《数字通信原理(第三版)》教材课后习题答案.doc 20页

'《数字通信原理》习题解答第1章概述1-1模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。1-2数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作用是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。答：信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号，即完成模/数变换的任务。信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号，即完成数/模变换的任务。话音信号的基带传输系统模型为1-3数字通信的特点有哪些?答：数字通信的特点是：（1）抗干扰性强，无噪声积累；（2）便于加密处理；（3）采用时分复用实现多路通信；（4）设备便于集成化、微型化；（5）占用信道频带较宽。1-4为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。1-5设数字信号码元时间长度为1，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。答：符号速率为信息传输速率为1-6接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。20 答：1-7假设数字通信系统的频带宽度为，可传输的比特率，试问其频带利用率为多少?答：频带利用率为1-8数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术目前正向着以下几个方向发展：小型化、智能化，数字处理技术的开发应用，用户数字化和高速大容量等。第2章数字终端编码技术——语声信号数字化2-1语声信号的编码可分为哪几种？答：语声信号的编码可分为波形编码（主要包括PCM、ADPCM等）、参量编码和混合编码（如子带编码）三大类型。2-2PCM通信系统中A／D变换、D／A变换分别经过哪几步?答：PCM通信系统中A／D变换包括抽样、量化、编码三步；D／A变换包括解码和低通两部分。2-3某模拟信号频谱如题图2-1所示，（1）求满足抽样定理时的抽样频率并画出抽样信号的频谱（设）。（2）若画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现象?题图2-120 答：（1）∴此信号为低通型信号满足抽样定理时，应有抽样信号的频谱（设）如下图所示。（2）若抽样频率为，抽样信号的频谱为：此时抽样信号的频谱产生了折叠噪声。2-4某模拟信号的频谱如题图2-2所示，求抽样频率并画出抽样信号的频谱。题图2-2答：20 ∴此信号为带通型信号满足抽样定理时，应有2-5均匀量化时量化区和过载区的最大量化误差分别为多少？答：均匀量化时量化区和过载区的最大量化误差（绝对值）分别为（量化区）（过载区）2-6均匀量化的缺点是什么?如何解决?答：均匀量化的缺点是：在(或)大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求(数字通信系统中要求量化信噪比26dB)。为了解决这个问题，若仍采用均匀量化，需增大(或)，但过大时，一是使编码复杂，二是使信道利用率下降。所以要采用非均匀量化。2-7画出时的曲线（忽略过载区量化噪声功率）。答：20 2-8实现非均匀量化的方法有哪些?答：实现非均匀量化的方法有两种：模拟压扩法和直接非均匀编解码法。2-9非均匀量化与均匀量化相比的好处是什么?答：非均匀量化与均匀量化相比的好处是在不增大量化级数的前提下，利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比(大信号的量化信噪比远远满足要求，即使下降一点也没关系)，使大、小信号的量化信噪比均满足要求。2-10非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是什么(假设忽略过载区量化噪声功率）。答：非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是为信噪比改善量2-11对于A律压缩特性，求输入信号电平为和，非均匀量化时的信噪比改善量。答：对于A律压缩特性（一般）：当输入信号电平为时，信噪比改善量为当输入信号电平为时，信噪比改善量为20 2-12设，试画出律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线(忽略过载区量化噪声功率）。答：2-13为什么A律压缩特性一般A取87．6？答：律压缩特性的直线段小信号段的斜率为，律13折线第1段、第2段（属小信号）的斜率为16，为了让律13折线逼近律压缩特性，令得出，这就是取的原因。2-14A律13折线编码器，，一个样值为，试将其编成相应的码字，并求其编码误差与解码误差。20 答：段落码为011，样值在第4量化段，码字为10111000编码电平：编码误差：解码电平：解码误差：20 2-15某A律13折线编码器，＝８，过载电压，一个样值为，试将其编成相应的码字，并求其编码电平与解码电平。答：段落码为101，样值在第6量化段，，码字为11011000编码电平为：解码电平为：20 2-16逐次渐近型编码器，假设已编出，正准备编码(要确定其判定值)，此时串／并变换记忆电路的输出～分别等于多少?答：已经编出，准备编码，确定其判定值。则有：2-17某7位非线性幅度码为0110101，将其转换成11位线性幅度码。答：11位线性幅度码为000010101002-18逐次渐近型编码器中，11位线性解码网络的作用是什么?答：11位线性解码网络的作用是将所对应的权值(恒流源)相加，以产生相应的判定值。2-19A律13折线解码器中与的关系是什么？答：A律13折线解码器中与的关系是2-20A律13折线解码器中为什么要进行7／12变换?答：编码电平等于11个恒流源中的若干个恒流源相加,为了保证收端解码后的量化误差不超过，在收端应加入的补差项,即解码电平等于编码电平加。而第1、2两段的不在11个恒流源范围内，要加一个恒流源，所以应进行7/12变换。2-21某7位非线性幅度码为0101011，将其转换成12位线性幅度码。答：12位线性幅度码为0000011011102-22什么叫话音压缩编码技术?20 答：通常人们把低于速率的话音编码方法称为话音压缩编码技术。2-23DPCM的概念是什么?答：DPCM就是对相邻样值的差值量化、编码（实际上DPCM是对样值与过去的样值为基础得到的估值(预测值)之间的差值进行量化编码的）。2-24自适应量化的基本思想是什么?答：自适应量化的基本思想就是使均方量化误差最小，让量阶随输入信号的方差而变化，即，式中为常数，其数值由最佳量化器的参数来决定。2-25ADPCM的优点是什么?答：ADPCM的优点是：由于采用了自适应量化和自适应预测，ADPCM的量化失真、预测误差均较小，因而它能在数码率的条件下达到PCM系统数码率的话音质量要求。2-26什么叫子带编码？答：把话音信号的频带分割成不同的频带分量(称为子带)，然后再分别对这些子带独立地进行ADPCM编码的方式，称为子带编码（SBC）。这类编码方式也称为频域编码。它是波形编码和参量编码的结合，属于混合编码。第3章时分多路复用及PCM30/32路系统3-1时分多路复用的概念是什么？答：时分多路复用是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路话音信号的。3-2PCM时分多路复用通信系统中的发端低通滤波器的作用是什么？保持的目的是什么？答：为了避免抽样后的PAM信号产生折叠噪声，各路话音信号需首先经过一个低通滤波器，此低通滤波器的截止频率为3.4kHz，这样各路话音信号的频率就被限制在∽之内，高于的信号频率不会通过。抽样之后要进行编码，由于编码需要一定的时间，为了保证编码的精度，要求将各路抽样值进行展宽并占满整个时隙。所以要有保持电路，将每一个样值记忆一个路时隙的时间，进行展宽。3-3什么是时钟同步？如何实现？答：时钟同步是使收端的时钟频率与发端的时钟频率相同。若收端时钟的获得采取定时钟提取的方式，即从接收到的信息码流中提取时钟成份，便可实现时钟同步。3-4什么是帧同步？如何实现？答：帧同步是保证收发两端相应各话路要对准。20 对于PCM30/32路系统，由于发端偶帧TS0发帧同步码（奇帧TS0时隙发帧失步告警码），收端一旦识别出帧同步码，便可知随后的８位码为一个码字且是第一话路的，依次类推，便可正确接收每一路信号，即实现帧同步。3-5帧同步系统中为什么要加前、后方保护电路？答：由于信道误码使同步码误成非同步码叫假失步。为了防止假失步的不利影响，要加前方保护电路。前方保护是这样防止假失步的不利影响的：当连续次（称为前方保护计数）检测不出同步码后，才判为系统真正失步，而立即进入捕捉状态，开始捕捉同步码。由于信道误码使信息码误成同步码叫伪同步。为了防止伪同步的不利影响，要加后方保护电路。后方保护是这样防止伪同步的不利影响的：在捕捉帧同步码的过程中，只有在连续捕捉到（为后方保护计数）次帧同步码后，才能认为系统已真正恢复到了同步状态。3-6帧同步同步码型的选择原则是什么?答：帧同步码型选择的原则是由于信息码而产生伪同步码的概率越小越好。3-7PCM30/32系统中一帧有多少比特？1秒传输多少帧？假设，数码率为多少？答：PCM30/32系统中一帧有256比特1秒传输8000帧时，数码率为3-8PCM30/32路系统中，第23话路在哪一时隙中传输？第23路信令码的传输位置在什么地方？答：PCM30/32路系统第23话路在中传输第23路信令码的传输位置是帧后4位码3-9PCM30/32路定时系统中为什么位脉冲的重复频率选为？答：因为PCM30/32路定时系统位脉冲的主要作用是控制编码与解码，其重复周期是8比特，即，所以位脉冲的重复频率为3-10收端时钟的获取方法是什么？为什么如此？答：收端时钟的获取方法是定时钟提取。因为数字通信系统要求接收端的时钟与发送端的时钟频率完全相同，且与接收信码同频同相。为了满足对收端时钟的要求，也就是为了实现位同步，在PCM20 通信系统中，收端时钟的获得采用了定时钟提取的方式，即从接收到的信息码流中提取时钟成份。3-11PCM30/32路系统中，假设，，求前、后保护时间分别是多少？答：3-12前、后方保护的前提状态是什么？答：前方保护的前提状态是同步状态；后方保护的前提状态是捕捉状态3-13假设系统处于捕捉状态，试分析经过后方保护后可能遇到的几种情况。答：系统处于捕捉状态，经过后方保护后可能遇到的情况为：（1）捕捉到了真正的同步码收端捕捉到同步码，隔后收到告警码，再隔后收到同步码，认为是真同步。（2）捕捉到的是伪同步码，即伪同步收端捕捉到同步码，隔后没收到告警码，认为是伪同步，重新回到捕捉状态；收端捕捉到同步码，隔后收到告警码，但再隔后没收到同步码，仍认为是伪同步，重新回到捕捉状态。3-14假设帧同步码为10101，试分析在覆盖区内产生伪同步码的情况。答：××××1有可能产生伪同步码×××10不可能产生伪同步码××101有可能产生伪同步码×1010不可能产生伪同步码10101真正的帧同步码0101×不可能产生伪同步码101××有可能产生伪同步码01×××不可能产生伪同步码1××××有可能产生伪同步码可见，若帧同步码为10101，在覆盖区内产生伪同步码的可能性较大。3-15PCM30/32路系统构成框图中差动变量器的作用是什么？标志信号输出有什么？答：差动变量器(差动系统)的作用是进行2/4线转换。标志信号输出有30路信令码、复帧同步码和复帧对告码。3-16PCM30／32路系统主要技术指标包括哪些？答：PCM30／32路系统主要技术指标可分为两类：20 一类是话路特性指标，主要包括音频转接点的输入输出相对电平及阻抗、净衰减频率特性、群时延特性、空闲信道噪声、总失真、谐波失真、路际串话等。另外一类是2．048Mbit／s接口指标，包括输出脉冲波形及输出特性、最大输出抖动、最大允许输入抖动等。第4章数字信号复接4-1高次群的形成采用什么方法？为什么？答：扩大数字通信容量，形成的高次群的方法有两种：PCM复用和数字复接。形成高次群一般采用数字复接。因为若采用PCM复用，编码速度太快，对编码器的元件精度要求过高，不易实现。4-2比较按位复接与按字复接的优缺点？答：按位复接要求复接电路存储容量小，简单易行。但这种方法破坏了一个字节的完整性，不利于以字节（即码字）为单位的信号的处理和交换。按字复接要求有较大的存储容量，但保证了一个码字的完整性，有利于以字节为单位的信号的处理和交换。4-3为什么复接前首先要解决同步问题？答：数字复接的同步指的是被复接的几个低次群的数码率相同。若被复接的几个低次群的数码率不相同，几个低次群复接后的数码就会产生重叠和错位，所以复接前首先要解决同步问题。4-4数字复接的方法有哪几种？PDH采用哪一种？答：数字复接的方法有同步复接和异步复接两种，PDH采用异步复接。4-5画出数字复接系统方框图，并说明各部分的作用。答：数字复接系统方框图为数字复接器的功能是把四个支路（低次群）合成一个高次群。它是由定时、码速调整（或变换）和复接等单元组成的。定时单元给设备提供统一的基准时钟（它备有内部时钟，也可以由外部时钟推动）。码速调整（同步复接时是码速变换）单元的作用是把各输入支路的数字信号的速率进行必要的调整（或变换），使它们获得同步。复接单元将几个低次群合成高次群。20 数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是由定时、同步、分接和恢复等单元组成。分接器的定时单元是由接收信号序列中提取的时钟来推动的。借助于同步单元的控制使得分接器的基准时钟与复接器的基准时钟保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元的作用是把合路的高次群分离成同步支路信号，然后通过恢复单元把它们恢复成原来的低次群信号。4-6为什么同步复接要进行码速变换？答：对于同步复接，虽然被复接的各支路的时钟都是由同一时钟源供给的，可以保证其数码率相等，但为了满足在接收端分接的需要，还需插入一定数量的帧同步码；为使复接器、分接器能够正常工作，还需加入对端告警码、邻站监测及勤务联络等公务码（以上各种插入的码元统称附加码），即需要码速变换。4-7异步复接中的码速调整与同步复接中的码速变换有什么不同？答：码速变换是在平均间隔的固定位置先留出空位，待复接合成时再插入脉冲（附加码）；而码速调整插入脉冲要视具体情况，不同支路、不同瞬时数码率、不同的帧，可能插入，也可能不插入脉冲（不插入脉冲时，此位置为原信息码），且插入的脉冲不携带信息。4-8异步复接码速调整过程中，每个一次群在100．38μs内插入几个比特？答：异步复接码速调整过程中，每个一次群在100．38μs内插入6∽7比特。4-9异步复接二次群的数码率是如何算出的？答：二次群内的码元数为（32个插入码）异步复接二次群的数码率为或根据异步复接二次群的帧周期为,帧长度为，可得异步复接二次群的数码率为4-10为什么说异步复接二次群一帧中最多有28个插入码？答：因为各一次群码速调整之前（速率2048kbit／s左右）100.38μs内约有205～206个码元，码速调整之后（速率为2112kbit／s）100．38μs内应有212个码元（bit），应插入6～7个码元，每个一次群最多插入7个码元，所以二次群一帧中最多有28个插入码。4-11插入标志码的作用是什么？答：插入标志码的作用就是用来通知收端第161位有无插入，以便收端“消插”。每个支路采用三位插入标志码是为了防止由于信道误码而导致的收端错误判决。“三中取二”，即当收到两个以上的“1”码时，认为有插入，当收到两个以上的“0”码时，认为无插入。20 4-12什么叫PCM零次群？PCM一至四次群的接口码型分别是什么？答：PCM通信最基本的传送单位是64kbit／s，即一路话音的编码，因此它是零次的。64kbit／s速率的复接数字信号被称为零次群DS0。一次群、二次群、三次群的接口码型是HDB3码，四次群的接口码型是CMI码。4-13SDH的优点有哪些？答：SDH与PDH相比，其优点主要体现在如下几个方面：①有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准。②采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，净负荷与网络是同步的。③SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（约占信号的5％），因而使得0AM能力大大加强。④有标准的光接口。⑤SDH与现有的PDH网络完全兼容。⑥SDH的信号结构的设计考虑了网络传输和交换的最佳性。以字节为单位复用与信息单元相一致。4-14SDH的基本网络单元有哪几种？答：SDH的基本网络单元有四种，即终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和数字交叉连接设备（SDXC）。4-15SDH帧结构分哪几个区域？各自的作用是什么？答：SDH的帧结构可分为三个主要区域：（1）段开销（SOH）区域，是为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。（2）净负荷（pay1oad）区域信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负载的地方，其中信息净负荷第一字节在此区域中的位置不固定。（3）单元指针（AU-PTR）区域管理单元指针用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能正确的分解。4-16由STM-1帧结构计算出①STM-1的速率。②SOH的速率。③AU-PTR的速率。答：STM-1的帧长度为270×9＝2430个字节，相当于19440比特，帧周期为125μs，由此可算出STM-1的速率为STM-1中SOH的速率为STM-1中AU-PTR的容量为20 4-17简述段开销字节BIP-8的作用及计算方法。答：Bl（BIP-8）字节用作再生段误码监测，是使用偶校验的比特间插奇偶校验码。BIP-8的具体计算方法是：将上一帧（扰码后的STM-N帧）所有字节（注意再生段开销的第一行是不扰码字节）的第一个比特的“1”码计数，若“1”码个数为偶数时，本帧（扰码前的帧）B1字节的第一个比特记为“0”。若上帧所有字节的第一个比特“1”码的个数为奇数时，本帧B1字节的第一个比特记为“1”。上帧所有字节～比特的计算方法依此类推。最后得到的B1字节的8个比特状态就是BIP-8计算的结果。4-18将PDH支路信号复用进STM-N帧的过程要经历哪几个步骤？答：将PDH支路信号复用进STM-N帧的过程要经历映射、定位和复用三个步骤。4-19简述139．264Mbit／s支路信号复用映射进STM-1帧结构的过程。答：首先将标称速率为139.264Mbit／s的支路信号装进C-4，经适配处理后C-4的输出速率为149.760Mbit／s。然后加上每帧9字节的POH（相当于576kbit／s）后，便构成了VC-4(150.336Mbit／s)，以上过程为映射。VC-4与AU-4的净负荷容量一样，但速率可能不一致，需要进行调整。AU-PTR的作用就是指明VC-4相对AU-4的相位，它占有9个字节，相当容量为576kbit／s。于是经过AU-PTR指针处理后的AU-4的速率为150.912Mbit／s，这个过程为定位。得到的单个AU-4直接置入AUG，再由N个AUG经单字节间插并加上段开销便构成了STM-N信号，以上过程为复用。当N＝1时，一个AUG加上容量为4.608Mbit／s的段开销后就构成了STM-1，其标称速率155.520Mbit／s。4-20映射分为哪几种方法？答：映射分为异步、比特同步和字节同步三种方法。异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制，也无需其与网同步，仅利用正码速调整或正/零／负码速调整将信号适配装入VC的映射方法。比特同步映射是一种对映射信号结构无任何限制，但要求其与网同步，从而无需码速调整即可使信号适配装入VC的映射方法。字节同步映射是一种要求映射信号具有块状帧结构，并与网同步，无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方式。4-21SDH中指针的作用有哪些？答：SDH中指针的作用可归结为三条：（1）当网络处于同步工作方式时，指针用来进行同步信号间的相位校准。（2）当网络失去同步时（即处于准同步工作方式），指针用作频率和相位校准；当网络处于异步工作方式时，指针用作频率跟踪校准。（3）指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。4-22复用的概念是什么？答：复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程，即以字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。20 第5章数字信号传输5-1以理想低通网络传输PCM30／32路系统信号时，所需传输通路的带宽为何值？如以滚降系数α＝0．5的滚降低通网络传输时，带宽为何值？答：为了满足奈氏第一准则，当基带传输系统具有理想低通特性，信号的符号速率为时，基带传输系统的带宽为。PCM30／32路系统信号的数码率为，由于传输的是二进制，符号速率等于数码率，为。采用理想低通特性时，则所需传输通路的带宽约为如以滚降系数α＝0．5的滚降特性传输时，带宽为5-2设基带传输系统等效为理想低通，截止频率为，数字信号采用二进制传输，数码率为，问取样判决点是否无符号间干扰？答：数字信号采用二进制传输，数码率为，则符号速率为；理想低通的截止频率为，不满足符号速率=，所以取样判决点有符号间干扰。5-3设数字信号序列为101101011101，试将其编成下列码型，并画出相应的波形。（1）单极性归零码；（2）AMI码；（3）HDB3码；答：（1）单极性归零码101101011101，波形如下：（2）二进码101101011101AMI码+10-1+10-10+1-1+10-1波形如下：20 （3）二进码101101011101HDB3码V-+10-1+10-10+1-1+10-1（已知的二进码中无4个以上的连0，所以此题HDB3码与AMI码一样）波形如下：5-4AMI码的缺点是什么？答：AMI码的缺点是二进码序列中的“0”码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列中连“0“码过多，AMI码中便会出现长连“0”，这就不利于定时钟信息的提取。5-5某CMI码为11000101110100，试将其还原为二进码（即NRZ码）。答：CMI码11000101110100二进码11001015-6什么叫传输码型的误码增殖？答：数字信号在线路中传输时，由于信道不理想和噪声干扰，接收端会出现误码，当线路传输码中出现n个数字码错误时，在码型反变换后的数字码中出现n个以上的数字码错误的现象称为误码增殖。5-7频带传输系统有哪几种？答：数字信号的频带传输系统主要有光纤数字传输系统、数字微波传输系统和数字卫星传输系统。5-8数字调制有哪几种基本方法？答：数字调制有三种基本方法：数字调幅（ASK，也称幅移键控）、数字调相（PSK，也称相移键控）、数字调频（FSK，也称频移键控）。5-9画出SDH传送网的几种基本物理拓扑。答：20 5-10环形网的主要优点是什么？答：环形网的主要优点是有自愈功能，网络的可靠性高。5-11SDH网络结构分哪几个层面？答：我国的SDH网络结构分为四个层面：最高层面为长途一级干线网，第二层面为二级干线网，第三层面为中继网，最低层面为用户接入网。5-12SDH有哪几种自愈环？答：SDH有5种自愈环：二纤单向通道倒换环、二纤双向通道倒换环、二纤单向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环以及二纤双向复用段倒换环。5-13本章图5-30中，以A到C、C到A之间通信为例，假设AD节点间的光缆被切断，如何进行保护倒换？答：如果AD节点间的光缆被切断，A到C的信号AC仍经主光S1纤到达，不受影响。C到A的信号，在节点A，由于Sl光纤传输的信号CA丢失，则按通道选优准则，在A节点倒换开关由S1光纤转至P1光纤，接收来自P1的信号。5-14网同步的概念是什么？答：所谓网同步是使网中所有交换节点的时钟频率和相位保持一致（或者说所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内），以便使网内各交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。5-15SDH网同步有哪几种工作方式？20 答：SDH网同步有4种工作方式。①同步方式。②伪同步方式。③准同步方式。④异步方式。20'