数字通信技术第2章习题及答案

2-1什么是模拟信号的数字化传输？试述PAM通道、PCM通道、时分复用多路通信各自的含义及相互联系。

什么是模拟信号的数字化传输？模拟信号经过抽样、量化和编码把模拟信号转换为数字信号，用数字通信方式传输。

PCM通道：抽样、量化和编码。

主要通过3个步骤实现的。

1、抽样，根据抽样定理，只要对模拟信号抽样的次数大于模拟信号频率的2倍，就能通过滤波器将这个数字信号再无损伤的恢复到原来的模拟信号。

当然这个抽样间隔也就是抽样点的时间间隔要平均才行。

2、量化，就是把抽样出来的信号放到一个标准的图里去比对，根据标准把这个信号定义成多大，如5或10等等以及其他数值，PCM信号根据抽样出来的信号大小，把它一般定义为-127~+127之间。

3、编码，把经过量化的信号转换成数字编码。

如果是PCM的8位编码，5就可以转换成00000101，10就可以转换成00001010.等
2-2 什么是低通型信号的抽样定理? 已抽样信号的频谱混叠是什么原因引起的?
一个频带限制在（0，fH）赫内的时间连续信号m(t)如果以1／2 fH秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。

为了能恢复出原始话音信号，只要或就周期性的重复而不重叠，在接收端用一低通滤波器把原语音信号（0，fH）滤出，即完成原始话音信号的重建。

注意，若抽样间隔T变得大于则M(f )和ST(f )的卷积在相邻的周期内存在重叠（也称混叠），见图所示。

2-3 如果f s =4000Hz，话音信号的频带为0到5000 Hz，能否完成PAM通信？为什么？如何解决？
不能完成，不符合抽样定理。

根据抽样定理，抽样频率fs >=5000*2Hz>=10000Hz。

才能完成PAM通信。

2-4 什么叫量化?为什么要进行量化?
量化：利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。

模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随机信号幅度连续变化的。

当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时，接收端不能准确的估值所发送的抽样。

如果发送端用预先规定的有限个电平表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确地估值所发送的样值。

因此，有可能消除随机噪声的影响。

2-5 什么是脉冲编码调制? 什么是增量调制? 增量调制与脉冲编码调制有何异同?
脉冲编码调制：即PCM，它利用抽样、量化、编码来实现模拟信号的数字化传输。

增量调制：将当时的样值与前一样值的差值编码发送，可以达到传送该信号所含信息的目的。

此差值又称为“增量”。

这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”（Delta Modulation）,缩写为DM或ΔM。

在PCM系统中，编码是根据每个瞬时的抽样值进行的，每一个抽样值用一个码字表征它的大小，一般用8位编码。

ΔM系统的最大优点是结构简单，只编一位码，因此在发端与收端之间不需要码字同步。

由于ΔM系统对差值只用两个电平，量化太粗糙，其性能不如PCM系统。

2-6 什么是时分复用？试画出30/32路PCM帧结构图，并说明其基本参数值。

时分复用(TDM)是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法
PCM 30/32路终端机的性能是按CCITT的有关建议设计的，其主要性能指标为：
话路数目：30路
抽样频率：8Kz
压扩特性：A87.6/13折线压扩律，编码位数n=8，量化级数N=2n=256，
采用逐次反馈比较型编码器。

每帧时隙数：32
总数码率：8000×32×8=2048kbit/s。

2-7 简述时分复用PCM终端机系统组成，说明各组成部分的作用。

1、图中上半部分为发信支路。

模拟信号经抽样、量化、编码后转换为数字信号。

2、通过汇总电路将帧同步码和监视对告码安排在TS0时隙、将各路的信令信息码分别安排在各帧的TS16时隙内。

所得的总码流经码型变换电路变换成适合在信道上传输的码型后送到信道。

3、发定时系统主要产生抽样用的路脉冲和编码用的位脉冲。

4、下半部分为收信部分。

从信道接收到的数字信号经再生、码型反变换和分离电路送至解码器，得到30路的重建PAM信号，再送至30个分路门。

5、各分路门受收定时路脉冲控制，将群路PAM信号按规定的时间分开送至各路的低通滤波器，恢复出模拟信号。

2-8 简述DPCM编解码系统的工作原理。

DPCM系统的量化误差取决于哪些因素？如何减小其量化误差？
DPCM系统的编码对象是样值的差值。

由于语音信号的相关性，从而可以使码速率得到压缩。

若将信号差值量化成多电平信号，用N位二进制码进行编码，即对每个差值编成N位二进制码进行传输，这种编码方式称为差值脉冲编码调制DPCM。

减小DPCM系统的量化误差是最佳的预测和量化实现的。

最好在DPCM系统上加上自适应系统即ADPCM就可以更好的减小其量化误差。

2-9、说明同步复接、异步复接，按位复接、按字复接的原理。

1）同步复接
如果被复接的各支路信号使用的时钟都是由一个总时钟提供的，为同步复接。

同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使这几个低次群的数码率（简称码速）统一在主时钟的频率上，可直接进行复接。

2）异步复接
如果各支路信号的时钟并非来自同一时钟源，各信号之间不存在同步关系，称为异步复接。

异步复接各支路信号的时钟源无固定关系，且又无统一的标称频率时钟频率偏差非常大。

3）按位复接
按位复接是每次复接各低次群的一位码形成高次群。

图3-2（a ）是四个PCM30/32路基群的时隙的码字情况。

图3-2 (b)是按位复接的情况，复接后的二次群信号码中第一位码表示第一支路第一位码的状态，第二位码表示第二支路第一位码的状态，第三位码表示第三支路第一位码的状态，第四位码表示第四支路第一位码的状态
四个支路第一位码取过之后，再循环取以后各位，如此循环下去就实现了数字复接。

复接后高次群每位码的间隔是复接前各支路的1/4，即高次群的速率提高到复接前各支路的4倍。

4）．按字复接
按字复接是每次复接各低次群的一个码字形成高次群。

图3-2 (c)是按字复接，每个支路都要设置缓冲存储器，事先将接收到的每一支路的信码储存起来，等到传送时刻到来时，一次高速将8位码取出，四个支路轮流被复接。

我们以一个例子来说明什么是按字复接方式。

有三个信号：帧结构各为每帧3个字节，
若将这三个信号通过字节间插复用方式复用成信号D ，那D 就应该是这样一种帧结构：帧中有9个字节，且这9个字节的排放次序如下图：
那么这样的复用方式就是按字复接方式。

A
A1A2 A3B1 B2 B3 C1 C2 C3
B C A1B1B2C1C2C3
B3D
A2A3
2-10、说明PDH存在的缺点
（1）接口标准不规范：只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准；
（2）光接口方面：没有世界性标准的光接口规范；
（3）复用方式方面：现行的PDH技术体系中只有1.544Mb/s和2.048Mb/s的基群信号（及日本6.3Mb/s二次群）采用同步复用，其余高速等级信号均采用准同步（异步）复用，需通过逐级码速调整来实现复用/解复用，从而增加了设备的复杂性、体积和功耗，信号会有损伤，同时也难以实现低速和高速信号间的直接互通。

（4）运营管理维护方面：PDH技术体系中没有安排很多的用于网络运行、管理、维护和指配(OAM&P)的比特，只有通过线路编码来安排一些插入比特用于监控，因此用于网络管理的通道明显不足。

（5）网络管理方面：没有统一的网管接口，使用户使用不方便。

2-11、SDH体制有哪些优点？它又有哪些缺陷？
优点：
（1）世界性标准的数字传输体制
SDH把北美、日本和欧洲、中国PDH的1.5Mb/s和2Mb/s两种数字传输体制融合在统一的标准之中，即在STM-1等级上得到统一，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。

（2）新型复用映射方式
SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用/解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程。

（3）兼容性好
SDH能与现有的PDH网实现完全兼容，同时还可以容纳各种新的数字业务信号。

（4）接口标准统一
SDH具有全世界统一的网络节点接口，并对各网络单元的光接口提出严格的规范要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互联互通，实现了横向兼容性。

（5）网络管理能力强
SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的运行、管理、维护与指配（OAM&P）能力大大加强，促进了先进的网络管理系统和智能化设备的发展。

（6）组网和自愈能力强
SDH采用先进的分/插复用设备（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）等传输设备，使组网能力和网络自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理费用。

缺点：
（1）频带利用率低。

以2.048Mb/s为例，PDH的139.264Mb/s系统可容纳64个2.048Mb/s，
而SDH的155.520Mb/s系统只能容纳63个2.048Mb/s。

可以说，SDH的高可靠性和灵活性是以牺牲频带利用率为代价的。

（2）指针调整机理复杂，并且产生指针调整抖动。

（3）软件的大量应用，使系统易受误操作、软件故障或计算机病毒的危害。

2-12、描述SDH的帧结构及其各主要部分的作用。

(1) 段开销(SOH)。

段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节，主要用于运行、维护和管理，如帧定位、误码检测、公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。

(2) 信息载荷(Payload)。

信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。

在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节称为通道开销(POH)。

(3) 管理单元指针(AU PTR)。

管理单元指针是一种指示符，主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。

2-13、什么是块状帧？
为了便于对信号进行分析，往往将信号的帧结构等效为块状帧结构，这不是SDH信号所特有的，PDH信号、ATM信号，分组交换的数据包，它们的帧结构都算是块状帧。

例如，E1信号的帧是32个字节组成的1行×32列的块状帧，ATM信号是53个字节构成的块状帧。

将信号的帧结构等效为块状，仅仅是为了分析的方便。

2-14、STM-N信号的帧频是多少？STM-N信号帧中单独一个字节的比特传输速率是多少？
任何级别的STM-N帧，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125μs。

STM-N信号帧中单独一个字节的比特传输速率是000*8bit=64kbit/s。

2-15、什么是指针？
管理单元指针是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）准确分离信息净负荷。

2-16 、简要介绍PDH信号复用进STM-N帧的各个步骤。

PDH支路信号复用成STM-N信号过程中分别经历了3种不同步骤：映射、定位、复用。

（1）映射
映射（Mapping）是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器的过程。

（2）定位
定位（Alignment）是一种当支路单元或管理单元适配到它的支持层帧结构时，将帧偏移量收进支路单元或管理单元的过程。

（3）复用
复用(Multiplex)是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层（例如TU-12（×3）→TUG-2（×7）→TUG-3（×3）→VC-4），或把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程（例如AU-4（×1）→AUG（×N）→STM-N）。

2-17、画出2Mbit/s信号复用进STM-N信号的映射复用过程。

2-18、说明将低速支路信号复用成STM-N信号要经过的3个步骤。

PDH支路信号复用成STM-N信号过程中分别经历了3种不同步骤：映射、定位、复用。

2-19、什么是数字基带信号？数字基带信号有哪些常用码型？它们各有什么特点?
数字基带信号有：1. 单极性非归零（NRZ）码 2. 双极性不归零（NRZ）码 3. 单极性归零（RZ）码 4. 双极性归零波形 5. 差分波形 6. AMI码7. HDB3码。

1. 单极性非归零（NRZ）码：(1)有直流分量，无法使用一些交流耦合的线路和设备；(2)不能直接提取位同步信息；(3)抗噪性能差；(4)传输时需一端接地。

2. 双极性不归零（NRZ）码：（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。

3. 单极性归零：单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。

4. 双极性归零波形：它除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。

5. AMI码：（1）在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分，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。

AMI码的不足是当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。

6. 差分波形：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用于解决载波相位模糊问题。

7. HDB3码：（1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编，即传号极性交替；（2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为+V或-V，称之为破坏脉冲。

相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；（3）为了便于识别，V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B；（4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。

数字基带信号也称信息源，发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号。

2-20、说明基带传输和频带传输的区别。

基带传输：在传输介质上直接传输由计算机或终端产生的数字脉冲信号。

频带传输：把基带信号转换成频率表示的模拟信号。

2-21、试画出序列100101000110 的双极性码型：a）CMI码；b）差分码。

2-22、画出基带传输系统的模型。

2-23、试画出序列1001010010010001000111的HDB 3 码型。

2-24、设二进制符号序列为110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码型，双极性码波形，单极性归零码波形，双极性归零码波形，二进制差分码波形。

2-25、什么是眼图，眼图的作用是什么？
眼图是指利用实验手段方便地估计和改善（通过调整）系统性能时在示波器上观察到的一种图形。

在传输二进制信号波形时, 示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。

眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪声的大小。

眼图可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。

2-26、试画出序列1001100000001100001的下列码型：A）AMI码；B）HDB3码。

2-27、试画出序列100100001100011的下列码型：双极性不归零码；单极性不归零码；双极性归零码；单极性归零码。

2-28、简单说明眼图的模型。

（1）最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻。

（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。

（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。

（4）眼图中横轴位置应对应判决门限电平。

（5）各相应电平的噪声容限。

（6）倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围。