数据通信原理

数据通信系统组成

考试题型：

（1）简答题

1.画出通信系统的组成框图，说明各部分的功能

DTE：数据终端设备，指计算机，用户电报终端，可视图文终端，局域网设备等输入输出设备。

主要功能：是完成数据的采集，存储及处理等功能，并提供人机接口，供操作人员访问通信系统或网络资源。

DCE：是DTE和信道的接口，实现将DTE发出的信号与传输线路在电气特性方面的匹配。如modem。

信道：传输信号。

根据不同的规则有不同的分类方法，模拟信道和数字信道，有线信道和无线信道，交换信道和专用信道。

数据链路：将传输控制设备(传输控制器，通信控制器)和数据电路称为数据链路。具有通信协议功能的数据，传输更可靠，其误码率一般，比数据电路下降10^-4左右。

数据电路：由DCE和传输线路构成，可视为广义信道。

2.简述基带传输系统的组成及功能

1.码型变换器是将数据信号转换成更适合于信道传输的码型

2.发送滤波器进行信号波形转换

3.接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能，使其输出波形更有利于抽样判决

4.同步系统作用是通过特定方法提取同步信息，并产生同步控制信号

4.抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样，并按照特定码型的判决规则恢复原始数据信号

3.简述数据频带传输系统的组成及其各部分的功能。

4.简述传输有效性和可靠性的定义及描述方式

5.请回答什么是恒参信道？什么是变参信道？并列举相应的实例。

恒参信道：是指在信号传输过程中，信道传输特性对信号的影响是确定的或者是变化及其缓慢的，可将其视为一个非时变的线性网络。（双绞线，光纤，同轴电缆）
变参信道：其传输特性随时间变化而变化，一般将其等效成时变线性网络或者时变非线性网络来分析。（典型的变参信道：电离层反射信道，对流层散射信道，移动通信信道）

6.从时域角度说明什么是调制？从频域角度讲什么是调制？

7.什么是相干解调？

8.什么是信道容量？

一条信道中所能实现的最大信息速率

9.简述信号无失真传输的定义与条件。（条件可以用图来表述，也可以用文字来描述）

定义：指信号经过线性系统后只有幅度的衰减或放大，以及时延，而无波形失真。

10.简述码间干扰的定义，产生的原因

（2）画图题

1.已知二进制信息序列为110010110，设其基本脉冲为矩形脉冲，请分别画出单极性码、双极性码、单极性归零码、双极性归零码以及曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的波形。

2.已知二进制信息序列为1100000100001100000000011，求相应的AMI码和HDB,码。可以画图也可以直接写出码（如果写出码用B码和V码写出）最好画图

3.已知待发送的二进制数据为10100100，请分别画出2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号波形示意图。

4.已知待发送的二进制数据为110010100，并设码元周期是载波周期的两倍，请画出绝对码、相对码、2PSK信号和2DPSK信号的波形。

5.某2FSK系统的码元速率为1000Baud，载频为1000Hz和2000Hz，已知待发送数据为10110001，请画出其对应的2FSK信号波形。

(3)计算题

答案

某尺寸为8×8的LED显示屏上像素点只有黑和白两种颜色，每种颜色的出现概率相等，试求：

（1）每副图像的平均信息量。

（2）若每隔0.4ms传递一副图像，试求传输图像时的信息速率。

（3）若改为传输彩色图像，每个像素点采用R（红）、G（绿）、B（蓝）三通道显像（R、G、B的取值范围均为0~255，且发生概率相等），试求此时每副图像的平均信息量的平均信息量。

(3)每个像素点的平均信息量为

4.为传输码元速率=10Baud的数字基带信号，问系统采用图P3-1所示的三种特性中的哪一种最好，并简要说明理由。

1.求奈奎斯特带宽2.求极限速率3.求能不能传

a: 奈奎斯特带宽B_N = 1000Hz 极限速率R_Max = 2B_N = 2000Baud R_Max/R_B = 2 > 1且是整数

b：B_N = 500Hz 极限速率R_Max = 2B_N = 1000Baud R_Max/R_B = 1 = 1且是整数

c：B_N = 1000Hz 极限速率R_Max = 2B_N = 2000Baud R_Max/R_B = 1 = 1且是整数

4.所以：都能传；接着看频段利用率

a: r = R_B / B = 1 Baud/Hz

b：r = R_B / B = 1 Baud/Hz

c：r = R_B / B = 0.5Baud/Hz(淘汰)

5.算α

a: α = W_r / W_N = 0 , (W_N是奈奎斯特带宽）

b: α = 1

a取值越大，衰减速度越快，码间干扰就越小，对系统的要求更小

5.某基带传输系统特性如图P3-2所示，假设码元速率变化时传输特性不变，且码元经理想抽样后输入，若采用以下码元速率传输: (a）=10OOBaud;(b) =1500Baud;(c)= 2000Baud;(d)=3000Baud，试分析哪些码元速率不会产生码间干扰, 哪些码元速率根本不能用，哪些码元速率产生码间干扰，但还可以用。

6.基带系统传输特性为H(w)，若以RB=1000Baud的码元速率传输数据，试分析图P3-3所示的H(W)是否能够实现无码间干扰的传输。

7.(4,1)重复码的两个码字为0000和1111，请判断其纠检错能力。

8.一个码长为15的汉明码，其监督码元有多少位，编码效率是多少，用其作纠错码能够纠正几位错误?

9.已知(7,3)线性分组码的生成矩阵为

1 0 1 0 0 1 1

G = { 1 1 0 1 0 0 1 }

0 0 1 1 1 0 1

求其监督矩阵，写出该(7,3)码的系统码，并判断其纠检错能力。

10.已知（7，4）线性分组码的监督关系为

a4+a3+a2+a0 = 0

{ a5+a4+a3+a1 = 0

a6+a5+a4+a2 = 0

请完成：（1）写出监督矩阵H和生成矩阵G；（2）M=0110时对应的码字；（3）校验1011011是否为该分组码的码字。

11.已知某（7，4）循环码的生成多项式g(x)=x^3+x+1,试求：（1）监督矩阵H和生成矩阵G；（2）写出该循环码的所有码字，并求其最小码距；（3）求M=1010时对应的码字；（4）若B=1001101，判断其是否是该分组码的码字。

概念：

数据传输方式

基带传输：将DTE经过码型变换，电平转换等必要处理后直接在信道上传输，常用于短距离的数据传输系统中。

频带传输：在数据传输之前首先经过调制器，将基带信号变换成频带信号，然后在信道中传输。

并行传输：是指将数据符合编码后，在两条以上的并行信道上同时传输，一般一次传输一个字符。

串行传输：是指将数据编码按位或按码元依次在一条信道上传输。

异步传输：只要DTE有数据需要发送，就可以在任何时刻向信道发送信号，而接收方通过检测信道上电平变化与否就能自主判断何时接受数据。

同步传输：是指必须建立准确的同步系统，并在其控制下发送和接受数据。

单工，半双工，双工传输

信息量

采用M进制传输时，共有”0，1，···，M-1“个码元，且各码元出现的概率不相等，分别为P₀，P₁，P_M-1，每个码元包含的信息量分别为：I_j = - log_2^P_j

平均信息量H = - ∑^M-1_j=0P_j log₂^Pj , 当P₀ = P₁ =P_M-1时取最大值，H = log_2^M

码元速率（R_B)

码元速率是指给定信道内单位时间传输码元的多少，其单位是波特（Baud）。

若码元的宽度为T_b,则R_B = 1/T_b。在数字调制系统中，T_b正好是载波状态的变化周期--称R_B为调制速率

信息速率(R_b)

给定信道内单位时间传输信息的多少，单位是比特/秒（bit/s），信息速率又称为传信率

对于M进制，各码元等概出现时有R_b = R_Blog_2^M
若各码元不等概出现则R_b = R_BH ，其中H为平均信息量

频带利用率

指系统单位频带内实现的传输速率，单位为Baud/Hz，或者bit/s·Hz

r = R_B/B (单位为Baud/s) 或 r = R_b / B（单位为bit/s·Hz） ----其中，B为系统带宽，单位为Hz。

误码率P_e

错误的码元在总码元数目所占的比率 Pe = n_e / n ( n → ∞)

误比特率P_b

指错误比特在传输的总比特数目中所占的比率 P_b = n_be / n_b ( n_b → ∞)

信道容量(一条信道中所能实现的最大信息速率)

理想信道（无噪音，无码间干扰）时带宽与速率的关系：C = 2B log_2^M bit/s

香农公式：（用模拟信道传输数字信号时的信道容量）：C = B log_{2^（1+S/N）}bit/s 。其中 /N 为信噪功率比

调制解调的定义（时域定义）：

调制解调的本质：频谱的搬移

调制：用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输。

解调：调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中恢复原始的基带信号。

调制解调的定义（频域定义）：

调制：将基带信号的频谱搬移到信道通带中或者其中的某个频段上的过程

解调：将信道中来的频带信号恢复为基带信号的反过程。

调制分类

按照载波类型

连续载波调制：载波是连续波形信号，例如正弦高频信号
脉冲载波调制：载波是脉冲序列，常用的是矩形脉冲序列

按照调制器功能

幅度调制：调制信号控制载波幅度变化，此时调制信号的消息包含在载波幅度变化中
频率调制：调制信号控制载波瞬时频率变化，此时调制信号的信息包含在载波频率变化
相位调制：调制信号控制载波瞬时相位变化，此时调制信号的信息包含在载波相位变化

调制分类

相干解调：通过本地相干载波进行相干运算，信号的相位变化中恢复原始信号的方法。

非相干解调：其原理是从已调信号的幅度变化中提取调制信号

调制解调的功能

实现信号与信道的匹配
实现频分复用
选择合适的调制解调方式可以提高传输的可靠性

传输信道分类

恒参信道：是指在信号传输过程中，信道传输特性对信号的影响是确定的或者是变化及其缓慢的，可将其视为一个非时变的线性网络。
变参信道：其传输特性随时间变化而变化，一般将其等效成时变线性网络或者时变非线性网络来分析。（典型的变参信道：电离层反射信道，对流层散射信道，移动通信信道）

随参信道的三个特点