第10章模拟信号的数字传输
通信原理简答题及答案
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。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见：量化电平增加一倍，即编码位数每增加一位， 量化信噪比提高6分贝。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号，大信号出现概率大，故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB）
对于语音信号，小信号出现概率大，故量化信噪比近 似为
取样定理描述：一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ，如果取样速率
fs
2
f
，则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明：
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第６章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强，远距离传输时可消除噪声积累 差错可控，利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中； 易于集成化，使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号； 图像信号； 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶；每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △Ｍ系统中的噪声
采用△Ｍ实现模拟信号数字传输的系统称为△Ｍ系统
△Ｍ系统中引起输出与输入不同的主要原因是：量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
模拟信号的数字传输
采用均匀量化器提高信噪比的方法是减小量化噪声，也就是减小量化间隔，但在一定信号动态范围内，减小就意味着增加量化级数，使编码的总码率增高，给传输带来不利。为了提高小信号的输出信噪比，最佳方法是采用非均匀量化。即小信号时小，大信号时大。
4.3.2 非均匀量化 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小，反之，量化间隔就大。这样可以提高小信号时的量化信噪比，适当减小大信号时的量化信噪比。
带通信号的最小抽样频率
实际抽样 理论上， 抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 模拟信号 实际上， 抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 模拟信号
自然抽样
自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。
理想抽样信号波形及其频谱
自然抽样与理想抽样的频谱非常相似，也是由无限多个间隔为ωs的M（ω）频谱之和组成。第一零点带宽B=1/τ
量化器
m(kT)
mq(kT)
定义：把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。
A
C
B
量化间隔Δ取决于输入信号的变化范围和量化级数。
每个量化区间的量化电平通常取在各区间的中点，通过量化，无穷多个幅度的取值变成了有限个量化电平。
均匀量化
量化器
ui(nT)
uo(nT)
4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
上
下
…
…
f
下
2fS
3fS
下
下
-fm
-fL
fs-fL
fs-fm
fs+fL
2fS-fm
2fS-fL
2fS+fm
通信原理(第六版)课后思考题及习题答案
第一章绪论1.1以无线广播和电视为例，说明图1-1模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。
收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。
他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。
1.4数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。
其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。
第九章—模拟信号的数字传输
3 脉冲振幅调制
脉冲调制原理
脉冲调制的概念：脉冲调制是采用时间上离散的脉冲 串作为载波，用基带信号去改变脉冲参数（幅度、宽度、 时间位置）。脉冲调制传送的是基带信号的一系列抽样 值。由于脉冲序列的参数随模拟基带信号的抽样值连续 地变化，所以，脉冲调制仍属于模拟调制。 脉冲调制的分类：按基带信号改变脉冲参数的不同， 把脉冲调制又分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM） 和脉位调制（PPM）等，其调制波形如下页图所示
4
2 抽样定理（续）
证明:低通抽样定理
) 假设采用周期性冲击函数 T (t，按抽样定理描述的抽样间 隔对 0, f H 赫内的模拟信号 m(t ) 进行抽样，则已抽样信号及其频 谱为
ms (t ) m(t ) T (t )
1 M ( ) T ( ) M s ( ) 2 1 2 M ( ) ( nS ) 2 T n
T , L H H ( ) 其他 0,
那么当已抽样信号的频谱不发生混迭时，用该滤波器即可滤 出原信号的频谱：即 M s ( ) H ( ) M ( ) 从而可恢复出原信号的频谱
9
2 抽样定理（续）
如何选取抽样频率 f s (或s） ？选取抽样率的原则是使已抽 样信号的频谱不发生重叠。 若要求 m(t ) 的频谱正向移动n个 s时不与原频谱相互混叠，则 应满足： H ns H 若要求 m(t ) 的频谱正向移动（n-1）个 s 时不与原频谱相互混叠，
17
3 脉冲振幅调制（续）
m(t)
采样门
s(t) (a)
曲顶抽样 ms (t) M s ()
H() m(t)
采样门
δ T(t) (b)
通信原理重点
第一章绪论1、信息是消息的内涵，即消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。
因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。
基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。
2、凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号，均称为模拟信号，如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。
模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1 - 2(b)所示的抽样信号。
O f (t)t(a)f (nT )tPAM信号(b)O100110111001Of (nT )t00111001数字信息PSK波形(a)(b)(a) 连续信号； (b) 抽样信号 (a) 二进制波形； (b) 2PSK波形凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号，均称为数字信号，如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。
数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散，如图 1 - 3(b)所示的2PSK信号。
3、经过调制以后的信号称为已调信号。
已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
4、数字通信的主要特点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累。
以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。
信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会发生波形畸变，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两个状态中的哪一个。
只要噪声的大小不足以影响判决的正确，就能正确接收。
而模拟通信系统中传输的是连续变化的模拟信号，它要求接收机能够高度保真地重现信号波形，如果模拟信号叠加上噪声后，即使噪声很小，也很难消除它。
此外，在远距离传输，如微波中继通信时，各中继站可利用数字通信特有的判决再生接收方式，对数字信号波形进行整形再生而消除噪声积累。
第十章_调制解调器
3.2调制解调器的原理及功能
一般人的语音频率范围是300—3400Hz，为了进 行话音信号在普通的电话系统中传输，在线路上 给它分配一定的带宽，国际标准取4KHz为一个标准话 路所占用的频带宽度。在这个传输过程中：语音信号 以300—3400Hz频率输入，发送方的电话机把这个语 音信号转变成模拟信号，这个模拟信号经过一个频分 多路复用器进行变化，使得线路上可以同时传输多路 模拟信号，当到达接收端以后再经过一个解频的过程 把它恢复到原来的频率范围的模拟信号，再由接收方 电话机把模拟信号转换成声音信号。
调制与解调
采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信 号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目 的是便于线路复用，以便提高线路利用率。 进行调制时，常把正弦信号 Asin(t + )作为基准信号 或称载波信号。任何载波信号都有三个特征：振幅，频率和 相位。 基于载波信号的三个主要参数，可以 把调制方式分为
2．按传输速率分类
（1）低速MODEM。传输速率在600bit/s以下。 （2）中速MODEM。传输速率在1200bit/s－9600bit/s之间。 （3）高速MODEM。传输速率在9600bit/s以上。
3.4调制解调器的分类 3．按调制方式分类 （1）频移键控（FSK）MODEM。用于远程终端之类的 低速接口传输。 （2）相移键控（PSK）MODEM。用于中速传输。
频率调制(频移键控方式) 频率调制FSK： 频率调制简称调频制，是用数字的基带 信号控制正弦载波信号的频率。它把振幅和相位定为常量 ，而频率为变量，每一种频率值代表一种信息元。这个方 法叫做频移键控FSK。如图所示。
FSK方式的抗干扰能力优于ASK，在音频线路中，传输 速率也只有1200bit/s。FSK还常用于高频无线传输。
通信原理课件：模拟信号的数字传输
数字信号传输过程中的误差
讨论数字信号传输过程中的量化误差、信道误差和解调误差，并探索如何降 低这些误差。
数字信号传输过程的相关参数
介绍采样率、量化位数和信噪比等与数字信号传输相关的重要参数，并解释它们的意义和影响。
数字信号传输的应用
探索数字音频的传输、视信号的数字传输以及数字通信系统在各个领域的应 用。
结论与总结
总结数字传输技术的优势与不足，并展望未来数字传输技术的发展趋势。
通信原理课件：模拟信号 的数字传输
模拟信号的数字传输是通信原理中的重要概念。通过将模拟信号转换为数字 信号，我们可以实现更高的传输效率和更低的传输误差。
模拟信号的数字传输概述
模拟信号与数字信号的差异以及模拟信号的数字传输的必要性。探讨模拟信 号的数字PCM）、Δ-调制（Delta）和组合型编码（DPCM）等常用的模拟信号数字化方法。
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0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
段内码的权值：
C5的权值 —— 8 ΔVi C6的权值—— 4 ΔVi C7的权值 —— 2 ΔVi C8的权值 —— 1 ΔVi
ΔVi ——第 i 段的量化间隔 。 不同段落， ΔVi 不同 。前两段相同
§10.5.3 电话信号的编译码器
(2)在实际应用中一般取 f s (2.5 ~ 3) f H
§10.4
模拟信号的量化
§10.4. 1 量化原理
—— 用 有限个 量化电平 表示 无限个 抽样值。
分层 电平
mi
量化 电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化 间隔
抽样值
量化信号值
§10.4. 2 均匀量化
——等间隔划分输入信号的取值域
B f H f L 0.4MHz
f H 252 B 0.25B k f s 2 B(1 ) 800.8kHz n
f L 与 f s 的关系曲线
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
10.3模拟脉冲调制
脉幅调制（PAM)
理想抽样 实际抽样
自然抽样
平顶抽样
理想抽样：抽样脉冲序列为理想的冲击脉冲序列。
第10章
模拟信号的数字传输
10.1 模拟信号数字传输系统的原理框图
模拟 信息源
A/D
数字通信 系统
D/A
信宿
信源编码
信源译码
波形编码 语音编码 参量编码
10.2 模拟信号的抽样
抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础
抽样的物理过程
10.2.1低通模拟信号的抽样定理
定理：一个频带限制在(0, f H ) 内的低通信号 m(t )，如果 可无失真的恢复出 m(t )
频谱表达式：
Ms ( f ) M ( f ) S( f )
信号恢复：
Ts n
Sa (2 f H ) M ( f 2nf H )
ms (t )
LPF
m(t )
自然抽样的波形和频谱
m(t )
0
M( f )
t
f
s(t )
1
0
t
t
1
1
1
1
自然抽样与理想抽样的关系
抽样值
设抽样信号 的取值范围
[a,b]
量化值
量化噪声
eq mk - mq
量化电平数
M
则量化间隔
ba v M
分层电平（端点）
量化电平（中点）
信号量噪比 S/Nq
eq mk - mq
——量化器的性能指标之一 的均方值---量化噪声功率为：
量化噪声
mk = m(kTs ) mq = mq (kTs )
10.3.2平顶抽样
m(t )
ms (t )
脉冲形 成电路
mq (t )
T (t )
若 Q( f ) 为矩形脉冲形成电路
Q( f )
mq (t )
0
t
理想抽样后：
令fs 2 f H
恢复 m(t ) 的方法：
Mq ( f )
1
Ms ( f )
Q( f )
LPF
M( f )
注： (1)平顶抽样信号多采用抽样保持电路
1 M ( f ) ( f nf s ) n Ts 1 M ( f nf s ) Ts n
频谱图
M( f )
- fH
fH
T ( f )
fs 2 fH
fs
fs
0 Ms( f )
f
讨论：
fs 2 fH
fs 2 fH
信号mk 的平均功率：
输入样值信号 的概率密度
信号量噪比——信号功率与量化噪声功率之比 ：
解：量化噪声功率
Nq E (m mq ) a ( x mq ) f ( x)dx
2 2 a
1 (V )2 S x dx M 2 a 2a 12
—— 编码的实现
任务 —— 把每个样值脉冲编出相应的 8 位二进码。
11110011…
就送出 一个 PCM 码组
每来 一个 样值 脉冲
各部件的功能：
PAM信号
极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码： C1 整流器：双单（样值 的幅度大小）。
1，样值为正 0，样值为负
保持电路：使每个样值的幅度在 7 次比较编码过程中保持不变。 比较器（核心）：将样值电流 Is与标准电流 Iw 进行逐次比较，
C1 极性码
C2C3C4 段落码
C5C6C7C8 段内码
极性码：表示样值的极性。正编“1”，负编“0”
段落码：表示样值的幅度所处的段落
段内码：16种可能状态对应代表各段内的16个量化级
表10-5 段落码
段落序号 i =1 ~8 段落码 C 2 C 3 C4
量化级 序号
表10-6 段内码
C5 C6 C7 C8
§10.5.2 常用二进制码
表
10 │ 4
—— 编码考虑的问题之一
样值脉冲极性 量化级序号 自然二进制码 折叠二进制码 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1
段内 码 量化级 序号
C5 C6 C7 C8
段 内 码
8 7～ 6 5 4 3 2 1
1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
15 14 13 12 11 10 9 8
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
7 6 5 4 3 2 1 0
以f s 2 f H 的速率进行均匀抽样，则由抽样序列 m(nTs )
M( f )
fs 2 fH
1 Ts 2 fH
Nyquist抽样速率 Nyquist抽样间隔
- fH
fH
低通抽样定理的证明：
时域图
m(t )
时域表达式：
T (t )
ms (t )
m( t )
t
T ( t )
ms (t ) m(t ) T (t )
§10.4.3 非均匀量化
—— 量化间隔不相等的量化方法
提高小信号的量噪比
压大补小 y= f (x) 对数特性
压缩-扩张特性：
-压缩输出 -扩张输入
压缩 特性
扩张 特性
在接收端，需要采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复信号。
均匀 量化
… …
压缩 特性
ITU的两种建议：
1 . A 压缩律
a 2
1 ( x qi ) dx mi 1 2a i 1
mi 2
M
平均信号量噪比
ห้องสมุดไป่ตู้
V 2 1 ( x a iV ) dx a ( i 1) V 2 2a i 1
M a iV 3 3 2 M V V 1 V 12 24a 12 i 1 2a M
1 S a ( f ) T ( f nf s ) Ts n
2
0
2
t
令fs 2 f H
S f
Ts n
Sa (2 f H ) T ( f 2nf H )
自然抽样信号：
ms (t ) m(t ) s(t )
0
f
HL ( f )
恢复m(t)的方法
ms (t )
f fH f fH
LPF
mo (t )
1, HL ( f ) 0,
1 Ms ( f ) M ( f nf s ) Ts n
1 1 M ( f ) M ( f nf s ) Ts Ts n0 1 Mo ( f ) Ms ( f ) HL ( f ) M ( f ) Ts
m(nTs ) (t nTs )
n
Ts
ms( t )
t
t
低通抽样定理的证明：
频域表达式：
m(t ) M ( f )
1 T (t ) T ( f ) ( f nf s ) Ts n
M s ( f ) M ( f ) T ( f )
相同点：由无穷多个间隔为 f s 的 M ( f ) 叠加而成，只要 抽样速率满足要求，就可通过 LPF 恢复 m(t )。
不相同点：理想抽样的频谱被常数 1T 加权， B 。 s 自然抽样频谱的包络按 Sa 函数随频率的增 高而下降，因而带宽是有限的，且 B 。
的选择要兼顾带宽和复用路数的要求 。
类似天平称物过程
使Iw向Is逐步逼近，从而实现对信号抽样值的非均匀量化和编码。 若 Is＞Iw，输出“1”码 若 Is＜Iw，输出“0”码