简明通信原理第三章模拟信号的数字化
《数字通信原理》第3章习题(不含答案)
《第3章》习题一、填空：1.对一个基带信号t t t f ππ4cos 22cos )(+=进行理想抽样，为了在收信端能不失真地恢复f (t )，则抽样间隔应该不大于___________毫秒。
2.一个频带限制在0到f m 以内的低通模拟信号x (t )，可以用时间上离散的抽样值来传输，当抽样频率f s ≥2f m 时，可以从已抽样的输出信号中用理想低通滤波器不失真地恢复出原始信号，该理想低通滤波器的带宽B 允许的最小值和最大值分别为___________、___________。
3.如果信号的频谱不是从0开始，而是在f L ~f H 之间，带宽B=f H -f L ，通常当___________时该信号就被称为带通信号。
由带通信号抽样定理，当抽样频率f s 满足_______________________________________________________________________时，就可以保证时原始信号完全由抽样信号决定。
4.将模拟信号进行数字化的过程称为A/D 转换，最主要最基本的A/D 变换方法是脉冲编码调制，简称PCM 。
PCM 的三个基本步骤包括___________、___________和___________。
5.脉冲编码调制（PCM ）中，采样频率与信号的最高频率的关系为：_______________________________________________________。
6.量化就是把连续的无限个数的数值集合映射（转换）为___________数值集合的过程。
量化后的数值叫___________。
___________称为量化级，__________________就是量化间隔。
7.均匀量化的量化噪声与信号功率______（填“有”或“无”）关，它适用于动态范围______（填“大”或“小”）的信号，均匀量化的缺点是小信号的量噪比要比大信号的量噪比小；非均匀量化的量化噪声与信号功率的关系是__________________，适用于动态范围______（填“大”或“小”）的信号，非均匀量化的目的是降低小信号的量噪比。
(完整版)通信原理知识点
第一章1.通信的目的是传输消息中所包含的息。
消息是信息的物理表现形式，信息是消息的有效内容。
.信号是消息的传输载体。
2.根据携载消息的信号参量是连续取值还是离散取值，信号分为模拟信号和数字信号．，3.通信系统有不同的分类方法。
按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号（信号特征分类），相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。
按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统。
4.数字通信已成为当前通信技术的主流。
5.与模拟通信相比，数字通信系统具有抗干扰能力强，可消除噪声积累；差错可控；数字处理灵活，可以将来自不同信源的信号综合刭一起传输；易集成，成本低；保密性好等优点。
缺点是占用带宽大，同步要求高。
6.按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信。
7.按数据码先排列的顾序可分为并行传输和串行传输。
8.信息量是对消息发生的概率（不确定性）的度量。
9.一个二进制码元含1b的信息量；一个M进制码元含有log2M比特的信息量。
等概率发送时，信源的熵有最大值。
10.有效性和可靠性是通信系统的两个主要指标。
两者相互矛盾而又相对统一，且可互换。
在模拟通信系统中，有效性可用带宽衡量，可靠性可用输出信噪比衡量。
11.在数字通信系统中，有效性用频带利用率表示，可靠性用误码率、误信率表示。
12.信息速率是每秒发送的比特数；码元速率是每秒发送的码元个数。
13.码元速率在数值上小于等于信息速率。
码元速率决定了发送信号所需的传输带宽。
第二章14.确知信号按照其强度可以分为能量信号和功率信号。
功率信号按照其有无周期性划分，又可以分为周期性信号和非周期性信号。
15.能量信号的振幅和持续时间都是有限的，其能量有限，（在无限长的时间上）平均功率为零。
功率信号的持续时间无限，故其能量为无穷大。
16.确知信号的性质可以从频域和时域两方面研究。
17.确知信号在频域中的性质有4种，即频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度。
数字通信原理(附答案)[1]
![数字通信原理(附答案)[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/d91e1a463c1ec5da50e27021.png)
1、已知一个4进制信号的码元速率为4800波特，则其对应的信息速率是( C )A.4800bit/sB.2400bit/sC.9600bit/sD.14400bit/s2、产生已抽样信号频谱混叠的原因是（ C ）A.f s≥f mB.f s=2f mC.f s<2f mD.f s≥2f m3、样值为301△，它属于A律13折线的（ B ）A.第5量化段B.第6量化段C.第7量化段D.第8量化段4、在同一条链路上可传输多路信号，利用的是各路信号之间的（ B ）A. 相似性B.正交性C. 一致性D. 重叠5、在光纤中采用的多路复用技术是（ C ）A.时分复用B. 频分复用C.波分复用D. 码分复用R=( ), 信1、在4进制系统中，每秒钟传递1000个4进制符号，此系统的码元速率B R( ).( A )息速率bA.1000Bd,2000b/sB.2000Bd,2000b/sC. 2000Bd,1000b/sD. 1000Bd,1000b/s2、满足抽样定理时低通型信号的抽样频率应选为（ D ）A.f s≥f mB.f s=2f mC.f s<2f mD.f s≥2f m3、设模拟信号s(t)的幅度在[-2,2]v内均匀分布，对它进行奈奎斯特速率抽样，并均匀量化后，编为2进制码。
量化间隔为1/64v，需要多少量化电平数？（ D ）A.64B.128C.192D.2564、消息码为：1010001110001，对应的AMI码为：（ A ）A. +10-1000+1-1+1000-1B. +10-00000-1+1000-1C. -10+1000+1-1+1000-1D. +10+1000-1-1+1000+15、PCM30/32的二次群速率为（ B ）A.64 kb/sB.8.448Mb/sC.384kb/sD.2.048Mb/s2、产生已抽样信号频谱混叠的原因是（ C ）A.f s≥f mB.f s=2f mC.f s<2f mD.f s≥2f m3、均匀量化的PCM系统中，编码位数每增加1位，量化信噪比可增加（ C ）dB.A.2B. 4C. 6D. 84、绝对码为：10010110，对应的相对码为：（ B ）A. 10100101B.11100100C. 11100110D. 110001105、SDH采用的数字复接方法一般为（ B ）A.异步复接B.同步复接C.异步复接或同步复接D.以上都不是1、出现概率越__小__ 的消息，其所包含信息量越大；2、模拟信号的数字化过程主要包括抽样、_量化 _和编码；3、数字复接的方式主要有按位复接、按字复接和按帧复接；4、为了减小相干载波的稳态相位误差，应减小带通滤波器带宽和增大锁相环的增益；5、分组码（n,k）的编码效率为_ k/n ；1、衡量数字通信系统可靠性的主要指标是___差错率；2、模拟信号的数字化过程主要包括抽样、量化和编码；3、数字复接的方式主要有按位复接、按字复接和按帧复接；4、匹配滤波器就是指在某一特定时刻，使滤波器的瞬时输出信噪比最大的线性滤波器；5、码组0011011与码组0011011之间的码距是_ 0 _；1、已知8进制数字信号的传输速率为1600波特，若信息速率保持不变，变换成2进制数字信号的传输速率为 4800 波特。
通信原理第三章(模拟调制原理)习题及其答案
第三章（模拟调制原理）习题及其答案【题3－1】已知线性调制信号表示式如下：（1）cos cos c t w t Ω （2）(10.5sin )cos c t w t +Ω 式中，6c w =Ω。
试分别画出它们的波形图和频谱图。
【答案3－1】（1）如图所示，分别是cos cos c t w t Ω的波形图和频谱图设()M S w 是cos cos c t w t Ω的傅立叶变换，有()[()()2()()] [(7)(5)(5)(7)]2M c c c c S w w w w w w w w w w w w w πδδδδπδδδδ=+Ω+++Ω-+-Ω++-Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω（2）如图所示分别是(10.5sin )cos c t w t +Ω的波形图和频谱图：设()M S w 是(10.5sin )cos c t w t +Ω的傅立叶变换，有()[()()][()()2()()] [(6)(6)][(7)(5)2(7)(5)]M c c c c c c S w w w w w j w w w w w w w w w w j w w w w πδδπδδδδπδδπδδδδ=++-++Ω+++Ω---Ω+--Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω--Ω-+Ω【题3－2】根据下图所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。
t0m(t)【答案3－2】AM 波形如下：通过低通滤波器后，AM 解调波形如下：DSB 波形如下：通过低通滤波器后，DSB 解调波形如下：由图形可知,DSB 采用包络检波法时产生了失真。
【题3－3】已知调制信号()cos(2000)cos(4000)m t t t ππ=+载波为4cos10t π，进行单边带调制，试确定单边带信号的表达式，并画出频谱图。
【答案3－3】可写出上边带的时域表示式4411ˆ()()cos ()sin 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41[cos8000co 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=-=+-+=+++--s12000cos 6000cos14000]11cos12000cos1400022t t t t tπππππ+-=+ 其傅立叶变换对()[(14000)(12000)2+(14000)(12000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=+++-+-可写出下边带的时域表示式'4411ˆ()()cos ()cos 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41+[cos8000c 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=+=+++=+++-os12000cos 6000cos14000]11cos8000cos1600022t t t t tπππππ+-=+其傅立叶变换对'()[(8000)(6000)2(8000)(6000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=++++-+-两种单边带信号的频谱图分别如下图。
现代通信技术之模拟信号数字化(ppt 67页)
现代通信技术
2
衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误 码率和信号抖动。
(1) 在传输过程中发生误码的码元个数与传输 的总码元数之比。
(2) 在数字通信系统中，信号抖动是指数字信 号码元相对于标准位置的随机偏移。
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2.3 语声信号数字化编码
2.3.1 语声信号编码的基本概念及分类 2.3.2 2.3.3 差值脉冲编码调制 2.3.4 时分多路复用
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现代通信技术 (2) μ律和A律压缩特性 ① μ律压扩特性 μ律压缩特性表示式为：
y 1 ln(1 X ) ln(1 )
② A律压扩特性
以A为参量的压扩特性叫做A律特性。 A律特性的表示式为
y AX 1 ln A
y 1 ln A X 1 lmA
0 X 1 A
1 X 1 A
语声信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足 抽样定理的最低抽样频率应为fsmm=6800Hz,为了留 有一定的防卫带，原CCITT规定语音信号的抽样频 率为fs=8000Hz，这样，就留出了8000–6800=1200Hz 作为滤波器的防卫带。
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现代通信技术
3
· · 实行抽样的开关函数是单位冲激脉冲序列， 即理想抽样； · 通过理想低通滤波器恢复原语声信号。
ema (u)=Δ/2
但在过载区内的量化误差，即过载量化误差 则会大于Δ/2。
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现代通信技术
非过载区内量化噪声功率应为：
2 1 ()2
12
或
2
U2 3N 2
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现代通信技术
根据信噪比的定义，我们可求得量化信噪比， 即信号功率与量化噪声功率之比，可表示为：
《通信原理》模拟题+答案
《通信原理》模拟题+答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、( ）是能在接口端口间提供可控的VC（虚容器）的透明连接和再连接的设备，其端口速率既可以是SDH速率，也可以是PDH速率。
此外，它还具有一定的控制、管理功能。
A、TMB、SDHC、SDXCD、ADM正确答案：C2、能够发现错误并能纠正错误码叫做（）A、差错码B、纠删码C、纠错码D、检错码正确答案：C3、帧结构由信息净负荷(Pay load)、段开销（SOH）和( ）三个区域组成A、POHB、管理指针单元C、RSOHD、SDH复接结构正确答案：B4、信源又称为信息源或发终端，是（）的产生地，是各种消息转换成电信号的转换器，信源输出的信号称为基带信号。
A、信息B、信号C、消息D、信道正确答案：A5、调制信道分为恒参信道和( ）A、变参信道B、有线信道C、调制信道D、无线信道正确答案：A6、( ）完成数字分接功能的设备A、数字分接器B、复接器C、数字D、字母正确答案：A7、频率调制又分为调频FM、脉冲载频调制PFM和( ）A、PSKB、ASKC、频率键控FSKD、PAM正确答案：C8、噪声的分类按照来源划分分为人为噪声、自然噪声和( ）A、单频噪声B、脉冲噪声C、起伏噪声D、内部噪声正确答案：D9、( ）通信是通过人力或畜力或烽火台传递完成的A、现代B、原始C、近代D、未来正确答案：B10、信道分为狭义信道和( ）A、有线信道B、调制信道C、无线信道D、广义信道正确答案：D11、( ）的基本思想是利用相邻样值信号幅度的相关性，以相邻样值信号幅度的差值变化来描述模拟信号的变化规律，即将前一样值点与当前样值点之间的幅值之差编码来传递信息A、增量调制B、调制C、多调制D、改调制正确答案：A12、以下那个英文代表的是局域网（）A、WANB、MANC、JAND、LAN正确答案：D13、在信道上传输的是（）的通信系统称为数字通信系统A、任何信号B、模拟信号C、数字信号D、以上均不对正确答案：C14、( ）输出信噪比。
通信原理教程模拟信号的数字化课件
数字信号的复原方法
由于数字信号的采样样本是离散的，因此复原出的信号可能会有一定的失真或误差，尤其是在采样率较低或信号频率较高时。
数字信号复原的准确性
数字信号的复原
数字信号误差的来源
数字信号的误差主要来源于采样过程中的量化误差、传输过程中的误码以及解码过程中的失真等。
将图像信号数字化，便于存储、传输和编辑。
将电视信号数字化，提高图像质量和传输效率。
数字通信
数字音频
数字图像
数字电视
02
CHAPTER
采样定理与采样
采样定理公式
采样定理的公式是 f_s >= 2f_max，其中 f_s 是采样频率，f_max 是信号的最高频率。
采样定理定义
采样定理是关于模拟信号数字化的基本理论，它确定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以避免信号失真。
编码定义
编码是将离散的数字信号转换为可以在通信信道中传输的码字的过程。
编码
编码缺点
编码过程会增加数字信号的复杂性，需要更多的计算和存储资源；同时，不同的编码方式具有不同的特点和适用场景，需要根据实际需求进行选择。
量化优点
量化可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，便于计算机处理和传输；同时，量化可以减小信号的动态范围，降低信号的复杂性。
量化缺点
量化过程会产生量化误差，导致信号质量的损失；同时，量化过程需要选择合适的量化级数和方式，否则可能会引入额外的噪声和失真。
编码优点
编码可以提高数字信号的传输效率和可靠性；同时，编码可以提供差错控制和数据压缩等功能。
量化与编码的优缺点
模拟信号的数字化(通信原理)
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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。
类似天平称物过程
若 Is＞Iw，输出“1”码 若 Is＜Iw，输出“0”码
记忆电路：寄存前面编出的码，以便确定下一次的标准电流 值 Iw。 7/11变换：将 7 位非线性码转换成 11位线性码，以便恒流源产生
所需的标准电流 Iw。
[a,b]
量化电平数
M
则量化间隔
eq mk - mq
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 )
信号mk 的平均功率：
—— PCM的改进型，是一种预测编码方法
预测编码简介
问题引出
PCM 需用 64kb/s 的比特率传输 1 路 数字电话信号，这意味 ，
其占用频带 比 1路模拟标准话路带宽(4 kHz)要 宽很多倍。 究其根源：PCM 是对每个样值独立地编码，与其他样值无关。
例
解
（1）极性码： C1 = 1（正） （2）段落码： C2 C3 C4 （3）段内码： C5 C6 C7 C8 = 0011
起始 1024 ∆V8 =64
= 111（第⑧段）
IW6
IW7 1270
IW5
IW4
PCM码组 C1~ C8 ＝1 111 0011
译码
—— 把 PCM 信号 相应的 PAM 样值信号，即 D/A 变换。
其频谱为：
n
m(nT ) (t nT )
s s
1/Ts
1 M s ( f ) M ( f ) T ( f ) Ts
M ( f ) ( f n f ) s n
n= 0
理想抽样过程的波形和频谱：
混叠失真：
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
段落码
段落序号 i =1 ~8 段落码 C 2 C 3 C4
量化级 序号
段内码
C5 C6 C7 C8
段内 码 量化级 序号
A律13折线译码器原理框图
它与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同，不同的是：
增加了极性控制部分和带有寄存读出的 7/12 位码 变换电路。
各部分功能：
串/并变换记忆电路 ：将串行 PCM 码变为并行码,并记忆下来。 极性控制：根据收到的极性码 C1来控制译码后PAM信号的极性。
7/12变换电路: 将7位非线性码转变为12位线性码。
第3 章 学习内容：
模拟信号的数字化
抽样 — 低通信号和带通信号 量化 — 标量（均匀/非均匀）和矢量 脉冲编码调制 — PCM、 DPCM 、ADPCM 及A律13折线 增量调制（∆M）原理及不过载条件 时分复用 — TDM
§ 3.1
引言
为什么要数字化？
模拟信号数字化传输的三个环节： A/D → 数字方式传输 → D/A
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
fH fs
此时，不能无失真重建原信号
因此，抽样速率 必须满足：
这就从 频域角度 证明了 低通抽样定理。
重建原信号：
低通滤波器HL(f)
m (t )
内插公式
抽样与恢复原理框图：
3.2.2
实际采样
自然采样 m(t)
ms (t )
ms (t ) m(t )s(t )
Ms ( f ) M ( f ) S( f )
---自然抽样
对比：
1 Ms ( f ) Ts
n
M ( f nf )
s
---理想抽样
ms (t ) m(t )T (t )
自然抽样过程的波形和频谱：
ms (t ) m(t )s(t )
自然抽样与恢复原理框图：
理想抽样：
自然抽样：
理想冲激序列
s(t) 实际脉冲序列
A/D转换（数字化编码）的技术：
波形编码和参量编码
波形编码的三个步骤：
抽样、量化 和 编码
波形编码的常用方法：
PHale Waihona Puke M、DPCM、 ∆M§3.2
模拟信号de抽样
抽样定理 --- 模拟信号数字化和时分多路
复用的理论基础
§3.2.1 低通模拟信号的抽样定理
定理：
证明： 设单位冲激序列：
§3.4
编码和译码
编码——将量化后的有限个量化电平变换 成二进制码组
西安电子科技大学
通信工程学院
§3.4.1 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
特点： 具有镜像特性 优点： ①简化编码过程 ②误码对小电压 的影响小
自 然 二 进 码 和 折 叠 二 进 码
正极性部分
负极性部分
编译码较为复杂
§3.4.2 码位的选择与安排 —— 之二，关乎通信质量和设备复杂度
在A律13折线 PCM编码中，共计：
2 8 16=256=28 个量化级
—— 需将每个样值脉冲（Is ）编成 8位 二进制码：
其周期T = 抽样间隔Ts
1 1 ( f ) ( f n ) T (t ) (t nT ) T T n T n
抽样过程可看作是 m(t ) 与 δ T(t) 的相乘。因此 ，理想抽样信号为：
ms (t ) m(t )T (t )
网络类同。它是在寄存读出电路的控制下,输出相应的 PAM信号。
例
解
由上例可知，编码电平 ：
编码后误差:
IC=1216△
因此，译码电平：
( Is - IC) = 54 △
ID = IC + ∆Vi /2=1216+64/2=1248△
译码后误差 :
| Is- ID | = 22 △
1270
PCM 信号的比特率和带宽
传输带宽: 若采用非归零矩形脉冲传输时，谱零点带宽为
B RB Rb f s N
例如: 一路模拟话路带宽为
B=4 kHz
一路数字电话带宽为 B=8000×8 = 64 kHz
因此PCM信号占用的频带 比 标准话路带宽要 宽很多倍。
§3.6
差分脉冲编码调制
Differential PCM, DPCM
西安电子科技大学
通信工程学院
§3.3. 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
抽样值 量化值
量化 电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化 间隔
抽样值
量化信号值
§3.3.2 均匀量化
若抽样信号 的取值范围
—— 等间隔划分输入信号的取值域
抽样值 量化值 量化噪声
就送出 一个 PCM 码组
各部件的功能：
极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码： 整流器：双单（样值 的幅度大小）。
PAM信号
1，样值为正 C1 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，
S M2 Nq
M 2N
v 2a / M
S 20lg M 6N N q dB 含义？
均匀量化的缺点
—— 原因： Nq与信号样值大小无关，仅与量化间隔 V 有关 。
应用：主要用于概率密度为均匀分布的信号，如遥测遥控信号、图 像信号数字化接口中。
解决方案
目的：增加一个∆Vi /2恒流电流，人为地补上半个量化级，
编码器中
7/11
使最大量化误差不超过∆Vi /2 , 从而改善量化信噪比。
寄存读出电路：将输入的串行码在存储器中寄存起来, 待全部接
收后再一起读出 , 送入解码网络。实质上是进行 串/并 变换。
12位线性解码电路 ：由恒流源和电阻网络组成,与编码器中解码
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
起始电平和量化间隔