基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计_百度文库
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基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计
基​于​S​y​s​t​e​m​v​i​e​w​的​P​C​M​时​分​复​用​多​路​系​统​设​计
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第6章_数字信号的基带传输
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第03章-数字基带调制与传输
现代通信原理（第3版）第3章 数字基带调制与传输本章学习要求：? 了解：数字通信系统中几种常用的二元、三元基带数字信号如单 极性归零码、单极性非归零码、双极性归零码、双极性非归零码、 差分码、AMI码和HDB3码等。 ? 掌握：对PCM脉冲编码调制的抽样、量化及编码三个过程进行了 详细的分析，指出了模拟信号数字化的基
本方法。其中还具体讨 论了抽样过程中的自然抽样和平顶抽样、量化中的均匀量化和非 均匀量化（A律、μ律）、13折线和15折线近似以及编码中的A律 13折线PCM编码等问题并由PCM编码引出了有关差分脉冲编码调 制（DPCM）和增量调制（ΔM）的基本原理介绍。 ? 掌握：计算机网络的拓扑构型 ? 掌握：计算机网络的分类方法 ? 了解：典型的计算机网络 ? 了解：详细介绍了数字基带传输过程中的一些问题，如基带系统 模型、理想低通系统、具有滚降特性的无码间干扰的滤波器系统、 信道均衡技术和部分响应技术等，以及如何通过眼图来衡量基带 传输系统的性能优劣。 ? 了解：计算机网络应用带来的社会问题3.1 数字基带信号的码型及其功率谱1、数字基带信号――未经调制的数字信息代码所对应的电 脉冲信号都是从低频甚至直流开始的。 2、数字信号的基带传输――在某些有线信道中，尤其是近 距离情况下，数字基带信号可以不经过调制直接传输， 而这个传输系统就是基带传输系统。 3、码型――确定码元的脉冲波形及码元序列的格式。 4、码型变换――数字信息的电脉冲表示过程。5、根据一般信道的特点，选择传输码的码型时，主要应考虑 以下几点： （1）码型中低频和高频频率的分量应尽量少，尤其频谱中 不能含有直流分量；（2）码型中应包含定时信息：不能有长的连0码或连1码， 以便提取同步定时信息；（3）码型变换设备必须简单而且可靠；（4）码型具有一定的检错能力：若传输码型有一定的规律， 接收方就可以根据这一规律进行检测，以判断接收信码的 正确与否；（5）码型变换应与信源的统计特性无关。3．1．1 二元码最简单的二元码基带信号波形为矩形，只有两种幅度电平取值，分别对应于 二进制代码的“1”和“0”。 3．1．1．1 单极性非归零码 单极性非归零码简称单极性码如图a所示，其中“1”和“0”分别对应正 电压和零电位（或负电压和零电位），整个码元期间电平保持不变。这是 一种最简单的传输码，但其性能较差，只适于极短距离的传输，故很少采 用。 3．1．1．2 双极性非归零码 双极性非归零码简称双极性码如图（b）所示，该码用正电平和负电平 分别表示1和0，在整个码元期间电平保持不变。 3．1．1．3 单极性归零码 单极性归零码如图（c）所示，常记作RZ码。该码在发送1时仅在整个码 ? 元期间T内只持续一段时间τ的高电平，其余时间内则返回到零电平；发送 T ? ? 50% 0时就直接用零电平表示。称高电平持续时间和整个码元周期之比 为占 T 空比，通常使用半占空码，即其 。
3.1.1.4 双极性归零码双极性归零码如图3―1（d）所示，用正极性的归零 码和负极性的归零码分别表示1和0。这种码兼有双极性和 归零的特点。 图3―2是典型的矩形波的功率谱。其分布似花瓣状， 第一个过零点之内的花瓣最大，称为主瓣，其余的称为旁 瓣。主瓣内集中了信号的绝大部分功率，所以主瓣的宽度 可以作为信号的近似带宽，通常称为谱零点带宽。归 一 化 功 率 谱0非归零码 归零码1/T1/τf3.1.2 差分码1、在差分码中，1、0分别用相邻码元电平是否发生跳变来表示。 ? 若用相邻电平发生跳变来表示码元1，则称之为传号差分码， 记做NRZ（M）码。如 图（e）所示。 ? 若用相邻电平发生跳变来表示码元0，就叫做空号差分码，记 为NRZ（S）码。如图（f）所示。 2、由于它用电平的变化而非电平的大小来传输信息，即它的信 码1、0与电平之间不存在绝对对应关系，它可以解决相位键 控同步解调时因接收端本地载波相位倒Z而引起的信息1、0 倒换问题即相位模糊现象，故差分码得到广泛应用。由于差 分码中的电平仅具有相对意义，因而又称之为相对码。3.1.3 非归零单极性码的功率谱1、设信码0、1等概率出现，单个1码的波形是幅度为A的 矩形脉冲，时域波形如图所示。1 0 0 1 1 0 1 0 0 0A 0TS2、设二元码表达式为：? g 1 ( t ? nT s ) , g n (t ) ? ? ? g 2 ( t ? nT s ) , an ? 1 an ? 0设单个1码的波形为g1 (t )，单个0码的波形为g 2 (t )。非归零单极性码的功率谱可表示为：P( f ) ? A Ts 4A Ts 422Sa (2?ffs)?A24A2? San ? ???2(n? )? ( f ? nf s )?Sa (2?ffs)??(f )4功率谱的第一个过零点在 f ? f 处。因此，单极 性不归零码的谱零点带宽为： B ? fsss3.1.4 非归零、双极性码的功率谱1、双极性非归零码的波形2、非归零双极性码的功率谱? ?f P( f ) ? A Ts Sa ? ? f ? s2 2? ? ? ?其频谱中没有离散分量，功率谱中的第一个过 零点在 f ? f 处，因此，双极性不归零码的谱零点 带宽为：B ? fsss3.1.5 伪三元码及其功率谱三元码指的是用信号幅度的三种取值（+A，0，A）或 （+1，0，1）来表示二进制信码。3.1.5.1 传号交替反转码AMI码1、二进制码元0用0电平表示，二进制码元1则交替地用+1和1 的半占空归零码表示，如图（a）所示。图3―5 伪三元码波形AMI码的功率谱如图3―6所示，显然，该功率谱无直流分 量，低频分量也较小，能量主要集中在频率为码速处。二元非归零码HDB3 AMI1 .0 0 .500 .51 .0图3―6 AMI码和HDB3码的功率谱3.1.5.2 HDB3码HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。它的编码 原理是：先把二进制码变换成AMI码，然后去检查AMI码 的连0串情况，当没有4个以上连0码时，该AMI码就是 HDB3码；当出现了4个以上的连0码时，则将每4个连0码 组成的一小段中的第4个0变换成与其前一个非0符号（+1 或1）同极性的符号。 AMI码和HDB3码的功率谱如图3―6所示。3.2 脉冲编码调制PCM1、脉冲编码调制（PCM）――一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式。PCM在光纤通信、数字微波通信及卫星通信中都得到 了广泛的应用。2、PCM过程主要包括抽样、量化和编码三个步骤。 ? 抽样把在时间上连续模拟信号转换成时间上离散而幅度上连续的 抽样信号；量化则把幅度上连续的抽样信号转换成幅度上离散的 量化信号；编码则是把时间和幅度都已离散的量化信号用二进制 码组表示。3、从调制的观点来看，PCM就是以模拟信号为调制信号，对二进 制脉冲序列进行载波调制，从而改变脉冲序列中各个码元的取值。 所以，通常也把PCM叫做脉冲编码调制，简称脉码调制。3.2.1 抽样和抽样定理星型1、将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值的过程就 是抽样。 2、抽样定理――主要讨论能否由离散的抽样值序列重新恢复原 始模拟信号的问题3.2.1.1 低通型信号抽样定理 1、低通型信号的抽样定理是：一个频带限制在 内的连续信号 ，如果抽样频率 大于或等于 ，则 可以被所得到的抽样值完全 确定。 2、设 x(t )为一个频带限制在 (0, f ) 内的低通信号，抽样脉冲 序列是一个周期性冲击函数 ? T (t ) ，则抽样信号可看成是 x(t ) 和 ? T (t )相乘的结果，Hx(t) xS(t)TSt图3―7 抽样信号的形成过程接收端可通过截止频率为 图3―8所示。x(t) xs(t) δT(t)fH的低通滤波器来恢复原信号，如xs(t) x(t)低通滤波器(0，fH)图3―8 抽样与恢复3.2.1.2 带通型信号的抽样定理1、带通信号的抽样定理： 若带通信号的上截止频率为 f H ，下截止频率为 f L ，此时并不 一定需要抽样频率达到2 f H 或更高。只要此时的抽样频率 满足： f s ? 2B?1 ? M ? f s ? ? N ? ? 则接收端就可以完全无失真地恢复出原始信号。 f 其中， B ? f H - f L ， M ? f ? N ； N 为不超过 B 的最大正 B 整数。HHfS4B 3B 2B B02B3B4B5B6Bf3．2．1．3 自然抽样1、脉冲调制――用基带信号去改变脉冲序列的某些参数来完 成。 2、根据基带信号改变脉冲序列信号的参数（幅度、宽度、时 间位Z）的不同，可把脉冲调制分为： C 脉幅调制（PAM）；（脉幅调制PAM是基础） C 脉宽调制（PDM）； C 脉位调制（PPM）。 3、自然抽样是指抽样脉冲期间抽样信号的顶部保持原来被抽 样的模拟信号的变化规律，也称之为曲顶抽样，其实现方 式很简单，直接用窄脉冲序列与模拟信号相乘即可。4、自然抽样过程的波形及其所对应的频谱如图3―10所示。 从图中可以看出，接收端只需使用相应的低通滤波器，便 可从抽样信号中无失真地恢复出原始信号。x （ t） t -ω c （ t） t τ Ts? 2?HX（ ω ） ω ωHC（ ω ） ω?-ωH0ωH2??X s（ ω ）x s （ t） t? 2?ω -ωHωH2???图3―10 自然抽样3．2．1．4 平顶抽样1、平顶抽样或瞬时抽样――在抽样期间内使输出的抽样信号 幅度保持不变。 2、实际抽样过程中，平顶抽样是先通过窄脉冲序列完成自然 抽样后，再利用脉冲形成电路来实现的。 3、理论上平顶抽样可分解为如下两步来进行：第一，理想抽样；第二，用一个冲击响应为矩形的网络对抽样值进行幅度值保持（即脉冲形成电路），其电路框图如图3―11所示。 平顶抽样信号如图3―12所示。x(t)xS(t)脉冲形成电路xh(t)δT(t)图3―11 平顶抽样的产生原理图xh(t)tTt3―12 平顶抽样信号3．2．2 量化1、对抽样信号的幅度进行离散化处理的过程就是量化，完成 量化过程的器件就叫做量化器。 2、量化的过程可用图3―14所示的方框图表示。3、量化器输出和输入之间的关系称为量化特性。 一个理想的线性系统其输出――输入特性是一条直线，? 量化器的输出――输入特性则是阶梯形曲线。 ? 相邻两个阶梯面之间的距离为阶距。 ? 均匀量化器由于阶距相等，其特性曲线呈等间距跳跃的形式， 如图3―15。 ? 非均匀量化器的特性曲线是不等间距地跳跃的。 ? 根据各阶梯面的位Z，特性曲线又可分为中升型和中平型。图3―15 均匀量化 特性和量化误差3.2.2.2非均匀量化1、量化间隔不相等的量化就是非均匀量化，它是根据信 号的不同区间来确定量化间隔的。 2、从理论分析的角度，非均匀量化可以认为是先对信号 进行非线性变换，然后再进行均匀量化的结果，如图 3―16所示。xf（x） 瞬时 压缩z均匀 量化y编 码解 码? yf 1(x)C? x瞬时 扩张图3―16 非均匀量化3、由于 f (x) 和 f ( x) 分别具有把信号幅度范围压缩与扩张 的作用，所以常把 z ? f (x) 的变换过程称为压缩，其逆 变换 f ( x) 则叫做扩张。 4、采用 A 压缩律和 ? 压缩律两种压缩特性，具有对数特 性且通过原点呈中心对称的曲线 。 （1）A律对数压缩特性定义为：?1?1Ax 1 ? ,0 ? x ? ? 1 ? ln A A f ( x) ? ? 1 ? ln Ax 1 ? , ? x ?1 ? 1 ? ln A AA律对数压缩的特性曲线,如图3―18(a)所示，在国际标准中取A ? 87.6图3―18 对数压缩特性（2）μ律对数压缩特性定义为： ln( 1 ? ? ) 特性曲线如图3―18(b)所示。 5、以μ律为例来说明压缩律特性对小信号量化信噪比的改善 程度。 根据计算得到量化信噪比改善程度与输入电平的关系如图3― 19所示。S /N g （ d B ）f ( x) ?ln( 1 ? ?x)40Q&130182036改 善 量μ =100?= 01001020304050x（ dB）图3―19 有无压缩的比较曲线由图3―19可见：? 无压缩时，信噪比随输入信号的减小迅速呈直线趋势下降；? 有压缩时，虽然大信号时的信噪比低于无压缩时，但整个信 噪比随输入信号的下降明显缓慢。? 若要求量化器输出信噪比大于26dB：C对于 ? ? 0 即无压缩的情况，输入信号必须大于C18dB； C对于 ? ? 100 ，输入信号只要大于C36dB即可。 可见，采用压缩量化器提高了小信号的信噪比，虽然大 信号时信噪比有所损失，但由于大信号的信号功率比较大而 对其影响不大，从而扩大了输入信号的动态范围。6、对数压缩特性的折线近似A律压缩特性采用13折线近似，该折线是一个奇对称的图形， 如图3―20所示，图中只画出了输入信号为正时的情形。输 入信号幅度的归一化范围为（0，1），将其不均匀地划分 为8个区间，每个区间的长度按照1/8倍的关系递减。图3―20 A律13折线3．2．3 编码把量化后的信号电平值转换成二进制码组的过程叫做编 码，其逆过程则为译码。 3．2．3．1 二进制码组的选取 PCM编码常用的二进制码组有自然二进制码组、折叠二进 制码组和格雷二进制码组， ? 自然二进制码就是一般十进制正整数的二进制表示。 ? 折叠二进制码的第一位则用来表示信号的正负极性，从第二 位开始表示信号幅度绝对值的大小，一般第一位用1、0分别 表示正、负。 ? 格雷码是对于任何相邻的十进制数值，其相应的二进制格雷 码码组之间必然只有一位码元发生变化。3．2．3．2 A律13折线PCM编码1. 负方向共有16个段落，每一个段落内又均匀地划分出16个量化 级，总的量化级数为 16 ? 16 ? 256 ? 28 个，取编码位数 n ? 8 。 设该8位PCM码的排序为：M1M2M3M4M5M6M7M8? 第1位M1为极性码，1代表正极性，0代表负极性。 C第2至8位根据信号幅度抽样量化后的绝对值大小进行编码，C第2至4位M2M3M4为段落码，该3位码表示8个段落的起始电平 值，即确定出信号位于8段中的哪个段落。C第5至8位码M5M6M7M8为段内码，表示信号绝对值在段内16个 量化级中的哪一个量化级上。 ? 是一种将压缩、量化和编码合为一体的编码方法。2. 13折线的非线性PCM编码可由逐次比较型编码器实现，如图3―22所示。 其电路由整流器、保持电路、比较器和本地译码电路等部分组成。样值脉冲整流器 保持电路IS比较器ISIS? I W &1&? I W &0 &后7位码 M2~M7IW 极性码M1恒流源7/11 变换电 路记忆电路本地译码器图3―22逐次比较型编码器3．3PCM系统的噪声1、PCM通信系统中重建信号不可避免的主要误差来自模/数和数 /模变换过程，即量化过程，信号的失真主要是量化失真。 2、信道干扰主要有乘性干扰和加性干扰。 ? 乘性干扰与信道特性有关，信道理想的前提下可被忽略； ? 加性干扰来自干扰源的激励或辐射影响。C影响接收端对信号码元的准确判决，从而造成误码；C影响接收端位同步和帧同步脉冲的准确性，从而进一步 引起误码。n 3、假设 D(t )仅为量化引起的噪声，即量化噪声； (t )为加性干扰 引起的加性噪声。 ? 系统的抗噪声性能与信号噪声比有关，系统总的信噪比的 定义为：S N? ? E ?D (t )? ? E ?nE g (t )2 22?2(t )?信噪比愈大，系统的抗噪声性能愈好。 ? 只考虑由加性噪声引起误码时，系统的输出信噪比为：d S Nn ?2(2 22n2n? 1) ?2d 222n12 3 Pe d122n? Pe d21 4 Pe3由误码引起的信噪比与误码率成反比。3．4差分脉冲编码调制DPCM3．4．1 差分脉冲编码调制DPCM的原理差分脉冲编码调制（DPCM）考虑了模拟信号抽样后的幅度样值 中仍然保留的相关性，即前面的幅度样值中包含有后面样值的大部分信息，利用前面的幅度样值来对后面的幅度样值进行编码，大大降低了模拟信号编码的位 数，使信息传输的比特率也随之减小。s (t )模拟信号波形 ( a )tx4取样幅度及差值( b )x3x2?x 4x i ?1?x 3xi?xix1?x 2t Ts图3―24表示DPCM的原理3．4．2xi 输入抽样DPCM的编、译码过程? xi ?译码?? xi信码输出量化xi信号输出低通?~ xi ?1??~ xi编码?~ xi ?1积分 保持积分 保持(a )编 码 器(b )译 码 器1、图（a）为DPCM方式的编码器的方框图。 ? 开始 时 ， 积分保 持 电路输 出 为零 ， 第 一个抽样 的幅度样 值 x1 产生后直接通过第一个相加器送量化级。量化级的输出为x1 的 量化值 ~1 ，把 ~1 分成两路，一路送到编码器编成信码送出； x x 另一路送到第二个相加器。 ? 当第二个抽样幅度样值 x 2到达第一个相加器后，与积分保持电 路输出的保持值 ~1 相减得到 ?x2 ，接着对 ?x 进行量化，量化后 x 的输出仍分成两路，一路经编码输出，另一路又到达第二个相 加器，与保持值 ~1相加后得到 ~，积分保持电路则重新保持 x2 x2~ 的值。 x2? 接着第三个幅度样值 x3又到达第一个相加器，重复进行 x 2 的处 ? ? 理过程，输出端则不断输出除x1 以外的 x 、 x3 ……等差值信号 的PCM编码。22、在图(b)所示的DPCM译码器则完成与上述编码 器相反的工作过程。 ? 从接收信号中恢复出差值，再把它与积分保持 电路保持的的值相加，得到的量化值; ? 再通过低通滤波器输出;? 恢复原始模拟信号。3．4．3DPCM的性能? 话音信号的传输处理C在保持相同话音质量的条件下，DPCM的编码比特 速率要比PCM的低； C当编码位数n≥4时，DPCM系统传送话音的量化信 噪比要比PCM的高6dB。? 带宽为1兆赫的黑白可视电话图像信号C按抽样定理计算，抽样频率应不小于2兆赫； C采用DPCM方式时，每个样值只需编成3位码，即 只需比特速率6Mbps就可以达到16Mbps的PCM所能 达到的图像质量。3．53．5．1 增量调制原理增量调制ΔM（DM）1、增量调制（ΔM）将模拟信号变换成每个抽样值仅与一位二 进制编码对应的数字信号序列，在接收端只需要一个线性网 络便可复制出原模拟信号。 2、 m(t )m?(t )― 一个频带有限的模拟信号如图所示。―阶梯波形来逼近。只要时间间隔 ?t 和台阶 ? 都很小， m(t ) 和 m?(t ) 将会相当地接近。如 增量调制波形示意图 所示。m (t ) m ? (t )?01010111111000t?t图3―26 增量调制波形示意图3、 ΔM信号的译码问题――在接收端由二元码序列恢复出 阶梯波形的问题。 ? 接收端每收到一个“1”码就使译码输出上升一个值； ? 收到“0”码则使输出下降一个； ? 连续收到“1”码（或“0”码）就使输出一直上升（或下 降），这样就可以近似地复制出阶梯波； ? 可由一个积分器来完成。 C图（a）是一个积分器示意图。 C图（b）表示了该积分器的输入、输出波形。 C图（c）所示的RC积分器，其时间常数，且远大于输 入二元码的脉冲宽度。m i (t )积分器m 0 (t )R C(a )m i (t )? E(c )(c )0? Etm0(t )t(b )4、ΔM的编码 一个简单的ΔM编码器组成如图所示脉冲源m (t )相减器 判决器?M 信号输出m ?( t )本地 译码器工作过程如下： ? 利用相减器对输入的 m(t ) 和 m?(t ) 进行相减， 然后在抽样脉冲作用下将相减结果进行极性判决。 ? 对于给定抽样时刻 t im(t )t ?ti ?，有如下判决规则：?0? m?(t )t ?ti ?，则判决输出“0”码m(t )t ?ti ?? m?(t )t ?ti ??0，则判决输出“1”码3．5．2 增量调制的量化噪声3．5．2．1 过载量化噪声 1、过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于台阶 ? 是固定的，而且单位时间内台阶数也是确定的，阶梯电 压波形就跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电 压波形。 2、最大跟踪斜率为：K ???t? ?f s其中，抽样时间间隔为 ?t,抽样频率 f s ?1 ?t3、为了不发生过载现象，必须使 f s 和 ? 的乘积达到一定 的数值，以使信号的实际斜率不超过这个数值，通常可 用增大 f s 或 ?来达到。m (t ) m ?( t ) m ?( t )m (t )n (t ) n (t )t t(a ) 一 般 量 化 噪 声(b ) 过 载 量 化 噪 声3．5．2．2 一般量化噪声如果没有发生上述过载的情况，则模拟信号与阶梯波形 之间的误差引起的就是一般量化噪声，如图（a）所示。fs小或 ? 大则一般量化噪声就大，反之， f s 大或 ?小则一般量化噪声也小。3．6 数字基带传输系统 及其误码率3．6．1 数字基带传输系统结构 1、基带信号――系统对信号没有进行调制与解调。 系统模型如图所示发送滤波 信 道 接收滤波{an}GT（ω）s(t) C（ω）+n(t)（ω） GR抽样判 决器{a’n}? 发送滤波器的作用是将 d (t ) ? ? a ? (t ? nT 道传输的波形。n n ? ???s)形成适合信? 接收滤波器的作用就是尽量抑制传输过程中叠加的噪 声，并使发生畸变的波形得以改善。? 抽样判决器是为了进一步提高接收系统可靠性而设Z 的，它一般由抽样器和门限检测器组成。3．6．2升余旋滚降滤波器1、为使基带脉冲传输系统获得足够小的误码率，必须最大 限度地减小码间干扰和随机噪声的影响。 2、系统的输出 x(t )仅依赖于发送滤波器至接收滤波器的传输 特性 H (? ) ，即基带传输特性：H (? ) ? GT (? )C (? )GR (? )3、以 ? ? ? 为中心，具有奇对称升余弦形状过渡带的这一 T 类无码间干扰波形，通称为升余弦滚降信号，具有升余弦 滚降信号特性的滤波器则称为升余弦滚降滤波器,其特性 如下图所示。sH (? )α=0 TS α=0.5 α=0.75 α=10 α=1 α=0.75 α=0.5W1 h(t)2W1f?1 4W1?1 2W11 2W11 4W1t当0& ? &1时，升余弦滚降的H (? )可表示为? ? Ts , ? T ? ?T H (? ) ? ? s [1 ? sin s ( ? ? )], 2? Ts ?2 ? 0, ? ? 0? ? ? (1 ? ? )? Ts (1 ? ? )? Ts (1 ? ? )??? ?? ?Ts (1 ? ? )? Ts其 h(t )为：h(t ) ?sin ?t / Ts?t / Ts?cos ?t / Ts 1 ? 4? t / Ts2 2? 越大，则系统冲击响应波形衰减越快，滤波器实现 ? 越容易，但频带利用率越低；反之， 越小，冲击响应波形衰减就越慢，频带利用率则越高。(a)?Ts(b) 0?Ts?ω?3? Ts03? Tsω(c)? 4? Ts(d) 04? Tsω?2? Ts02? Tsω图3―35几种基带传输系统特性3．6．3码率和误码率3．6．3．1 码率 1、码率又称传码率，它是衡量一个数字通信系统传输速 度快慢的指标之一，其定义为每秒钟传送码元的数目， B 单位是“波特”，通常用符号 表示。 2、二进制与 N 进制的码元速率之间有如下转换关系：RB 2 ? RBN log 2 N ( B)其中，RB 2RBN二进制码元速率 N进制码元速率3．6．3．2误码率1、误码率是指接收到的错误的码元数在总传送码元数中 所占的比例，它表示了码元在传输系统中被传错的概 率，一般用 Pe表示。 3．6．3．3 最佳阈值 最佳阈值是指使误码率通常最小时的判决门限电平，又 称为最佳门限电平。3．6．4误码率的一般公式1、如果基带传输系统无码间干扰又无噪声影响，则接收 端的判决电路就能够无差错地恢复出原始的发送基带 信号。但信道中不可能没有加性噪声，即使是消除了 码间干扰，判决电路也会因干扰而很难做到无差错地 恢复原始信号。 2、采用双极性基带波形的情况 基带传输系统总误码率为：1? Pe ? ( Pe1 ? Pe 2 ) ? ?1 ? erf 2 2? ? 1 ? ? ? ? ?? 1 ?? ? erf 2? n ?? 2 ?? A ? ? ? ? ? ? 2? n ? ? A系统总误码率依赖于信号峰值A与噪声均方根值 ? n 之 A 比，而与采用什么样的信号形式无关，比值 越大， ?n 系统总误码率就越小。3、采用单极性基带波形，则分别可求得最佳判决门限和 误码率为：?nA2Vd ?1? Pe ? ?1 ? erf 2? ??A 2?lnP(0) p(1)? A ? ? 2 2? n ? ? ? ? ?? A ? ? 2 2? n ??? 1 ?? ? erf ? ?? 2 ?3．6．5眼图1、眼图分析方法 为了衡量基带传输系统性能的优劣，在实验室中，通 常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰 和噪声对系统性能的影响。 2、具体做法： 用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整 示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步， 从示波器显示的图形上观察出码间干扰和噪声的影响， 从而估计出系统性能的优劣程度。 3、眼图模型最佳抽样时刻判决门限电平噪声容限对定时误差的灵敏度抽样信号畸变? 抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻； ? 误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定，斜率越陡， 受定时误差的影响就越大； ? 图中阴影区的垂直高度表示信号畸变范围； ? 图中央的横轴位Z就对应最佳判决门限电平；? 在抽样时刻，上下两阴影区之间的间隔距离的一半为 系统的噪声容限，若噪声的瞬时值超过这个容限，就 会发生错误判决。3．7信道均衡及部分响应系统3．7．1 时域均衡及其功能 1、对系统中的线性失真进行校正的过程就叫做均衡 实现均衡的滤波器就是均衡滤波器。 2、均衡分为频域均衡和时域均衡两类。 ? 频域均衡，就是使包括均衡器在内的整个系统的总传 输函数满足无失真传输的条件。 ? 时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内 的整个系统的冲击响应满足无码间串扰的条件。 3、时域均衡的基本思想可用下图的波形进行简单说明。 利用波形补偿的方法对失真波形直接加以校正，可以 通过观察波形的方法直接进行调节。x (t )t ?1t0t ?1t? a ?波形补偿示意图?b ?校正后的波形t0t4、按调整均衡滤波器的方式，时域均衡可分为手动均衡 和自动均衡两种； ? 自动均衡又可细分为预Z式自动均衡和自适应式自动 均衡。C 预Z式均衡是在实际数据传输之前，先传输预先规 定的测试脉冲，然后按照迫零调整的原理自动或手 动地分别调整各抽头增益； C 自适应式均衡则是在数据传送的过程中，连续测量 输出信号与最佳调整值之间的误差，并以此为依据 来调整各抽头增益。3．7．2 部分响应系统概念1、有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码的抽样时刻无码间干扰，就能使频带利用率提高到理论上的最大值 ? max?2波特/赫兹，同时又可以降低对定时精度的要求。通常把这种波形称为部分响应 波形，利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称 为部分响应系统。 2、对相邻码元的取样时刻产生同极性串扰的波形称为第 一类部分响应波形。p (t )4 /?P (? )12T? 5T 2? 3T 2?T 2T 23T 25T 2t?T?(a )波形(b )频谱3、第一类部分响应系统组成方框图发 ＋ ak T T (a) 发 ak 收 a′k 相加 模2判决 抽样脉冲 信息判决 收 a′ k预编码 相关编码＋ T相加发送滤波信道接收滤波模2判决 抽样脉冲(b)整个处理过程可概括为“预编码―相关编码―模2处理”三步。3.8有线电视广播系统简介目前的有线电视网，绝大多数是光纤/同轴电缆混合网 （HFC网），带宽为450～850MHz，传送约80套模拟节 目。 3．8．1 有线电视简介 3．8．1．1 有线电视历史 有线电视网、电信网和计算机网已经开始“三网融合”3．8．1．2 网技术现状我国有线电视? 现阶段我国有线电视接入网大多数采用光纤/同轴电 缆混合网HFC模式，同时运用ATM、宽带IP、Cable Modem、Cable Phone、机顶盒STB等技术，为大容量 信息业务的承载传输和运营提供支持。 ? 有线电视产业大致包括 ? 有线电视专业频道服务，市场很大，社会需求也十 分强烈，主要用于社会教育、专业教育和体育等；? 有线电视网络设备和器材；? 有线电视网络传输服务。3．8．1．3 有线电视系统 分类? 按频道带宽划分，可分为邻频系统（300、450、550、 750、860MHZ）和隔频系统（全频道分段调节系统）；? 按信号传输所使用的介质划分，可分为全同轴电缆和 光纤/同轴电缆混合系统HFC、光纤到大楼FTTB、光纤 到服务区、光纤到路边、光纤到户（FTTH）等系统； ? 按电视信号的调制接入方式，分为调频传输系统FM、 微波宽带传输系统AML、本地多点分配业务LMDS、多路 微波分配系统MMDS ； ? 按构成有线传输电视系统的网络结构，可以将其分为 星型、环型、网状和混合型系统。3．8．1．4 广播电视节目 制作传播流程广播电视信号从制作开始到用户收看为止，包括 ? 节目制作； ? 节目播出； ? 节目传送； ? 信号发射； ? 信号监测； ? 信号接收 完成从把声音、图像转换为可传播的信息载体，通过传 播、接收，在接收端再还原成声音和图像。
3．8．2 有线电视信号 3．8．2．1 广播电视信号组成广播电视信号主要包括声音和图像两类信号。 ? 声音信号是指人的耳朵可以感觉到的那部分信号，其频率 范围主要在50Hz～10KHz之间。 ? 图像信号主要指PAL制式下的彩色全电视信号 C视频信号：频率范围为0～5.75MHz，包括亮度信号、 色度信号、同步信号和消隐信号； C音频副载波：彩色副载波信号音频副载波是频率 6.5MHz的信号，彩色副载波则是载频4.43MHz的信号。3．8．2．2 地面有线广播 电视信号? 地面有线广播电视系统使用的频段应选在超短波范围、 米波和分米波。我国确定的有线广播电视系统选用频 段为甚高频VHF和超高频UHF两个，其频率范围分别如 下。 C甚高频VHF―― （48～223MHz） C超高频UHF―― （470～960MHz） ? 有线广播电视系统图像信号采用残留边带(VSB)调幅， 伴音信号采用调频方式。 ? 以8MHz为间隔，我国电视频道在VHF和UHF频段共分为 68个频道，其中，频率为92～167MHz、566～606MHz的 部分供调频广播和无线电通信使用（调频广播使用 88～108 MHz，其中88～92 MHz频带内可以安排电视频 道）。3．8．3电视信号传输? 电视信号的传输可分为基带传输和频带传输两种。 C 基带传输用于近距离传输的情况，它将视频（V）/ 音频（A）信号分别传输。 C 频带传输方式，即将A/V信号合成后，再经过频带 调制后进行传输，其调制方式： ? 模拟调频 ? 模拟调幅 ? 数字调制 ? 有线电视传输系统中，要实现真正远距离的信号传输， 一般首先都要通过微波中继、电视差转和卫星电视广 播三种方式来进行大范围传播。3．8．4有线电视系统 3．8．4．1 有线电视系统构成1、有线电视系统的组成 ? 信号源：提供传送广播电视信号节目的源头； ? 前端：位于信号源与干线传输系统之间的信号处理和转换 设备； ? 干线传输：是有线电视系统的重要组成部分，它担负向分 前端及用户分配网络高质量地传送信号的功能； ? 分配网络：把干线传输来的电视信号经分配系统均匀地送 到千家万户。2、有线电视系统常用的主要设备与器材主要包括接收天 线、接收机、解调器和解码器（适配器）、调制器、 信号处理器、混合器、放大器、分支分配器、用户终 端盒、同轴电缆、光缆、光发射机、光放大器、光接 收机，光隔离器等。3．8．4．2 有线电视系统 主要技术指标1、信噪比和载噪比? 影响电视节目收看质量的主要有C滚道干扰（50Hz～几百Hz的市电和电源干扰） C网状干扰（几KHz～几十MHz的中、短波信号、手机 等空中无线电信号干扰）， C由日光灯、发动机和高频设备产生的雪花和横线干 扰。 ? 用信噪比和载噪比衡量电视传输系统对噪声、干扰的 抵抗能力：? 信噪比表示视、音频信号的功率与噪声功率之比 ? 载噪比表示高频载波与噪声的相对强度，是恒量射频 信号通道传输质量的重要指标，也反映了音、视频信 号经过传输解调后的信号质量 2、电视信号的图像质量等级 3、非线性失真 衡量系统本身在信号传输过程中对信号的损伤程度的， 主要包括： ? 交扰调制比CM：是一个信号被另一个信号的振幅所调 制、并落在调制载波的同一个频道内，而形成两个信 号的相互干扰，它不产生新的频率； ? 载波互调比IM：是多个信号的载波互调后，落入某一 个电视频道中对视频信号形成的斜纹干扰。小 结1、介绍了数字通信系统中几种常用的二元、三元基带数 字信号如单极性归零码、单极性非归零码、双极性归 零码、双极性非归零 码、差分码、AMI码和HDB3码等。 2、详细介绍了数字基带传输过程中的一些问题，如基带 系统模型、理想低通系统、具有滚降特性的无码间干扰的滤波器系统、信道均衡技术和部分响应技术等， 以及如何通过眼图来衡量基带传输系统的性能优劣。3、对PCM脉冲编码调制的抽样、量化及编码三个过程进行了详细的分析，指出了模拟信号数字化的基本方法。其中还具体讨论了抽样过程中的自然抽样和平顶抽样、 量化中的均匀量化和非均匀量化（A律、μ律）、13折 线和15折线近似以及编码中的A律13折线PCM编码等 问题并由PCM编码引出了有关差分脉冲编码调制 （DPCM）和增量调制（ΔM）的基本原理介绍。实验实训2 常见基带码型及变换? 一、实训目的 ? 通过观察和对比分析，掌握常见的数字基带传输码型的编 码规则，理解利用FPGA实现码型变换的方法，进一步熟悉 NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码的波形。 ? 本实训需信号源、20M双踪示波器、频率计各一台，以及相 关的基代传输信号码型变换电路模块。 ? 二、实训原理 ? 1、常见基带码编码规则 ? ① 单极性不归零NRZ码：用高、低电平分别表示二进制信 息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变，如图3.52 （a）所示。＋E (a) (b) 0 ＋E 0 ＋E (c) 0 -E ＋E 0 -E10100110(d)? ② 单极性归零RZ码：发送“1”时在整个码元期间高电 平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电 平，如下图3.52（b）所示。 ? ③ 双极性不归零BNRZ码：用正电平和负电平分别表示 “1”和“0”，并在整个码元期间电平保持不变，如图 3.52（c）所示。 ? ④ 双极性归零BRZ码：发送“1”和“0”时，在整个码元 期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时 间内则返回到零电平，如图3.52（d）所示。 ? ⑤ 传号交替反转AMI码：信码“0”仍变换为传输码的 “0”；信码“1”交替变换为传输码的“+1、－1、＋1、 －1、…”。AMI码无直流成分，接收端收到的码元极性与 发送端完全相反也能正确判断，但当用它来获取定时信 息时，由于可能出现长的连0串而会造成提取定时信号的 困难。? ⑤ 传号交替反转AMI码：信码“0”仍变换为传输码的“0”； 信码“1”交替变换为传输码的“+1、－1、＋1、－1、…”。 AMI码无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相 反也能正确判断，但当用它来获取定时信息时，由于可能出 现长的连0串而会造成提取定时信号的困难。 ? ⑥ 三阶高密度双极性HDB3码：将4个连“0”信息码用取代 节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数 个信息“1”时取代节为“000V”；偶数个信息“1”码（包括0 个）时取代节为“B00V”，其它信息“0”仍为“0”码。这样， 信码“1”变为带符号的“1”码（“+1”或“－1”）。HDB3码 除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个 的优点，这对定时信号的恢复十分有利，因此被ITU-T推荐 使用。2、基带信号编码电路? 信号源产生的方波信号一般都是单极性不归零NRZ码，将 其作为原始信息，和位同步信号BS送入CPLD波形变换电 路，即可得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极 性编码信号。如将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后， 再与NRZ信号相与得信号AMIB，该AMIB信号与NRZ码一起 控制八路模拟开关，所得输出即为AMI码。 ? 注：因为CPLD的I/O接口不能直接连接负电平，所以需将 代表正、负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加 电路合成为双极性码。如HDB3的正、负极性编码信号送 入U02的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平， 从而得到完整的HDB3码，如图3.53所示。类似地，解码 时同样也需先将双极性HDB3码变换成代表正、负极性的 两路信号，再送入CPLD解码，如图3.54所示。NRZ码连“0”检测及补“1”取代节选择破坏点形成单/双极性变换HDB3码图3.53HDB3入 双/单极性变换 判决HDB3编码原理框图破坏点检测 取代节去除 NRZ出位同步信号? 图3.54HDB3解码原理框图? 实训过程中，注意观察并仔细记录各点波形及其相关数据 （频率、幅度），包括：? 1． 位同步信号BS、信号源输出方波NRZ码、编码电路输出RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码； ? 2． 各编码信号送入解码器后相应的RZ码、BRZ码、BNRZ 码、AMI码、HDB3码解码输出。实验实训3 PCM调制与解调? 一、实验目的? 通过观察PCM调制与解调过程，分析PCM调制信号与基带模拟信号之间的关系，掌握PCM调制与解调基本原理，进一 步熟悉定量分析模拟信号的13折线A律编码法。通过了解 TP3067的功能与使用方法，进一步掌握PCM通信系统的工 作流程。 ? 本实训需信号源、20M双踪示波器、稳压电源各一台，以 及模拟信号数字化电路模块一套。? 二、实训原理? （一）、PCM调制与解调? 脉冲编码调制PCM就是将模拟信号抽样量化，然后使已量 化值变换成数字代码，其系统框图如图3.55。图中，抽样 把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样 信号；量化把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间 离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码 形成一个二进制码组输出。模拟信源预滤波器抽样器波形编码器发送端 数字信道 接收端模拟终端重建滤波器（抽样保持、低通）波形解码器图3.55PCM 系统原理框图? 国际标准PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽 样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端， 用二进制码组重建模拟信号。解调过程中，一般采用抽样 保持电路。同时，在对模拟信号抽样之前一般要进行预滤 波，预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz～ 3400Hz内，所以预滤波会引入一定的频带失真。 ? 在整个PCM通信系统中，重建信号的失真主要来源于量化 以及信道传输误码。均匀量化的主要缺点是无论抽样值大 小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。当信号较小时， 则信号量化噪声功率比也很小，对弱信号时的量化信噪比 就难以达到要求。为了克服这个缺点，实际中往往采用非 均匀量化的方法。非均匀量化是根据信号的不同区间来确 定量化间隔的，我国和欧洲各国均采用A压缩律。本实训 采用的PCM编码方式是A压缩律，具有如下的压缩律：Ax 1 ? ,0 ? X ? ? 1 ? ln A ? A y= ? ? 1 ? ln A x , 1 ? X ? 1 ? 1 ? ln A A ?? A律压扩特性是连续曲线，在电路上难以实现，故实际中 往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压 扩特性。它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用 数字电路来实现。本实训模块用到的PCM编码芯片TP3067 正是采用这种压扩特性来进行编码的。? 在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为 低速编码和高速编码两类。编码器的种类大体上也可以归 结为三类：逐次比较型、折叠级联型和混合型。本实训模 块中PCM编码芯片TP3067采用的是逐次比较型编码。在逐 次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、 段落码、段内码的顺序排列。其中第一位表示量化值的极 性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝 对大小。具体地，第2至4位表示段落码，它的8种可能状 态分别代表8个段落的起点。其余4位表示段内码，它的16 种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 这样，8个段落被划分成128个量化级。2、PCM编译码电路R2模拟环回 自动 零逻辑R + RVFxIR1 VFxI + VPO + +RC有源 滤波器开关电容 带通滤波器S/H DAC XM T REG OE RCV REG CLKVPO R3 R4+电压 基准 比较器 RC有源 滤波器 开关电容 带通滤波器A/D 控制逻辑DxVPI VFROS/H DACBCLK MDr+5V -5V 0V定时和控制VCCVBBGND AMCLK MCLK BCLK BCLKR FSx x x R/PDN /CLKSELFSR图3.56 TP3067内部结构图VPO+ GNDA VPOVPI VFRO VCC FSR Dr BCLKR/CLKSEL MCLKR/PDN1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 19 18 17 16 15 14 13 12 11VBB VFxI+ VFxIGSx ANLB TSx FSx Dx BCLKx MCLKx图3.57 TP3067引脚图? 编译码器的工作节奏由时序电路控制，在编码电路中，进 行取样、量化、编码，译码电路经过译码低通、放大后输 出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路 编译码器，它只能为一个用户服务，即同一时刻只能为一 个用户进行A/D及D/A变换。如果同时有多路用户需要服务， 则需要多个单路编译码器协同工作。 ? 单路编译码器编好的8位PCM码字是在一个时隙中被发送出 去的，这个时隙号由A/D控制电路决定，在其它时隙时刻 编码器没有输出。同样地，译码电路也只工作在一个固定 的时隙。只要向A/D或D/A控制电路发送相关的命令，即可 控制单路编译码器的发送和接收时隙，从而达到总线控制 与交换的目的。L501 100uHR5 0 5 2P CM +5C5 0 1 104E503 100uFTP 5 0 1TP 5 0 2 P CM -5 E501 10uF P CM -IN R5 0 1 47K R5 0 2 47KC5 0 2 104TP 5 0 4TP 5 0 5 K501 3 P IN2 3TP 5 0 6S5 0 1 S1 P 2 A IN发 ? 送 ?? 通20 17 18 19 1 G SX V FX IV FX I+ VP O+ VP OVP I V FRO26 DX 13 14 12 11 10 9 8 7 15 16V ss G N D A V c cP CM -O U T P P DK HZ TP 5 0 31道R5 0 3 10K K500 PA P CM +5 P CM -5-5 V?FSX BCL K X MCL K X P DN CL K SE L DR FSR T SK ANLB2048KHz P CM -IN P P DK HZ GN D TP 5 0 03 4 5+ 5VR5 0 4 47K TP 5 0 7 E502 10uFU501 TP 3 0 6 7 ? 接 P CM -O ? ? DP TP 5 0 8R5 0 6 1K收 通 ? 道D501 LED图3.58 PCM系统电路+ 5V1 2+ 12 V3W 0 01 104 U001:B TL 0 8 46 54S2 0 1 S1 P 2R0 0 1 10K A IN4E001 10uFU001:A TL 0 8 4 +1R0 0 3 10K3 2E002 10uFR0 0 5 10KE003 10uF+C0 0 8 104117R0 0 2 10K-1 2 VR0 0 4 10K图3.59 PCM系统发送通道C0 0 4 C0 1 1 104 U003 4066 P AM -O U T P CM -O RCVSD-OU T P AM -CH P CM -CH CVSD-CH1 3 8 11 13 5 6 121A 2A 3A 4A 1CR 2CR 3CR 4CR V cc V ss 1B 2B 3B 4B + 12 V6800PTP 0 0 1 R0 0 9 10K U004:B TL 0 8 4 +6+ 5V2 4 9 10E004 10uFC0 0 1 603C0 0 2 603W 0 02 1035R0 1 0 10K4 3U0 0 4 : A TL 0 8 4 +1211-1 2 V7C0 0 3 R0 0 8 27K 6800PC0 0 614 7104 GN DR0 0 6 10K R0 0 7 47KR0 1 2 27K R0 1 1 47KC1 0 2 104图3.60 PCM系统接收通道? 实训中，注意观察并记录各点信号的波形，及其频率、相 位和峰-峰值。这些点主要是：2048KHz主时钟、8KHz收发分帧同步信号、模拟输入音频信号、PCM编码输出信号、PCM解码输出波形等。 ? 实训中，关闭电源前应首先去除所有外部输入信号(如时钟，同步脉冲等)后，再关编译码器电源。习题三? 一、填空题 ? 1．未经调制的数字信息代码所对应的电脉冲信号一般是从 （ ）甚至（ ）频率开始的，所以一般把它们叫做数字 基带信号。由于基带信号（ ）或（ ）成分丰富、提取 （ ）不便以及易产生（ ）等，一般（ ）在普通信道 中传输。 ? 2．三元码指用信号幅度的三种取值（ ）或（ ）来表示 的二进制信码，这种表示方法通常不是由二进制转换到 （ ），而是某种特定的取代关系，所以三元码又称 （ ）。三元码的种类很多，常见的有（ ）、（ ）等。 ? 3．AMI码的功率谱无直流分量，低频分量也（ ），能量 主要集中在频率为（ ）处。当信息中出现长连0码时，由 于AMI码中长时间不出现（ ），将会出现难以提取定时信 息的问题。为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出 了许多改进AMI码的方法，（ ）码就是其中富有代表性的 一种。?4．脉冲编码调制（PCM）是由（ ）国工 程师Alec Reeres1937年提出的，这是一种将（ ）信号变换成 （ ）信号的编码方式，在光纤通信、数字微波通信及卫星 通信中都得到了广泛的应用。PCM过程主要包括（ ）、 （ ）和编码三个步骤。从调制的观点来看，PCM就是以 （ ）信号为调制信号，对二进制脉冲序列进行（ ）调制， 从而改变脉冲序列中各个码元的取值。所以，通常也把PCM叫 做（ ）调制，简称（ ）调制。 ? 5．将时间上连续的模拟信号变为时间上（ ）的抽样值的过 程就是抽样。一个频带限制在 ( 0 , f H ) 内的连续信号 x (t ) ，如果 抽样频率 f s （ ）或（ ）2 f H ，则可以由抽样值序列 ?x ( nT s )? （ ）重建原始信号x (t ) 。这意味着对于信号中的最高频率分 量，至少在一个周期内要对它取（ ）个样值。该定理由 Nyquist提出并证明，故我们把满足抽样定理的（ ）称为奈 奎斯特（Nyquist）频率。? 6．量化器的输出――输入特性是（ ）曲线，相邻两个 （ ）之间的距离为阶距。均匀量化器由于阶距（ ）， 其特性曲线呈（ ）的形式，非均匀量化器的特性曲线则 是（ ）。量化器的输入是（ ）值，输出是（ ）的 量化值，故输入和输出之间必然存在着（ ），这是由于 量化过程本身所引起的，所以叫（ ）。 ? 7．13折线的非线性PCM编码通常由逐次比较型编码器实现， 根据输入的样值脉冲大小编出相应的8位二进制代码，除第 一位（ ）外，其他7位二进制代码都是通过（ ）方式 确定的。预先规定（ ）电流IW，当样值脉冲到来后，用 （ ）的方法有规律地用各级IW去和样值脉冲比较，每比 较一次输出（ ）位数码，直到IW和抽样值IS（ ）为止。? 8．PCM方式由于每个抽样值的编码位数较高而使信号中 的（ ）成分加大，（ ）了传输信号的占用频带，对 语音信号的传输十分不利。差分脉冲编码调制（DPCM） 考虑了模拟信号抽样后的幅度样值中仍然保留的（ ）， 即（ ）的幅度样值中包含有（ ）样值的大部分信息， 利用（ ）的幅度样值来对（ ）的幅度样值进行编码， （ ）了模拟信号编码的位数，使信息传输的比特率也 随之（ ），在不影响通信质量的前提下，克服了PCM 系统的缺点。 ? 9．增量调制（?M）是在PCM方式的基础上发展起来的另 一种模拟信号数字化传输的方法。?M将模拟信号变换成 每个抽样值仅与（ ）位二进制编码对应的数字信号序 列，在接收端只需要一个（ ）便可复制出原模拟信号。 因而?M编译码设备要比PCM的（ ）。? 10．升余弦滚降特性所形成的波形 h (t ) 中，除抽样点外其余所 有抽样点上信号（ ），而且它的“尾巴”相对于理想低通 波形来说衰减要（ ），这对（ ）码间干扰及（ ）都 很有利。但升余弦特性的频谱宽度（ ），其频带利用率降 为理想低通的（ ），为（ ）波特/赫兹。? 11．为了衡量基带传输系统性能的优劣，在实训室中通常用示 波器观察接收信号波形的方法来分析（ ）和（ ）对系统 性能的影响，这就是（ ）分析法。具体地说，就是用一个 示波器跨接在（ ）的输出端，然后调整示波器（ ），使 其与（ ）同步，这时就可以从示波器显示的图形上观察 （ ）和（ ）的影响了，从而估计出系统性能的优劣程 度了。? 12．HDB3码首先把二进制码变换成AMI码，然后检查 AMI码的（ ）。当没有（ ）个以上的连0码出现时， 就直接（ ）；否则将（ ）变成与其前一个非0符号 （ ）极性的符号，记为+V或V。为使附加破坏点后 的码元序列仍具有（ ）、无直流分量的特性，必须使 相邻两个破坏点所取的符号极性也（ ）。 ? 13．时间有限信号的频谱是（ ）的，反之，频带受限信 号的时域变换形式也是（ ）的。由于实际通信信道都有 频带限制，故数字基带信号在传输时，由于（ ）而不可 避免地产生（ ）。也就是说，经过带限系统传输后，数 字基带信号的（ ）码元之间，前面码元的（ ）必然会对 后面的码元形成干扰，即码间串扰ISI。? 14．部分响应利用若干个 sin x x 信号的（ ）现象，将他 们按一定的规则叠加，从而消除或降低（ ）。根据叠加 方式的不同，构成了Ⅰ、（ ）、Ⅲ、（ ）、Ⅴ共五类部 分响应波形，它们都包括预（ ）、（ ）、发送滤波器以 及接收滤波器几个部分。 ? 15．频域均衡利用（ ）或（ ）对信道进行补偿，但其 本质上只是一种使信道达到平坦的（ ）和线性（ ）的 固定技术。 ? 16．时域均衡技术的基本特点就是利用均衡器产生的（ ） 补偿原畸变波形，即用（ ）的方法对（ ）进行直接校 正，使最终输出波形在抽样时刻上最大限度地消除（ ）。二、单选题? 1．对于同一组数字信息而言，它可以根据不同选择得出不同形 式的对应基带信号，其频谱结构也将因此（ ）。 ? A．相同 B．相似 C．不确定 D．不同 ? 2．用相邻电平发生跳变来表示码元1，反之则表示0的二元码是 （ ）。它由于信码1、0与电平之间不存在绝对对应关系，可 以解决相位键控同步解调时的相位模糊现象而得到广泛应用。 ? A．AMI码 B．HDB3码 ? C．传号差分NRZ（M）码 D．空号差分NRZ（S）码 ? 3．由于频谱中没有离散分量，双极性不归零码的功率谱中的第 一个过零点在（ ）处，其谱零点带宽因此为（ ）。f ? A． ? fs / 2fs / 2B． f? fsC． f? 2 fsD． f? 4 fs? E．B s ?F． B s? fsG．B s? 2 fsH． B s ? 4 f s? 4．对于带宽B远小于中心频率的带通信号，设其上/下截止 频率分别为 f H / f L ，此时只要抽样频率 f s 满足（ ）， 则接收端就可以完全无失真地恢复出原始信号。其 fH fH 中： B ? f H ? f L ； M ? 的最大正 ? N ；N为不超过 B B 整数。 ? A． ? 5．把量化后的信号电平值转换成二进制码组的过程叫做 （ ），其逆过程则为（ ）。 ? A．滤波 B．编码 C．译码 D．抽样? 1, K ? 0 h ( 2 KT s ) ? ? ?0, K ? 0M ? ? ? 2 B ? 2＋ ? N ? ?B．N ? ? ? 2B? 2 ? ? M ? ?M ? ? ? C． 2 B ? 1 ? ? N ? ?D．? 2 B ? 1 ? ??N ? ? M ?? 6．无码间干扰就是对在时刻抽样时，有式（???0, K ? 0 A． h ( KT s ) ? ? 1, K ? 0 ? ?K ,K ? 0 C． h ( KT s ) ? ? 1, K ? 0）成立。B．? 1, K ? 0 D． h ( KT s ) ? ? 0 , K ? 0? 7．理想低通特性函数是符合无码间干扰条件的，其冲击响应h (t ) 是一个（ ）类的波形。如果输入数据以（ ）波特的速率 进行传输，则在抽样时刻上是不存在码间干扰的，反之则不行。 故通常称此速率为无码间干扰时的最高码元传输速率。 ? A．sin x xB．1 Ts ? fssin 2 x xC．1 Tscos x xD．cos 2 x x? E．等于F．不高于? fsG．不低于 T1s? fsH．大于T1s? fs? 8．若二进制码元速率为 R ，N进制码元速率为 R ， 3 ? 且 2 K ? N ，（ K ? 1，2， ， ），则二进制与N进制的码元速率之 间关系为（ ）。B2BN? A． R BN ? C．R B2?? R B2 log2N（B） （B）B．R BNR D． B2? R B2 /(log? R BN /(log22N)（B） （B）R BN log 2 NN)三、多选题? 1．数字信息的电脉冲表示过程也叫码型变换或选择。根据一 般信道的特点，选择传输码的码型时，主要应考虑（ ）。 ? A．码型中低频分量应尽量少，尤其频谱中不能含有直流分量 ? B．码型中不能有长的连0码或连1码，以便提取同步定时信息 ? C．码型应具有一定的检错能力，以便接收方判断接收信码的 正确与否 ? D．根据信源的统计特性进行码形变换 ? 2．常见的二元码基带信号波形有（ ）。 ? A．AMI码 B．单极性非归零码 ? C．双极性非归零码 D．HDB3码 ? E．单极性归零码 F．双极性归零码 ? G．传号差分码 H．空号差分码? 3．一般语音信号的频率在（300～3400Hz）的范围内，把它看 做是频带（0～3400Hz）的低通型信号，则该信号的抽样频率为 （ ）时，接收端可以无失真地恢复原始信号。 ? A．3400 Hz B．6800 Hz C．8000 Hz D．9800 Hz ? 4．下列关于均匀量化的说法正确的是（ ）。 ? A．只要确定了量化器，则其量化噪声的平均功率是固定不变的 ? B．量化噪声的平均功率不完全由量化器决定 ? C．当信号较小时，输出信噪比很低 ? D．弱信号的量化信噪比可能无法达到额定要求而对还原解调 产生较大的影响 ? 5．PCM编码常用的二进制码组是（ ）。从统计的角度来看， 其中误码产生最少的是（ ）。 ? A．汉明码 B．自然码 C．折叠码 D．格雷组? 6．第Ⅰ类部分响应信号g（t）的传输波形由于存在误码传播的 可能，实际中是无法使用的。为此，必须要进行一次预编码， 即先按关系（ ）将输入信码aK变成bK再进行传输。 ? A．aK=bKbK-1 ? C．bK=aKaK-1 B．bK=aKbK-1 D．bK-1=aKbK ）。? 7．关于眼图，以下说法正确的是（? A．抽样时刻应是在“眼睛”张开最大的时刻? B．抽样时刻，上下两阴影区间隔距离的一半为系统的噪声容 限，若噪声超过这个容限，就会发生错误判决? C．眼图中阴影区的垂直高度表示信号畸变范围? D．眼图中央的横轴位置对应最佳判决门限电平四、判断题? 1．（ ）差分码用电平的变化而非电平的大小来传输信 息，也称相对码，由于解决了相位键控解调时的相位模糊 现象而得到广泛应用。 ? 2．（ ）HDB3码除了保持AMI码的优点之外，还增加了 使连0串减少到最多6个的优点，解决了AMI码遇到连0串 不能提取定时信号的问题，是CCITT推荐使用的基带码之 一。 ? 3.（ ）自然抽样指抽样期间抽样信号的顶部保持原来被 抽样的模拟信号的变化规律，其抽样信号在抽样期间的输 出幅度值随输入信号的变换而变化，这对编码而言十分方 便。 ? 4．（ ）带通信号的抽样频率并不一定需要达到其最高 频率或更高。 ? 5．（ ）量化形成的总量化噪声功率Nq应为不过载噪声 和过载噪声功率之和。? 6．（ ） 早期A压缩律和?压缩律压缩特性是用非线性模拟电 路来实现的，其精度和稳定性都受到很大限制；采用折线段来 代替匀滑曲线后，使电路可用数字技术实现，其质量和可靠性 都得到了保证。 ? 7．（ ） PCM基带传输系统通常都可使误码率较下，因此误 码的影响不大，这时为改善系统的输出信噪比，应设法减小量 化误差，使用量化级数N小一些的量化器。 ? 8．（ ） 在波形峰值相等、噪声均方根值也相同的条件下， 单极性基带系统的抗噪声性能与双极性基带系统相同。 ? 9．（ ） 对升余弦滚降信号，其? 取值越大，系统冲击响应 波形衰减越快，滤波器实现越容易，但频带利用率越低；反 之， ? 越小，冲击响应波形衰减就越慢，频带利用率则越高。 ? 10．（ ）除第Ⅰ类部分响应信号外，其余所有部分响应信号 都没有差错传播现象，故无须在发送端先进行相关编码。? 11．（ ）时域均衡是直接从时间响应的角度出发，使包括 均衡器在内的整个系统冲击响应满足无码间串扰的条件。 ? 12．（ ）电报通信常用的传号差分码用相邻电平跳变表示 0，反之则表示1。? 13.（ ）均匀量化的不过载量化噪声功率与量化间隔有关， 量化级数L越多，则噪声功率越大。? 14．（ ）非均匀量化实质就是将信号非线性变换后再均匀 量化。为了减小量化噪声，非均匀量化一般在信号取值小 的区间选取较小的量化间隔，反之则取较大的量化间隔。五、分析与计算题? 1．设二进制代码为。试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码和AMI码波形。 ? 2．已知二进制信息代码为0011，试确定相应的AMI 码和HDB3码，并分别画出它们的波形。 ? 3．已知有4个连1与4个连0交替出现的序列，画出用单极性不归零码、AMI码和HDB3码表示时的波形图。? 4．已知一低通信号f（t）的频谱F（f）为：? （1）若以fs=300Hz的速率对f（t）进行理想抽样，试画出 已抽样信号fs（t）的频谱图；? （2）若以fs=400Hz的速率对f（t）进行理想抽样，试画出 已抽样信号fs（t）的频谱图。? f ?1 ? , F(f)? ? 200 ? 0, ?f≤200 Hz其他? 5．已知一基带信号f（t）=cos2?t+2cos4?t，对其进行理想抽 样，为了在接收端能不失真地从fs（t）已抽样信号中恢复f （t），试问抽样间隔应如何选择？ ? 6． 设信号f（t）=9+Acos?t，其中，A≤10V。若f（t）被均 匀量化为41个电平，试确定所需的二进制码的位数n和量化 级间隔?K。 ? 7．设某数字基带传输系统的传输特性H（?）如题图3.1所示， 其中? 为某个常数。 ? （1）试检验该系统能否实现无码间干扰传输？ ? （2）试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时的系统 频带利用率为多大？ ? 8．为了传送码元速率为103（波特）的二进制数字基带信号， 试问系统采用题图3.2中所画的哪一种传输特性较好？并说明 其理由。? 9．已知二进制基带系统的总特性如下，试求系统的最高 码元传输速率RB及相应码元间隔Ts。?? (1 ? cos ?? ? 0 H (? ) ? ? ?0 ?0)?≤??0其他题图3.1题图3.2? 10．采用13折线A压缩律编码，设最小量化级为1单位，已 知抽样值为+635单位。 ? （1）试求所得编码输出的8位码组（段内码采用自然二进 制码），并计算量化误差。 ? （2）写出对应该码组中7位码（不包括极性码）的均匀量 化11位码。 ? 11．已知某信号经抽样后用采用13折线A压缩律编码得到的 8位代码为，求该代码的量化电平，并说明译码后 最大可能的量化误差是多少？ ? 12．设待发二进制基带序列aK为，按照第一类部分 响应系统的规则，给出其变换过程。
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