海上通信理论与技术课程试卷.docx

一、试述现代数字通信系统组成、特点及发展趋势。
二、试从香农信息论的观点，解释信息、信息量、信道容量的含义及其表达方法，以及信源编码、信道编码的目的及其理论基础。
三、试分析一个采用TDMA通信方式的现代海上通信系统及其技术方法，涉及系统组成、调制方式、通信协议等。
四、试从伪码扩频技术的理论，分析GPS的具体实现方法。
五、选定生成式g ( x ) = X4+X3+X2 + 1时的(7, 3 )循环码编码器，其结构如下图所示。信息码输入为110。初始四级移位寄存器清零；三位信息码元输入时，门1断开，门2接通。第4-7次移位时，门2断开，门1接通。试用下表的形式,分析该编码器的编码过程及其最后形成的码组。
一、试述现代数字通信系统组成、特点及发展趋势。
答：
(一) 组成：
现代数字通信系统组成可以分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统和模拟信号的数字传输通信系统。
(1)数字频带传输通信系统的组成如下：

图1数字频带传输通信系统组成
（2）数字基带传输通信系统组成如下:
信息源
加密器
信谊编码器
蟀密器

图2数字基带传输通信系统组成

信息源
CP
受侑者

噪声源
图3数字基带传输通信系统组成的另一种形式
3）模拟信号的数字传输通信系统组成如下:
信源编码器
信源译码器

模拟
信息源
抽样、量化、
编码组成的
A / D转换器
数字传
输系统
D/A
转换器
受信者

图4模拟信号的数字传输通信系统组成
（二）特点:现代数字重要有以下特点:
①传输差错可控；②可实现保密通信；③收发双方必须保持同步;
④抗干扰抗噪声性能好；⑤易于与现代技术相结合；
⑥占用的频带较宽；⑦系统设备复杂。
(三) 发展趋势：
现代数字通信终端设备、数字传输技术方面的发展趋势有：
①向着小型化、智能化方向发展；②向着高速大容量方向发展；
③向着数字化解决的方向发展；④向着用户数字化和ISDN的方向发展；
二、试从香农信息论的观点，解释信息、信息量、信道容量的含义及其表达方法，以及信源编码、信道编码的目的及其理论基础。
答：信息：从香农信息论的观点来看，信息是在理论领域中常采用的较为抽象的数学表达层，该层次的代表是消息(或符号)，即消息的内涵是信息，它将抽象的待传送的信息从数学实质上加以分类:一类为离散型，即数字信源，用相应的随机变量X、随机变量序列X (X , ,X , ,X )来描述；另一类
1lL
为连续型，即模拟信源，可以用相应的随机过程X (t)来描述。在这个层次上抽象的信息概念可以在数学层次上被描述为随机序列和随机过程即信息是消息所描述和度量的对象。
信息量：度量信息的不拟定性，对单个消息信源来说，它出现的概率越小，它的出现必然使人越感意外，则由它所产生的信息量越大。设信源发出某消息xi的概率为P(x)，有I(x)表达消息提供的信息量，则I(x) log，^)是数学表达
iii P (xi)
式。
信息容量：是指信道也许传输的最大信息速率。信息容量是互信息量的极值，其表达方法为。B log2 1 S/N) b/s)，C为信息容量，B为信道带宽，S为信号的平均功率，N为白噪声的平均功率。
信源编码的目的：是就是在分析信源记录特性的基础上，设法通过信源的压缩编码去掉这些记录多余成分，以提高通信的有效性。这一过程称为数据压缩，所得信源编码称为压缩编码。
信源编码理论基础：是实际信源几乎都是有记忆的，即各个消息之间记录关联，
为了定量地描述信源的有效性，定义：1-(^)，R 1人气)二(X)。
H (X )H (X )

信源效率 越低，信源相对冗余度就越大，就越有必要对信源进行记录信息解决，采用信源编码和数据压缩也就有必要。
信道编码的目的：是提高系统数据传输的可靠性，减少信息传输的差错率。
信道编码理论基础：是有系统的有效性来换取可靠性，即在传输的信息码元中附加一定数量的冗余码，冗余码在整个编码中的位置及代码选择某一事先拟定的规则来决定，接受端接受到这样的编码后，根据已知的规则，对接受信息进行检查，发现、纠正和删除错误。
三、试分析一个采用TDMA通信方式的现代海上通信系统及其技术方
法，涉及系统组成、调制方式、通信协议等。
答：采用TDMA 通信方式的现代海上通信系统是船舶自动辨认系统AIS, AIS重
要由GPS接受机、接电路、数据解决器、调制解调器、VHF通信机、显示
器等组成。

AIS的时分多址（TDMA ）的帧结构和时隙如下:
一帆 60 &龙M个时隙

调制方式：高斯滤波最小频移键控GMSK , AIS使用不归零反向码，空中传输速
率是 96bit/>s
通信协议：AIS采用的通信协议是开放系统互联模型（OSI）的第一至第四层，
即物理层、链路层、网络层和传输层。
AIS中的物理层负责比特流传输、VHF收发机的功率控制、控制收发机和信道时序等工作。数据链路层的重要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。网络层的作用重要是信道管理，建立和保持信道发射信息包的分派和数据链拥塞的解决等。传输层是负责将数据转换成大小对的的发射信息包、数据分组排序和与较高层的接规程。
四、试从伪码扩频技术的理论，分析GPS的具体实现方法。
答：
扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息自身实际所需的最小(有效)带宽(DF)，其比值称为解决增益。
扩频通信使数字信号加密，使传输信息的信号能量分散，大大提高了系统的抗干扰能力，测距精度高。对任意给定的信噪比，只要增长用于传输信息的带宽，理论上就可以增长在信道中无误差地传输信息率。也就是说，当输入一定带宽的信息时，输入信噪比与信带宽度W可以互换。这充足说明了用一个带宽为信息带宽几百倍的带宽信号来传输信息，可以大大提高通信系统的信噪比，增强抗干扰能力。
GPS采用伪码扩频技术，简朴地说，它可以起到不容易被干扰的作用。为了捕获这个伪随机码，都是先把接受机的码进行复制，然后再进行时延的比较，然后用P=CT测量距离。

（电-秒HVl-砂十住1^十寸（ t -上!）=峪
（矣奇犬形•砂十（玲节十"・（t-
〔电亨 0 砰皿-泸c2・〔t—撤=磐
（X-酣刊*尹+归-疔+ W・（t-
求解未知数
（私”工j t）定位 定时

假如GPS不采用伪随机码的话，那么这个码结构就会很容易破译，受到干扰。
目前，伪随机码在扩频通信中的应用非常广泛，这一技术也在卫星导航系统中得到了运用。在GPS中，导航卫星向用户发送的导航定位信号，就是运用伪随机码传送导航电文的调相信号。
GPS卫星所用的CPA码是一种组合码，是由两个周期和速率相同而码元不同的m序列组合而成。P码也称为精确码，它是美国军方严格控制使的保密军用码,是一个具有2.35E + 1个码元的专长序列。P码是由两个子码X1X2构成的复合伪噪声码，每一颗GPS卫星采用各自不同的P码，其区别在于第二个子码X3存在一个相位偏差系数，其值为0〜37假设了 一个不存在的零号卫星）。
五、选定生成式g （ x ） = X4+X3+X2+1时的（7, 3 ）循环码编码器，其结构如下图所示。信息码输入为110。初始四级移位寄存器清零；三位信息码元输入时，门
1断开，门2接通。第4-7次移位时，门2断开，门1接通。试用下表的形式,分析该编码器的编码过程及其最后形成的码组。

移位
顺序
输
入
门1
状态
门2状态
移位寄存器状态
输出
D1
D2
D3
D4
0
0
断开
接通
0
0
0
0
0
1
1
断开
接通
1
0
1
1
1
2
1
断开
接通
0
1
0
1
1
3
0
断开
接通
1
0
0
1
0
4
0
接通
断开
0
1
0
0
1
5
0
接通
断开
0
0
1
0
0
6
0
接通
断开
0
0
0
1
0
7
0
接通
断开
0
0
0
0
1