第6章数字信号频带传输
知识点
(1) 数字调幅、调频、调相——二元与多元系统信号分析；
(2) 传输信道的利用——正交复用、带宽、频带利用率；
(3) 解调方式——相干与非相干；
(4) 各种系统噪声性能分析。
知识点层次
(1) 以二元调制系统为基础，掌握数字调制解调模型及信号特征；理解噪声性能分析方法。掌握基于信噪比的误比特率公式与比较分析；
(2) 掌握以QPSK、QAM、MSK为重点的基本原理与技术特征，并熟悉有关重要参量与技术措施；掌握各种传输方式误码率表示式；
(3) 通过大体了解改进型调制技术特点，了解现代调制技术思路；
本章涉及的系统最佳化设计思想
信号设计——基于已调波信号间正交的概念；
传输技术——基于正交载波复用与多元调制技术；
接收技术——基于相干接收与最佳接收的原理及发展。
6.1 数字频带调制概述
通过第3章模拟调制的讨论，我们已明确到，以调制信号去正比例控制正弦载波3个参量之一，可以产生载荷信息的已调波，并分为线性调制（幅度调制）和角度调制（调频与调相）。现将模拟调制信号改换为数字信号，仍去控制正弦载波，就可以得到相应的数字调幅、数字调频与数字调相等已调波。
本章拟首先介绍二元数字信号作为调制信号的基本调制方式。它们已调波分别称为二元幅移键控——ASK（amplitude shift keying）、二元频移键控——FSK（frequency shift keying）
和二元相移键控——PSK（phase shift keying），并分别分析与计算它们在不同解调方式下的抗噪声性能。
然后介绍以多进制符号（M元）控制载波某1个或1、2个参量构成的多元调制，以及常用的优质调制技术。
本章讨论问题的基本着眼点为：
（1）各种数字调制方式的发送信号（已调波构成）的设计考虑及其时、频域表示方式。
（2）针对已调波的时—频域特点，给出其传输有效带宽，讨论它们对于传输信道频带利用率。
（3）相干与非相干解调方法与解调效果评价。
（4）分析不同调制与不同解调方式的系统，在高斯信道环境下的抗噪声性能，同时计算它们的接收信号的比特或符号误差概率。
（5）在此基础上，能使读者深入了解到如何进行信号与系统优化设计，能够达到既有效又可靠信息传输。
就本章内容而言，称为数字信号频带传输（或调制），也可称为数字信号的载波传输（或调制）。虽然调制信号为二元或多元数字信号，但已调波信号却是连续波，因此也可称为数字信号的模拟传输。
本章覆盖的内容与概念很多，设计的数字分析也往往比较繁杂，所设计的调制技术均有很大的实用意义，并在不断发展。
6.2 二元幅移键控（ASK）
6.2.1 ASK信号分析
以二元数字信号序列或其波形序列去控制角频（载频）为、初相为（可设为0）
的幅度，可产生2ASK信号。首先应以基带数字序列来表示，即调制信号为
（6.2.1）
式中，——二元码符号，取1或0；
——单极性不归零波形，归一化幅度；
——二元序列码元间隔。
ASK信号功率谱可由上一章式（5.2.16）与频谱卷积而求得
（6.2.3）ASK的信道频带利用率为
6.2.2 ASK信号相干接收
ASK信号经过高斯信道传输，受到信道加性热噪声干扰的信号加噪声混合波形，在接收机进行相干或非相干解调。
1.ASK信号相干解调抗噪声性能分析
接收端输入混合波形为
（6.2.9）
式中——窄带高斯噪声同相分量
——窄带高斯噪声正交分量
相干载波与相乘并滤除高频分量，得解调输出，并以速率为的定时脉冲进行抽样判决。
ASK相干解调误比特率为
（6.2
.16）
式中，——功率信噪比。
6.2.3 非相干ASK解调抗噪声性能分析
ASK类似于模拟AM调制方式，可方便地利用包络检测恢复原信号（图6-5b）。
当接收传号时的混合波形为余弦信号加窄带高斯噪声形式，而空号时则输入为窄带噪声，即
（6.2.17）
进行极值运算，即，可得到使最小的条件为
（6.2.21）
表明图6-7中两条曲线交点处为最佳门限值，将式(6.2.21)关系分别代入式（6.2.18）及
（6.2.19），可得
（6.
2.22）
ASK非相干解调误比特率近似为
（6.2.26）
式中，——功率信噪比。
我们可以简单比较ASK信号两种解调误比特率结果。在同样大信噪比时，相干解调的性能
较非相干解调优越，如（非相干），通过查本章附录互补
误差函数表，。
但是相干解调需提供准确的相干载波，而非相干解调可用简单的包络检测。总的来说，ASK 是以控制载波幅度或是否发送载波来传送信息，对于较高速率的无线信道已不再使用，它的抗干扰能力远不如其他很多类型的调制方式，这里仅是作为一种类型进行简单介绍，但提供的性能分析方法却有理论意义。
6.3 二元频移键控（FSK）
以二元数字序列去控制载波频率的变化，利用各与载频相差的两个频率的正弦振荡，分别表示传号与空号，称为频移键控（FSK）。
6.3.1 相位不连续的频移键控信号
传号与空号分别利用不同频率的独立载波，那么在1、0码转换时就不能保证两个振荡的相位连续性，由于此时相位的跳变也会引起本来为等幅振荡的载波包络起伏，因而FSK信号功率谱旁瓣衰减缓慢，而降低信道带宽利用率。
1.FSK信号特点
由式（6.3.1）传号与空号信号的频率均偏离载波为，因此二者误差为
（6.3.2）
FSK信号是两个不同频率而持续时间为的单音信号，因此它相当于两个不同载频的ASK 传号，其功率谱也是两部分拼成。
（6.3.3）2.FSK信号正交条件
现在讨论FSK信号如何满足正交条件。由构成的传号与空号载频与，两
载频之间应当具有一定关系，才能达到与互为正交。因此可以求传号与空号的相关系数
（6.3.4）
(6.3.5
)
一般地，应满足载波频率是码元频率的整数倍，即，或1比特间隔包
括整数个载波周期，即（m正整数），因此式（6.3.5）中第2项为0，有
（6.3.6）
满足的正交条件,应为
(n
为整
数) (6.3.7)为此应有
即
(6.3.8)
由上面两式表明，2FSK信号中如果传号和空号的频率和，各偏离载频的整数倍，即为四分之一二元信号速率的整数倍，则FSK信号具有正交性。正交信号的设计是数字系统首要考虑的问题。
关于FSK信号传输带宽，由式（6.3.9）及图6-10应当至少包含和为载频的两个“ASK”信号谱主瓣，即
（6.3.10）
式中n值的选取由式（6.3.9）最小可选n=1，但是由于传号与空号的相位不连续，使FSK功
率谱旁瓣较强，因此为确保传输性能，应选择。这样，不连续相位FSK信号的信道带宽利用率很低。
6.3.2 2FSK信号的解调及抗噪声性能
1．相干接收
FSK信号相干解调由两支路分别进行窄带通滤波，各取得传号或空号频率，分别提供和
不同的相干载波，再经低通滤波，分别抽样判决。
由我们已经熟悉的相干接收过程，它是由接收输入的信号加噪声的混合波形中，提取出同相分量，FSK传号与空号解调输出为：
（6.3.11）
式中，、——分别为传号与空号解调后的信号干扰，是性质完全相同的窄带噪声同相分量。
在接收时，发生误差的概率分别为
（6.3.12）
（6.3.13）
仍设，则平均误比特率为
（6.3.14）表示为互补误差函数形式，可得，
（6.3.18）
式中，——功率信噪比。
2．非相干接收
FSK信号非相干（包络）解调,设两支路包络检测后低通滤波输出的包络值分别为和，
并假定上支路正在接收传号，而下支路则空闲，只含窄带高斯噪声的包络值（瑞利分布），
上支路输出包络则为余弦信号加窄带噪声的包络值（赖斯分布）。
传号发生误差的概率为
（6.3.20）
式中——传号概率。
于是可求得FSK平均误比特率,由函数
（6.3.26）
式中，——功率信噪比。
6.3.3 连续相位频移键控信号（CPFSK）
1．CPFSK的基本特征
在设计FSK信号时，为了确保传号与空号信号正交，提供了应满足式（6.3.6）的正交条件，
即
( )
（6.3.27）定义频偏指数，即
（n=1,2,……）（6.3.29）显然，频偏指数h的意义是，在确保式（6.3.27）正交条件下，FSK采用的两个载波频率之差
的取值大小，可由h取值来决定，并且当n=1时，即h=1/2是确保正交条件的最小值，即
（6.3.30）
从数学意义上，虽然时能使与有正交关系，但是上节介绍的不连续相位
FSK，由于和两载波的相位不能确保在传号与空号转换时刻相位连续，从而导致FSK信
号频谱扩展，因此的这一数字关系在技术上并不能得以保证。
为了FSK信号序列的相位连续，兹采用如图6-13所示的“压控振荡器”（VCO）作为FSK调制单元，于是图6-9的非连续相位FSK波形便改变为CPFSK波形。由式（6.3.29），在CPFSK时，
h可以任意取值，即n=1,2,……。而式（6.3.30）使，此种CPFSK系
统称为最小频移键控——MSK 。它是一种优良的调制方式，MSK 是占用传输带宽最小的频移键控，其带宽为
（6.3.31）
2． 超正交CPFSK
在维持正交条件 时，可有非连续及连续相位FSK 的多种情况。从式（6.3.27）正
交式返回到式（6.3.6），即
（6.3.32）
可以证明，它的最小极值并非 ，而存在 的极值。有求解极值运算后可得
（6.3.33）
那么在 条件
下，
（6.3.35）
表明只要 和 两个载频相差为
，就可维持这一
超正交条件。
式（6.3.33）条件下的CPFSK 系统带宽为
（6.3.36）
上面通过解调性能分析,误比特率与功率信噪比具有直接关系，且在时，值唯
一决定，但当时，超正交条件下，尚与这一相关系数的负值有直接关系。这
在后面一章最佳接收系统分析时进行讨论。可以表明，在同样信噪比时，超正交（）
6.4二元相移键控（PSK）
6.4.1 二元相移键控的构成
PSK信号数字表示式为
（
6.4.1）式中,我们采用了数字信号1码直接对应0相位载波（传号），而0码则用反极性载波，即相表示空号。这种对应方式的PSK可称为绝对相移键控。
PSK信号已调载波为等幅（恒包络）、相位不连续波形序列，它的形成可看作以双极性不归0方波二元序列与载波直接相乘的结果，因此相当于双边带（DSB）调幅。PSK信号序列
的功率谱，是上一章双极性不归0波形序列的功率谱通过以载频频率搬移的结果，则其功率谱为
（6.4.2）PSK信号传输带宽近似取其主瓣，则
6.4.2 相对（差分）相移键控（DPSK）
常用的二元相移键控是相对（差分）相移键控方式。它是先将信源码流转换为差分码之后再进行如上PSK调相过程。
差分码是将原码序列进行适当变换处理，人为使相邻码元具有一定相关性，这种码序列用
表示。它与原码序列之间按如下关系设计：
（6.4.4）
式中，为原来信码，
为差分码，为前1位差分码。
当由欲恢复，只要利用式（6.4.4）的移项运算即可，原码为
（6.4
.5）DPSK信号就是在首先构成差分码之后，进行的绝对调相，其数字表示式为
（6.4.7）
式中，——差分码元的反码，这里设。
由于原码
转换为，因此PSK与DPSK信号相位不是直接对应而是差分对应关系.
6.5 多元数字调幅与调频
二元信号传输只有两种可能的信号状态，多元——M元信号则有M个可能的不同状态。两者信息量的关系
为
或 1Bd=k bit
式中，Bd ——多元信息单位“波特”（Baud ），同时也作为多元信号传输速率（符号速率）单位，即每秒钟的Bd 量。如9.6Kb/s 二元信号，利用M=16多元传输，波特率为2.4KBd 。
6.5.1 多元数字调幅(MASK)
1．MASK 信号的构成
MASK 信号可表示
为：
(6.5.2)
设载波初相 =0
。波特间隔为T 的一个多电平符号信息量为
比特，在A （t ）
中从
电平到最高电平
，以格雷码表示每电平的k 比特信息。给出一个4ASK 的例子，
设原码序列
=
（1011010010010011），它的对应格雷码以4元符号表示为：
=
（3,2,1,0,1,2,0,2），方波4电平 。
2．MASK 信号的带宽与功率
由于MASK 信号符号间隔T ，仍可在2ASK 的比特码元间隔
内传输M 元信息，因此，其带
宽仍为2ASK 带宽，即
或
式中，
——多元信号MASK 波特率。
但MASK 的频带利用率却有所提高，即
MASK 信号平均功率是其最小信号（幅度为
）功率的
倍。
3．MASK 信号的相干接收
相干接收与前述2元信号一样，提供本地相干载波与接收信号加高斯白噪声
的混合信号相乘后，经低通滤波器，可得解调输出为，
判决电平为
（6.5.5）
式中，——两相邻信号电平差值之半，即。
发生误判的情况是当解调干扰超出相应接收信号的判决区范围，其差错率为
（6.5.6）
式中，——使解调后的窄带噪声同相分量绝对值。
MASK信号相干解调总平均误符号率为
（6.5.9）
（6.5.13）
式中，——MASK平均信号功率与噪声功率之比。
（6.4.3）
6.5.2 多元数字调频（MFSK）
1．MFSK信号的构成
MFSK信号是多元编码符号分别控制M个相互正交的发送载波形成
的，设信道主载频为，M个符号对应的传输载波分别为
为确保载频的M个载波间互为正交，按前面2FSK介绍的正交条件，载频间隔应为
（6.5.15）利用M个不同电平的基带码流去控制同一个正弦振荡（如VCO），可产生多元CPFSK信号。
MFSK信号表示式可写为，
式（6.5.16）中，若取n=1，必须确保前述相位连续条件，则，是一种典型的MASK信号——称为多元最小频移键控（MMSK），待本章后面MSK一节将具体讨论其特点。
2．MFSK信号带宽与功率谱
MFSK与2FSK相类同，它是M个不同频率载波随机交替占用信道——部分频带，总传输带宽为最高与最低载频载波的2个主瓣谱与该2个载频的差值之和，即
（6.5.17）当n=1时，MMSK信号带宽为
（6.5.18）
图6-26为MFSK信号功率谱示意图（单边），图a）中4FSK取，即，各载
频主瓣刚好不重叠，图b）为，即，连续相位4FSK，即4MSK。3．MFSK信号接收和误符号率
MFSK信号同样可以进行相干和非相干接收，如图6-5所示，在接收输入端，首先以窄带通滤波取出各载频（M个），然后可以分别进行相干或非相干解调。这样每抽样判决时刻，在M个支路输出中，只有一个支路有信号，其他均为噪声。因此判决逻辑电路应达到正确地“M择1”判决。
若利用相干解调，需同时提供M个严格同步的相干载波，非但复杂性增加，而且也很难保持M个相干载波的稳定性，因此多用非相干——包络解调或M个匹配滤波器。
不加推导地给出误符号率公式
（6.5
.19）
——MFSK功率信噪比；
而相应
在上面两种解调式中，当M=2，即2FSK，它们的误比特率均与前面计算的2FSK误比特率相符。MFSK信号除占用较大带宽外，它比MASK性能要好得多，是无限短波信道适于采用的多频制传输方式。
6.6 多元数字调相(MPSK)
以多元符号编码序列去控制载波的相位，则可产生M个离散相位的已调波，各符号对
应的调相波相位均相隔，就形成MPSK信号。
6.6.1 MPSK信号表示
MPSK信号一般表示式为
（6.6.1）
由式中的设置方式不同，又分为系统和系统。下面我们按系统表示形式分析MPSK信号表示式。
（6.6.4）
为了分析上的方便，我们拟用信号空间表示法。式（6.6.4）可等效写为
（6.6.5）
式中，——已调波信号能量；
——MPSK符号间隔。
这里，与为两个互为正交的载波，即
（6.6.7）
之所以设与的幅度为，是让未调的此正交基函数作为式（6.6.4）分解式
（6.6.5）的正交载波的能量均为单位值，即
显然，由式（6.6.5）的表示形式，MPSK不论M（M>2）值为多大，总是以相互正交的两项构成，即
（6.6.8）
第6章数字信号频带传输 知识点 (1) 数字调幅、调频、调相——二元与多元系统信号分析； (2) 传输信道的利用——正交复用、带宽、频带利用率； (3) 解调方式——相干与非相干； (4) 各种系统噪声性能分析。 知识点层次 (1) 以二元调制系统为基础，掌握数字调制解调模型及信号特征；理解噪声性能分析方法。掌握基于信噪比的误比特率公式与比较分析； (2) 掌握以QPSK、QAM、MSK为重点的基本原理与技术特征，并熟悉有关重要参量与技术措施；掌握各种传输方式误码率表示式； (3) 通过大体了解改进型调制技术特点，了解现代调制技术思路； 本章涉及的系统最佳化设计思想 信号设计——基于已调波信号间正交的概念； 传输技术——基于正交载波复用与多元调制技术； 接收技术——基于相干接收与最佳接收的原理及发展。
6.1 数字频带调制概述 通过第3章模拟调制的讨论，我们已明确到，以调制信号去正比例控制正弦载波3个参量之一，可以产生载荷信息的已调波，并分为线性调制（幅度调制）和角度调制（调频与调相）。现将模拟调制信号改换为数字信号，仍去控制正弦载波，就可以得到相应的数字调幅、数字调频与数字调相等已调波。 本章拟首先介绍二元数字信号作为调制信号的基本调制方式。它们已调波分别称为二元幅移键控——ASK（amplitude shift keying）、二元频移键控——FSK（frequency shift keying）和二元相移键控——PSK（phase shift keying），并分别分析与计算它们在不同解调方式下的抗噪声性能。 然后介绍以多进制符号（M元）控制载波某1个或1、2个参量构成的多元调制，以及常用的优质调制技术。 本章讨论问题的基本着眼点为： （1）各种数字调制方式的发送信号（已调波构成）的设计考虑及其时、频域表示方式。 （2）针对已调波的时—频域特点，给出其传输有效带宽，讨论它们对于传输信道频带利用率。 （3）相干与非相干解调方法与解调效果评价。 （4）分析不同调制与不同解调方式的系统，在高斯信道环境下的抗噪声性能，同时计算它们的接收信号的比特或符号误差概率。 （5）在此基础上，能使读者深入了解到如何进行信号与系统优化设计，能够达到既有效又可靠信息传输。 就本章内容而言，称为数字信号频带传输（或调制），也可称为数字信号的载波传输（或调制）。虽然调制信号为二元或多元数字信号，但已调波信号却是连续波，因此也可称为数字信号的模拟传输。 本章覆盖的内容与概念很多，设计的数字分析也往往比较繁杂，所设计的调制技术均有很大的实用意义，并在不断发展。 6.2 二元幅移键控（ASK） 6.2.1 ASK信号分析
《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 μ，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 Bd N 661010 11===-码元时间 信息传输速率为 s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6 262=?=?== 1-6 接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。
答：76105.210 221)()(-?=??==N n P e 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kHz 1024，可传输s kbit /2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hz s bit //? 答：频带利用率为 Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//3 3 =??==（频带宽度信息传输速率η 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。 2-2 PCM 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S f 并画出抽样信号的频谱（设M S f f 2=）。（2）若,8kHz f S =画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现象? 题图2-1
第一章绪论 1- 2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。模拟信号：电信号的参量取值连续。两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。 1- 3 何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。 1- 4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D 转换。 信道编码/ 译码：增强数字信号的抗干扰能力。加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。 数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。 同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。 1- 5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。 1- 6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。 1- 7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CD。M 1- 8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。答：按照消息传递的方向与时间关系分类。单工通信：消息只能单向传输。半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。全双工通信：通信双方可以同时收发消息。 1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。串行传输使用与远距离数据的传输。 1-10 通信系统的主要性能指标是什么？
课程名称数字通信综合实验 题目数字频带传输系统的仿真 专业电子信息工程 班级 学号 姓名 指导教师 地点 时间：2015年7月04日至2015年7月08日
摘要 此次课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台对2ASK频带传输系统仿真，并把运行仿真结果输入到显示器，根据显示器结果分析设计的系统性能。在设计中，目的主要是仿真通信系统中频带传输技术中的ASK调制。产生一段随机的二进制非归零码的频带信号，对其进行ASK调制后再加入加性高斯白噪声传输，在接收端对其进行ASK解调以恢复原信号，观察还原是否成功。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK 调制与解调情况。 关键词：Simulink ；高斯白噪声；调制与解调
第1章前言 (4) 1.设计平台 (4) 2. Simulink (5) 第2章通信技术的历史和发展 (7) 2.1通信的概念 (7) 2.2 通信的发展史简介 (9) 2.3通信技术的发展现状和趋势 (9) 第3章2ASK的基本原理 (10) 3.1 2ASK定义 (10) 3.2 2ASK的调制 (11) 3.3 2ASK的解调 (11) 第4章2ASK频带系统设计方案 (12) 4.1仿真系统的调制与解调过程 (12) 4.2 SIMULINK下2ASK系统的设计 (12) 第5章仿真结果分析 (17) 第6章出现的问题及解决方法 (23) 第7章总结 (24) 参考文献 (24)
第1章前言 在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波数字形式的调制信号在控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。本设计中选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制，载波数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，此制称为二进制振幅键控信号。 数字调制就是对基带数据信号进行变换，实现信号频谱的“搬移”数据的发送端进行搬移的过程称作“调制”，在称作调制器的设备中完成。在数据的接收端，有一个相反的变换被称作“解调”的过程，解调过程在称作解调器的设备中完成。经过调制的后的信号在一个很高的频段上占有一定的带宽，由于所处频段很高，使得其最高频率和最低频率的相对偏差变小（最高频率和最低频率的比值略大于1），这样的信号称为频带信号或射频信号，相应的传输系统称作频带传输系统。 数字频带传输系统或带通信号是现代通信系统的非常重要部分，通过调制来时信号与信道特新相匹配从而达到效果、传输为目的。数字频带传输系统既可用于低速数据信道，而可以用于中、高速数字信道，其应用很广泛，因此研究数字频带传输系统具有非常重要的义。理解和掌握二进制数字调制通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。是学习者对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。设计或分析一个简单的通信系统，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。 1.设计平台 MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型
6—1 解：单极性，双极性，单极性归零，双极性归零，二进制差分，四电平波形分别如下图a，b，c，d，e，f （此图仅作参考） 6—2 证明： 6—3
6—4 解：（1）由图P6-2可以写出 故g （t ）的傅里叶变换G （f ）为 ()222s s AT T f G f Sa π?? = ??? 6—5 解：
图形如6-18所示 6—6 解：（1）双极性信号的功率谱密度为 ()()() ()()22 2241|()|12||s s s s s P f f P p G f f p G mf f mf δ+∞ -∞ =-+--∑ 设()()g t G f ?，则有()33 s s T T f G f Sa π?? = ??? 将P=1/4，/3s T τ=及()G f 代入()s P f 表达式中，可得 ()()22123 183s s s s T T f m P f Sa Sa f mf πππδ+∞-∞ ???? =+- ? ?????∑ 功率谱密度图略。 （2）当m=1时，上式中的离散普 ()()22 301838s s m Sa f mf f f π πδδπ+∞ -∞??-=-≠ ??? ∑ 所以能从该双极性信号中直接提取频率为1/s s f T =的分量，其功率为 2 38S π=
6—7 解： AMI 码：+1 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 +1 HDB3码：+1 0 -1 +1 0 0 0 +V -B 0 0 -V 0 +1 0 -1 AMI 码形图如下： HDB3码波形图如下： 6—8 解：双向码： 10 01 10 10 01 01 10 01 10 CIM 码： 11 01 00 11 01 01 00 01 11 双向码波形图如下： CIM 码波形图如下： （图形仅供参考） 6—9 解：（1）令2(1||)||()20Ts t t g t Ts other - ≤ ={ 由图可得 ()2Ts h t g t ?? =- ?? ?
数字基带传输系统 1.（结论） （a ）二进制随机脉冲序列的功率谱()s P f 可能包含连续谱和离散谱 （b ）连续谱总是存在的。 （c ）离散谱是否存在取决于1()g t 和2()g t 的波形及其出现的概率P o 对于双极性信号1()g t =2-()g t =()g t 时且概率P=1/2（等概）时，则没有离散分量 2（例6-2结论） （a ）时间波形的占空比越小，占用频带越宽。 NRZ （非归零） 1/ ()s s s B f T ττ=== RZ （归零）1/2 (/2)s s s B f T ττ=== 1/ ()s s s B f T f R ==数值上相等 （b ）单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。 3. 无码间扰时的基带串传输特性应满足： 2() s i s s i H T T T ππωω+=≤∑ 该条件成为奈奎斯特第一准则 一个实际的()H ω特性若能等效成一个理想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。 奈奎斯特带宽f N 1/2( )s B T H z = 最高频带利用率 = / 2 (/)B R B B Hz η= 奈奎斯特速率 （最高传输速率2f N 波特） 4. 当比值/n A σ时双极性基带系统的误码率比单极性低，抗噪声性能好。此外在等概条 件下，双极性的最佳判决电平为0，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变，故能保持最佳状态。 5.眼图 （用实验的方法评价系统的好坏） 眼图的“眼睛”张开越大，且眼图越正，表示码间串扰越小；反之，表示码间串扰越大。 6.改善系统的措施 ①针对提高频带利用率而采用的部分响应技术 ②针对减小码间串扰而采用的时域均衡技术 例题（习题6-7）
第五章 5-1 已知线性调制信号表示式如下： （1）t t c ωcos cos Ω，（2）t t c ωcos )sin 5.01(Ω+。 式中，Ω=6c ω。试分别画出它们的波形图和频谱图。 1(1)cos cos [cos()cos()] 2[cos cos ]{[()][()][()][()]} 2 1 (2)(10.5sin )cos cos [sin()sin()] 4 [(10.5sin )cos ][()(c c c c c c c c c c c c c c c t t F t t t t t F t t ωωωπ ωδωωδωωδωωδωωωωωωωπδωωδωωΩ=-Ω++Ω∴Ω= --Ω++-Ω+-+Ω+++Ω+Ω=+-Ω++Ω∴+Ω=-++ 解：)]{[()][()] 4 [()[()]]} c c c c j π δωωδωωδωωδωω++-Ω---Ω+++Ω--+Ω π π 5-2 根据图P5-1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。
图P5-1 解： 从波形中可以看出，DSB 信号经过包络检波器后输出波形失真，不能恢复调制信号；而AM 信号经过包络检波器后能正确恢复调制信号。 5-3已知调制信号m (t )=cos(2000πt )+ cos104 πt ，进行单边带调制， ()sin(2000)sin(4000) 1111 ()()cos ()sin cos(12000)cos(14000) 22221111 ()()cos ()sin cos(8000)cos(6000) 2222 USB c c LSB c c m t t t s t m t t m t t t t s t m t t m t t t t ππωωππωωππ=+=-=+=+=+ 解：则 5-4 将调幅波通过残留边带滤波器产生残留边带信号。若此滤波器的传输函数H(ω)如图P5-2所示（斜线段为直线）。当调制信号为()[100600]m t A sin t sin t ππ=+时，试确定 图P5-2 (横坐标的单位为f/kHz )
第一章绪论 学习要求： 常用通信术语； 模拟信号与数字信号的定义； 通信系统的组成、分类、和通信方式； 数字通信系统的优缺点； 离散消息的信息量、平均信息量（信源熵）的计算； 衡量模拟通信系统和数字通信系统的性能指标； 传码率、传信率、频带利用率、平均传信率和最大传信率的计算及其关系； 误码率和误信率的定义及计算。 一、简答题 1．消息、信息、信号，通信的含义是什么通信系统至少包含哪几部分 2．试画出模拟和数字通信系统的模型图，并指出各组成部分的主要功能，说明数字通信系统有什么特点 3．举例说明单工、半双工及全双工的工作方式及其特点。 4．举例说明如何度量信息量。 5．通信系统的性能指标是什么这些性能指标在模拟和数字通信系统中指的是什么二、综合题 1.设有四个符号，其中前三个符号出现的概率分别为1/4，1/8，1/8，且各符号的出现是相对独立的。试计算该符号集的平均信息量。 H x bit/符 2.一个由字母A、B、C、D组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A、 01代替B、10代替C，11代替D，每个二进制脉冲宽度为5ms。
（1）不同字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率； （2）若每个字母出现的可能性分别为 1 1 1 3 P A ，P B ，P C ，P D 5 4 4 10 试计算传输的平均信息速率。 R b max 200 bit/s R b bit/s 3.国际莫尔斯电码用“点”和“划”的序列发送英文字母，“划”用持续3单位的电流脉冲 表示，“点”用持续1单位的电流脉冲表示；且“划”出现的概率是“点”出现概率的1/3。 （1）计算“点”和“划”的信息量； （2）计算“点”和“划”的平均信息量。 I 2 bit I. bit H x bit/符 4.设一信息源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为1/32，其余112出现的概率为 1/224。信息源每秒发出 1000个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。 R b 6405 bit/s 5.已知某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s，接收端在小时内共收到126个错误码元，试计算该系统的误码率P e 。 P e 105 6．某4ASK系统的4个振幅值分别为0,1,2,3。这4个振幅是相互独立的； （1）振幅0,1,2,3出现概率分别为：,,,，求各种振幅信号的平均信息量 （2）设每个振幅的持续时间（即码元宽度）为1s，求此系统的信息速率
第五章 数字基带传输系统 第六章 \设随机二进制序列中的0和1分别由g （t ）和-g （t ）组成，它们的出现概率分别 为P 及（1-P ）：求其功率谱密度及功率； 解：（1）随机二进制序列的双边功率谱密度为 P s (ω)=f s P(1-P)|G 1(f)-G 2(f)|2 + ∑|f s [PG 1(mf s ) + (1-P)G 2(mf s )]|2δ(f- mf s ) 由g 1(t)=-g 2(t)=g(t)得 P s (ω)= 4f s P(1-P)G 2(f) + f s (1-2P)2∑|G(mf s )|2δ(f- mf s ) 式中，G(f)是g （t ）的频谱函数，在功率谱密度P s (ω)中，第一部分是其连续谱部分，第二部分是其离散成分。 随机二进制序列的功率为 S=1/2л∫P s (ω)d ω =4f s P(1-P)∫G 2(f)df + ∑|f s (1-2P) G(mf s )|2∫δ(f- mf s )df =4f s P(1-P)∫G 2(f)df + f s P(1-P)2∑|G(mf s )|2 (2)当基带脉冲波形g(t)为 ????? ≤=t T t t g s 其他,02 ||,1)( g(t)的傅立叶变换G(f)为 s s s fT fT T f G ππsin )(= 因为0sin )(==s s s s s T f T f T f G ππ 由题（1）中的结果知，此时的离散分量为0。 （3）??? ??≤=t T t t g s 其他,04 ||,1)(
g （t ）的傅立叶变换G （f ）为 2/ 2/sin 2)(≠== π ππs s s s s s T T f T f T f G 所以该二进制序列存在离散分量s s T f 1 = 1. 设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图所示。图中s T 为码元间隔，数字 信号“1”和“0”分别用g(t)的有无表示，且“1”和“0”出现的概率相等： （1） 求该数字基带信号的功率谱密度，并画出功率谱密度图； （2） 能否从该数字基带信中提取码元同步所需的频率s s T f 1 =的分量，若能，式计算该分量的功率。 解：（1）对于单极性基带信号，)()(,0)(21t g t g t g ==，随机脉冲序列的功率谱密度为 ∑ ∞ +-∞ =--+ -=m s s s s s mf f mf G p f f G p p f f p ) ()()1() ()1()(2 2 δ 当p=1/2时 ∑∞ +-∞=-+=m s s s s s mf f mf G f f G f f p ) ()(4)(4)(2 2 δ 由图可得 ????? ≤-=t T t t Ts A t g s 其他,02 ),21()( g （t ）的傅立叶变换G （f ）为
5-2 解(1)随机二进制序列的双边功率谱密度为 由得 式中，是的频谱函数，在功率谱密度中,第一部分是连续谱成分，第二部分是离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 （2）当基带脉冲波形为 的付式变换为 因为 所以该二进制序列不存在离散分量。 （3）当基带脉冲波形为
的付式变换为 因为 所以该二进制序列存在离散分量。 5-3 解（1）由图5-7得 的频谱函数为 由题意 且 所以 代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数式,可得
(2)二进制数字基带信号的离散谱分量为 当 代入上式得 因为该二进制数字基带信号中存在离散谱分量，所以能从该数字基带信号中提取码元同步所取得频率的分量。 该频率分量的功率为 5-6 解AMI码为+1 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 +1 HDB3码+1 0 -1 +1 0 0 0 +V –B 0 0 –V 0 +1 0 -1 5-7 解PST码为- + + 0 + - - + 0 - + 0 - + + - 双相码为01 01 10 01 10 10 01 01 01 10 10 01 01 01 10 10 5-8 解原信息代码为101000010000110000101 5-9 解（1）令 由图5-8可得， 因为的频谱函数为 所以，系统的传输函数为 （2）系统的传输函数由发送滤波器，信道和接收滤波器三部分
组成，即 因为 则 所以，发送滤波器 和接收滤波器 为 5-10 解（1）总特性H （f ）可以看成是图5-11两个三角形特性之差，即 H （f ）=H1（f ）-H2（f ） 其中 []211111()()(1)(1)2H f h t W Sa W t α απαα +?= ++g []222111()()(1)(1)2H f h t W Sa W t α απαα -?= --g 所以冲激响应 [][]122222 1`1`()()() (1)(1) (1)(1)22h t h t h t W Sa Wt W Sa Wt ααπαπααα =-+-=+--g g （2）因为该系统克等小成理想低通特性1 1 1,()0, eq f W H f f W ?≤? =? >?? 它所对应的无码间串扰的最高传码率为2W1，所当传输速率为2W1时，在抽样店无码间串扰。 （3）系统实际带宽为 2() i s s H C T T ππωω+ =≤∑1(1)B W α=+，因此频带利用率为 1122 (1)1B R W B W ηαα = ==++ （4）该系统的h(t)的谓不衰建较快，与2 t 成反比，因此有利于减小由码元定时误差所引起的码间串扰。 5-11 解 方法一：根据奈奎斯特第一准则，当最高传码率1 B s R T = 时，能够实现无码间串扰传输的基带系统的总特性()H ω应满足 2() i s s H C T T ππωω+ =≤∑
第五章 纠错编码习题解答 1、已知一纠错码的三个码组为(001010)、(101101)、(010001)。若用于检错，能检出几位错码？若用于纠错，能纠正几位错码？若纠检错结合，则能纠正几位错码同时检出几位错码？ [解]该码的最小码距为d 0=4，所以有： 若用于检错，由d 0≥e +1，可得e =3，即能检出3位错码； 若用于纠错，由d 0≥2t +1，可得t =1，即能检出1位错码； 若纠检错结合，由d 0≥e +t +1 （e >t ），可得t =1，e =2，即能纠正1位错码同时能检出2位错码。 2、设某(n ,k )线性分组码的生成矩阵为： 001011100101010110G ?? ??=?????? ①试确定该(n ,k )码中的n 和k ； ②试求该码的典型监督矩阵H ； ③试写出该码的监督方程； ④试列出该码的所有码字； ⑤试列出该码的错误图样表； ⑥试确定该码的最小码距。 [解] ①由于生成矩阵G 是k 行n 列，所以k =3，n =6。 ②通过初等行变换，将生成矩阵G 变换成典型生成矩阵
[] 100101010110001011k G I Q ?? ??==?????? 由于101110110011011101T Q P Q ???? ????=???? ????????， ＝＝，可知典型监督矩阵为 []110100011010101001r H PI ?? ??=?? ????＝ ③监督方程为5424315 300 00 a a a a a a a a a ⊕⊕=??⊕⊕=??⊕⊕=? ④所有码字见下表 ⑤错误图样表即错误图样与校正子关系表，见下表
《数字通信原理》综合练习题 一、填空题 1、模拟信号的特点是____幅度（信号强度）的取值连续变化____，数字信号的特点是___幅度的取值离散变化______。 2、模拟通信采用____频分制___实现多路通信，数字通信采用____时分制____ 实现多路通信。 3、PAM信号的___幅度_____连续，___时间____离散，它属于___模拟___信号。 4、数字通信系统的主要性能指标有______有效性___和____可靠性______两个方面。 5、A/D变换包括_____抽样_____、______量化_____和______编码____三步。 6、D/A变换包括______译码______和____低通______两步。 7、波形编码是_对信号波形进行的编码（或根据语声信号波形的特点，将其转换为数字 信号）__________。 8、参量编码是___提取语声信号的一些特征参量对其进行编码______________。 9、抽样是将模拟信号在___时间上_______离散化的过程，抽样要满足__抽样定理。 10、量化是将PAM信号在____幅度上_________离散化的过程。 11、量化分为___均匀量化________和___非均匀量化__。 12、均匀量化量化区内（非过载区）的最大量化误差为___=△/2 __；过载区内的最 大量化误差为____>△/2___。 13、A律压缩特性小信号时，随着A的增大，信噪比改善量Q____提高_____；大信号时，随着A的增大，信噪比改善量Q___下降______。 14、实现非均匀量化的方法有___模拟压扩法_____和_____直接非均匀编解码法 ____。 15、A律压缩特性一般A的取值为____87.6________。 16、线性编码是_____具有均匀量化特性的编码_____________。
复习题 名词：同步, 映射, 抽样，量化, DPCM, 汉明码, 复用, 定位，时分多路复用，正码速调整，同步复接，异步复接 问答： 1.数字信号和模拟信号的特点。 2.数字信号的有效性和可靠性指标及其计算方法。 3.为什么数字通信的抗干扰性强，无噪声积累? 4.低通和带通信号抽样定理。 5.回答均匀量化与非均匀量化的特点，说明为什么引入非均匀量化. 6.说明码的抗干扰能力与最小码距的关系. 7.什么叫PCM零次群? PCM30/32一至四次群的速率和接口码型分别是什么? 8.帧同步的目的是什么? PCM30/32系统的帧同步码型为何? 9.PCM帧同步系统处理流程图。 10.PCM30/32系统帧结构。 11.PCM帧同步系统中，前方保护和后方保护分别是指什么？其各自防止的现 象是什么？ 12.PCM一次群到异步复接二次群，与同步复接的区别。 13.简述SDH通信系统的特点。 14.SDH帧结构分哪几个区域? 各自的作用是什么? 15.SDH 网的速率等级有哪些? 16.SDH 中复用的概念是什么? 17.SDH 传送网的基本物理拓扑有哪几种? 18.SDH数字通信系统的特点是什么？ 19.画出SDH帧结构，计算出STM-N各个区域的速率大小 20.SDH网同步方式和时钟工作方式。 21.G.707 SDH复用结构。 计算方面： 1.A律13折线编解码，7/11变换； 2.带通信号的抽样及其计算，抽样后信号的频谱形式； 3.循环码计算，循环码多项式，监督矩阵和生成矩阵
4.SDH帧结构中各个信息结构速率的计算 5.系统循环码的多项式计算。 1. 某设备未过载电平的最大值为4096mv，有一幅度为2000mv的样值通过A律13折线逐次对分编码器，写出编码器编码过程及输出的8位PCM码。 2. PCM30/32路的帧长，路时隙宽，比特宽，数码率各为多少？ 3. 设数字信号码元时间长度为05sμ，如采用八电平传输，求信息传输速率及符号速率；若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。 4. 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。 5. 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。 6.由STM-1帧结构计算出①STM-1的速率。②SOH的速率。③AU-PTR的速率。 7.采用13折线A律编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为-95 单位。 (1)试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然二进制码）；写出对应于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位码。 8.设数字信号码元时间长度为1sμ，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
思考题第一章 1-2 数字通信有那些特点 答：第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。 1-3 按消息的物理特征，通信系统如何分类 答：根据消息的特征不同，通信系统可以分为：第一：电报通信系统；第二：电话通信系统；第三：数据通信系统；第四：图像通信系统。 1-4 按调制方式，通信系统如何分类 答：按调制方式，通信系统可以分为：基带传输和频带传输。 1-5 按传输信号的特征，通信系统如何分类 答：按传输信号的特征，通信系统可以分为：模拟通信系统和数字通信系统。 1-6 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类 答：按传送信号的复用方式，通信系统可以分为：频分复用，时分复用和码分复用。 1-7 通信方式是如何确定的 答：通信方式是根据消息的传送方向与时间关系确定的。
1-8 通信系统的主要性能指标是什么 答：通信系统的主要性能指标是：传输速率和差错率。 1-9 什么是误码率什么是误信率它们之间的关系如何 答：所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切起的说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者更确切地说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。二者之间的关系：它们都是表示差错率的。 1-10什么是码元速率什么是信息速率它们之间的关系如何答：码元速率是指每秒钟传送码元的数目，单位为“波特“，常用符号“B”表示。信息速率是指每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒。二者之间的关系：在二进制下，二者在数值上相等，只是单位不同；在N进制下，设信息速率为Rb(bit/s),码元速率为Rbn(B),则有：Rb=Rbn*log2N(bit/s) 1-12 什么是信源符号的信息量什么是离散信源的信息熵答：信源符号的信息量是它出现的概率P(x)的函数。每个符号所含信息量的统计平均值称为信源的信息熵。第三章信道 3-1 什么是调制信道什么是编码信道 答：所谓调制信道是指调制输出端到解调输入端的部分。所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入短的部分。 3-2 什么是恒参信道什么是随参信道目前常见的信道中，哪些属于恒
第一章绪论 1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点 传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强； 2.传输差错可以控制； 3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理； 4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化； 5.设备便于集成化、微机化。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低； 6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。 1.4数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么 数字通行系统的模型见图1-4所示。其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。 1-10通信系统的主要性能指标是有哪些？ 通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。其中有效性和可靠性是主要性能指标，在模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。具体误差率指标有误码率Pe、误信率Pb。 1-11衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？ 有效性用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用差错率来衡量，差错率有误码率，误信率。 第二章确知信号 2.试分别说明能量信号和功率信号的特性。 答：能量信号的其能量为有限的正值，但其功率等于零；功率信号其能量为无穷大，其平均功率为有限值。 7．自相关函数有哪些性质？ 答：（1）自相关函数是偶函数。（2）与信号的能谱密度函数或功率谱密度函数是傅立叶变换对的关系。3当I=0时,R(0)等于信号的平均功率或信号的能量 第三章随机过程 3-6．已知噪声的自相关函数为 =（为常数） （1）试求其功率谱密度及功率； （2）试画出及的图形。
数字通信原理与技术（第四版） 西安电子科技大学出版社 复习笔记 第一章 我国主要采用欧洲的GSM系统 第四代移动通信系统 特点：1.传输速度更高2.通信服务多元化3.智能化程度更高4.良好的兼容性 关键技术：1.定位技术2.切换技术3.软件无线电技术4.智能天线技术 5.无线电在光纤中的传输技术 6.网络协议与安全 7.传输技术 8.调制和信号传输技术 “三网融合”趋势：电信网，计算机网，有线电视网 一般意义上的通信是指由一地向另一地进行消息的有效传递。 通信从本质上来讲是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。 通信中工作频率与工作波长可互换：公式为λ=c/f，λ工作波长，f工作频率，c光速 基带传输：不采用调制频带传输：采用调制 脉冲数字调制：APC-自适应可预测编码LPC-线性可预测编码 通信方式： 1.按消息传送的方向与时间分 单工通信：单方向传输。广播 半双工通信：不能同时收和发。对讲机、收发报机 全双工通信：可同时双向传输信息。普通电话、各种手机 2.按数字信号排序分 串序传输：代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个在信道传输 并序传输：分割成两路或以上的序列同时在信道传输 3.按通信网络形式分 点到点通信方式、点到多点通信（分支）方式、多点到多点通信（交换）方式 通信必有三个部分：发送端、接收端、信道 模拟通信系统两种变换： 1.把连续消息变换成电信号（发端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续信号（收端受信者完成） 2.将基带信号转换成其频带适合信道传输的信号，由调制器完成；在接收端经过相反的变换，由解调器完成 已调信号三个基本特性： 1.携带有信息 2.适合在信道中传输 3.具有较高频率成分 数字通信系统：信道中传输数字信号的系统 数字频带传输通信系统 在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”； 称编组一致为“群同步”或“帧同步”。
数字通信原理试卷一 一、填空题（每题3分） 1、通信的目的是_______ 或________ 信息。 2、通信方式有两种基本形式，即________通信和_______ 通信。 3、数字通信在____________和____________上均是离散的。 4、某一数字信号的符号传输速率为1200波特（Bd），若采用四进制传输，则 信息传输速率为___________。 5、设信道的带宽B=1024Hz，可传输2048 bit/s的比特率，其传输效率η=_________。 6、模拟信号经抽样、量化所得到的数字序列称为________信号,直接传输这种 信号称为___________。 7、目前最常用的多路复用方法为________复用和_______复用。 8、由于噪声的干扰可能使帧同步码出现误码，我们将这种情况称为_____________。 9、一般PCM（脉冲编码调制）的帧周期为__________。 10、PCM30/32制式中一复帧包含有_____帧，而每一帧又包含有_____个路时 隙，每一路时隙包含有______个位时隙。 一、1、交换、传递；2、基带传输、频带传输；3、幅度、时间；4、2400b/s 5、2b/s/hz； 6、数字、基带； 7、频分、时分； 8、假失步； 9、125 us 10、16 32 8 二、选择题（每题2分）二、1、a ；2、b ；3、c ；模拟信号的特点为： (a) 幅度为连续(b) 时间域上全有值 (c) 幅度连续，时间间断(d) 幅度离散 1、数字基带信号为： (a) 基础信号(b)完成了模数变换后的信号 (c) 频带搬以后的信号(d)仅为和值的信号 2、量化即 (a) 对样值进行定量(b) 在时间域上进行离散化 (c) 将信号样值幅度变换为有限个离散值 (d)将样值幅度分层为无限个值
第六章 设发送数字信息为011011100010，试画出2ASK的信号波形示意图。 解：011011100010 1.设发送数字信息为011011100010，试画出2FSK的信号波形示意图。 解：0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 2.设发送数字信息为011011100010，试画出2DPSK的信号波形示意图。 解： 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 3.已知某2ASK系统的码元传输速率为103Band，设所传送的数字信号为011001，试 画出相应的2ASK信号波形示意图。 解：0 1 1 0 0 1
5． 已知某2ASK 系统的码元传输速率为103 Band ，所用的载波信号为Acos(4л*106 )。求2ASK 信号的带宽。 解： Hz f c 661022104?=?=ππ Baud R B 3 10= Hz B R f B s 200022 =-=∴ 6. 已知某2ASK 信号的带宽为2000Hz ，所用的载波信号为Acos(4л*106 )。求系统的码 元传输速率。 解： R f B s B 22 -= Hz f c 661022104?=?=ππ Baud B f R s B 10002 2 =-= ∴ 7. 若采用2ASK 方式传送二进制数字信息。已知发送端发出的信号振幅为5V ，输入接 收端解调器的高斯噪声功率 W n 12 2 103-?=σ，今要求误码率 4 10-=P e 。试求非相 干接收时，由发送端到解调器输入端的衰减应为多少？ 解：2ASK 方式传输，采用非相干接收，其误码率为 421r e e P -= 由题意知 410-=P e 34=∴r 又因为 2 2 2n a r σ= 可得 V r a n 52 1042.12-?==σ