第2章数字通信系统
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2-1什么是模拟信号的数字化传输?试述PAM通道、PCM通道、时分复用多路通信各自的含义及相互联系。
什么是模拟信号的数字化传输?模拟信号经过抽样、量化和编码把模拟信号转换为数字信号,用数字通信方式传输。
PCM通道:抽样、量化和编码。
主要通过3个步骤实现的。
1、抽样,根据抽样定理,只要对模拟信号抽样的次数大于模拟信号频率的2倍,就能通过滤波器将这个数字信号再无损伤的恢复到原来的模拟信号。
当然这个抽样间隔也就是抽样点的时间间隔要平均才行。
2、量化,就是把抽样出来的信号放到一个标准的图里去比对,根据标准把这个信号定义成多大,如5或10等等以及其他数值,PCM信号根据抽样出来的信号大小,把它一般定义为-127~+127之间。
3、编码,把经过量化的信号转换成数字编码。
如果是PCM的8位编码,5就可以转换成00000101,10就可以转换成00001010.等2-2 什么是低通型信号的抽样定理? 已抽样信号的频谱混叠是什么原因引起的?一个频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t)如果以1/2 fH秒的间隔对它进行等间隔抽样,则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
为了能恢复出原始话音信号,只要或就周期性的重复而不重叠,在接收端用一低通滤波器把原语音信号(0,fH)滤出,即完成原始话音信号的重建。
注意,若抽样间隔T变得大于则M(f )和ST(f )的卷积在相邻的周期内存在重叠(也称混叠),见图所示。
2-3 如果f s =4000Hz,话音信号的频带为0到5000 Hz,能否完成PAM通信?为什么?如何解决?不能完成,不符合抽样定理。
根据抽样定理,抽样频率fs >=5000*2Hz>=10000Hz。
才能完成PAM通信。
2-4 什么叫量化?为什么要进行量化?量化:利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。
模拟信号进行抽样以后,其抽样值还是随机信号幅度连续变化的。
当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时,接收端不能准确的估值所发送的抽样。
第二章 数字通信原理2.1 概论2.1.1模拟信号与数字信号我们知道:按照信道上传输的是模拟信号还是数字信号,可以将通信分为模拟通信和数字通信两大类。
那么怎样区分模拟信号和数字信号呢?依据是信号的波形特征(时间和幅度两个物理量)。
我们通过下面的图形来说明。
我们看到,图(a )中的信号波形在时间和幅值上都是连续的,图(b )中的信号时间上离散,幅值仍然连续,在这里连续的含义是在某一取值范围内可以取无线多个数值。
我们将这种幅值连续的信号称为模拟信号。
图2-1 模拟信号(a) 二进码图2-2 数字信号上图中,信号波形的特点是它的幅值是(-3、-1、1、3)中的一个,取值被限制在有限个数值内,不是连续的,而是离散的。
我们将幅值离散的信号称为数字信号。
由此我们的结论是:区分一个信号是否数字信号是判别它的幅值是否离散。
特别说明的是:对于脉冲幅度调制PAM信号,尽管它在时间上是离散的,但幅度上仍然连续,所以它仍然是模拟信号。
2.1.2数字通信系统模型为了更好地认识数字通信,我们从众多的数字通信系统中总结出如下的模型:图2-3 数字通信系统模型信源把原始信号变换为电信号,如电话机、摄像机、数字终端等。
信源编码的功能即实现模拟信号到数字信号的转换,即模数变换(A/D)。
加密是为了信号在传输中的保密而按一定的算法进行的逻辑运算。
信道编码有两个目的:一是码型变换,因为有些码型不适合在线路上传输,所以在送往信道之前要把它变换成适合传输的码型。
二是纠错编码,数字信号多采用二进制码型,所以很容易由于噪声干扰、信道衰减和波形失真而产生误码。
所以在传输前在有用信号中按一定规律插入一定的冗余位,接收端按规律来检查接收到的信号,就可判别传输时有无误码,若有,可在一定程度上纠正错误或要求发端重发。
调制的作用是将信号从基带搬移到频带。
我们知道,除明线或电缆可直接传输数字基带信号外,其它媒质都工作在较高的频带上,所以要有调制这一环节。
信道是传输信号的媒质。
第二章习题解答2.01 试给出数据通信系统的基本模型并说明其主要组成构件的作用。
答:1)信源和信宿信源就是信息的发送端,是发出待传送信息的设备;信宿就是信息的接收端,是接收所传送信息的设备,在实际应用中,大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备(data terminal equipment,DTE)。
2)信道信道是通信双方以传输媒体为基础的传输信息的通道,它是建立在通信线路及其附属设备(如收发设备)上的。
该定义似乎与传输媒体一样,但实际上两者并不完全相同。
一条通信介质构成的线路上往往可包含多个信道。
信道本身也可以是模拟的或数字方式的,用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道,用以传输数字信号的信道叫做数字信道。
3)信号转换设备其作用是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号,对应不同的信源和信道,信号转换设备有不同的组成和变换功能。
发送端的信号转换设备可以是编码器或调制器,接收端的信号转换设备相对应的就是译码器或解调器。
2.02 试解释以下名词:数据,信号,模拟数据,模拟信号,数字数据,数字信号。
答:数据:通常是指预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合。
信号:信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。
模拟数据:取值是连续的数据。
模拟信号:是指幅度随时间连续变化的信号。
数字数据:取值是离散的数据。
数字信号:时间上是不连续的、离散性的信号2.03 什么叫传信速率?什么叫传码速率?说明两者的不同与关系。
答:传信速率又称为比特率,记作R b,是指在数据通信系统中,每秒钟传输二进制码元的个数,单位是比特/秒(bit/s,或kbit/s或Mbit/s)。
传码速率又称为调制速率、波特率,记作N Bd,是指在数据通信系统中,每秒钟传输信号码元的个数,单位是波特(Baud)。
若是二电平传输,则在一个信号码元中包含一个二进制码元,即二者在数值上是相等的;若是多电平(M电平)传输,则二者在数值上有R b=N Bd×log2 M的关系。
第2章数据通信基础习题及答案一、填空题(1)按使用的传输介质划分,信道可以分为__ 有线信道___和_无线信道_ _两类。
(2)按允许通过的信号类型划分,信道可以分为_ 模拟信道和数字信道_两类。
(3)按数据传输的方向和时序关系分类,信道可以分为_ 单工_ _、__半双工 _和__全双工 __三类。
(4)按传输信道的信息属性,信道可以分为_ 专用信道 _ __和_ 公用信道两类。
(5)数据通信系统的主要技术指标有_ 比特率__ _、__波特率 __、__带宽 _、_信道容量_ _、__误码率 __和时延。
(6)通信系统的三要素为信源、信道、信宿。
(7)时延一般由处理时延、发送时延、传播时延组成。
(8)比特率是指数字信号的传输速率,也叫信息速率,反映一个数据通信系统每秒传输二进制信息的有效位数,单位为bit/s 。
(9)波特率是一种调制速率,用单位时间内载波调制改编的次数来表示,指每秒传送波形个数,单位为baud。
(10)信道容量表示一个物理信道上能够传输数据的最大能力,单位为bit 。
(11)误码率是衡量数据通信系统再和正常工作情况下的传输可靠性的指标。
(12)按信道所能传输的信号类型不同划分,通信系统可以分为模拟通信系统、数字通信系统两种类型。
(13)信道噪声引起传输信号的畸变是产生差错的主要原因。
(14)同步传输分为位同步和帧同步。
二、名词解释信号数据在传输过程中所表现出来的形式。
基带、基带传输:在电磁波的傅利叶级数表示中,从零开始并覆盖了信号的主要能量表现的那段频率范围称为基本频带,简称基带。
在信道中直接传送基带信号的传输模式称为基带传输。
调制解调器调制解调器,英文名为Modem,其实是Modulator(调制器)与Demodulator(解调器)的简称。
所谓调制,就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号;解调,即把模拟信号转换成数字信号。
合称调制解调器。
频分复用它把一个物理信道划分为多个逻辑信道,各个逻辑信道占用互不重叠的频带,相邻信道之间用“警戒频带”隔离,以便将不同路的信号调制(滤波)分别限制在不同的频带内,在接收端再用滤波器将它们分离,就好像在大气中传播的无线电信号一样,虽同时传送多个频率信号,但互不重叠,可以分辨。