《数字通信原理(第三版)》教材课后习题答案

1《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1s，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BdN66101011码元时间信息传输速率为sMbitsbitMNR/2/1024log10log62621-6接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。2答：76105.210221)()(NnPe传输总码元发生误码个数1-7假设数字通信系统的频带宽度为kHz1024，可传输skbit/2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hzsbit//?答：频带利用率为HzsbitHzsbit//2101024102048)//33（频带宽度信息传输速率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Sf并画出抽样信号的频谱（设MSff2）。（2）若,8kHzfS画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现象?题图2-13答：（1）kHzffBkHzfkHzfMM415,5,100Bf0∴此信号为低通型信号满足抽样定理时，应有kHzffMs10522抽样信号的频谱（设Msff2）如下图所示。（2）若抽样频率为kHz8，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：kHzffBkHzfkHzfMM4860108,108,6000Bf04∴此信号为带通型信号1)4860()(0IIBfn满足抽样定理时，应有kHznfffMs112112)10860(212)(20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2)(maxte（量化区）2)(maxte（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N(或l)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N(或l)，但l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7l时的均匀)/(qNS曲线（忽略过载区量化噪声功率）。答：eqxNNSlg203lg20)/(均匀exlg2023lg207exlg204752-8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N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QNSNSqq均匀非均匀（)/)/(dxdyQlg20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dB0和dB40，非均匀量化时的信噪比改善量。答：对于A律压缩特性（一般6.87A）：246.87ln16.87lg20ln1lg20AAQ)39lg20(dBxxxxAQlg2015lg206.87ln11lg20lg20ln11lg20)0lg2039(xdB当输入信号电平为dB0时，信噪比改善量为dBxQ15lg2015当输入信号电平为dB40时，信噪比改善量为dBQ2462-12设6.87,8Al，试画出A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：6.87,256,8ANlxxNNSqlg2053lg203lg20)/(均匀dxdyQlg20xxxAdBxdBAAlg2015lg206.87ln11lg20lg20ln11lg20)39lg20(246.8716.87lg20ln1lg20)0lg2039(dBxdB2-13为什么A律压缩特性一般A取87．6？答：A律压缩特性的直线段小信号oa段的斜率为AAdxdyln1，A律13折线第1段、第2段（属小信号）的斜率为16，为了让A律13折线逼近A律压缩特性，令16ln1)(AAdxdyA得出6.87A，这就是A取6.87的原因。2-14A律13折线编码器，8l，一个样值为98Si，试将其编成相应的码字，并求其编码误差与解码误差。7答：098Si11a98SSiI1282RSII02a323RSII13a644RSII14a段落码为011，样值在第4量化段，4,6444BI9648648445BRII5RSII15a112444864484446BRII6RSII06a104424864284447BRII7RSII07a1004486484448BRII8RSII08a码字为10111000编码电平：4807162534)2222(aaaaIIBC4)01020418(6496编码误差：29896SCCIIe解码电平：98249624CDII解码误差：09898SDDIIe82-15某A律13折线编码器，l＝８，过载电压mVU4096，一个样值为mVuS796，试将其编成相应的码字，并求其编码电平与解码电平。答：mVU40962048mVmV2204840963982796mVmVuS0398Su11a398SSuU1282RSUU12a5123RSUU03a2564RSUU14a段落码为101，样值在第6量化段，2566BU，1663841682568665BRUU5RSUU15a448164168256486666BRUU6RSUU06a416162168256286667BRUU7RSUU07a4001616825686668BRUU8RSUU08a码字为11011000编码电平为：687656)1248(aaaaUUBc16)01020418(256384解码电平为：93922/163842/6CDUU2-16逐次渐近型编码器，假设已编出1,0,1432aaa，正准备编5a码(要确定其判定值)，此时串／并变换记忆电路的输出2M～8M分别等于多少?答：已经编出1,0,1432aaa，准备编5a码，确定其判定值。则有：1,0,1443322aMaMaM15M0,0,0876MMM2-17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1iB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iM与ia的关系是什么？答：A律13折线解码器中iM与ia的关系是iiaM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2i，在收端应加入2i的补差项,即解码电平等于编码电平加2i。而第1、2两段的2i不在11个恒流源范围内，要加一个恒流源)2(12B，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?10答：通常人们把低于skbit/64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)(n随输入信号的方差)(2nS而变化，即)()(2nKnS，式中K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skbit/32数码率的条件下达到PCM系统skbit/64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kHz3.0∽kHz4.3之内，高于kHz4.3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