通信原理-模拟信号的数字传输
樊昌信《通信原理》(第6版)(名校考研真题 模拟信号的数字传输)【圣才出品】
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
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。
樊昌信《通信原理》(第6版)-第9章 模拟信号的数字传输【圣才出品】
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。
通信原理第5章
(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
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。
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
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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
通信原理-05模拟信号的数字传输
极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4
C5C6C7C8
Q=256
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24
段号 段落码
1
000
2
001
3
010
4
011
5
100
6
101
7
110
8
111
2021/8/17
段号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
段内码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
(c)
t
f
s
1 Ts
0 (f)
f
图 7.2.3 取 样 定 理 的 时 间 函 数 和 对 应 的 频 谱 图
奈奎斯特取样速率 fs 2fH奈奎斯特取样间隔 Ts 1/ fs
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9
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M(f)
fH (d) fH Ts ( f )
f
s
1 Ts
(e)
Ms(f )
f
s
1 Ts
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输入x 1
20
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21
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22
5.1.3 编码
量化电平编号
自然二进制码
折叠二进制码
格雷码
0
0000
0111
0000
1
0001
0110
0001
2
0010
0101
0011
3
0011
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。
通信原理 第四章 模拟信号的数字化
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 mi a iv
q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理
线性预测基本原理
线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性
折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17
13折线法中采用的折叠码
通信原理(张会生)课后习题答案
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。
通信原理答案第7章
《通信原理》第七章模拟信号的数字传输习题第七章习题1f200, f 200已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=，假设以fs=300Hz的速率对m(t)0,其他f进行抽样，试画出一抽样信号m s(t)的频率草图。
解：M s()=300 nM(n600)1f200, f 200，假设以f1.已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=s=400Hz的速率0,其他f 对m(t)进行抽样，试画出一抽样信号m s(t)的频率草图。
解：M s()=400M(n800) n2.采用13折线A率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为+635单位。
试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然二进制码）解：I m=+635=512+36+27输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=11100011量化误差为271《通信原理》第七章模拟信号的数字传输习题3.采用13折线A率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为-95单位。
试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用折叠二进制码）解：-95=-（64+74+3）c5c6c7c8=0000输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=00110000量化误差为74.采用13折线A率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为折叠二进码。
试问译码器输出为多少单位。
解：I0=-(256+4.516)=-3285.采用13折线A率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为自然二进码。
试问译码器输出为多少单位解：I0=-(256+3.516)=-3126.单路话音信号的最高频率为4KHz，抽样速率为8kHz，将所得的脉冲由PAM方式或PCM方式传输。
设传输信号的波形为矩形脉冲，其宽度为，且占空比为1。
（1）计算PAM系统的最小带宽。
（2）在PCM系统中，抽样后信号按8级量化，求PCM系统的最小带宽。
通信原理—模拟信号的数字10讲
模拟信号的数字传输
编码原理
实现编码的具体方法和电路很多，如有低速编码
和高速编码、线性编码和非线性编码；逐次比较型、 级联型和混合型编码器。 这里只讨论目前常用的逐 次比较型编码器原理。 编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的 8位二进制代码。除第一位极性码外，其他7位二进制 代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。 这种编码器就是PCM通信中常用的逐次比较型编码器。
‹#›
6/17/2013
电
子
技
术
系
脉冲编码调制（PCM）
模拟信号的数字传输
抽样
PAM PCM ADPCM △M
由以上过程可知，非均匀量化（压缩及均匀量化） 和编码实际上是通过非线性编码一次实现的。经过以上 七次比较，对于模拟抽样值+1260Δ，编出的PCM码组为 1 111 0011。 它表示输入信号抽样值Is 处于第 8 段序号为 3 的 量化级，其量化电平为1216Δ，故量化误差等于44Δ。 顺便指出，若使非线性码与线性码的码字电平相等，即 可得出非线性码与线性码间的关系，如表所示。编码时， 非线性码与线性码间的关系是7/11变换关系，如上例中 除极性码外的7位非线性码1110011，相对应的11位线性 码为10011000000。
b) 确定段落码C2C3C4：
参表可知，段落码C2 是用来表示输入信号抽 样值Is处于13折线8个段落中的前四段还是后四 段，故确定C2的标准电流应选为 IW=128Δ
‹#›
6/17/2013
电
子
技
术
系
脉冲编码调制（PCM）
模拟信号的数字传输
抽样
PAM PCM ADPCM △M
通信原理(第3版)(黄葆华)章 (6)
第6章 模拟信号的数字传输终
由上述分析可知,为使取样后的信号中包含原模拟信号的 全部信息,或者说为了能从取样后信号的频谱 M s ( f )中恢 复 M ( f )取样速率必须大于或等于信号最高频率的 2 倍, 即 f s ≥ 2 f H 。通常称 f s = 2 f H为奈奎斯特取样速率, 它是取样的最低速率;称 T s =1/ f s为奈奎斯特取样间隔,它 是所允许的最大取样间隔。
第6章 模拟信号的数字传输终 图 6.2. 4 带通信号的取样频谱图
第6章 模拟信号的数字传输终
由图 6.2. 4 可以看出: (1 )可以用低通信号取样定理所规定的取样速率对带通信 号进行取样,所不同的是,恢复原带通信号 m (t )时要用带通 滤波器(带通滤波器的传输特性如图 6. 2. 4 频谱图中虚线 所示)。由于带通信号的最高频率 f H通常很高,所以此时的取 样速率 f s ≥2 f H非常高,实现起来相当困难,甚至无法实现。 (2 )取样后的频谱图上有许多空隙没有充分利用,也就是 说, f s没有必要选得那样高,只要取样后的频谱不出现重叠并 能用滤波器取出原信号的频谱即可。
第6章 模拟信号的数字传输终
由于信号是均匀分布的,取样值落在每个区间(相邻横实线 间)的概率相等,所以量化后的信号中各量化电平是等概出现的, 即 Q 个电平中每个电平的出现概率都是 1 / Q ,因此量化后 的信号实际上是一个有 Q 个取值的离散随机变量,用 X 表示。 其取值及相应的概率如下
第6章 模拟信号的数字传输终 由第 3 章式( 3－2－5 )和式( 3－2－9 )可得信号功率为
第6章 模拟信号的数字传输终
第6章 模拟信号的数字传输终
6. 1 引言 6. 2 脉冲编码调制( PCM ) 6. 3 增量调制( ΔM ) 6. 4 时分复用( TDM ) 习题 本章知识点小结
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜(第六版)第9章_模拟信号的
nfs )
26
第9章模拟信号的数字传输
M s ( f )
1 T
M(f
n
nfs )
1
MH ( f )
T
H( f )M ( f
n
nfs )
比较上面的MH(f)表示式和Ms(f)表示式可见，其区别在于和 式中的每一项都被H(f)加权。因此，不能用低通滤波器恢 复（解调）原始模拟信号了。但是从原理上看，若在低通 滤波器之前加一个传输函数为1/H(f)的修正滤波器，就能 无失真地恢复原模拟信号了。
用频谱图示出如下： 8
第9章模拟信号的数字传输
|M(f)|
-fH
fH
f
-2/T
-1/T
(f)
fs
0
1/T
2/T f
|Ms(f)| fs
-fH 0 fH
f
9
第9章模拟信号的数字传输
因为已经假设信号m(t)的最高频率小于fH，所以若频率间隔fs 2fH，则Ms(f)中包含的每个原信号频谱M(f)之间互不重叠， 如上图所示。这样就能够从Ms(f)中用一个低通滤波器分离出 信号m(t)的频谱M(f)，也就是能从抽样信号中恢复原信号。 这里，恢复原信号的条件是：
28
第9章模拟信号的数字传输
量化过程图
信号实际值
q6 m5
q5
信号量化值
量化误差
m4 q4
m(t)
m(6T)
mq(6T)
m3 q3
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T
t
m2
q2
m1
－ 信号实际值
q1
－ 信号量化值
通信原理课件——第四章
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
通信原理第六版课后思考题及习题答案
第一章绪论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;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;1-5按调制方式,通信系统分类根据传输中的信道是否经过调制,可将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统;1-6 按传输信号的特征,通信系统如何分类按信号特征信道中传输的信号可分为模拟信号和数字信号,相应的系统分别为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,通信系统如何分类频分复用,时分复用,码分复用;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并举例说明他们是按照消息传递的方向与时间关系分类;单工通信是指消息只能单向传输的工作方式,通信双方只有一个进行发送,另一个只能接受,如广播,遥测,无线寻呼等;半双工通信指通信双方都能进行收发信息,但是不能同时进行收发的工作方式,如使用统一载频的普通对讲机;全双工通信是指通信双方能同时进行收发消息的工作方式,如电话等;1-9通信系统的主要性能指标是什么分为并行传输和串行传输;并行传输是将代表信息的数字信号码元以组成的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输,其优势是传输速度快,无需附加设备就能实现收发双方字符同步,缺点是成本高,常用于短距离传输;串行传输是将代表信息的数字码元以串行方式一个码元接一个码元地在信道上传输,其优点是成本低,缺点是传输速度慢,需要外加措施解决收发双方码组或字符同步,常用于远距离传输;1-10通信系统的主要性能指标是有哪些通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等;其中有效性和可靠性是主要性能指标,在模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量,同样的消息用不同的调制方式,则需要不同的频带宽度,数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量;具体误差率指标有误码率Pe、误信率Pb;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有效性用传输速率和频带利用率来衡量,可靠性用差错率来衡量,差错率有误码率,误信率;1-12何谓是码元速率和信息速率他们之间的关系如何码元速率定义为每秒钟传送码元的数目,单位为波特；信息速率定义为每秒钟传送的信息量,单位是bit/s;1-13何谓误码率和误信率它们之间关系如何误码率是码元在传输系统中被传错的概率;指错误的码元数在传输码元数中所占的比例,Pe=错误码元数/传输总码元数;误信率是码元在传输系统中被丢失的概率;指错误接收地比特数在传输总比特数中占得比例Pb=错误比特数/传输总比特数;它们是描述差错率的两种不同表述;在二进制中,二者数值相等;1-14消息中包含的信息量与以下哪些因素有关A消息出现概B消息的种类C消息的重要程度;第二章确知信号1.何为确知信号答：确知信号是指其取值在任何时间都是确定的和预知的信号;2.试分别说明能量信号和功率信号的特性;答：能量信号的其能量为有限的正值,但其功率等于零；功率信号其能量为无穷大,其平均功率为有限值;3.试用语言描述单位冲击函数的定义;答：单位冲击函数是宽度趋于零,幅度趋于无穷大,积分面积为1的理想信号;4.试描述信号的四种频率特性分别适用于何种信号;答：功率信号的频谱适合于功率有限的周期信号；能量信号的频谱密度适合于能量信号；能量信号的能谱密度适合于能量信号；功率信号的功率频谱适合于功率信号;5.频谱密度Sf和频谱Cjnw;的量纲分别是什么;答：分别为伏特/赫兹和伏特;6．自相关函数有哪些性质答：1自相关函数是偶函数;2与信号的能谱密度函数或功率谱密度函数是傅立叶变换对的关系;3当I=0时,R0等于信号的平均功率或信号的能量第三章随机过程1.什么是宽平稳随机过程什么是严平稳随机过程它们之间有什么关系答：宽平稳随机过程：若一个随机过程的数学期望与时间无关,而其相关函数仅与时间间隔相关称之为宽平稳随机过程;严平稳随机过程：若一个随即过程任何的n维分布函数或概率密度函数与时间起点无关,则之为严平稳随机过程;一个严平稳随机过程,只要他的均值有界则必然是宽平稳的；反之不然;2.平稳随机过程的自然相关函数具有什么特点答：平稳随机过程的自然相关函数与时间起点无关,只与时间间隔有关,而且是偶函数;3.什么是高斯噪声什么是白噪声它们各有什么特点答：高斯噪声：概率密度函数符合正态分布的噪声;高斯噪声的特点：它的n维分布仅由各随机变量的数学期望、方差和两两之间的归一化协方差函数决定;若高斯噪声是宽平稳,则也是严平稳的;若随机变量之间互不相关,则也是统计独立的;白噪声：功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声,属于一种理想宽带过程;白噪声的特点：白噪声只在tao=0时才是相关的,而在其他任意时刻上的随机变量都不相关;4.什么是窄带随机过程它的频谱和时间波形有什么特点答：如果随机过程的频谱密度分布在一个远离零频的很窄的频率范围内,则称其为窄带随即过程;其频谱分布特点是带宽远小于中心频率,时间波形上的特点是呈现出包络和相位随机缓慢变化的正弦波;5.什么是窄高斯噪声他在波形上有什么特点它的包络和相位各服从什么概率分布答：窄带高斯噪声：若一个高斯噪声满足窄带条件,即其带宽远远小于中心频率,而且中心平率偏离零频很远,则称之为窄带高斯噪声;其波形上的特点是包络和相位都像一个缓慢变化的正弦波;其包络的一维分布服从瑞利分布,其相位的一维分布服从均匀分布;6.何为高斯白噪声它的概率密度函数、功率频谱密度如何表示答：如果白噪声取值的概率密度分布服从高斯分布,则称之为高斯白噪声,其概率密度函数为高斯函数,其功率谱密度为常数;7.不相关、统计独立、正交的含义各是什么他们之间的关系如何答：如果两个随机变量的协方差函数为零,则称他们不相关；如果两个随机变量的联合概率密度等于它们各自概率密度的乘积,则称他们统计独立;如果两个随机变量的互相关函数为零,则称他们正交;两个均值为零的随机变量如果统计独立,则一定是正交及不相关；两个均值为零的随机变量正交与不相关等价;第四章信道无线信道有哪些种无线通讯更具通讯距离,频率和位置的不同,分为地波、天波和视距传播和散射传播等地波传播距离能达到多远他适用在什么频段地波传播在数百米到数千千米,应用与低频和甚低频,大约2MHZ天波传播距离能达到多远他适用在什么频段天波传播能达到一万千米以上,应用于高频,2MHZ-30MHZ视距传播距离和天线高度有什么关系天线高度越高,视距传播的距离越远,其具体关系为H=D^2/50 其中H 为天线高度,单位为米,D为视距传播距离,单位为千米散射传播有哪些种各适用在什么频段散射传播分为电离层散射、对流散射和流星余迹散射;电离层散射发生在3OMHZ~60MHZ 对流层散射发生在100MHZ~4000MHZ；；流星余迹散射发生在30MHZ~100MHZ何为多径效应多径传播对信号的影响称为多径效应什么事快衰落设么是慢衰落由多径效应引起的衰落称为快衰落；由信号路径上由于季节,日夜,天气等变化引起的信号衰落称为慢衰落何谓恒参信道何谓随参信道他们分别对信号传输有哪些主要影响信道特性基本上不随时间变化或者变化很慢称为恒参信道；信道特性随机变化的信道称为随机信道；恒参信道对信号传输的影响可以完全消除,而随参信道对信号传输的影响只能在统计平均的意义下消除何谓加性干扰何谓乘性干扰不论信号有无都存在的噪声称为加性干扰；随信号大小变化的干扰称为乘性干扰有线电信道有哪些种传输电信号的有线信道有明线、对称电缆和同轴电缆何谓阶跃型光纤何谓梯度型光纤折射率在两种介质中均匀不变,仅在边界处发生突变的光纤称为阶跃光纤；纤芯折射率延半径增大方向逐渐减小的光纤称为梯度型光纤何谓多模光纤何谓单模光纤有多种光线传播路径的光纤称为多模光纤；只有一种光线传播路径的光纤称为单模光纤适合在光纤中传播的光波波长有那几个信道中的噪声有哪几种信道中得噪声可以分为脉冲噪声、窄带噪声、起伏噪声热噪声是如何产生的热噪声起源于一切电阻性元器件中得电子热运动信道模型有哪几种信道可以分为离散信道和连续信道试述信道容量的定义信道容量是指信道能够传输的最大平均信息量试写出连续信道容量的表达式由此式看出信道容量的大小决定于哪些参量连续信道的信道容量计算式为Ct=Blog21+S/Nb/s,可以看出信道容量与信道的带宽B,信号的平均功率S和噪声的平均功率N有关;第五章模拟调制系统1、何为调制调制在通信系统中的作用是什么所谓调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程;作用：1将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号2实现信道的多路复用3改善系统抗噪声性能;2、什么是线性调制常见的线性调制有哪些正弦载波的幅度随调制信号做线性变化的过程;从频谱上说,已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同,只是频率位置发生变化;常见的线性调制有调幅,双边带,单边带和残留边带调制;3、AM信号的波形和频谱有哪些特点AM波的包络与调制信号的形状完全一样；AM信号的频谱有载频分量、上边带下边带三部分组成;上边带的频谱结构和原调制信号的频率结构相同,下边带是上边带的镜像;4 与未调载波的功率相比,AM信号在调制过程中功率增加了多少增加了调制信号的功率5、为什么要抑制载波相对AM信号来说,抑制载波的双边带信号可以增加多少功效抑制载波可以提高调制效率；对于抑制载波的双边带,可以使其调制效率由三分一提高到1 6、SSB的产生方法有哪些各有何技术难点SSB信号的产生方式可以分为滤波法和相移法;滤波法的技术难点是边带滤波器的制作;相移法的难点是宽带移相网络的制作;7、VSB滤波器的传输特性应满足什么条件为什么残留边带滤波器的特性Hw在+-wc处必须具有互补对称性,相干解调时才能无失真的从残留边带中恢复所需要的调制信号;8 如何比较两个模拟通信系统的抗噪声性能是否相同为什么比较两个模拟通信系统的抗噪声性能要综合考虑带宽和信号和噪声功率比;9、DSB调制系统和SSB调制系统的抗噪声性能是否相同,为什么相同;如果解调器的输入噪声功率密度相同,输入信号功率也相同,则单边带和双边带在解调器输出的信噪比是相等的;10 什么是频率调制什么是相位调制两者关系如何所谓频率调制FM是指瞬时频率偏移随调制信号成比例变化；所谓相位调制pm是指瞬时相位偏移随调制信号线性变化;FM和PM之间可以相互转换,将调制信号先微分,后进行调频则得到相位波；将调制信号先积分而后进行调相则得到调频波;11 什么是门限效应AM信号采用包络检波解调是为什么会产生门限效应当包络检波器的输入信噪比降到一个特定的数值后,检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象成为门限效应;门限效应本质上是有包络检波器的非线性引起的;可以理解为当小信噪比时,解调器的输出端没有信号项,会把有用的信号扰乱成随机噪声;12 为什么相干解调不存在门限效应噪声与信号可以分开进行解调,而解调器输出端总是单独存在有用信号项14 为什么调频系统可进行带宽与信噪比的互换,而调幅不能因为调幅系统的带宽是固定的15 FM系统的调制制度增益和信号带宽的关系如何这一关系说明什么问题调制增益与信号带宽的关系为,这说明信号带宽越大,调制增益越高16 fm产生门限效应的主要原因是什么主要是非线性的解调作用17 FM系统中采用加重技术的原理和目的是什么为了进一步改善解调器的输出信噪比,针对鉴频器输出噪声谱呈抛物线形状的特点,在调频系统中采用加重技术,包括预加重和去加重措施;预加重和去加重的设计思想是保持输出信号不变,有效降低输出噪声,已达到输出信噪比的目的,其原理实在解调钱加上预加重网络,提升调制信号的高频分量,在解调以后加上去加重网络,使信号保持不变同时降低高频噪声,从而改善输出信噪比18 什么是频分复用频分复用中,一个信道的可用频带被分为若干个互不重叠的频段,每路信号占用其中的一个频段,在接收端,通过滤波器选出其中所要接收的信号,在进行解调;第六章数字基带传输系统数字基带传输系统的基本结构及各部分的功能数字基带传输系统由发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器及定时和同步系统构成;发送滤波器的功能是产生适合于信道传输的基带信号波形;信道的作用是传输基带信号;信道的作用是传输基带信号;接收滤波器的作用是接收信号,尽可能滤除信道噪声和其他干扰,对信道特性进行均衡,使输出的基带波形有利于抽样判决;抽样判决器的作用是使再传输热性不理想及噪声背景下,在规定时刻对接收滤波器的输出波形进行判决,以恢复或再生基带信号;定时和同步系统的作用是为抽样判决器提供准确的抽样时钟;数字基带信号有哪些常见的形式各有什么特点它们的时域表达式如何数字基带信号的常见形式有：单极性波形,双极性波形,单极性归零波形,双极性归零波形,差分波形和多电平波形;单极性波形用正电平和零电平分别对应二进制码“1”和“0”,其波形特点是电脉冲之间无间隔,极性单一,易用于TTL,CMOS电路,缺点是有直流分量,只使用于近距离传输;双极性波形用正负电平的脉冲表示二进制1和0,其波形特点是正负电平幅度相等,极性相反,故1和0等概率出现时无直流分量,有利于在信道中传输,并且在接收端恢复信号的判决电平为零,不受信道特性变化影响,抗干扰能力强;单极性归零波形电脉冲宽度小于码元宽度,信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平;从单极性归零波形中可以直接提取定时信息;双极性归零波形兼有双极性和归零波形的特点;相邻脉冲之间存在零电位间隔,接收端易识别码元起止时刻,从而使收发双方保持正确的位同步;差分波形用相邻码元的电平跳变来表示消息代码,而与码元本身的电位或极性无关;用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响,特别是在相位调制系统中可以解决载波相位模糊的问题;多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码,在波特率相同的情况下,可以提高信息传输速率; 数字基带信号的功率谱有什么特点它的带宽只要取决于什么数字基带信号的功率谱密度可能包括两个部分,连续谱部分Puw及离散谱部分Pvw;对于连续谱而言,代表数字信息的g1t及g2t不能完全相同,所以Puw总是存在的；而对于离散谱P=1/1- g1t/ g2t=k,且0≤k≤1时,无离散谱;它的宽带取决于一个码元的持续时间Ts和基带信号的码元波形的傅里叶变换形式;构成AMI码和HDB3码的规则是什么它们各有什么优缺点AMI的编码规则：将消息代码0空号仍然变换成传输码0,而把1传码交替的变换为传输码的+1,-1…;因此AMI码为三电平序列,三元码,伪三进制,1B/1T码;AMI的优点：10,1不等概率是也无直流;2零频附近的低频分量小;3整流后及RZ码;4编译码电路简单而且便于观察误码情况;AMI的缺点是：连续0码多时,RZ码连0也多,不利于提取高质量的位同步信号;HDB3的编码规则：先把消息代码变换AMI码,然后去检查AMI码的连零情况,没有四个或者四个以上的连零串时,这时的AMI码就是HDB3码；当出现四个或者四个以上的连零串时,将四个连零小段的第四个0变换于迁移非0符号同极性的符号,称为V符号破坏码;当相邻V 符号之间有偶数个非零符号时,再将该小段的第一个0变成+B或者-B平衡码,B符号的极性与前一非零符号的极性相反,并让后面的非0符号从V符号开始再交替变化;HDB3码的优点：保持了AMI的优点,还增加了使连零串减少到至多三个,对于定时信号的恢复是十分有利的; 简述双相码和差分双相码的优缺点;双相码的编码原则是对每一个二进制码分别用两个具有不同相位的二进制新码去表示源码;0→01零相位的一个周期的方波1→10pi相位的一个周期方波;其优点是只用两个电平,能提取足够的定时分量,又无直流漂移,编码过程简单;其缺点是占用带宽加倍,使频带利用率降低;差分双相码中,每个码元中间电平跳变用于同步,而每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信码;有跳变则表示1,无跳变则表示0,其优点是解决了双相极性翻转而引起的译码错误,其缺点也是占用带宽加倍;什么是码间干扰它是如何产生的对通信质量有什么影响码间干扰的产生是因为在第k个抽样时刻理想状态时抽样时刻所得的是仅有第k个波形在此时刻被取值,但在实际系统中,会有除了第k个波形以外的波形可能再抽样时刻被取值;码间干扰会导致判决电路对信号进行误判,使信号失真,产生误码,从而通信质量下降;何谓奈奎斯特速率和奈奎斯特带宽此时的频带利用率有多大理想低通传输特性的带宽称为奈奎斯特带宽,将该系统无码间干扰的最高传输速率称为奈奎斯特速率;此时频带利用率为2B/HZ;在二进制数字基带传输系统中,有哪两种误码他们各在什么情况下发生误码将由2种错误形式：发送1码,误判为0码,这种错误是在噪声的影响下使得x<Vdx为接受滤波器输出的瞬间值,Vd为判决门限时发生；同理,发送0码,误判为1码,这种错误在x>Vd时发生;无码间串扰时,基带传输系统的误码率与哪些因素有关如何降低系统的误码率无码间干扰时,基带传输系统的误码率与抽样判决时的信噪比有关;要降低系统的误码率需要提高抽样判决时的信噪比,可以降低信道噪声或者提高信号平均功率;什么是眼图它有什么作用由眼图模型可以说明基带传输系统的哪些性能具有升余弦脉冲波形的HDB3码的眼图应是什么样的图形眼图是实验手段估计基带传输系统性能的一种方法;它是指接收滤波器输出信号波形在示波器上叠加所形成的图像;1.最佳抽样时刻是“眼睛”张最大的时刻；2.对定时误差的灵敏度可由眼睛的斜率决定,斜率越陡,对定时误差就越灵敏；3.图中阴影区域的垂直高度表示信号畸变范围；4.图中央的横轴位置对应判决门限电平；5.在抽样时刻上,上下阴影区的间隔距离之半为噪声容限,即若噪声瞬时值超过这个容限,即可能发生错误判决;具有升余弦脉冲波形的HDB3码的眼图中间会有一条代表0的水平线;什么是部分响应波形什么是部分响应系统人为的有规律的在抽样时刻引入码间串扰,并在接收判决前加以消除,从而可以达到改频谱特性,压缩传输频带,使频带利用率提高到理论最大值,并加速传输波形尾巴地衰落和降低对定时精度要求的目的;通常把这种波形称为部分响应波形;利用部分响应波形传输的基带系统称为部分响应系统;部分响应技术解决了什么为题第Ⅳ类部分响应的特点是什么部分响应技术提高了频带利用率,降低了对定时精度的要求;第Ⅳ类部分响应的特点是无直流分量,其低频分量小,便于边带滤波实现单边带调制;什么是频域均衡什么是时域均衡横向滤波器为什么能实现时域均衡频域均衡：利用可调滤波器的频率特性补偿基带系统的频率特性,使得包括可调滤波器在内的基带系统总的传输特性满足无码间串扰传输的要求;起频率特性补偿作用的可调滤波器叫频域均衡器;时域均衡器：在接受滤波器后插入一个称为横向滤波器的可调滤波器,这个横向滤波器可以将输入端在抽样时刻上有码间干扰的响应波形变换为在抽样上无码间干扰的响应波形;由于横向滤波器的均衡原理是在时域响应波形上的,所以称这种均衡为时域均衡;横向滤波器可以将输入端在抽样时刻上有码间干扰的响应波形变换成在抽样时刻上无码间干扰的响应波形,所以横向滤波器可以实现时域均衡;第七章数字带通传输系统什么是数字调制它和模拟调制有哪些异同点数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征传送的信息,在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测;和模拟调制一样,数字调制也有调幅,调频和调相三种基本形式,并可以派生出多种其他形式;在原理上二者并没有什么区别;只不过模拟调制是对载波信号的参量进行离散调制,在接收端也只需对载波信号的离散调制参量估值;数字调制的基本方式有哪些其时间波形上各有什么特点数字调制技术有两种方法：一是利用模拟调制方法去实现数字式调制,即把数字调制看成是模拟调制的一个特例,把数字基带信号当成模拟信号的特殊情况处理;二是利用数字信号的离散取值的特点通过开关键控载波,从而实现数字调制,这种调制方式通常有幅度键控、频率键控和相位键控;其时间波形上来说,有可能是不连续的;什么事振幅键控OOK信号的产生和解调方法有哪些振幅键控：用载波幅度的有无来表示传送的信息,一般用开关电路来控制;。
现代通信原理与技术第07章模拟信号的数字传输
频谱图
M(ω)
δT(ω)
200 320
Hz
Ms(ω)
500
Hz
M' (ω)
180 300
Hz
Hz
例7.2-4 以fs=800Hz进行理想采样的频谱图
M(ω)
200 320
Hz
Ms(ω)
480 600
Hz
M'(ω)
200 320
Hz
7.3 脉冲振幅调制（PAM）
以脉冲序列作为载波的调制方式称为脉冲调制。
2） 均匀分布信号
1 此信号的概率密度函数为 p(x)= 2a
信号功率为 a 令D=a/V，量化信噪比： SNRq=(20lgD+6N) dB 当D=1时量化信噪比最大 ［SNRq］max=6N dB
So
a
x 2 p( x)
1 2 a 3
三、非均匀量化
非均匀量化的特点：
£fs £fL
£fs £«fL £fH £fL
O
(c)
fL fH fs £fL
fs £«fL
f
图 6-6
带通信号的抽样频谱（fs=2fH）
带通信号m(t)其频谱限制在（fL，fH），带宽
B=fH-fL，且B<<fH，抽样频率fs应满足： fs=2fH/m = 2B(1+k/n)
式中，k=fH/B-n，0<K<1，m、n为不超过fH/B
n
；
Sa( H t )
TH
3、结 论： 只要 s 2 H ，M ( s ) 周期性地重复而不重叠，
M ( s ) 相邻周期内的频谱相互重叠， 若 s 2 H，
电话机的工作原理
电话机的工作原理引言概述：电话机是我们日常生活中常见的通信工具，它通过电信网络实现语音通信。
本文将详细介绍电话机的工作原理，包括信号传输、拨号、语音传输和通信安全等方面。
一、信号传输1.1 信号转换：电话机将声音信号转换成电信号，以便在电信网络中传输。
当我们说话时，声音通过麦克风转换成模拟电信号。
1.2 模拟信号传输：模拟电信号通过电话线路传输至交换机。
电话机内的电路将模拟信号转换为电压信号，通过电话线路传输至交换机。
1.3 数字信号传输：在现代电话网络中，数字信号更为常见。
数字电话机将声音转换成数字信号，通过数字信号传输至交换机。
二、拨号2.1 脉冲拨号：传统电话机使用脉冲拨号方式。
用户通过拨号盘拨号，每个数字都对应一定数量的脉冲信号，发送至交换机。
2.2 数字拨号：现代电话机多采用数字拨号方式。
用户通过拨号盘或键盘输入数字，电话机将数字转换成音频频率信号，发送至交换机。
2.3 呼叫信令：电话机还发送呼叫信令，包括拨号号码、呼叫类型等信息，以便交换机进行呼叫路由和连接。
三、语音传输3.1 音频编码：电话机将声音信号进行编码，以便在传输过程中减少带宽占用。
常用的编码方式包括PCM（脉冲编码调制）和ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）。
3.2 数字信号传输：编码后的数字信号通过电话线路传输至交换机或其他电话机。
数字信号在传输过程中可以进行差错校验和纠错处理，以确保通信质量。
3.3 解码与还原：接收端的电话机将接收到的数字信号进行解码和还原，将其转换成声音信号，通过扬声器播放出来。
四、通信安全4.1 加密技术：为了保护通信的安全性，电话机可以采用加密技术对语音信号进行加密。
常用的加密算法包括DES（数据加密标准）和AES（高级加密标准）。
4.2 身份验证：电话机可以通过身份验证机制确保通信的安全性。
用户在使用电话机之前，需要进行身份验证，例如输入密码或通过指纹识别等方式。
4.3 防窃听技术：为了防止电话通信被窃听，电话机内部可以采用防窃听技术。
通信原理抽样定理
要使“离散”的图像被人眼平滑成连续的图像,要求摄影机
在单位时间内能拍摄出足够多的画面(即采样频率要足够高)。
如果摄像机在单位时间内拍摄的画面数不够,在放映时看到
的动作就有跳动的感觉,而不是连续的感觉,这时就产生了画
面的失真。
7
抽样定理
对模拟信号进行抽样和拍电影一样,当抽样频率足够高时, 模拟信号迅速变化的部分都采集到了,接收端利用一个低 通滤波器进行平化处理,可恢复出原信号。而抽样频率不 够高时,模拟信号迅速变化的部分没有都采集到,低通滤波 器平滑输出的波形就会产生失真。
抽样定理的大意是，如果对一个频带有限的时间连续的模 拟信号进行抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据 它的抽样值就能重建原信号。也就是说，若要传输模拟信 号，不一定要传输模拟信号本身，而只需传输按抽样定理 得到的抽样值即可。
抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。
能否由样值序列重建原信号,是抽样定理要回答的问题。
模拟信号数字化传输的系统框图模拟信号数字化传输的系统框图抽样量化编码数字通信系统译码和低通滤波模拟信息源模拟随机信号数字随机序列数字随机序列模拟随机信号模拟信号抽样量化编码量化等级量化电平二进制编码实际抽样0v0000001v02v0001021v04v0010042v06v0011059v08v0100080v10v0101099v12v0110118v14v011116v100018v1001转换步骤示意图是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程
由图可见， 以每个样值为峰值画
一个Sa函数的波形， 则 合成的波
形就是m(t)。
由于Sa函数和抽样后信号的恢复
有密切的联系，所以Sa函数又称为
抽样函数。
16
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5
第9章模拟信号的数字传输
M s ( f
)
1 T
M ( f
) (f
n
nfs )
上式中的卷积，可以利用卷积公式：
f (t) (t) f ( ) (t )d f (t)
进行计算，得到
M s ( f
)
Hale Waihona Puke 1 TM ( f) (f
n
nfs )
1 T
M(f
nfs )
上式表明，由于M(f - nfs)是信号频谱M(f)在频率轴上平移了 nfs的结果，所以抽样信号的频谱Ms(f)是无数间隔频率为fs的 原信号频谱M(f)相叠加而成。
t
理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做
到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs必须比2fH 大一些。
例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400 Hz，而抽
样频率通常采用8000 Hz。
10
第9章模拟信号的数字传输
9.2.2 带通模拟信号的抽样定理
设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间，如图所示。
13
第9章模拟信号的数字传输
9.3 模拟脉冲调制
模拟脉冲调制的种类
周期性脉冲序列有4个参量：脉冲重复周期、脉冲振 幅、脉冲宽度和脉冲相位（位置）。
其中脉冲重复周期（抽样周期）一般由抽样定理决 定，故只有其他3个参量可以受调制。
3种脉冲调制：
脉冲振幅调制(PAM) 脉冲宽度调制(PDM) 脉冲位置调制(PPM)
因此，ms(t)的傅里叶变换Ms(f)可以写为：
M s ( f ) M ( f ) ( f )
而(f)是周期性单位冲激脉冲的频谱，它可以求出等于：
( f )
1 T
(f
n
nfs )
式中， f s 1/ T
将上式代入 Ms(f)的卷积式，得到
M s ( f
)
1 T
M ( f
) (f
n
nfs )
【证】设有一个最高频率小于fH的信号m(t) 。将这个
信号和周期性单位冲激脉冲T(t)相乘，其重复周期为
T，重复频率为fs = 1/T。乘积就是抽样信号，它是一 系列间隔为T 秒的强度不等的冲激脉冲。这些冲激脉
冲的强度等于相应时刻上信号的抽样值。现用ms(t) = m(kT)表示此抽样信号序列。故有
fs 2 fH
即抽样频率fs应不小于fH的两倍。这一最低抽样速率2fH称为 奈奎斯特速率。与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特 间隔。
9
第9章模拟信号的数字传输
恢复原信号的方法：从上图可以看出，当fs 2fH时，用一个 截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出 原信号。从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤 波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如下图所 示。这些冲激响应之和就构成了原信号。
用频谱图示出如下： 7
第9章模拟信号的数字传输
|M(f)|
-fH
fH
f
-2/T
-1/T
(f)
fs
0
1/T
2/T f
|Ms(f)| fs
-fH 0 fH
f
8
第9章模拟信号的数字传输
因为已经假设信号m(t)的最高频率小于fH，所以若频率间隔fs 2fH，则Ms(f)中包含的每个原信号频谱M(f)之间互不重叠， 如上图所示。这样就能够从Ms(f)中用一个低通滤波器分离出 信号m(t)的频谱M(f)，也就是能从抽样信号中恢复原信号。 这里，恢复原信号的条件是：
仍然是模拟调制，因为其代表信息的参量仍然是可 以连续变化的。
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第9章模拟信号的数字传输
模拟脉冲调制波形
（a）模拟基带信号 (b) PAM信号
ms (t) m(t)T (t)
用波形图示出如下：
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第9章模拟信号的数字传输
m(t)
(a)
T(t)
-3T -2T -T 0 T 2T 3T
(c) ms(t)
(e)
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第9章模拟信号的数字传输
令M(f)、(f)和Ms(f)分别表示m(t)、T(t)和ms(t)的频谱。按照 频率卷积定理，m(t)T(t)的傅里叶变换等于M(f)和(f)的卷积。
通信原理
第9章模拟信号的数字传输
1
第9章模拟信号的数字传输
9.1 引言
数字化3步骤：抽样、量化和编码
抽样信号
抽样信号 量化信号
011
100
100
011 011
100
100 编码信号
2
t
第9章模拟信号的数字传输
9.2 模拟信号的抽样
9.2.1 低通模拟信号的抽样定理
抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率 < fH，则以间隔时间为T 1/2fH的周期性冲激脉冲对它 抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。
即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带宽 B = fH －fL。可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样 频率fs等于
fs
2B(1
k) n
式中，B － 信号带宽；
-fH -fL 0 fL fH f
n － 商(fH / B)的整数部分，n =1，2，…；
k － 商(fH / B)的小数部分，0 < k < 1。 按照上式画出的fs和fL关系曲线示于下图：
fs 4B
3B
2B
B
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第9章模拟信号的数字传输
由上图可见，当fL = 0时，fs ＝2B，就是低通模拟信号的抽样 情况；当fL很大时，fs趋近于2B。fL很大意味着这个信号是一 个窄带信号。许多无线电信号，例如在无线电接收机的高频 和中频系统中的信号，都是这种窄带信号。所以对于这种信 号抽样，无论fH是否为B的整数倍，在理论上，都可以近似 地将fs取为略大于2B。 图中的曲线表示要求的最小抽样频率fs，但是这并不意味着 用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。
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第9章模拟信号的数字传输
由于原信号频谱的最低频率fL和最高频率fH之差永远等于信 号带宽B，所以当0 fL < B时，有B fH < 2B。这时n = 1，而 上式变成了fs = 2B(1 + k)。故当k从0变到1时，fs从2B变到4B， 即图中左边第一段曲线。当fL＝B时，fH＝2B，这时n = 2。故 当k＝0时，上式变成了fs = 2B，即fs从4B跳回2B。当B fL < 2B时，有2B fH < 3B。这时，n = 2，上式变成了fs = 2B(1 + k/2)，故若k从0变到1，则fs从2B变到3B，即图中左边第二段 曲线。当fL＝2B时，fH＝3B，这时n = 3。当k＝0时，上式又 变成了fs = 2B，即fs从3B又跳回2B。依此类推。