数字信号处理--简答题

简答题（为考虑全面性，这里写的比较详细）1、请简述单极性非归零（NRZ）码与单极性归零（RZ）码的编码原理及各自特点。

答：单极性非归零（NRZ ）码是指在表示一个码元时，二进制符号“1”和“0” 分别对应基带信号的正电平和零电平，在整个码元持续时间内，电平保持不变，如图4-1（a）所示。

单极性NRZ 码具有如下特点：（1 ）发送能量大，有利于提高接收端信噪比；（2 ）在信道上占用频带较窄；（3 ）有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法使用一些交流耦合的线路和设备；（4 ）不能直接提取位同步信息（稍后将通过例题予以说明）；（5 ）抗噪性能差。

接收单极性NRZ 码的判决电平应取“1”码电平的一半。

由于信道衰减或特性随各种因素变化时，接收波形的振幅和宽度容易变化，因而判决门限不能稳定在最佳电平，使抗噪性能变坏；（6 ）传输时需一端接地。

由于单极性NRZ 码的诸多缺点，基带数字信号传输中很少采用这种码型，它只适合极短距离传输。

单极性归零（RZ ）码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值的码型。

例如在传送“l”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。

脉冲宽度与码元宽度之比叫占空比，如图4-1（c）所示。

单极性RZ 码与单极性NRZ 码比较，缺点是发送能量小、占用频带宽，主要优点是可以直接提取同步信号。

此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。

即对于适合信道传输的，但不能直接提取同步信号的码型，可先变为单极性归零码，再提取同步信号。

2、简述双极性非归零码与双极性归零码编码原理与特点答：双极性非归零（NRZ ）码是指在该编码中，“1”和“0”分别对应正、负电平，如图4-1(b)所示。

其特点除与单极性NRZ 码特点（1 ）、（2 ）、（4 ）相同外，还有以下特点：（1 ）直流分量小。

当二进制符号“1”、“0”等可能出现时，无直流成分；（2 ）接收端判决门限为0 ，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强；（3 ）可以在电缆等无接地线上传输。

双极性NRZ 码常在CCITT 的V 系列接口标准或RS-232 接口标准中使用。

双极性归零（RZ ）码的构成原理与单极性归零码相同。

“1”和“0” 在传输线路上分别用正和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在，如图4-1（d）所示。

对于双极性归零码，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道1 比特信息已接收完毕，以便准备下一比特信息的接收。

所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。

可以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。

因此，可以经常保持正确的比特同步。

即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫自同步方式。

双极性归零码具有双极性非归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。

3、简述差分码的编码原理与特点答：在差分码中，“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。

若用电平跳变来表示“1”，称为传号差分码（在电报通信中，常把“1”称为传号，把“0”称为空号），如图4-1 （e ）所示。

若用电平跳变来表示“0”，称为空号差分码。

由图可见，这种码型在形式上与单极性或双极性码型相同，但它代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元的电位变化有关。

差分码也称相对码，而相应地称前面的单极性或双极性码为绝对码。

差分码的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。

4、简述AMI码的编码原理与特点答：AMI 码的全称是传号交替反转码。

此方式是单极性方式的变形，即把单极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而“1”码对应发送极性交替的正、负电平，如图4-1 （f ）所示。

这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列（故叫伪三元序列），其优点如下：（1 ）在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分，且零频附近低频分量小。

因此，对具有变压器或其它交流隅合的传输信道来说，不易受隔直特性的影响。

（2 ）若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决。

（3 ）便于观察误码情况。

此外，AMI 码还有编译码电路简单等优点，是一种基本的线路码，得到广泛使用。

不过，AMI 码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0 串，因而会造成提取定时信号的困难。

5、简述HDB3码的编码原理与特点答：三阶高密度双极性码HDB 3 码是为保留AMI 码的优点而克服其缺点，人们提出的一种改进型AMI 码。

它使连“0”串减少至不多于3 个，而不管信息源的统计特性如何。

这对于定时信号的恢复是极为有利的。

HDB 3 是CCITT 推荐使用的码型之一。

HDB 3 码的编码规则为：（1 ）先把消息代码变成AMI 码，然后检查AMI码的连“0”串情况，当无3个以上连“0”码时，则这时的AMI 码就是HDB 3 码。

（2 ）当出现4 个或4 个以上连0 码时，则将每4 个连“0”小段的第4个“0”变换成“非0”码。

这个由“0”码改变来的“非0”码称为破坏符号，用符号V 表示，而原来的二进制码元序列中所有的“l”码称为信码，用符号B 表示。

当信码序列中加入破坏符号以后，信码B 与破坏符号V 的正负必须满足如下两个条件：①B 码和V 码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分；②V 码必须与前一个码（信码B ）同极性，以便和正常的AMI 码区分开来。

如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V 码同极性的补信码，用符号表示，并做调整，使B 码和码合起来保持条件①中信码（含B 及）极性交替变换的规律例如：（a ）代码：0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1（b ）AMI 码：0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1（c ）加V ：0 +1 0 0 0 V+ -1 +1 0 0 0 V- 0 -1 0 +1（d ）加B并调整B 的极性：0 +1 0 0 0 V+ -1 +1 0 0 V- 0 +1 0 -1（e ）HDB 3 ： 0 +1 0 0 0 +1 –1 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。

从上述原理可以看出，每一破坏符号总是与前一非0符号同极性。

据此，从收到的符号序列中很容易找到破坏点V，于是断定V符号及其前面的3个符号必定是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将所有的＋1 、－1 变成“1”后便得到原信息代码。

图4-1 各基带码型波形6、曼彻斯特码（Manchester ）码的编码原理与特点答：Manchester（曼彻斯特）码又称为数字双相码或分相码。

它的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。

如“l”码用正、负脉冲表示，“0”码用负、正脉冲表示，如图4-1 （g ）所示。

该码的优点是无直流分量，最长连“0”、连“l”数为2，定时信息丰富，编译码电路简单。

但其码元速率比输入的信码速率提高了一倍。

分相码适用于数据终端设备在中速短距离上传输。

如以太网采用分相码作为线路传输码。

分相码当极性反转时会引起译码错误，为解决此问题，可以采用差分码的概念，将数字分相码中用绝对电平表示的波形改为用电平相对变化来表示。

这种码型称为条件分相码或差分曼彻斯特码。

数据通信的令牌网即采用这种码型。

7、CMI 码的编码原理与特点答： CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为：“1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示，图4-1 （h ）给出其编码的例子。

CMI 码的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力。

由于CMI 码具有上述优点，再加上编、译码电路简单，容易实现，因此，在高次群脉冲编码调制终端设备中广泛用作接口码型，在速率低于8448kb/s 的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传输码型。

8、在选择或设计数字基带信号（传输）码型时应遵循的原则(1)码型中应不含直流分量，低频分量尽量少。

(2)码型中高频分量尽量少。

这样既可以节省传输频带，提高信道的频带利用率，还可以减少串扰。

串扰是指同一电缆内不同线对之间的相互干扰，基带信号的高频分量越大，则对邻近线对产生的干扰就越严重。

(3)码型中应包含定时信息。

(4)码型具有一定检错能力。

若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。

(5)编码方案对发送消息类型不应有任何限制，即能适用于信源变化。

这种与信源的统计特性无关的性质称为对信源具有透明性。

(6)低误码增殖。

对于某些基带传输码型，信道中产生的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码输出信息中出现多个错误，这种现象称为误码增殖。

(7)高的编码效率。

(8)编译码设备应尽量简单。

9、请简述眼图的概念及测试眼图的实验方法答：眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。

观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。

从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

10、眼图形成原理1. 无噪声时的眼图为解释眼图和系统性能之间的关系，图4-2给出了无噪声情况下，无码间串扰和有码间串扰的眼图。

图4-2基带信号波形及眼图图4-2（a ）是无码间串扰的双极性基带脉冲序列，用示波器观察它，并将水平扫描周期调到与码元周期Tb一致，由于荧光屏的余辉作用，扫描线所得的每一个码元波形将重叠在一起，形成如图4-2（c ）所示的线迹细而清晰的大“眼睛” ；对于图4-2（b）所示有码间串扰的双极性基带脉冲序列，由于存在码间串扰，此波形已经失真，当用示波器观察时，示波器的扫描迹线不会完全重合，于是形成的眼图线迹杂乱且不清晰，“ 眼睛”张开的较小，且眼图不端正，如图4-2（d ）所示。

对比图4-2（c ）和图4-2（d ）可知，眼图的“眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。

“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。

2. 存在噪声时的眼图当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。

若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。

与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。