通信原理-模拟信号的数字传输

第9章　模拟信号的数字传输一、填空题1．脉冲编码调制(PCM)中最常见的二进制码包括：自然二进制码、（ ）和（ ）。

[北科2011研]【答案】折叠二进制码；反射二进制码（格雷码）。

【解析】通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码 (又称格雷码)。

2．在模拟信号的数字化过程中，按奈奎斯特速率对模拟基带信号取样，( )失真。

进一步在取值域上离散一量化，( )失真。

[北科2010研]【答案】无；量化。

【解析】在模拟信号数字化的过程中，按奈奎斯特速率抽样，所得样值序列含有基带信号的全部信息，故信号无失真；但在量化时有失真，且失真与量化电平数有关，量化级数越多，量化失真越小，属于限失真。

3．对某模拟信号进行线性PCM 编码，设抽样频率为8KHZ ，编码位数为7，则此PCM 信号的信息速率为（）；当抽样频率不变而编码位数由7增大到12时，量化信噪比提高（ ）dB 。

[华中科技大学2002研]【答案】56 kbit ／s ；30。

【解析】PCM 信号的信息速率，其中n 为每个抽样值所对应的编码位数。

b s R f n =⋅对于一M 个量化电平的线性量化器，其量化信噪比，编码位数2q qS M N ≈。

2log N M =二、选择题1．模拟信号进行波形编码成为数字信号后（ ）。

[南邮2010研]A ．抗干扰性变弱 B ．带宽变大 C ．差错不可控制 D ．功率变大【答案】B【解析】A 项，数字通信系统可消除噪声积累，抗干扰性强；B 项，模拟信号变为数字信号需经过采样，由采样准则，采样频率定大于等于2倍的模拟信号系统带宽，经编码后，数字信号带宽更大；C 项，数字信号可利用纠错编码实现差错控制；D 项，由帕塞瓦尔定理，波形编码不改变信号功率。

2．通常的模拟信号数字化包含的三步依次为（ ）、（ ）和（ ）。

[南邮2010研]A ．抽样，编码，量化B ．量化，抽样，编码C ．抽样，量化，编码D．量化，编码，抽样【答案】C【解析】模拟信号经抽样变为离散信号，再经量化、编码变为数字信号。

通信原理简答题及答案第一章绪论1-2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。

答：按照消息传递的方向与时间关系分类。

单工通信：消息只能单向传输。

半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

全双工通信：通信双方可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。

并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串行传输使用与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。

第9章　模拟信号的数字传输9.1　本章要点详解本章要点■模拟信号的数字传输系统■模拟信号的抽样■模拟脉冲调制■抽样信号的量化■脉冲编码调制■差分脉冲编码调制■增量调制■PCM与ΔM系统的比较■时分复用和复接重难点导学一、模拟信号的数字传输系统图9-1 模拟信号的数字传输模型利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：（1）把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；（2）进行数字方式传输；（3）把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。

二、模拟信号的抽样1．低通模拟信号的抽样定理（1）原理一个频带限制在(0，f H)Hz内的时间连续信号m(t)，如果以T s≤1/(2f H)秒的间隔对它进行等间隔(均匀)抽样（如图9-2），则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。

图9-2 模拟信号的抽样（2）意义a．连续信号的无限样值可以由有限个样值确定，并能精确恢复，以便实现数字化传输和时分复用。

b．最低抽样速率2f H称为奈奎斯特速率。

与此相应的抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。

抽样序列的频谱与原信号频谱的关系为抽样过程如图9-3所示。

图9-3 抽样过程的时间函数及对应频谱图如果抽样间隔T s＞1/(2f H)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠（如图9-4所示），此时不可能无失真地重建原信号。

图9-4 混叠失真2．带通模拟信号的抽样定理设带通模拟信号的频带限制在f L和f H之间，其信号频谱最低频率大于f L，最高频率小于f H，信号带宽为B=f H-f L，则此带通模拟信号所需要的采样频率等于，n=1，２，…，k为(f H/B)的小数部分。

三、模拟脉冲调制1．模拟脉冲调制的种类模拟脉冲共分三类：脉冲振幅调制(PAM)、脉冲宽度调制(PDM)、脉冲位置调制(PPM)。

如图9-5所示，其中从上倒下依次为模拟基带信号、PAM信号、PDM信号和PPM信号。

图9-5 模拟基带信号、PAM信号、PDM信号和PPM信号2．PAM调制自然抽样后PAM信号的时域和频域表达式为自然抽样过程如图9-6所示。

第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。

掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。

2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。

3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。

§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。

这是本章欲解决的中心问题。

二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。

致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。

三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。

2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。

3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。

2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。

这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。

抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。

二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。

由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。

当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。

当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。

思考题1-1 什么是通信？常见的通信方式有哪些？1-2 通信系统是如何分类的？1-3 何谓数字通信？数字通信的优缺点是什么？1-4 试画出模拟通信系统的模型，并简要说明各部分的作用。

1-5 试画出数字通信系统的一般模型，并简要说明各部分的作用。

1-6 衡量通信系统的主要性能指标是什么？对于数字通信具体用什么来表述？1-7 何谓码元速率?何谓信息速率?它们之间的关系如何?习题1-1 设英文字母E出现的概率=0.105，X出现的概率为＝0.002，试求E和X的信息量各为多少？1-2 某信源的符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。

1-3 设一数字传输系统传送二进制信号，码元速率RB2=2400B，试求该系统的信息速率Rb2=？若该系统改为传送16进制信号，码元速率不变，则此时的系统信息速率为多少？1-4 已知某数字传输系统传送八进制信号，信息速率为3600b/s，试问码元速率应为多少？1-5 已知二进制信号的传输速率为4800b/s，试问变换成四进制和八进制数字信号时的传输速率各为多少（码元速率不变）？1-6 已知某系统的码元速率为3600kB，接收端在l小时内共收到1296个错误码元，试求系统的误码率=？1-7 已知某四进制数字信号传输系统的信息速率为2400b/s，接收端在0.5小时内共收到216个错误码元，试计算该系统=？l-8 在强干扰环境下，某电台在5分钟内共接收到正确信息量为355Mb，假定系统信息速率为1200kb/s。

（l）试问系统误信率=？（2）若具体指出系统所传数字信号为四进制信号，值是否改变？为什么？（3）若假定信号为四进制信号，系统传输速率为1200kB，则＝？习题答案第一章习题答案1-1 解：1-2 解：1-3 解：1-4 解：1-5 解：1-6 解：1-7 解：1-8 解：思考题2-1 什么是狭义信道？什么是广义信道？（答案）2-2 在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？2-3 试画出调制信道模型和二进制无记忆编码信道模型。