数字通信第七章习题答案07-2-16

数字通信第七章习题答案07-2-16
第七章习题答案：
7-1 数字通信系统的同步包括哪几种？它们都有什么用处？
答：从同步的功能和作用角度划分，数字通信系统的同步可分为载波同步、位同步(码元同步)、帧同步(群同步)以及网同步(通信网络中使用)四大类。

在数字调制解调系统中，当采用相干解调或相干检测时，接收端必须获得一个与发送端调制载波同频同相的相干载波，此时就需要采用载波同步实现；在数字通信系统中，不管是基带传输，还是频带传输(相干或非相干解调)，都需要位同步，即在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列；如果信息是以分组的形式构成的，或者消息是以固定数目的码元构成的，就需要采用帧同步技术，在接收端产生与“字”、“句”和“帧”起止时刻相一致的定时脉冲序列；而在数字通信网中，为了可靠而有效地实现整个通信网内时间的统一，需要采用网同步技术。

7-2哪几种载波同步提取方法中有相位模糊问题?为什么会出现相位模糊问题?它对模拟和数字通信各有什么影响?
答：载波同步技术中的平方变换法、同相—正交环法都存在相位模糊问题。

“相位模糊”是由于二分频电路处理不当，使f0信号倒相造成的。

相位模糊对模拟通信关系不大，因为人耳听不出相位的变化。

但对数字通信的影响就不同了，它有可能使2PSK相干解调后出现“反向工作”的问题。

7-3 插入导频法用在什么场合？插入导频为什么要用正交载波？
答：插入导频法应用在无法从接收信号中直接提取载波或难以从已调信号中分离出载波的场合。

如果在发送端插入的不是“正交导频”，而是同相载波，则接收端解调增加了一个直流分量，这个直流分量将通过低通滤波器对数字信号产生不良影响。

因此，发送端导频应采用正交插入的方式。

7-4 对抑制载波的双边带信号，试叙述用插入导频法和直接法实
现载波同步各有什么优缺点。

答：插入导频法是在发送端发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端可提取导频，作为相干载波的方法；而直接法是接收端从收到的发送信号中直接（或经变换）提取相干载波的方法。

插入导频法由于需要传输独立的同步信号，因此比直接法要付出额外的功率和频带。

7-5 位同步提取电路有哪几种方法?各有什么样的特点?
答：采用插入导频法实现位同步时可以在接收端利用包络检波器和窄带滤波器进行包络检波得到位同步信号，也可以利用锁相环提取同步。

其特点是接收端的提取位同步电路比较简单，
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但是，由于发送导频信号要占用部分发射功率，从而降低了传输的信噪比，减弱了系统的抗干扰能力。

采用自同步法实现位同步时提取电路可以由窄带滤波器或锁相环路实现，它的作用是滤除噪声和其他谱分量，提取纯净的位同步信号。

7-6位同步的主要性能指标是什么？在插入导频法数字锁相法的位同步系统中这些指标都与哪些因素有关？
答：位同步系统的主要性能指标有相位误差(精度)、同步建立时间、同步保持时间和同步带宽。

采用数字锁相法提取位同步信号时，只要随机噪声引起的相位抖动比起调整一步的相位来小得多，就认为相位误差主要是由位同步脉冲的相位离散式调整所引起的。

最大相位误差为2/n π弧度，要想减少相位误差，必须增加分频次数n 或提高晶体振荡的频率。

同步建立时间是指失去同步后重建同步所需的最长时间，即：2()s t T N nT s =?=。

晶振频率越低，分频次数n 越小，同步建立时间就越短。

同步保持时间是指由同步到位同步提取电路输出的正常位同步信号中断为止的这段时间，其参数指标给定后对收发两端振荡器频率稳定度有一定要求。

同步带宽是指位同步频率与码元速率之差，即max 0/2s f F F n ?=?=。

这个差值越小系统性能越好，当这个差值超过一定范围，接
收端位同步脉冲的相位就无法与输入信号的相位同步。

7-7 帧同步电路有哪几种方法?简要说明它们的基本原理及其特点。

答：实现帧同步的方法有多种，其中常用的有：起止式同步法、加高或加宽式同步法和插入特殊码组实现的帧同步法。

插入特殊码组法又包括连贯插入法和间歇式插入法两种。

起止式同步法用5个码元代表一个字母（或符号），在每个字母开始时，先发送一个码元宽度的起脉冲（负值），再传输5个信息码，接着再发送一个1.5倍码元宽度的止脉冲（正值），接收端根据1.5个码元宽度的正电平第一次转到负电平这一特殊规律，确定一个字的起始位置，从而实现帧同步。

这种同步方式效率较低。

加高式或加宽式同步法是在二进制数字序列中每组信码前增加一个幅度或宽度特别大的帧同步脉冲。

这种方法具有容易产生和提取同步脉冲的优点，但由于其抗干扰性较差，在起伏噪声影响下，容易出现误选或漏选现象。

它较加高式同步法抗干扰性能要好，但同步脉冲的加宽却影响了其传输效率。

连贯式插入法就是在每帧（或群）的开头集中插入帧同步码组的方法。

而间歇式插入同步码法是每隔一定数量的信息码元，插入一个帧同步码元的方法。

这种方法具有抗干扰能力强的优点和同步恢复时间长、设备比较复杂的缺点。

7-8群同步的性能指标有哪些？为什么连贯式同步建立的时间比间歇式同步建立的时间快？
248 答：群同步的性能指标有漏同步概率P 1、假同步概率P 2和帧同步平均建立时间t s 三个。

同步建立时间是指系统从确认失步开始搜捕起，一直到重新进入同步工作状态止的这段时间。

对于连贯式插入法帧同步方案，当漏同步和假同步都不发生时，在最不利的情况下，实现帧同步最多需要一帧的时间。

设每帧由N 个码元数构成，每个码元的时间宽度为T b ，则一帧的时间为NT b 。

考虑到每出现一次漏同步或假同步大约需要花费一帧（NT b ）时间，故帧同步平均建立时间为 12(1)s b t P P NT =++。

对于间歇式插入法，其平均建立时间经过分析计算可得2s b t N T
≈。

比较两式可以看出，连贯式插入法的平均同步建立时间较间歇式插入法短得多。

7-9 什么是假帧同步?什么是假失步?它们是如何引起的?怎样克服?
答：在消息码中出现与所识别的同步码组相同的码组，被识别器误认为是同步码组识别出来，形成假同步信号，称为假帧同步。

由于干扰的影响引起同步码组中的一些码元发生错误，从而使识别器漏识别己发出的同步码组，称为假失步。

最常用的保护措施是将帧同步的工作划分为两种状态：捕捉态和维持态。

捕捉态：判决门限提高，判决器容许帧同步码组中最大错码数就会下降，假同步概率下降；维持态：判决门限降低，判决器容许帧同步码组中最大错码数就会上升，假失步概率下降。

7-10 若7位巴克码1110010为帧同步码，设巴克码前后为数字码流，“1”、“0”码等概率出现，且误码率为P e ，求假同步概率（设m =0）和漏同步概率。

解：m =0，n =7，故
假同步概率： P 2=(1/2)7
漏同步概率: 101(1)m r r n r n r P C
p p -==--∑=1-P e (1-P e )7
7-11 传输速率为1kbit ／s 的一个通信系统，设误码率P e =10—4，帧同步采用连贯式插入的方法，
同步码组的位数n =7，试分别计算最大误码率m =0和m =1时，漏同步概率P 1和假同步概率P 2各为多少?若每帧中的信息位数为153，估算同步的平均建立时间。

解：由已知P e =10—
4，n =7，当m =0时，
漏同步概率P 1=1-P e (1-P e )7=1-10-4（1-10-4）7
假同步概率P 2=(1/2)7
当m =1时，
漏同步概率P 1=1-P e (1-P e )7-7 P e (1-P e )6- =1-10-4（1-
10-4）7-7×10-4（1-10-4）6
249 假同步概率P 2=(1/2)7（1+7）=1/16
NT b =（153+7）/103=0.16
同步的平均建立时间12(1)s b t P P NT =++ =（1+P 1+P 2）×0.16
7-12 若将7位巴克码组的前后全为“1”序列，加入到7位巴克码识别器的输入端，且各移位寄存器的初始状态均为零，试画出识别器的输出波形。

解：参考7.4.3连贯式插入法章节中图7-22“7位巴克码识别器的输入输出波形”。

7-13 设一数字通信网采用水库法进行码速调整，已知数据速率为32Mb/s ，存储的容量2n =200位，时钟的频率稳定度为1010f f
-?±= 试计算每隔多少时间需要对同步系统校正一次？
解：由已知S=10-10，2n =200，f =32×106 b/s ，则利用水库法计算的基本公式得
T=n /(f S)=100/(32×106×10-10×3600)≈8.6(h)
每隔大约8天需要对同步系统校正一次。