最新通信原理第九章课件

多练出技巧巧思出硕果第九章模拟信号的数字传输１．模拟信号数字化传输的系统框图模拟信号数字化传输的系统框图如图９－１所示。

Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换的步骤及其作用如表９－１所示。

表９－１Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换的步骤及其作用典型考研题１（北京科技大学２０１２年）名称作用将取值和时间都连续的模拟信号变换为时间离散，取值仍连续的抽Ａ／Ｄ抽样（ＰＡＭ），该信号仍为模拟信号将时间离散，取值连续的ＰＡＭ信号变为时间和取值均离散的量化量化号为多电平数字信号，称之为数字ＰＡＭ信号编码将时间和取值均离散的量化信号变换为二进制数字信号（ＰＣＭ）Ｄ／Ａ译码将数字通信系统输出的ＰＣＭ信号转化成量化信号低通滤波将量化信号恢复成模拟信号意义为模拟信号数字化和时分复用奠定了理论基础低通信号ｍ(ｔ)的频率范围为(ｆＬ，ｆＨ)，则其带宽Ｂ＝ｆＨ－ｆＬ，如果满足ｆＬ＜Ｂ，称之和带通信号为低通信号，否则为带通信号。

频带限制在（０，ｆＨ）赫兹内的时间连续信号ｍ(ｔ) ①如果不满足上述条件，将产(ｔ)等间（Ｔｓ＝１／ｆｓ生混叠失真。

低通采样定理１／２ｆＨ）抽样，则ｍ(ｔ)将被所得抽样函数通常限制在３４００Ｈｚ，其抽样频ｍｓ(ｔ)完全确定。

率为８０００Ｈｚ。

频带限制在（ｆＬ，ｆＨ）赫兹内的带通时间连续信号ｍ(ｔ)，带宽为Ｂ＝ｆＨ－ｆＬ，则此带通信号所需的最小采样频率为带通采样定理ｆｓ＝２Ｂ(１＋ｎｋ)其中，ｎ和ｋ分别为ｆＨ／Ｂ的整数和小数部分。

简述模拟信号的数字化过程的几个步骤，为什么？答案：模拟信号的数字化的目的是将模拟信号变为二进制数字信号，其步骤是抽样、量化、编码。

通过抽样将取值和时间都连续的模拟信号变换为时间离散，取值仍连续的抽样信号；通过量化将时间离散，取值连续的ＰＡＭ信号变为时间和取值均离散的量化信号，通过编码将时间和取值均离散的量变换为二进制数字信号。

４．模拟脉冲调制（ＰＡＭ）模拟脉冲调制（ＰＡＭ）如表９－３所示。

（图表见视频）４．脉冲编码调制（ＰＣＭ）和ＤＰＣＭ脉冲编码调制（ＰＣＭ）和ＤＰＣＭ如表９－４所示。

（图表见视频）典型考研题２（西安电子科技大学２０００年）均匀量化ＰＣＭ中，抽样速率为８ＫＨｚ，当输入信号为零均值且服从均匀分布时，若编码后比特率由16Kb/s 增加到64Kb/s ，则信噪比增加多少dB 。

答案：36对于均匀量化的信号量噪比220020lg 6(),2Nq q dB S S M N dB M N N 其中，Ｍ是量化电平数，Ｎ是编码位数，故编码位数每增加一位，信噪比改善６ｄＢ，均匀量化出来的信号是二进制信号，传码率在数值上等于传信率，故当采样速率是８０００Ｈｚ，编码后比特率由１６ｋｂ／ｓ增加到６４ｋｂ／ｓ时，编码位数从２位增加到８位，增加了６位，故信噪比改善了３６ｄＢ。

典型考研题２（西安电子科技大学２００９年）在模拟信号的数字传输中，对话音信号采用１３折线Ａ率编码，设最小量化间隔为１个量化单位Δ。

（１）分析第２段和第７段的量化间隔２７ｖ和ｖ；（２）计算压扩参数Ａ；（３）若编码器的某个输入抽样脉冲幅度为７１９Δ，求这时ＰＣＭ编码器输出的ＰＣＭ码组。

解：（１）Ａ率１３折线的划分结果是，第一段和第二段的长度相等，均为１６Δ，从第三段开始每段长度是前一段的２倍，各段段内又均匀分成１６分，故量化间隔的规律跟各段长度的规律是一样的。

由于第二段的长度是１６Δ，故量化间隔为Δ；第七段长度是１０２４Δ，故量化间隔为３２Δ。

（２）Ａ率压扩特性曲线是101ln 1ln 1,11ln {Ax x A A Ax x A A y ，很显然，当1/A ０＜ｘ，是线性的，由于１３折线的第１，２段斜率相同，故第１，２段与1/A ０＜ｘ对应，其压扩参数保持不变。

将第二段的终点坐标（１／６４，１／４）代入1ln AxyA 可得Ａ＝８７．６。

（３）１７１９＞０ｃ＝１２３４７１９＞１２８ｃ＝１７１９＞５１２ｃ＝１７１９＜１０２４ｃ＝０段落码为１１０，故该抽样值位于第六段，段落起始电平为５１２Δ，量化间隔为３２Δ．8３２２１２１０７１９＜５１２＋２３２＝７６８ｃ５＝０７１９＞５１２＋２３２＝６４０ｃ６＝１７１９＞５１２＋２３２＋２３２＝７０４ｃ７＝１７１９＜５１２＋２３２＋２３２＋２３２＝７３６ｃ＝０所以，传输码组为：１１１００１１０，编码器输出电平为７０４Δ。

典型考研题３（西安电子科技大学２０１０年）已知最高频率为４ＫＨｚ的模拟信号ｍ(ｔ)在（＋１．０～－１．０伏）量化范围内服从均匀分布，若采用ＰＣＭ系统对其进行抽样、均匀量化和编码。

试问：（１）若要量化信噪比大于３０ｄＢ，求均匀量化器的量化间隔；（２）该ＰＣＭ信号的传码率和最小传输带宽；（３）传输中产生的误码率－２ｅＰ＝１０，计算ＰＣＭ系统输出端的平均信号噪声功率比(００Ｓ／Ｎ)。

典型考研题４（东北大学２００２年）ＰＣＭ和ΔＭ的量化噪声与哪些因素有关？用何方法可以防止或减小ΔＭ的过载？答案：ＰＣＭ的量化噪声与量化间隔有关，ΔＭ的量化噪声分一般量化噪声和过载量化噪声，跟译码器的最大跟踪斜率有关。

为了防止或减小ΔＭ的过载，要求译码器的最大跟踪斜率满足max()s dm t f dt 典型考研题５（西安电子科技大学２００７年）某简单增量调制系统输入信号ｍｍ（ｔ）＝Ａｃｏｓｔ，判决器的抽样速率为ｓｆ，量化台阶为σ。

（１）画出该增量调制系统的原理框图；（２）求该增量调制系统的最大跟踪斜率Ｋ和正常编码时输入信号ｍ（ｔ）的幅度范围；（３）若本地译码器采用理想积分器，该增量调制系统输出信号Ｐ（ｔ）为１１－１－１－１１１１－１１，试画出本地译码器输出信号ｍ′（ｔ）的波形（设初始电平为零）；（４）若抽样速率ｆｓ＝６４ｋＨｚ，采用１６ＱＡＭ方式传输，试求１６ＱＡＭ信号频谱的主瓣宽度。

解：（１）增量调制系统框图相减器判决器+检测器积分器LPF积分器（2）最大跟踪斜率max ()/s mK f dm t dt Aw 故正常编码时输入信号的幅度范围是2smf A w (3)本地译码器输出信号波形（４）增量调制输出信号传码率ＢｓＲ＝ｆ＝６４Ｋｂａｕｄ该信号为二进制信号，故传信率ｂＲ＝６４Ｋｂ／ｓM(t) (t)q e 0()p t 定时脉冲n(t) 0'()p t m'(t)0m (t)q n (t)'()m t则１６ＱＡＭ的传码率为Ｂｂ２Ｒ＝Ｒ／ｌｏｇ１６＝１６Ｋｂａｕｄ当占空比为１时，１６ＱＡＭ频谱的主瓣宽度为传码率的２倍，即ＢＢ＝２Ｒ＝３２ＫＨｚ５．时分复用（ＴＤＭ）和ＰＣＭ３０／３２路基群帧结构（１）时分复用（ＴＤＭ）的原理定义：利用时间分片方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。

示意和原理图分别如图９－２和９－３所示（图见视频）（２）时分复用（ＴＤＭ）和频分复用（ＴＤＭ）的比较①ＴＤＭ是按时隙来区分信号的复用方式，它复用的各路信号在频域上是重叠的，而在时间上是分开的。

②ＦＤＭ是按频率来划分信道的复用方式，它复用的各路信号在时间上是重叠的，而在频域上是分开的。

③ＴＤＭ中多路信号的复接和分路都是数字电路，比ＦＤＭ的模拟滤波器分路简单、可靠且易于集成，成本较低。

④ＦＤＭ容易受信道非线性的影响，引起路间串话，ＴＤＭ不易受信道非线性影响。

（３）ＰＣＭ３０／３２路基群帧结构①ＰＣＭ３０／３２路基群帧结构如图９－４所示。

②传码率··ＢｓＲ＝ｆｌＮ＝８０００３２８＝２０４８Ｋ（波特）时隙宽度32()sT ＝３．９１ｓ码元宽度或比特宽度()8Ｔ＝０．４８８ｓ（４）ＰＣＭ２４路基群帧结构①ＰＣＭ２４路基群帧结构如图９－５所示。

（图见视频）②传码率多练出技巧巧思出硕果l )()··(ＢｓＲ＝ｆＮ＋１＝８０００２４８＋１＝１５４４Ｋ（波特）码元宽度或比特宽度10.647(s)BT R 时隙宽度8 5.18(s)T 典型考研题1（西安邮电大学2007）７３在３０／３２路ＰＣＭ数字电话系统的帧结构中，第２５路随路信令的位置ＡＦ１０子帧，Ｔｓ０时隙的前４比特ＢＦ１０子帧，Ｔｓ１６时隙的前４比特ＣＦ１０子帧，Ｔｓ１６时隙的后４比特ＤＦ１０子帧，Ｔｓ０时隙的后４比特答案：Ｃ典型考研题２（西南交通大学２００５）设单路语音信号的频率范围为３００～３４００Ｈｚ，对其进行抽样量化编码后变换为二进制数字序列，设抽样速率为８ＫＨｚ，量化电平数为６４，试求：ａ）输出二进制数字序列的速率；ｂ）采用二进制不归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽；ｃ）采用二进制归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽，设占空比为０．２５；ｄ）对１０路这样的数字信号进行时分复用传输时，在满足无码间干扰的条件下，传输系统所需的最小带宽。

解：ａ）由于６６４＝２，所以，编码位数Ｎ＝６，传码率为ＢｓＲ＝ｆＮ＝８０００６＝４８Ｋｂａｕｄｂ）二进制不归零脉冲的占空比为１，即τ／Ｔ＝１。

因此，第一零点带宽就等于传码率1148B KHzT c)当/T=0.25时，第一零点带宽为14192B KHzT d)10路信号复用后的传码率8000106480B s R f lN Kbaud无码间干扰时，所需的最小带宽即奈奎斯特带宽2402BN R f KHz。