_f<<1$时称为窄带调频
○ FM通信系统中采用预加重/去加重技术可达到什么目的？为什么？
是为了提高解调器的输出信噪比。因为鉴频器输出噪声功率谱密度与噪声频率平方成正比，对此噪声进行去加重处理可以降低高频噪声，从而减小解调器输出噪声功率。预加重器用以增强基带信号的高频成分，使去加重器输出基带信号不失真，功率不变。
○ AM、DSB、SSB、FM的有效性（抗噪声性能）从优到劣排序：SSB、AM/DSB、FM
○ AM、DSB、SSB、FM的可靠性（频谱利用率）从优到劣排序：FM、SSB/DSB、AM
第六章 数字基带传输系统
○ 数字基带传输系统的基本结构：由发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器及定时和同步系统构成。
○ 叙述数字基带传输系统中对传输码型的选取原则？
1、不含直流成分；2、有丰富的定时信息；3、功率谱主瓣宽度窄；4、具有内在的检错能力，码型具有一定的规律性；5、编译码简单
○ 数字基带系统为什么多采用双极性基带信号？无直流分量，判决电平是0，有的双极性码还可以提取同步分量，抗干扰性好。
○ AMI、HDB3、双相码（Manchester码）、CMI码（传号反转码）的编/译方法及特点
AMI：编码方法：“1”→“+1”“-1”交替，“0”→“0”；特点：无直流分量，具有检错能力，以三电平波形传输
HDB3：编码方法：将4连“0”用000V或B00V替代，V应与前一个相邻的非“0”脉冲极性相同，且相邻的V码极性必须交替；特点：保留了AMI的优点，且连0个数不超过3，有利于定时信息的提取
双相码："0"→“01”，“1”→“10”；特点：无直流，位定时信息丰富，具有检错能力
CMI码：“1”→“11”或“00”，“0”→“01”；特点：无直流，位定时信息丰富，具有检错能力
○ 码间串扰（Intersymbol interference）的含义及产生原因
码间串扰是前面码元波形的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。（Intersymbol interference is that the trailing of the previous symbol waveform spreads to the sampling time of the current symbol, which interferes with the decision of the current symbol.）
产生原因：系统传输总特性不理想，导致码元的波形畸变、展宽和拖尾
○ 怎么消除码间串扰？
消除码间串扰的方法就是要基带传输系统的冲激响应波形h(t)仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0。包括奈奎斯特第一准则、奈奎斯特第二准则、时域均衡、频域均衡。
○ 奈奎斯特第一准则：带限信道的理想低通截止频率为fH时，最高的无码间串扰传输的极限速度为2fH
○ 奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间串扰，而在其余码元的抽样时刻无码间串扰，就能使频带利用率达到理论上的最大值，同时又降低对定时精度的要求。
○ 部分响应系统（Partial response system）是什么？采样部分响应系统的代价是什么？
部分响应技术是通过相关编码使前后码元间引入某种相关性，从而形成预期的响应波形和频谱结构，达到2Baud/Hz的最高频带利用率，并使波形尾巴的振荡衰减加快。（有控制地在某些码元抽样时刻引入码间串扰，而在其它抽样时刻又无码间串扰）
代价：系统信噪比性能下降
为什么叫部分响应？部分响应信号波形的主体占据了多个码元宽度，使得在一个码元时间内仅能呈现信号的一部分
○ 均衡器的作用，衡量均衡效果的两个准则是？
均衡器的作用：减小码间串扰的信号处理或滤波技术。
频域均衡：从频域上校正频率特性，使包括均衡器在内的基带系统的总特性满足奈奎斯特准则
时域均衡：将有码间串扰的波形转化为无码间串扰的波形
○ 眼图的作用：估计系统性能（观察码间串扰和噪声影响程度）
○ 眼图的六个性能指标？
抽样失真、过零点失真、对定时误差的灵敏度、最佳抽样时刻、噪声容限、判决门限电平
最佳抽样时刻是“眼睛"张最大的时刻；
对定时误差的灵敏度由眼睛的斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏；
第七章 数字带通传输系统
○ 什么是数字调制？
使用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。
○ 常见的数字调制方法：
ASK-幅移键控调制、FSK-频移键控调制、PSK-相移键控调制
GFSK-高斯频移键控、GMSK-高斯最小频移键控
QAM-正交幅度调制、DPSK-差分相移键控调制
OFDM-正交频分复用调制
MSK-快速频移键控
○ 2ASK的调制方法：模拟相乘法(输入单极性归零码)，数字键控法；解调方法：包络检波，相干解调
○ 2FSK的调制方法：键控法；解调方法：包络检波，相干解调，过零检测
○ 2PSK的调制方法：模拟法(输入双极性不归零码)，键控法；解调方法：相干解调
○ 绝对调相时的倒π现象：发送端和接收端的固定参考相位不一样，在信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊。
○ 信噪比一定时，误码率比较：2PSK<2FSK<2ASK
○ 2DPSK的解调方法：相干解调（极性比较，相位比较，它俩的区别：后者不需要载波同步和码反变换）
○ 2ASK、2FSK、2PSK的带宽: 2ASK(2PSK): B=2fB；2FSK：B=|f2-f1|+2fB
○ 采用多进制调制的目的：提高频带利用率
○ 4PSK的调制和解调方法：
调制：正交调相(2个相互正交的2PSK信号的合成)，相位选择
解调：分解为两路2PSK信号，分别进行相干解调，然后通过并/串转换器将两路并行码元进行合并
○ M进制线性数字已调信号（MASK、MPSK/MDPSK、MQAM）的频带利用率：$\eta=\frac{\log_2 M}2$
○ M进制非线性数字已调信号（MFSK）的频带利用率：$\eta=\frac{\log_2M}{2M}$
○ 数字调制与模拟调制的异同点：1个相同，2个相似，2个不同，前者是后者特例
1个相同：未调载波相同；2个相似：调制原理、目的相似；2个不同：调制信号不同(数字基带信号&模拟基带信号)，已调载波的参量取值不同(离散取值&连续取值)
○ 升余弦滚降信号的时域和频域衰减速度有何特点？
升余弦滚降信号的时域衰减速度快，频域衰减速度慢。
第八章 新型数字带通调制技术
○ QAM可以看做是两个正交的振幅键控信号之和
○ 16QAM的调制与解调
调制：由两路载波正交的4进制ASK信号叠加而成
解调：正交相干解调
○ 16QAM系统的抗噪声性能优于16PSK
○ MSK（快速频移键控）的特点：振幅恒定，相位连续，调制指数0.5
○ MSK是2FSK的改进型，是一种包络恒定、相位连续、调制指数为0.5的正交2FSK信号。
○ GMSK是什么？GMSK是在MSK的前端加一个高斯带通滤波器，然后再经过MSK产生信号。
○ OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex）的基本原理，其优点是什么？
OFDM的基本原理是将发送的数据流分散到多个子载波上，使各子载波的信号速率大为降低，从而提高抗多径和抗衰落的能力。
优点：
1、为了提高频谱利用率，OFDM方式中各路子载波的已调信号频谱有1/2重叠，但保持相互正交。
2、各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；
3、各路子载波的调制是多进制调制
4、各路子载波的调制制度可以不同
第九章 数字信号的最佳接收
○ 匹配滤波器（matched filter）是什么，是基于什么准则来设计的
匹配滤波器是一种能在特定时刻获得最大输出信噪比的最佳线性滤波器。是基于最小错误概率和最大输出信噪比作为判断准则设计的。
○ 能消除码间串扰且误码率最小的基带系统称为最佳基带系统
第十章 信源编码
○ 模数转换（Analog-to-digital conversion）的三个步骤：抽样（在时间上离散化），量化（在取值上离散化），编码
○ 抽样（sampling）的三种类型：理想抽样、自然抽样和平顶抽样
○ 自然抽样和平顶抽样的区别：自然抽样又称为曲顶抽样，抽样后的信号的脉冲顶部和原模拟信号相同；平顶抽样信号每个样值的顶部是平坦的。
○ 模拟脉冲调制（Analog pulse modulation）是把模拟基带信号“寄托”在周期性脉冲序列的某个参量（幅度、宽度、位置）上的过程。相应有脉冲幅度调制（PAM），脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）
○ 量化（quantification）的概念，分类；非均匀量化（Nonuniform quantization）的特点、目的和实现方法
量化是将抽样信号的幅值进行离散化处理的过程，包括均匀量化和非均匀量化。
非均匀量化的量化间隔随抽样值大小变化，目的是提高小信号的信号量噪比。实现方法是先将信号的抽样值压缩，再均匀量化。
○ 为什么PCM编码要用对数量化? 为什么要用折线代替对数特性？
对数量化可达到“小信号量阶小，大信号量阶大”的要求，改善小信号时的量化信噪比，扩大对输入信号的允许动态范围。用折线代替对数特性是为了能用数字电路来实现。
○ PCM和△M的区别：△M的抽样速率比PCM高很多
○ TDM的概念（时间分片）：利用时间分片方式来实现在同一信道中传输多路信号的一种复用方法。
○ 在A压缩率中，为何选A=87.6？1. 压缩特性曲线原点斜率16；2. 八个段落量化分界点近似于按2的幂次递减分割
○ TDM和FDM的区别，TDM相较于FDM的优点。
TDM是按时隙来区分信号的复用方式，信号在频域上重叠，在时间上分开。
FDM是按频率来划分信道的复用方式，信号在时域上重叠，在频域上分开。
TDM多路信号的复接和分路都是数字电路，易于集成，成本较低；信号的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波。
第十一章 差错控制编码
○ 4种差错控制方式（Error control mode）都是什么？差错重发，前向纠错（不需要反馈信道，也不需反复重发而延误传输时间），检错删除，反馈校验
○ 编码效率（Coding efficiency）：信息码元数与总码元数的比例
○ 编码增益（Coding gain）：在保持误码率恒定条件下，采用纠错编码所节省的信噪比
○ 奇偶监督码有1位监督码，能发现奇数个错码，不能发现偶数个错码
○ 一种编码的最小码距与其检错和纠错能力有什么关系？
检错：设要检测的错码个数为e,则要求最小码距大于等于e+1
纠错：设要纠正的错码个数为t,则要求最小码距大于等于2t+1
同时纠t个错，检e个错，要求最小码距大于e+t+1
○ 系统码的特点：编码后，信息码元位置保持不变，监督码元附在其后
○ 什么叫线性分组码？除此之外还知道哪些差错控制编码？
线性是指信息码元和监督码元之间具有线性关系，分组是指将每k个信息位分为一组进行独立处理
差错控制编码：可纠错——奇偶监督码、恒比码、正反码；线性分组码：汉明码、循环码；非线性码：卷积码
○ 简述一下卷积码的维特比译码算法？
基于最大似然译码准则，将接收信号序列和所有可能的发送序列进行比较，选其中汉明距离最小的认为是发送序列。
○ 线性分组码中监督矩阵可以确定信息码元和监督码元之间的校验关系
○ 汉明码的特点（$n=2^r-1$）：有最小码距3（能纠一位错），与码长相同的其它码型来说，所用的监督码最少，效率最高
○ 什么是循环码？循环码中任一码组循环一位以后仍为该码中的一个码组。
第十三章 同步原理
○ 同步（synchronization）分为：载波（carrier）同步、码元同步、群同步和网同步，各自的概念
载波同步：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的相干载波，用于相干解调。
码元同步：在对接收的码元进行抽样判决时，需要一个与接收码元的重复频率和相位一致的位同步脉冲序列，以确定每个码元的抽样判决时刻。
群同步：在接收端产生与每“群”起止时刻相一致的同步脉冲序列，以便对接收码元正确分组。
网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。
○ 同步方法分为：外同步法和自同步法
○ 载波同步的方法：插入导频法（频域插入、时域插入），直接法（平方环法，同相正交环法）
○ 载波同步插入导频法和直接法的适用信号
插入导频法：适用于不包含载频分量的信号，如DSB,SSB,VSB；等概率的2PSK和2DPSK信号
平方环适用于DSB，Costas环适用于2PSK,DSB
○ 什么是相位模糊？用什么方法提取载波时会出现相位模糊？
锁相环在工作时可能锁定在任一个稳定点上，恢复出的本地载波可能与所需的载波相同，也可能反相。
用平方法、科斯塔斯环法提取时
○ 采用频域插入导频法实现载波同步时，对插入导频的基本要求：①. 在已调信号频谱的“空隙”处插入；②. 导频的频率应该是与载频有关的或者就是载频的频率；③. 正交插入
○ 位同步的方法：插入导频法，直接法（滤波法，锁相环法）
○ 群同步的方法：起止式同步法，分散插入法（PCM24），集中插入法（巴克码）
