北邮版 数字通信原理 第四章
北邮通信原理讲义

线性 时移 频移 比例
a
n 1
n f n (t )
a
n 1
N
n
Fn ( w)
f (t t 0 ) f (t ) e jw0t
f (at )
F ( w) e jwt0 F ( w w0 )
1 F ( w a) a
2f (w)
对偶 复共轭 微 分 时域
F (t )
f * (t )
S f ( w)dw S f ( f )df
பைடு நூலகம்
5.无限周期信号的平均功率和功率谱密度 功率谱密度 S f ( w) 2
n
| C
n
| 2 ( w nwT ) , 平均功率 P
n
| C
n
|2
Cn 为各个频率点的幅度,|Cn|2 为 nwT 分量的平均功率 四.信号通过线性系统 1.系统的传递函数 以冲激函数 δ (t)作为激励,通过系统后
信噪比
信号平均功率 噪声平均功率
二.数字通信系统性能指标 1. 速度指标 码元速率 RBN:每秒传送码元的数目。单位:B 信息速率 Rb:每秒传送的信息 量。单位:b/s, bps Rb = RBN log2 N (bit/s) 2. 质量指标 误码率 P B:码元被错误接收的概率。 误信率 Pb:传输每比特信息发生错误接收的概率。
第二章
2.1 确知信号的频谱分析 一.付立叶变换
随机信号分析
任一信号有两种表示方法:时域表示法 f (t ) :信号的大小随时间的变化。
频域表示法 F ( w) :信号的振幅和相位随频率成分的变化。两种表示法互相对应,记做:
f (t ) F (w) 。变换式为: f (t )
北京邮电大学通信原理课件 第4章 模拟通信系统

6/25
6
《通信原理习题解答》
题 7 图(a)
题 7 图(b) 解:解调框图如下,其中理想低通的截止频率是 W。
−5
fm ) +δ
(
f
+
5
fm
)
−δ
(
f
−7
fm
)−δ
(
f
+
7
fm
)⎤⎦
(3)
( ) ( ) ( ) 4.2 已知 s(t) = cos 2π ×104t + 4 cos 2.2π ×104t + cos 2.4π ×104t 是某个 AM 已调
信号的展开式 (1)写出该信号的傅式频谱,画出它的振幅频谱图;
m(t) = cos 2000π t + 2sin 2000π t
(1)写出 m (t ) 的 Hilbert 变换 mˆ (t ) 表达式;
(2)写出下单边带调制信号的时域表达式; (3)画出下单边带调制信号的振幅频谱。
解:(1) cos 200π t 的 Hilbert 变换是 sin 200π t ,sin 2000π t 的 Hilbert 变换是 − cos 200π t ,
解:(1) s(t) = m(t)c(t) = Ac sin (2π fmt )sin (2π fct ) = Ac sin (2π fmt )sin (12π fmt )
(2) s (t ) 可化为
s(t) =
Ac 2
(cos10π
fmt − cos14π
fmt )
于是
S(
f
)
=
Ac 4
⎡⎣δ
(
f
令
{ } m′(t ) = Re ⎡⎣m (t ) + jmˆ (t )⎤⎦ e jϕ = m (t ) cosϕ − mˆ (t )sinϕ
数字通信原理ppt

数字通信原理
第1章 概述
第2章 语音信号波形编码
第3章 语音信号压缩编码 第4章 时分多路复用及PCM30/32路系统 第5章 图像信号数字化 第6章 数字信号复接 第7章 数字信号的传输
数字通信原理
课程简介
●教学要求 课堂学习、课后自学、 课后习题、 查阅资料、 网络教学平台资源。
●考核方法 平时成绩占30%、期末成绩占70%; 平时成绩包括考勤、平时考试、作业等。
课程简介
数字通信原理数字通信原理Fra bibliotek课程简介
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数字通信原理
课程简介
●课程性质、学时学分 专业选修课、 32学时2学分。 ●教学目的 通过本课程的学习,主要掌握模拟信号的数字化
信源编码,时分多路复用,数字信号的复接等,为
从事与数字通信相关的工作及科研打下良好的基础。
数字通信原理
课程简介
●教学内容
北邮数字音视频原理第四章习题及答案

《第五章 数字视频音频压缩》习题答案1、 设亮度信号Y 的采样频率为13.5MHz/s ,每个样本用8比特量化。
当采用4:1:1的采样格式时,求色差信号r C 与b C 的码率,以及电视图像信号总码率。
答:亮度信号Y 的码率:13.5兆样本/秒 × 8比特/样本=108 Mbit/s由于是4:1:1采样格式,那么色差信号采样频率为13.5/4Mhz ,所以两个色差信号码率都是:13.5/4兆样本/秒 × 8比特/样本=27 Mbit/s所以电视图像信号总码率为162 Mbit/s2、假设一个离散无记忆信源,其全部符号及对应概率如下表:(1).为其构造一个huffman 码表。
(2).计算出平均码长以及编码效率。
答:3、 正交变换有很多种,通常普遍采用了DCT 变换。
(1) 试画出带帧间运动补偿的DCT 混合编码器的原理框图。
(2) 经上述编码器压缩的图像,在解压缩之后会出现“方块效应”,产生“方块效应”的根源是什么?(3) 在DCT 变换之后进行“之”字形扫描的目的是什么?答:(1)(2)方块效应产生的根源:由于视频在压缩编码的时候用到的DCT变换是基于块的,以及帧内帧间编码都是基于宏块划分的。
(3)使变换系数所代表的频率分量由高到低排列,增加连零的个数,提高变字长游程编码效率,将二维8×8 变换系数排列成一维1×64 数据串。
对于隔行扫描图象,可以采用交替的“之”字形扫描。
.流程图:4、MEPG标准为了更有效的去除空间、时间、符号间冗余,定义了三种图像类型:I帧、P帧、B帧。
(1)对比I帧、P帧、B帧压缩编码方式的相同和不同。
(2)画出三种帧的排列顺序示意图。
答:(1)I帧是帧内编码帧,它是一个全帧压缩编码帧。
它将全帧图像信息进行JPEG压缩编码及传输;它与B帧、P帧不同之处在于:I帧是传送的是原始参考图像,数据量较大,而B帧、P帧是预测帧,传送的是预测差值和运动矢量。
北邮阶段作业数字通信原理全

北邮阶段作业数字通信原理全一、引言数字通信原理是现代通信领域的基础知识之一,它涉及到数字信号的产生、传输和接收等方面。
本文将详细介绍北邮阶段作业数字通信原理全的相关内容。
二、数字信号的产生1. 数字信号的定义:数字信号是在时间和幅度上都离散的信号,由一系列离散的数值组成。
2. 数字信号的产生方式:数字信号可以通过模拟信号的采样和量化得到。
采样是将连续时间信号在一定时间间隔内进行取样,量化是将取样得到的信号幅度量化为离散的数值。
三、数字信号的传输1. 数字信号的编码:为了在传输过程中提高抗干扰能力和传输效率,数字信号需要进行编码。
常用的编码方式有非归零码、曼彻斯特编码等。
2. 数字信号的调制:为了适应不同的传输介质和传输距离,数字信号需要进行调制。
常用的调制方式有频移键控调制(FSK)、相移键控调制(PSK)等。
四、数字信号的接收1. 数字信号的解调:接收端需要对接收到的信号进行解调,将其转换为原始的数字信号。
解调的方式要与发送端的调制方式相匹配。
2. 数字信号的恢复:解调后的信号可能会受到噪声的影响,接收端需要进行信号恢复,以减小误码率。
常用的信号恢复技术有前向误差纠正(FEC)等。
五、数字通信系统的性能指标1. 误码率:衡量数字通信系统传输过程中出现误码的概率,通常以比特误码率(BER)来表示。
2. 带宽效率:衡量数字通信系统在单位带宽上能传输的信息量,通常以比特每秒每赫兹(bps/Hz)来表示。
3. 信噪比:衡量数字通信系统中信号与噪声的强度比值,通常以分贝(dB)来表示。
六、案例分析以北邮阶段作业数字通信原理全为例,我们可以通过以下步骤来实现数字通信:1. 信号产生:通过模拟信号的采样和量化,得到数字信号。
2. 信号编码:选择合适的编码方式,如非归零码,对数字信号进行编码。
3. 信号调制:选择合适的调制方式,如频移键控调制,将编码后的信号调制到载波上。
4. 信号传输:将调制后的信号通过传输介质传输到接收端。
数字通信原理第二版课后习题答案 第4章

即 n =1, k = 3 31 。 根据带通信号的抽样定理,理论上信号不失真的最小抽样频率为
3 k f s = 2 B(1 + ) =2 × 3100 × ( 1 + )= 6800 Hz n 31
13
12
《通信原理》习题第四章
n×
1 1 + =0.3,可求得 n ≈ 3.2,所以量化值取 3。故 c5 c6 c7 c8 =0011。 64 3.93 所以输出的二进制码组为 11100011。 习题 4.8 试述 PCM、DPCM 和增量调制三者之间的关系和区别。 答:PCM、DPCM 和增量调制都是将模拟信号转换成数字信号的三种较简单和
图 4-2 习题 4.4 图
习题 4.5 设有一个均匀量化器,它具有 256 个量化电平,试问其输出信号量噪 比等于多少分贝? 解:由题意 M=256,根据均匀量化量噪比公式得
(S
q
N q )dB = 20 lg M = 20 lg 256 = 48.16dB
习题 4.6 试比较非均匀量化的 A 律和 µ 律的优缺点。 答:对非均匀量化:A 律中,A=87.6; µ 律中,A=94.18。一般地,当 A 越大时, 在大电压段曲线的斜率越小,信号量噪比越差。即对大信号而言,非均匀量化的 µ 律 的信号量噪比比 A 律稍差;而对小信号而言,非均匀量化的 µ 律的信号量噪比比 A 律稍好。 习题 4.7 在 A 律 PCM 语音通信系统中,试写出当归一化输入信号抽样值等于 0.3 时,输出的二进制码组。 解:信号抽样值等于 0.3,所以极性码 c1 =1。 查表可得 0.3 ∈ ( 1 3.93 , 1 1.98 ) , 所以 0.3 的段号为 7, 段落码为 110, 故 c2 c3c4 =110。 第 7 段内的动态范围为: (1 1.98 − 1 3.93) 1 ≈ ,该段内量化码为 n ,则 16 64
北京邮电大学 数电 数字第四章辅导材料part2-2010-1-7介绍

a
&
Q
a b
b c
&
Q
(a)
c
(b) 题图 4.2
1
解:下一状态方程与上题相同,即: Q n +1 = b + c + aQ n 输出波形如图解 4.2 所示:
a
b
c
图解 4.2 4-3 由与或非门构成的触发器如题图 4.3 所示,当 G=1 时,触发器处于什么状态?当 G=0
J
Qn
K
T 0 0 0 1 1 0 1 1
图解 4.9 得到 T = J Q n + KQ n 由此可得逻辑图如图解 4.10 所示:
&
≥1
&
5
图解 4.10
(2)
T→D
∵ Q n +1 = T ⊕ Q n = T Q n + TQ n
(T 触发器)
Q n +1 = D
(D 触发器)
∴ D = T ⊕ Qn ⇒ T = D ⊕ Qn
(D 触发器) (JK 触发器)
∴ 可得J = D, K = D 由此可得逻辑图如图解 4.7(a)所示:
图解 4.7(a)
(2)
JK → T
∵ Q n +1 = T ⊕ Q n = T Q n + TQ n 而Q n +1 = J Q n + KQ n
(T 触发器) (JK 触发器)
可得: ∴ 可得J = K = T 由此可得逻辑图如图解 4.7(b)所示:
4-6 列表小结 RS、D、JK 和 T 触发器的状态方程、状态表以及功能表。
数字通信原理第四章课件

B 1 Hz
τ
(4.6)
忽略第一零点以外的频率分量,则门函数的最高频率(截止频
率) f H 为 100 Hz 。由抽样定理可知,奈奎斯特抽样速率为
f s 2 f H 200 Hz
《通信原理课件》
宽平稳随机信号的抽样定理
对于一个携带信息的基带信号,可以视为随机基带信号。若 该随机基带信号是宽平稳的随机过程,则可以证明:一个宽 平稳的随机信号,当其功率谱密度函数限于 fH 以内时,若以 不大于1 2fH 秒的间隔对它进行抽样,则可得一随机样值序 列。如果让该随机样值序列通过一截止频率为 fH 的低通滤波 器,那么其输出信号与原来的宽平稳随机信号的均方差在统 计平均意义下为零。也就是说,从统计观点来看,对频带受 限的宽平稳随机信号进行抽样,也服从抽样定理。
➢在衡量量化器性能时,单看绝对误差的大小是不够的,因为
信号有大有小,同样大的量化噪声对大信号的影响可能不算
什么,但对小信号却可能造成严重的后果,因此在衡量量化
器性能时应看信号功率与量化噪声功率的相对大小,用量化
信噪比表示为
S E x2
Nq E m mq 2
(4.18)
其中,S 表示输入量化器的信号功率, Nq 表示量化噪声功率。
产生,称为量化误差,用 ekTs 表示:
ekTs = mq kTs mkTs
其中,Ts 表示抽样间隔。 mkTs 为抽样值, mq kTs 为量化值。
➢量化后的信号 mq kTs 是对原来信号 mkTs 的近似,最大的量化误差不超
过半个量化间隔 Δ/ 2 。当量化值选择适当时,随着量化级数的增加,可 以使量化值与抽样值的近似程度提高,即量化误差减小。
因此将PAM信号转换成PCM信号之前,将幅度连续的PAM信 号利用预先规定的有限个量化值(量化电平)来表示,这个 过程叫“量化”。
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图4.21单片集成编解码器构成的PCM30/32路系统方框图
»① •
本方案的帧同步系统共有三种时标脉冲, 即读出时标脉冲Pr,比较时标脉冲Pc以及监 视码时标脉冲Pm。
• • •
a.读出脉冲Pr 在同步系统中,首先要解决帧同步码的检 出,而帧同步码检出应在规定时间完成。 b.比较时标Pc
•
•
在帧同步时,Pc=偶帧· TS0· D8· CP,即在偶 帧TS0D8时间产生Pc。
•
• T后=(n-1)Ts
» 3.
» (1) 帧同步系统的工作流程图
•
根据ITU-T的G.732建议画出如图4.15所示的 帧同步系统工作流程图。图中A表示帧同步状 态;B表示前方保护状态;C表示捕捉状态;D 表示后方保护状态。
图 帧 同 步 系 统 工 作 流 程 图
4.15
» (2) 帧同步系统方框图及其工作原理
» (3) 帧同步码的识别检出方式
a.逐位比较方式:接收端产生一组与发送端 插入的帧同步码组相同的本地帧码,在识别电 路中使本地帧码与接收的PCM序列码逐位进行 比较。 • b.码型检出方式:接收端设置一个移位寄存 器,该寄存器的每级输出端的组合是按发送的 帧同步码型设计的,当接收的PCM序列中帧同 步码全部进入移存器时才能有识别检出脉冲。
» (3)
•
路脉冲是用于各话路信号的抽样和分路以 及TS0、TS16路时隙脉冲的形成等。
» (4)
•
TS0路时隙脉冲用来传送帧同步码;TS16路 时隙脉冲用来传送标志信号码。TS0、TS16路时 隙脉冲的重复频率为8kHz,脉宽为8比特, 0.488μs×8=3.91μs。
的图 位 脉 冲由 发环 生行 器移 极位 其寄 输存 出器 波组 形成 4.13
假同步:失步后再捕捉过程中误把信息码当做同步码 前方保护:避免假失步 后方保护:避免假同步
前方保护? 后方保护?
图4-6 带有保护电路的同步系统框图
» 4. 对帧同步系统的要求以及有关问
题的讨论
•
•
(1) 同步性能稳定,具有一定的抗
•
• •
(2) (3) (4) 构成系统的电路简单。
c.监视码时标Pm
图4.16 一种帧同步系统方框图
» ② 帧同步码的检出
•
检出电路由8级移位寄存器与检出 门组成。
» ③ 前、后方保护与捕捉
•
系统是否同步,采用比较时标Pc与 帧同步时标Ps在时间上进行比较的方法。
图4.17 帧同步码组检出
图 帧 同 步 系 统 的 时 间 图
4.18
» 4. •
»
» 4.1.4 时分多路复用系统中的帧同步
» 1. 帧同步的概念
•
帧同步的目地是要求收端与发端相 应的话路在时间上要对准,就是要从收 到的信码流中分辨出哪8位是一个样值 的码字,以便正确地解码;还要能分辨 出这8位码是哪一个话路的,以便正确
» 2.
• PCM复用系统为了完成帧同步功能,在
接收端还需要有两种装置:一是同步码 识别装置,二是调整装置。 • 同步码识别装置用来识别接收的PCM信 号序列中的同步标志码位置; • 调整装置的作用就是当收、发两端同步 标志码位置不对应时,对收端进行调整 以使其两者位置相对应。 • 这些装置统称为帧同步电路。
• (1) 帧同步码的选择
使伪同步码出现的概率最小 • (2) • 所谓帧同步码插入的方式是指在发送端同 步码是怎样与信息码合成的。通常有两种插入
• • •
a.分散插入:r位同步码组分散地插入到信 b.集中插入:r位同步码组以集中的形式插 这两种插入方式的示意图如图4-7所示。
图4-7 同步码插入的两种方式
•
路时隙:和路的PAM信号每个样值所 允许的时间间隔(tC=T/n)
•
位时隙:1位码占用的时间 (tB=tC/l)。
•
4.1.3 时分多路复用系统中的位同步 • 数字通信的同步是指收发两端的设备 在指定的时间协调一致地工作,也称为定 时。 • 位同步就是码元同步、时钟同步。 • 所谓时钟同步是使收端的时钟频率与 发端的时钟频率相同。
» (1)
•
平均失步时间是指帧同步系统真正失步 开始到确认帧同步业已建立所需要的时间。 它包括失步检出、捕捉、校核三段时间。其 中捕捉和失步检出时间是主要的。
m m Ts 1 mp
m : 前方保护计数 1 l p ( ) , l为帧同步码位数 2
» (2) 误失步平均时间间隔
•
误失步平均时间间隔是帧同步系统可靠 性的指标,希望误失步平均时间间隔越长越 好。
采用帧同步方法可以解决以上问题。
•
•
» 1. PCM30/32路系统帧同步的实现方法 •
PCM30/32路系统的帧同步码是采用集中插入 方式的。 » 2. 前、后方保护 » (1) • 前方保护是为了防止假失步。
• T前=(m-1)Ts
» (2)
•
PCM30/32路系统的同步捕捉方式是采用 逐步移位捕捉方式。 • 从捕捉到第一个真正的同步码到系统进入 同步状态这段时间称为后方保护时间,可表 示为:
图4-1时分制示意图
抽样器 和路器
分路器
图4-2 时分多路复用示意图
要求:SA1、SA2同频同相, 收发端严格同步
低通: » 4.1.2 PCM时分多路通信系统的构成 0.3~3.4kHz
记忆一个路时 隙并展宽
采样频率: fs=8kHz 图4-3 PCM时 分多路复用通信系统的构成
几个基本概念 帧:抽样时各路信号每轮一次抽样的 总时间(即开关旋转一周的时间),也就 是一个抽样周期(tF=T)。
T误失步
Ts ( Pel ) m
m : 前方保护方保 Pe : 误码率,l:帧同步码位数
例:m 3, Pe 10 , l 7, Ts 250us T s 25010 6 11 T误失步 年 6 3 7.3 10 s 23000 m (10 7 ) ( Pel )
在PCM信码流中,不可避免地随机地形成 与帧同步码相同的码组,即伪同步码组。
• 要求:伪同步概率小,码位数适当
• 7位,码型为0011011,集中插入方式
图
4.19PCM
综 合 码 流 分 区 图
» 5. 帧同步系统性能的近似分析
•
衡量帧同步系统性能的主要因素有:
• 平均失步时间 • 误失步的平均时间间隔。
图4-4逐步移位法同步电路原理图
图4-5逐步比较移位过程说明
» 3. 帧同步系统中的保护电路
•
由前述工作原理可以知道,帧同步系统总
是处于检测和比较状态,即使系统是正常同
步工作状态也要进行检测和比较。加入保护
电路的同步系统原理框图如图4-6
捕捉时间:失步检出到重新回到同步的时间
假失步:同步码误码引起误判失步
6
» 四、 PCM30/32路系统的构成
•
在前面讨论的抽样、量化、编码以及时分 多路复用等基本原理的基础上,下面介绍 PCM30/32路系统方框图。图4.20为集中编码方 式PCM30/32路系统方框图,图4.21为单片集成 编解码器构成的PCM30/32路系统方框图。
图4.20集中编码方式PCM30/32路系统方框图
几个标准数据 帧周期125us,帧长:32*8=256bit 路时隙:tc=T/n=125/32=3.91us 位时隙:tB=Tc/l=3.91/8=0.448us 数据率:fB=1/tB=1/0.448us=2.048Mbps
» 4.2.2 PCM30/32路定时系统 •
定时系统产生数字通信系统中所需要的各种 a.供抽样与分路用的抽样脉冲(也称为路脉 b.
» 2. 收端定时钟提取
•
接收端定时系统与发送端定时系统
基本相同,不同之处是它没有主时钟
源(晶体震荡器),而是由时钟提取 电路代之。时分多路复用系统的一个 重要问题是同步问题(即位同步、帧 同步和复帧同步)。
图4.14 谐振槽提取定时钟的方框图
» 4.2.3 PCM30/32路帧同步系统
•
•
a.要能从收到的信码流中,分辨出哪8位码 是一个抽样值所编的码字,以便能正确解码; b.还要能分辨出每一个码字(8位码)是属
3.11
» (1) 时钟脉冲
•
时钟频率的频率稳定度一般要求
小于50×10-6,即允许2048kHz的误 差应在±100kHz以内,其占空比为 50%,即脉冲宽度占重复周期的一 半。
图4.12 由晶体震荡器组成的时钟脉冲发生器
» (2)
•
位脉冲用于编码、解码以及产生路脉冲、 帧同步码和标志信号码等。
图4.9 PCM30/32路系统帧结构
• (1) 30个话路时隙:
TS1~TS15,TS17~TS31 • (2) 帧同步时隙: TS0 ,分奇偶帧
偶帧:发送同步码 奇帧:发送帧失步告警码
• (3) 信令与复帧同步时隙:TS16
抽样频率500Hz,周期2ms,一路码长4bit; 15帧传送30路的信令码+1帧传送复帧同步码 和复帧对告码
第四章 时分多路复用及PCM30/32路系统
1
时分多路复用通信 PCM30/32路系统
2
4.1
•
时分多路复用通信
» 4.1.1 时分多路复用的概念
1.目前多路复用方法中用得最多的有两大 类:频分多路复用(FDM)和时分多路复用 (TDM)。 2. • 所谓时分多路复用(即时分制)是利用各 路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征 来分开各路信号的。
•
• •
c.
» 1. 发端定时系统
•
此方框图主要由时钟脉冲发
生器、位脉冲发生器、路脉冲 发生器、TS0和TS16路时隙脉冲发 生器以及复帧脉冲发生器等部 分组成。