通信原理project_2014

2015年1月5日星期一

《通信原理》大作业要求

课程PROJECT内容：

请选择2ASK, 2FSK, 2DPSK中一种，所选择的数字通带传输系统中加性高斯信道条件下，用MATLAB/C(C++)仿真采用相干解调与非相干解调接收时的信噪比-误码率曲线图（Y 轴的误比特率P b用对数坐标；X轴的信噪比E b/N0单位dB，范围0dB～10dB），并与理论结果进行比较。

FTP服务器信息与提交时间要求：

FTP信息：ftp://10.13.83.110/incoming/comm, 程序与PROJECT报告请打包后上传，命名方式student name_student ID.rar, e.g. ChenHuifang_0000124.rar

截止时间：~2015年1月19日23时59分

Project报告包含内容：

完成PROJECT的仿真思路，原理框图，可以包括仿真伪代码，并给出仿真与分析结果。

空间光通信技术简介

空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。

自由空间光通信的现状与发展趋势

自由空间光通信的现状与发展趋势 自由空间光通信的现状与发展趋势（一） 1 前言 20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，人们对传输速率的要求越来越高；随着通信范围的延伸，人们对快捷通信链路建立的兴趣进一步提高。自由空间光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带技术中，能为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。 自由空间光通信可在以下一些范围发挥重要作用。1）可以作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份；2）可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；3）应用于城域网的建设以及最后一公里接入；4）在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区，在不宜采用或限制使用无线电通信的地方；5）在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合6）在企业内部网互连和数据传输。 2 自由空间光通信的基本原理及其特点

自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。 系统所用的基本技术是光电转换。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过大气信道传送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光的无线系统通常使用850nm或1550nm的工作波长。同时考虑到1500nm的光波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广阔的使用前景。 自由空间光通信与微波技术相比，它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等特点；与有线和光纤通信相比，它具有机动灵活、对市政建设影响较小、运行成本低、易于推广等优点。自由空间光通信可以在一定程度弥补光纤和微波的不足。它的容量与光纤相近，但价格却低得多。它可以直接架设在屋顶，由空中传送。既不需申请频率执照，也没有敷设管道挖掘马路的问题。使用点对点的系统，在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后，一般可在数小时之内安装完

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势

自由空间光通信技术的 发展现状与未来趋势 易成林 (华中科技大学武昌分校,湖北武汉430070) 摘　要:自由空间光通信(Free2Space Optical Columniation,简称FSO)是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术,介绍了自由空间光通信的国内外研究现状,分析了应用现状和未来发展趋势。 关键词:自由空间;光通信技术;现状;趋势 中图分类号:F623 文献标识码:A 文章编号:167223198(2007)0920263202 1　自由空间光通信的研究现状 1.1　基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前,自由空间光通信曾掀起了研究的热潮,但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时,随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟,光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮,自由空间光通信一度陷入低谷。然而,随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现,以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟,自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外,FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止,FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络,比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上,Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送,并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SON ET)通过光节点连接在一起,完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统(见图1)通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式,这种系统有以下几点缺点: (l)半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同,且出射光斑较粗,因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射,这样发射端的光学系统就较为复杂,体积也会相应增大。 (2)在接收端,光斑经光学天线会聚之后直接送入PD 转化为电信号。通常,我们需要提供点到点的,双向的通信系统,这样,FSO系统的每个终端都包括了激光器,探测器,光学系统,电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大,重量大,成本也比较高。从FSO 系统终端的内部结构图中可以看出,完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高,PD的成本也越来越高,6个O E转换单元大大增加了成本闭。 (3 )FSO终端设备一般安装于楼顶,如果终端中含有大量的有源设备,会给我们的安装带来了很多不方便。 (4)系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加,那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代,安装新设备的过程需要再次对准,整个升级过程所需要的时间很长,给人们带来巨大的损失。 图1　基于PD直接接受的FSO系统 1.2　基于光纤耦合技术的FSO系统 光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统(见图2 ),激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射,传输一定距离后,光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上,沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式,只需要在楼顶放置光学天线系统,而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接,整个系统结构简单,易于安装。 图2　基于光纤的FSO系统 这种新型的FSO系统具有以下优点:①减少了不必要的E一O转换,一条链路现在只需要2个O E接口即可,大大降低了成本。②光学系统较为简单,光纤出射的光束一般为圆高斯光,不需要整形,简化了光学系统,减小了体积,易于安装。③易于升级及维护,当用户的带宽增加时,我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可,免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很 — 3 6 2 —

通信原理教程(第二版)徐家恺 第三部分

3-1、设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为0)(K w H =，d wt w ?=)(?，其中，K 都是常数。试确定信号通过该信道后输出信号的时域表示式，并讨论之。 d t ,0)(t s 解： d jwt e K w H ?=0)()()()()()()(00d o jw O t t s K t s w S e K w S w H w S d t ?=?==? 确定信号通过该信道后，没有失真，只是信号发生了延时。 )(t s 3-2、设某恒参信道的幅频特性为，其中，t 都是常数。试确定 信号s 通过该信道后输出信号的时域表示式，并讨论之。 d jwt e T w H ?+=]cos 1[)(0d )(t 解： d jwt e T w H ?+=]cos 1[)()(]2 121[)(]cos 1[)()()()()(000w S e e e w S e T w S w H w S T t jw t T jw jwt jw O d d d d t ??+???++=+== )(2 1)(21)(00T t t s T t t s t t s d d d +?+??+?? 信号经过三条延时不同的路径传播，同时会产生频率选择性衰落。见教材第50页。 3-3、设某恒参信道可用下图所示的线形二端对网络来等效。试求它的传递函数，并说明信 号通过该信道时会产生哪些失真？ 解：jwRc jwRc jwc R R w H +=+=11 )( )()(1)(w j e w H jwRc jwRc w H ?=+= 其中 =)(w H 1)(11 2+wRc )(2)(wRc arctg w ?=π? 则群迟延2) (1)()(wRc Rc dw w d w +==?τ 可见，信号通过该信道时会频率失真和群迟延畸变。

扩频通信的基本原理

扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ? ∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势 自由空间光通信（Free-Space Optical Columniation，简称FSO）是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术，介绍了自由空间光通信的国内外研究现状，分析了应用现状和未来发展趋势。 标签：自由空间；光通信技术；现状；趋势 1 自由空间光通信的研究现状 1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam 和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s 的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber 公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点： （l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。 （2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。

通信原理教程+樊昌信+习题答案第四章

第四章习题 习题4.1 试证明式()()∑∞ -∞ =Ω-=?n nf f T f s 1δ。 证明：因为周期性单位冲激脉冲信号()()T s n t t nT δδ∞ =-∞ = -∑，周期为s T ，其傅里叶 变换 ()2() n s n F t n ωπδω∞ Ω=-∞ ?=-∑ 而 2 2 1 1()s s s T jn t n T s S F t dt T T ωδ--= = ? 所以 2()()s n s n T π ωδωω∞ Ω=-∞ ?= -∑ 即 1 ()() s n s f n f T δ ω∞ Ω=-∞ ?= -∑ 习题4.2 若语音信号的带宽在300～400Hz 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，H f =3400Hz ,L f =300Hz ,故语音信号的带宽为 B =3400-300=3100Hz H f =3400Hz =13100?+3 31?3100=kB nB + 即n =1,k =3。 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 s f =)1(2n k B +=2?3100?（1+331 ）=6800Hz 习题4.3 若信号()sin(314)314s t t t =。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：()sin(314)s t t t =，其对应的傅里叶变换为 ()S ω=???≤其他 ,0314 ,314ωπ 信号()s t 和对应的频谱()S ω如图4-1所示。所以Hz 5023142H H ===ππωf 根据低通信号的抽样定理，最小频率为Hz 1005022H s =?==f f ，即每秒采100个抽样点，所以3min 共有：100?3?60=18000个抽样值。

交大通信原理期末考试试卷及答案

班 级 学 号 姓 名

抽样频率为6000Hz，每个样值的量化电平数为64并编为二进制码，假定传输波形为滚降因子为0.2的升余弦波形，则传输合路后10路PCM信号所要求的最小带宽为（a） a) 216kHz b) 432kHz c) 600kHz d) 256kHz 8.下列说法中不正确的是（c） a) 滤波法生成模型可以产生SSB信号 b) 数字键控法模型可以生成2ASK信号 c) 模拟相乘法模型可以生成2FSK信号 d) 相移法生成模型可以生成DSB信号 9.下列关于调制的说法中不正确的是（d） a)调制是按照基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程 b)可以采用脉冲串或者数字信号作为载波 c)调制可以分为模拟调制和数字调制 d)调制过程不会改变信号所占频带 10.下列说法中不正确的是（d） a)信道中的噪声是不可避免的 b)信道可以分为狭义信道和广义信道 c)广义信道可以划分为调制信道与编码信道 d)数字信号是时间离散信号 11.PCM系统中，编码的功能是（d） a)二进制信号变为多进制信号 b)幅度连续信号变为幅度离散信号 c)模拟信号变为数字信号 d)多进制信号变为二进制信号 12.若某系统的工作频段为505-1135kHz，采用SSB方式传输具有相同带宽8KHz的模拟基带信号， 则该系统通过FDM复用，在信号复用保护带为0.1KHz时，最多能传输（b）路基带信号 a) 76 b) 77 c) 78 d) 79 13.根据带通抽样定理，如果上截止频率f H=4.2B，其中B为信号带宽，则所需的抽样速率为 （d） a) 8B b) 8.4B c) 2B d) 2.1B 14.如果2PSK信号与QPSK信号具有相同的信息传输速率，下列说法中正确的是（b） a)二者具有相同码元周期 b)2PSK信号符号速率为QPSK信号符号速率的两倍 c)2PSK比QPSK具有更好的频谱效率 d)二者具有相同的信号带宽 15.对最高频率为200Hz的模拟低通信号m(t)进行取样，如果取样速率为500Hz，则接收端要由 抽样后的信号无失真恢复m(t)所需低通滤波器截止频率的最小值为（c） a) 300Hz b) 500Hz c) 200Hz d) 250Hz

扩频通信系统的分类

扩频通信系统的分类 扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。 1 直接序列扩展频谱系统 直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。 在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。 在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。 (a) 图1-5 直接序列扩频通信系统简化图 (a) 发射系统；(b) 接收系统 2 跳频扩频通信系统 跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码 2个离散频率，的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20 在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。

通信原理教程+樊昌信+习题答案第二章

第二章习题 习题2.1 设随机过程X (t )可以表示成： ()2cos(2), X t t t πθ=+-∞<<∞ 式中，θ是一个离散随机变量，它具有如下概率分布：P (θ=0)=0.5，P (θ=π/2)=0.5 试求E [X (t )]和X R (0,1)。 解：E [X (t )]=P (θ=0)2cos(2)t π+P (θ=/2)2cos(2)=cos(2)sin 22 t t t π πππ+ - cos t ω 习题2.2 设一个随机过程X (t )可以表示成： ()2cos(2), X t t t πθ=+-∞<<∞ 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。 []/2/2 /2/2 1()lim ()()1 lim 2cos(2)*2cos 2()T X T T T T T R X t X t dt T t t dt T ττπθπτθ→∞-→∞ -=+=+++? ? 222cos(2)j t j t e e πππτ-==+ 2222()()()(1)(1) j f j t j t j f X P f R e d e e e d f f πτπππττττδδ∞-∞---∞-∞==+=-++?? 习题2.3 设有一信号可表示为： 4exp() ,t 0 (){ 0, t<0 t X t -≥= 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： (1)004 ()()441j t t j t j t X x t e dt e e dt e dt j ωωωωω +∞-+∞--+∞-+-∞====+??? 则能量谱密度 G(f)=2 ()X f =2 22 416 114j f ωπ=++ 习题2.4 X (t )=12cos2sin 2x t x t ππ-，它是一个随机过程，其中1x 和2x 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2σ。试求： (1)E [X (t )]，E [2()X t ]；(2)X (t ) 的概率分布密度；(3)12(,)X R t t 解：(1)()[][]()[]02sin 2cos 2sin 2cos 2121=?-?=-=x E t x E t t x t x E t X E ππππ ()X P f 因为21x x 和相互独立，所以[][][]2121x E x E x x E ?=。

扩频通信复习

1.1用码速率为5Mb/s的为随机码序列进行直接序列扩频,,扩频后信号带宽是多少?若信息码速率为10kb/s,系统处理增益是多少? 解:∵码速率Rc=Bss=5Mb/s ∴扩频后信号带宽是:5MHz 信息码速率Rb=10kb/s ∴系统处理增益为Gp=Rc/Rb=5000/10=500 ∵10log10∧500=27dB 1.2直接序列-频率跳变混合系统,直接序列扩频码速率为20Mb/s,频率数为100,数据信息速率为9.6kb/s,试求该系统的处理增益是多少?采用BPSK调制时,所需要传输通道的最小带宽是多少? 解:扩频码速率Rc=Bss=20Mb/s.N=100 Rb=9.6kb/s,Gp=Rc/Rb*N=20000/9.6*100=208300 采用BPSK调制时B1=2Bss ∴B2=NB1=100*2*20Mb=4000Mb 1.3在高斯白噪声信道中,要求在噪声功率比信号功率大100倍的情况下工作,输出信噪比不小于10dB,信息传输速率为8kb/s,若系统采用直接序列BPSK调制,试求所需传输通道的最小带宽 解:忽略系统的Lsys,即扩频系统的执行损耗或实现损耗 ∵噪声功率比信号功率大100倍 M0=10lg100=20dB ∴处理增益Gp=M0+(S/N)=20dB+10dB=30dB ∵Rb=8kb/s ∴Rc=Gp*Rb=1000*8kb/s=8000kb/s ∴Bss=Rc=8000kb=8Mb B=2Bss=16MHz 1.4采用BPSK调制的直接序列扩频系统,射频最大带宽为12MHz,速率为6kb/s的信息信号通过这个系统传输时,系统输出信噪比最大能改善多少? 解:最大带宽为12MHz B=2Bss=12MHz Bss=6MHz ∴Rc=Bss=6MHz/s 又∵Rb=6kb/s ∴Gp=Rc/Rb=6000/6kb=1000 [Gp]dB=10lgGp=30dB 1.5高斯白噪声信道,信道带宽为4MHz,当干扰功率比信号功率大30dB时,要求输出信噪比最小为10dB,则系统的最小处理增益是几 解:B=4MHz 干扰容限Mj=30dB S/N=10dB 在忽略系统的Lsys时有 [GP]dB=[Mj]dB+[S/N]dB=40dB ∵rc=Bss=1/2B=2Mb/s rb=rc/Gp=2/10000Mb/s=200b/s 1.6要求某系统在干扰功率比信号功率大300倍的环境下工作,系统需要多大的干扰容限?若要求输出信噪比为10dB,则系统的最小处理增益是多少? 干扰容限j/s=10log300=24.8db 处理增益Gp=(J/s)in+(s/n)out =24.8+10=34.8dB 1.7扩频通信系统中用梳子调制,干扰容限中的(s/n)out与（Eb/N0）的关系

通信原理教程 樊昌信 习题答案第三章

第三章习题 习题3.1 设一个载波的表达式为()5cos1000c t t π=，基带调制信号的表达式为：m(t)=1+cos 200t π。试求出振幅调制时已调信号的频谱，并画出此频谱图。 解： ()()()()()t t t c t m t s ππ1000cos 5200cos 1+== () t t t t t t ππππππ800c o s 1200c o s 2 5 1000c o s 51000c o s 200c o s 51000c o s 5++=+= 由傅里叶变换得 ()()()[]()()[]()()[]4004004 5 6006004550050025 -+++-+++-++= f f f f f f f S δδδδδδ 已调信号的频谱如图3-1所示。 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，已知m f =2kHZ ，f ?=5kHZ ，则调制指数为 5 2.52 f m f m f ?= == 已调信号带宽为 2()2(52)14 k m B f f =?+=+= 习题3.4 试证明：若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'()m t ，载波为c (t )=A 0cos t ω，则经调幅后，有 ' 0()1()cos AM s t m t A t ω??=+?? 已调信号的频率 2 2'22 0()1()cos AM AM P s t m t A t ω??==+??

自由空间激光通信技术概述

自由空间激光通信技术概述 06061118 刘晓彪 摘要：本文对自由空间激光通信技术经行了大体上的介绍，具体分析了其中的关键技术和研究重点，并对这一前沿技术的未来发展趋势经行了展望。 关键词：激光通信 自由传输 大气信道 空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。 一、传输原理 大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关Ｋ掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。 二、关键技术分析 一）高功率激光器的选择 激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：二氧化碳激光器。输出功率最大(>10kw)，输出波长有10.6m和9.6m，但体积较大，寿命较短，比较适合于卫星与地面间的光通信。 Nd:YAG激光器。波长为1064nm，能提供几瓦的连续输出，但要求高功率的调制器并保证波形质量，因此比较难于实现，是未来空间通信的发展方向之一。采用半导体泵浦的固体激光器，若使半导体发射谱线与Nd:YAG激光器吸收谱线一致，可减少热效应，改善激光光束质量，提高激光源综合性能。这种激光器适合用于星际光通信。 二极管激光器（LD）。LD具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点，并且可以直接调制，所以现在的许多空间光通信系统都采用LD作为光源。例如波长为800～860nm的ALGaAs LD和波长为970～1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有简单、高效的特点，并且与探测、跟踪用CCD阵列具有波长兼容性，在空间光通信中成为一个较好的选择。 二）快速、精确的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术 这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。系统通常由以下两部分组成： 1、捕获（粗跟踪）系统。它是在较大视场范围内捕获目标，捕获范围可达±1°～±20°或更大。通常采用CCD阵列来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪，即目标的捕获。粗跟踪的视场角为几mrad，灵敏度约为10pW，跟踪精度为几十mrad； 2、跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统是在完成目标捕获后，对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器（QD）或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应伺服控制系统。精跟踪

(完整版)通信原理教程习题答案第四版

R B 1 亍 100Bd 10 等概时的平均信息速率为 R b （2）平均信息量 为 1 H log 24 R B log 2 M R B log 2 4 200 b s 沁 4 討罟 誣詈 1.977 比特符号 R , R B H 100 1.977 197.7 b s 习题1.4试冋上题中的码兀速率是多少? 1 1 解：R B 3 200 Bd T B 5*10 3 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 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 log 2 P E log 2 0.105 3.25 b 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>5mso 传送字母的符号速率为 E 的信息量：I E 习题1.2某信息源由 现的概率分别为1/4，1/4, 解： A ， B ， C ， D 四个符号组成，设每个符号独立出现，其出 3/16, 5/16 试求该信息源中每个符号的信息量。 I A lOg 2 - P(A) 3 log 2 2.415b 16 lOg 2 P(A) log 21 2b 3 5 lOg 2 136 2.415b I D log 2 1s 1.678b

空间激光通信技术研究

空间激光通信技术研究 研究背景： 随着信息传输量呈指数级增长,目前以微波通信为主的卫星通信已经不能满足用户对容量和数据传输速率的需求,空间激光通信以其高容量、窄波束、轻载荷的技术优势呈现方兴未艾的发展态势。作为全球最早开展激光通信技术研究的国家,美国在20世纪60年代中期就实施了空间光通信方面的研究计划。进入20世纪90年代后,随着激光技术和关键器件的基础研究取得突破,空间激光通信的应用研究和工程试验工作开始加速。美国、欧洲、日本等制定了多项有关自由空间激光通信的研究计划,对自由空间激光通信系统所涉及到的各项关键技术展开了全面研究,并开展了多次在轨实验验证。我国在“九五”期间开展了空间激光通信的基本概念和理论研究,其后在关键技术、样机设计、地面试验、在轨试验方面均逐步取得重大进展,为未来空间应用奠定了一定的理论、技术和工程试验基础。在空间激光通信领域,虽然与发达国家相比,我们还存在一些差距,但我国关键技术攻关的技术路线是与国外基本保持同步的。只要充分发挥后发优势,纳入国家创新体系集智攻关,在未来空间宽带网络中充分利用空间激光通信技术,不仅是可行的,而且大有作为。 发展我国空间激光宽带网络,主要由以下几个方面的需求。首先是高速数据传输需求。2020年前后,大多数信息获取类

卫星数据传输速率在2 Gbit/s 以上,最高要求8 Gbit/s以上。2030 年航天器数据传输速率将向更高发展,微波手段已经难以满足需求。其次是空间高速组网需求。天基信息系统包括环境监测、通信卫星、中继卫星、导航定位等应用卫星系统,轨道包括地球静止轨道、倾斜大椭圆轨道和太阳同步轨道等多种轨道形式。随着航天技术发展,各应用卫星系统之间信息交互的数据量越来越大,轨道内、轨道间卫星之间组网运行的需求日益迫切,急需构建天基一体、信息融合、互连互通的天基信息网。利用激光作为载体,是实现大容量高速组网运行的最佳手段。最后是技术发展推动需求。利用微波进行高速数据传输存在3个突出问题:1)频带受限,传输速率难有较大突破,目前微波传输的最高速率是Gbit/s 级,不能满足空间宽带组网的需要;2)轨道频率资源紧张,申请协调难度大,在已分配的GEO卫星222 个轨位中,美国占145 个,中国仅占19个;3)频谱拥挤重叠,频率干扰严重,频谱协调难度加大。考虑到现实情况,采用微波技术构建我国覆盖全球的空间宽带网络,在频率和轨道资源上都存在较大困难。激光通信具有高带宽、高传输速率等优点,可有效克服微波传输存在的上述突出问题,是空间宽带组网的最佳技术途径。 目前,我国已经在空间激光通信领域取得了一定成果,利用国家创新体系推动相干激光通信、星地激光通信大气效应、激光通信组网等关键技术取得突破,加快我国空间激光通信

交大通信原理期末考试试卷及答案

西南交通大学2007－2008学年第(2)学期毕业班考试试卷 课程代码 3133000 课程名称 现代通信原理 考试时间 120 分钟 阅卷教师签字： 一、单选题(15分，每题1分) 1. 下列有关实数信号中正确的说法是（ d ） a) 幅谱特性是偶函数，相频特性是偶函数 b) 幅谱特性是奇函数，相频特性是奇函数 c) 幅谱特性是奇函数，相频特性是偶函数 d) 幅谱特性是偶函数，相频特性是奇函数 2. PAM 信号是一种（ d ） a) 二进制数字信号 b) 幅度离散的模拟信号 c) 多进制数字信号 d) 时间离散的模拟信号 3. 采用升余弦滚降系统与采用理想低通系统相比，优点在于（ c ） a) 消除了码间干扰 b) 提高了频带利用率 c) 加快了时域波形拖尾的衰减速度 d) 使频谱特性更加陡峭 4 下列关于眼图的描述中不正确的是（ b ） a) 最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻 b) 对定时误差的灵敏度由眼图的斜边之斜率确定，斜率越大，对定时误差越不灵敏 c) 眼图中央横轴位置应对应判决门限电平 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线

d)系统的噪声容限正比于眼图张开度 5.下列关于数字基带传输系统的描述中不正确的是（b） a)数字信号基带传输采用部分响应系统比升余弦系统具有更高的频带利用率 b)满足奈奎斯特第一准则的数字基带传输系统中在所有时刻均不存在码间干扰 c)部分响应系统中引入预编码是为了克服误码扩散 d)部分响应系统与理想低通系统相比对定时的要求降低 6.当2FSK信号两个载波频率之差增大时，信号的带宽将（b） a) 减小b) 增加c) 不变d) 不一定 7.对10路带宽均为3000Hz的模拟低通信号进行时分复用，采用PCM方式传输。设每路信号的抽样频率为 6000Hz，每个样值的量化电平数为64并编为二进制码，假定传输波形为滚降因子为0.2的升余弦波形，则传输合路后10路PCM信号所要求的最小带宽为（a） a) 216kHz b) 432kHz c) 600kHz d) 256kHz 8.下列说法中不正确的是（c） a) 滤波法生成模型可以产生SSB信号 b) 数字键控法模型可以生成2ASK信号 c) 模拟相乘法模型可以生成2FSK信号 d) 相移法生成模型可以生成DSB信号 9.下列关于调制的说法中不正确的是（d） a)调制是按照基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程 b)可以采用脉冲串或者数字信号作为载波 c)调制可以分为模拟调制和数字调制 d)调制过程不会改变信号所占频带

通信原理教程[第三版]樊昌信部分课后习题答案解析

第一章： 信息量、平均信息速率、码元速率、信息速率 第二章： 习题2.1 设随机过程X (t )可以表示成： ()2cos(2), X t t t πθ=+-∞<<∞ 式中，θ是一个离散随机变量，它具有如下概率分布：P (θ=0)=0.5， P (θ=π/2)=0.5 试求E [X (t )]和X R (0,1)。 解：E [X (t )]=P ( θ=0)2 cos(2) t π+P (θ= /2) 2cos(2)=cos(2)sin 22 t t t π πππ+ - cos t ω 习题2.2 设一个随机过程X (t )可以表示成： ()2cos(2), X t t t πθ=+-∞<<∞ 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。 []/2 /2/2 /21()lim ()()1lim 2cos(2)*2cos 2()T X T T T T T R X t X t dt T t t dt T ττπθπτθ→∞-→∞ -=+=+++? ? 222cos(2)j t j t e e πππτ-==+ 2222()()()(1)(1) j f j t j t j f X P f R e d e e e d f f πτπππττττδδ∞-∞---∞-∞==+=-++??

习题2.6 试求X (t )=A cos t ω的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。 解：R (t ，t+τ)=E [X (t )X (t+τ)] =[]cos *cos()E A t A t ωωτ+ []221cos cos (2)cos ()22 A A E t R ωτωτωττ=++== 功率P =R(0)=2 2 A 习题2.10 已知噪声()t n 的自相关函数()ττk -e 2 k R n =，k 为常数。 (1)试求其功率谱密度函数()f P n 和功率P ；(2)画出()τn R 和()f P n 的曲线。 解：(1)222()()2(2) k j j n n k k P f R e d e e d k f τωτ ωττττπ-+∞ -+∞--∞ -∞ ===+?? ()20k R P n == (2)()n R τ和()f P n 的曲线如图2-2所示。 图2-2