通信工程专业知识点理解

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通信工程专业知识点理解

通信保研面试/考研复试知识点（一）

• • 卷积
  • 频谱混叠
  • 栅栏效应
  • 截断效应
  • 信号、消息及信息
  • 傅里叶变换存在的意义
  • 失真
  • 三大变换之间的关系
  • N点DFT与序列傅里叶变换FT、Z变换的关系
  • AF、IIR、FIR
  • 三大编码定理
  • 香农公式
  • 奈奎斯特采样定理
  • 门限效应
  • 平稳随机过程
  • 三种交换
  • 计算机网络五层及七层体系结构

卷积

  信号与系统课程中，为了表述零状态响应、冲激响应与输入信号的关系，引入了卷积的概念。理想情况下，输入与输出是由系统的冲激响应决定的，即满足 Y ( t ) = h ( t ) x ( t ) Y(t) = h(t)x(t) Y(t)=h(t)x(t)。实际上，系统存在一个衰减过程。若当前时刻为t，则t时刻之前的输出仍会对当前时刻输出存在一定影响。

  一般情况下，t1时刻输出对t时刻的影响可以表示为 x ( t ) h ( t − t 1 ) x(t)h(t-t1) x(t)h(t−t1)。其中， h ( t − t 1 ) h(t-t1) h(t−t1)可以理解为t1时刻系统输出响应对t时刻产生衰减影响的权重因子。所以，t时刻的输出最终就可以表示为如下的积分形式（连续）：
y ( s ) = ∫ x ( t ) h ( s − t ) d t . y(s) = \int^\ x(t)h(s-t)dt\,. y(s)=∫ x(t)h(s−t)dt.

 从另一个角度来考虑，卷积操作就是一种重叠关系，也可以近似认为是一个滤波器。按照卷积定义，用已知频段的函数卷积另一个频段很宽的函数实际上就是对后者进行了滤波，后者与前者重叠的频段就容易通过这个filter。【参考网络】

频谱混叠

 模拟信号存在不连续点时，其频谱函数就会存在很长的“拖尾”。若采样频率不满足采样定理时，就会在 ω = π \omega=\pi ω=π处引起频谱混叠，造成分析误差。理论情况下，需要满足 F s ≥ 2 f c F_s\ge2f_c Fs​≥2fc​。

栅栏效应

 使用DFT（FFT）计算得到的频谱是离散谱，各离散点之间仍存在未知的频谱值。未知的频谱段就构成了一个个遮挡的“栅栏”，产生“栅栏效应”。实际应用中，可通过增多采样点数N或者在信号尾部加0的方法加大DFT变换点数解决栅栏效应。

截断效应

对无限长模拟信号截断进行谱分析时而引起的误差称为截断效应。典型影响是:
 频谱泄露：离散谱线向附近展宽，形成主瓣；
 谱间干扰：主瓣两侧引起许多不同频率的旁瓣。

信号、消息及信息

 信号是信息和消息的物理承载形式，如电信号、光信号；
 消息是待传送的以收发双方约定的方式组成的符号；
 信息是消息中的有效成分。

傅里叶变换存在的意义

 1.将时域中难以分析的信号转换到频域分析；
 2.时域中难以分离的信号，可以使用滤波器在频域中完成分离；
 3.简化计算。根据一个域的卷积<->另一个域的乘积这一性质，将零状态响应在时域的卷积微分计算通过傅里叶变换转换到频域进行乘积计算。进而通过逆傅里叶变换求解时域零状态响应。

失真

 传输过程中的失真：时域——响应波形和激励波形不相同；频域——频谱成分改变。
 系统无失真传输条件：幅频特性在整个频率范围内为常数；相频特性为一条过原点的直线（群延时相等）。
 失真分类：幅度失真——系统对信号各频率分量衰减不相等；相位失真——系统对各频率分量相移不与频率成正比，造成各频率分量在时间轴上的相对位置变化。

三大变换之间的关系

 拉普拉斯变换将傅里叶变换中的频率由实数推广到复数，扩展了变换域以分析更多信号；
 Z变换使得可以在频域分析离散时间信号。

N点DFT与序列傅里叶变换FT、Z变换的关系

 1.序列的N点DFT是序列傅里叶变换在频率区间 [ 0 , 2 π ] [0,2\pi] [0,2π]上的等间隔采样，采样间隔为 2 π / N 2\pi /N 2π/N；
 2.序列的N点DFT是序列Z变换在单位圆上的N点等间隔采样，频率采样间隔为 2 π / N 2\pi /N 2π/N。

AF、IIR、FIR

AF:模拟滤波器。
 Butterworth滤波器：具有单调下降的幅频特性，过渡带最宽；
 I型切比雪夫滤波器：通带等波纹，过渡带与阻带单调下降；
 II型切比雪夫滤波器：阻带等波纹，通带特性类似Butterworth滤波器。

IIR：无限长单位脉冲响应数字滤波器。可借助模拟滤波器进行设计，但存在稳定性问题，极点必须在Z平面单位圆内才能稳定。采用递归结构，无快速运算方法，阶数低。

FIR：有限长单位脉冲响应数字滤波器。可满足严格线性相位要求，极点都在单位圆内。采用非递归结构，可利用FFT快速计算，阶数高运算量大。

三大编码定理

• 信源编码：无失真信源编码定理（1）——去冗元，提高有效性
• 信道编码：信道编码定理（2）；限失真信道编码定理（3）——增冗元，提高可靠性

香农公式

 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道极限、无差错信息传输速率：
C = B l o g 2 ( 1 + S / N ) = B l o g 2 ( 1 + S / n 0 B ) C=Blog_2(1+S/N)=Blog_2(1+S/n_0B) C=Blog2​(1+S/N)=Blog2​(1+S/n0​B)
物理意义：在信噪比一定时，在具有一定频带宽度的信道上，单位时间内传输最大信息量的值是确定的。
限失真信道编码：当传输速率R<信道容量C时，总能找到一种信道编码方式实现无差错传输。
补充：理想低通信道的最高码元传输速率B=2W时，信息传输速率C=B*log2N 。（其中W是理想低通信道的带宽，N是电平强度）

奈奎斯特采样定理

 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fsmax大于信号中最高频率fmax的2倍时(fsmax>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，此时可从抽样信号中无失真的恢复原信号。一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56～4倍。
 例如：人话音频率在300HZ~3.4KHZ，实际采用8KHZ作为采样频率，8bit量化下无压缩话音速率为64kb/s。

门限效应

 包络检波器的非线性解调。（相干解调中信号与噪声分别解调，故不存在门限效应）

平稳随机过程

 严平稳：统计特性不随时间推移而变化；
 广义平稳：均值为常熟、自相关函数仅与时间间隔有关。

三种交换

电路交换：通信前建立专用物理链路；通信时独占；通信后释放。
报文交换：无连接，整报文存储转发。
分组交换：
 数据报：每个数据分组都有地址信息，可独立寻址，到达终点需排序；
 虚电路：通信前建立虚连接（逻辑连接，可共享），终点处无需排序。

计算机网络五层及七层体系结构

下层为上层提供服务，上层使用下层的服务。
物理层：屏蔽不同传输媒体和通信手段的差异，确定与传输媒体的接口特性；
数据链路层：封装成帧、透明传输、差错控制（仅可实现无差错接受）；【PPP、CSMA/CD】
网络层：路径的选择、数据的转发，实现主机间通信；【IP、ICMP、IGMP】
传输层：实现两主机不同进程间通信，通过流量控制和拥塞控制等实现可靠交付。【TCP、UDP】
应用层：唯一面向用户的一层，应用层将为用户提供常用的应用程序，并实现网络服务的各种功能。
常用参数：最短有效帧长——64字节；MAC地址——48位（唯一）；IP地址：32位（不唯一）