重庆邮电大学通信原理课后习题解答ppt课件.ppt

,通信原理课后习题讲解,目 录,第一章,第二章,第三章,第六章,第五章,第四章,第七章,第八章,第4章 模拟信号的数字传输,习题4-1,习题4-2,习题4-3,习题4-4,习题4-5,习题4-6,习题4-7,习题4-8,习题4-9,习题4-10,习题4-11,习题4-12,习题4-16,习题4-13,习题4-14,习题4-15,习题4-1,已知某信号m(t)的频谱为 ，将它通过传输函数为 的滤波器后再进行理想抽样。其中， 和 如图4-10（a）和（b）所示。,(1)计算抽样频率。(2)若抽样频率 ，试画出抽样信号的频谱。(3)如何在接收端恢复出信号m(t)？,习题4-1,图4-10 信号频谱及滤波器传输特性,习题4-1解答,解：（1）因为信号 通过传输函数为 的滤波器后进入理想抽样器的最高频率为 ，所以抽样频率,（2）因为抽样信号频谱,可得抽样信号的频谱如图4-11所示。,习题4-1解答,解（3）由图4-11所示的抽样信号频谱可知：将抽样信号 通过截止频率为 的理想低通滤波器，然后再通过一个传输特性为 的网络，就能在接收端恢复出信号 。如图4-12所示。,习题4-1解答,可见，如果接收端通过一个传输特性为,图4-12 抽样信号的恢复,的低通滤波器，就能在接收端恢复出信号,。,习题4-2,已知一个低通信号 的频谱 如图4-13所示。（1）假设以 的速率对 进行理想抽样，试画 出抽样信号的频谱示意图。并说明能否从抽样信号恢 复出原始的信号 ？（2）假设以 的速率对 进行理想抽样，重做（1）。,图4-13 低通信号的频谱,习题4-2解答,解：（1）由式（4-2）可知：在 时，抽样信号频谱如图4-14所示，频谱无混叠现象。因此经过截止角频率为 的理想低通滤波器后，就可以无失真地恢复原始信号。,图4-14 抽样信号的频谱,习题4-2解答,（2）如果 ，不满足抽样定理，频谱会出现混叠现象，如图4-15所示，此时通过理想低通滤波器后不可能无失真地重建原始信号。,图4-15 抽样信号的频谱出现混叠现象,习题4-3,已知信号 ，对进行理想抽样。（1）如果将 当作低通信号处理，则抽样频率如何选择？（2）如果将 当作带通信号，则抽样频率如何选择？,习题4-3解答,解：因为 所以最低频和最高频分别为 ， （1）将 当作低通信号处理，则抽样频率 （2）将 当作带通信号处理，则抽样频率 因为n=9，所以,习题4-4,将正弦信号 以4kHz速率进行样，然后输入A律13折线PCM编码器。计算在一个正弦信号周期内所有样值 的PCM编码的输出码字。,习题4-4解答,解：以抽样时刻 为例，此时抽样值0.9510565，设量化单位 ,所以归一化值0.9510565=1948,编码过程如下:,（1）确定极性码 ：由于输入信号抽样值为正，故极性码,（2）确定段落码,因为19481024，所以位于第8段落，,段落码为111。,（3）确定段内码,因为,所以段内码 =1110 。,所以， 的抽样值经过A律13折线编码后，得到的PCM码字为 1111 1110。同理得到在一个正弦信号周期内所有样值的PCM码字，如表4-5所示。,习题4-4解答,习题4-5,已知模拟信号抽样值的概率密度 ，如果按照4电平均匀量化，计算量化噪声功率和对应的量化信噪比。,习题4-5解答,解：因为采用均匀量化，所以量化间隔,则量化区间有 , , 和,对应的量化值分别为-0.75，-0.25，0.25，0.75。,所以量化噪声功率为,因为输入量化器的信号功率为,习题4-5解答,所以量化信噪比,习题4-6,单路信号的最高频率为4kHz，采用PCM调制，若量化级数由128增加到256，传输该信号的信息速率 和带宽B增加到原来的多少倍？,习题4-6解答,解：因为二进制码元速率,所以对应的信息速率 = ，即信息速率,与 成正比，所以若量化级数由128增加到256，传输该信号的信息速率 增加到原来的8/7倍。,而二进制码元宽度为,假设占空比,，则PCM信号带宽为,可见，带宽 与 成正比。,所以，若量化级数由128增加到256，带宽 增加到原来的8/7倍。,习题4-7,已知信号 ，以每秒钟4次的速率进行抽样。（1）画出理想抽样信号的频谱图。（2）如果脉冲宽度 ，脉冲幅度A=1，画出自然抽样信 号和平顶抽样信号的频谱图,习题4-7解答,解：(1)基带信号的频谱图如图4-16所示,图4-16 基带信号的频谱图,由式（4-2），理想抽样信号的频谱图如图4-17所示。,图4-17 理想抽样信号的频谱图,习题4-7解答,(2) 因为自然抽样信号的频谱,当n=1时，因为 =,所以n=1时自然抽样信号的频谱分量为 ，对应的频谱图如图4-18所示。,图4-18 n=1时自然抽样信号的频谱分量,习题4-7解答,所以，自然抽样信号的频谱图如图4-19所示。,图4-19 自然抽样信号的频谱图,习题4-7解答,因为平顶抽样信号的频谱,所以，平顶抽样信号的频谱图如图4-20所示。,图4-20 平顶抽样信号的频谱图,习题4-8,单路语音信号的最高频率为3400Hz， 采8000Hz的抽样频率，按A律13折线编码得到PCM信号。设传输信号的波形为矩形脉冲，占空比为1。试计算PCM基带信号第一零点带宽。,习题4-8解答,解：因为抽样频率为8000Hz，按A律13折线编码得到的PCM信号为8位二进码。所以二进制码元速率,波特,因为占空比为1，所以 ，则PCM基带信号第一零点带宽,习题4-9,单路模拟信号的最高频率为6000Hz，抽样频率为奈奎斯特抽样频率，设传输信号的波形为矩形脉冲，占空比为0.5。计算PAM系统的码元速率和第一零点带宽。,习题4-9解答,解：因为抽样频率为奈奎斯特抽样频率，所以,所以PAM系统的码元速率,则码元宽度,因为占空比为0.5，所以 ，则PAM基带信号第一零点带宽,习题4-10,单路模拟信号的最高频率为6000Hz，抽样频率为奈奎斯特抽样频率。以PCM方式传输，抽样后按照8级量化，传输信号的波形为矩形脉冲，占空比为0.5。（1）计算PCM系统的码元速率和信息速率；（2）计算PCM基带信号的第一零点带宽。,习题4-10解答,解：（1）因为奈奎斯特抽样频率,量化级数 ，所以二进制码元速率为,波特,所以，对应的信息速率,（2）因为二进制码元速率 与二进制码元宽度 呈倒数,关系，所以,因为占空比为0.5，所以,则PCM基带信号第一零点带宽,习题4-11,设输入信号抽样值 ，写出按A律13折线编成8位码 ，并计算编码电平和编码误差，解码电平和解码误差。写出编码器中11位线性码和解码器中12位线性码。,习题4-11解答,解：编码过程如下,（1）确定极性码 ：由于输入信号抽样值为负，故极性码 =0,（2）确定段落码 ：,因为1024870512，所以位于第7段落，段落码为110。,（3）确定段内码 ：,因为 ，所以段内码 =1011。,所以，编出的PCM码字为 0 110 1011。,编码电平 是指编码器输出非线性码所对应的电平，它对应量化级的起始电平。因为极性为负，则编码电平,量化单位,因为,习题4-11解答,因此7/11变换得到的11位线性码为 。,编码误差等于编码电平与抽样值的差值，所以编码误差为6个量化单位。解码电平对应量化级的中间电平，所以解码器输出为,个量化单位。,因为,所以7/12变换得到的12位线性码为011011100000。,解码误差(即量化误差)为解码电平和抽样值之差。所以解码误差为10个量化单位。,习题4-12,A律13折线PCM编码器，量化区的最大电压为U=2048mV，已知一个抽样值为u=398mV，试写出8位码，并计算它的编码电平、解码电平和量化误差，并将所编成的非线性幅度码 （不含极性码）转换成11位线性幅度码。,习题4-12解答,解：（1）因为量化区的最大电压为 ，所以量化单位为 ，所以抽样值为398 。,编码过程如下：,确定极性码 ：由于输入信号抽样值 为正，故极性码 =1,确定段落码 ，因为512398256所以位于第6段落，段落码为101。,确定段内码 ：因为 ，所以段内码,=1000。,所以，编出的PCM码字为11011000。 它表示输入信号抽样值 处于第6段序号为8的量化级。该量化级对应的的起始电平为 384mv，中间电平为392mv。,习题4-12解答,编码电平对应该量化级对应的起始电平，所以编码电平,因为， 所以对应的11位线性码为00110000000。,解码电平对应该量化级对应的中间电平，所以解码电平,可见，解码误差（即量化误差）为 6mV。,习题4-13,某A律13折线PCM编码器的输入范围为-5,5V，如果样值幅度为-2.5V，试计算编码器的输出码字及其对应的量化电平和量化误差。,习题4-13解答,解：因为最大电压值为5V，所以量化单位,所以，样值幅度-2.5V表示为-1024量化单位。,因为样值为负，而且输入信号抽样值 处于第8段序号为0的量化级，所以编码器的输出码字为0 111 0000。,该量化级对应的起始电平为 ，中间电平为 量化单位，即-2.578V。所以量化电平为-2.578V，量化误差为78mV。,习题4-14,采用A律13折线编解码电路，设接收端收到的码字为“10000111”，最小量化单位为1个单位。试问解码器输出为多少单位？对应的12位线性码是多少？,习题4-14解答,解：极性码为1，所以极性为正。段落码为000，段内码为0111，所以信号位于第1段落序号为7的量化级。由表4-1可知，第1段落的起始电平为0，量化间隔为。,因为解码器输出的量化电平位于量化级的中点，所以解码器输出为+(71+ 0.5) = 7.5个量化单位，即解码电平 7.5 。,因为,所以，对应的12位线性码为000000001111。,习题4-15,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-630单位，写出此时编码器输出的码字以及对应的均匀量化的11位码。,习题4-15解答,解：编码过程如下：,（1）确定极性码 ：由于输入信号抽样值为负，故极性码 =1。,（2）确定段落码,因为1024630512，所以位于第7段落，段落码为110。,（3）确定段内码,因为,，所以段内码 =0011。,所以，编出的PCM码字为 0 110 0011。,因为编码电平对应量化级的起始电平，所以编码电平为-608单位。因为 。,所以，对应的均匀量化的11位线性码为01001100000。,习题4-16,对一个在某区间均匀分布的模拟信号理想抽样后进行均匀量化，然后采用自然二进制编码，计算量化级数M=32的PCM系统在信道误码率 情况下的总信噪比。,习题4-16解答,解：因为,又因为,所以,第5章 数字信号的基带传输,习题5-1,习题5-2,习题5-3,习题5-4,习题5-5,习题5-6,习题5-7,习题5-8,习题5-9,习题5-10,习题5-11,习题5-12,习题5-13,习题5-14,习题5-15,习题5-1,已知信息代码为110010110，试画出单极性不归零、双极性不归零、单极性归零码和CMI码的波形。,习题5-1解答,解： 的波形如图3-14（a）所示。,因为,且 ，对,进行傅里叶变换可得,习题5-2,已知信息代码为11000011000011，试求相应的AMI码和HDB3码。,习题5-2解答,解：信息码： 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI码： +1 -1 0 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1HDB3码：+1 -1 0 0 0 -V 0 +1 -1 +B 0 0 +V -1 +1,习题5-3,已知信息代码为10100000000011，试求相应的AMI码和HDB3码。,习题5-3解答,解：信息码： 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1AMI码： +1 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 +1 -1HDB3码： +1 0 -1 0 0 0 -V +B 0 0 +V 0 -1 +1,习题5-4,设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图5-11所示。图中 为码元间隔，数字信息“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号中提取码元同步所需的频率 的分量？若能，试计算该分量的功率。,习题5-4解答,解：（1）对于单极性基带信号， ， 随机,当 时，,脉冲序列的功率谱密度为,由图5-11得,的傅立叶变换 为,习题5-4解答,代入功率谱密度函数式，得,功率谱密度如图5-12所示。,图5-12,习题5-4解答,（2）由图5-12中可以看出，该基带信号的功率谱密度中含有频率,的离散分量，故可以提取码元同步所需的频率,的分量。由题（1）中的结果，该基带信号中的离散谱分量 为,当m取 时，即 时，有,所以该频率分量的功率为,习题5-5,设某基带传输系统具有图5-13所示的三角形传输函数：（1）求该系统接收滤波器输出基本脉冲的时间表达式；（2）当数字基带信号的传码率 时，用奈奎斯特 准则验证该系统能否实现无码间干扰传输？,图5-13,习题5-5解答,解：（1）由图5-12可得,（2）根据奈奎斯特准则，当系统能实现无码间干扰 传输时， 应满足,该系统输出基本脉冲的时间表示式为,习题5-5解答,容易验证，当 时，,所以当码率 时，系统不能实现无码间干扰传输。,习题5-6,设某基带系统的频率特性是截止频率为100kHz的理想低通滤波器，,（1）用奈奎斯特准则分析当码元速率为150kBaud时此 系统是否有码间串扰；（2）当信息速率为400kbit/s时，此系统能否实现无码 间串扰？为什么？,习题5-6解答,解：（1）法1：无码间串扰时 ，当码元速率为150kBaud时， 容易验证，此系统有码间串扰。,法2：由题意，设 ，则 ，将 与实际码速率比较为正整数，由于 ，则此系统有码间干扰。,（2）由题意，设 ，则 设 传输M进制的基带信号，则,习题5-6解答,求得 。可见，采用 进制信号时，都能满足无码间串扰条件。结论：根据系统频率特性 分析码间干扰特性的简便方法：首先由 确定系统的奈奎斯特等效带宽 ，然后由 求出最大码速率，再与实际码速率比较，若 为正整数，则无码间干扰，否则有码间干扰。,习题5-7,已知某信道的截止频率为1600Hz，其滚降特性为（1）为了得到无串扰的信息接收，系统最大传输速率为 多少？（2）接收机采用什么样的时间间隔抽样，便可得到无串 扰接收。,习题5-7解答,解：（1） ，所以 则,（2）,习题5-8,已知码元速率为64kBaud，若采用 的升余弦滚降频谱信号，（1）求信号的时域表达式；（2）画出它的频谱图（3）求传输带宽；（4）求频带利用率,习题5-8解答,解：升余弦滚降频谱信号的时域表达式为,当 ，即 ， 时，,（2）频谱图如图5-14所示。,图5-14,习题5-8解答,（3）传输带宽（4）频带利用率,习题5-9,己知滤波器的 具有如图5-15（a）所示的特性（码元速率变化时特性不变），当采用以下码元速率时：1）、 2）、 3）、 4）、,问：（1）哪种码元速率不会产生码间串扰？ （2）如果滤波器的 改为图5-15（b），重新回答（1）。,（a） （b）,习题5-9解答,解：（1）图（a）为理想低通，设 ，所以,1）、 =4（整数），无码间串扰；2）、 =2（整数），无码间串扰； 3）、 （不是整数），有码间串扰；4）、 =1（整数），无码间串扰。,（2）图（b）为升余弦型信号，由图可以判断,所以,所以1） 2） 两种情况下无码间串扰。,习题5-10,为了传送码元速率 的数字基带信号，试问系统采用图5-16中所画的哪一种传输特性比较好？并简要说明其理由。,图5-16,习题5-10解答,解：根据奈奎斯特准则可以证明，（a）（b）和（c）三种传输函数均能满足无码间干扰的要求。下面我们从频带利用率、冲激响应“尾巴”的衰减快慢、实现难易程度等三个方面来分析对比三种传输函数的好坏。（1）频带利用率三种波形的传输速率均为 ，传输函数（a）的 带宽为 其频带利用率传输函数（b）的带宽为其频带利用率,习题5-10解答,传输函数（c）的带宽为其频带利用率显然（2）冲激响应“尾巴”的衰减快慢程度（a）（b）（c）三种传输特性的时域波形分别为,其中（a）和（c）的尾巴以 的速度衰减，而（b）的尾巴以 的速度衰减，故从时域波形的尾巴衰减速度来看，传输特性（a）和（c）较好。（3）从实现难易程度来看，因为（b）为理想低通特性，物理上不易实现，而（a）和（c）相对较易实现。,习题5-11,已知某信道的截止频率为100kHz，传输码元持续时间为10s的二元数据流，若传输函数采用滚降因子 的升余弦滤波器，问该二元数据流能否在此信道中传输？,习题5-11解答,解：已知信道的截止频率为100kHz，则,，由,求得,现在,，则,则该二元数据流在此信道中传输会产生码间干扰。故该二元数据流不在此信道中传输。,常数，,习题5-12,设二进制基带系统的传输模型如图5-10所示，现已知试确定该系统最高码元传输速率 及相应码元间隔 。,习题5-12解答,解：传输特性 的波形如图5-17所示。 图5-17由上图易知， 为升余弦传输特性，由奈奎斯特准则，可求出系统最高的码元速率 ，而 。,习题5-13,某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”的出现概率相等。（1）若数字信息为“1”时，接收滤波器输出信号在抽样判决时刻的值A=1V，且接收滤波器输出的是均值为0，均方根值为0.2V的高斯噪声，试求这时的误码率 ；（2）若要求误码率 不大于 ，试确定A至少应该是多少？,习题5-13解答,解：（1）用 和 分别表示数字信息“1”和“0”出现的概率，则 等概时，最佳判决门限 。已知接收滤波器输出噪声均值为0，均方根值 ，误码率（2）根据 ，即 ，求得,习题5-14,在功率谱密度为 的高斯白噪声下，设计一个对图5-18所示f(t)的匹配滤波器。（1）如何确定最大输出信噪比的时刻；（2）求匹配滤波器的冲激响应和输出波形，并绘出形；（3）求最大输出信噪比的值。,图5-18,习题5-14解答,解：（1）由于信号,在,因此最到输出信噪比的出现时刻,（2）取 ，,，则匹配滤波器的冲激响应为,输出波形为,，分几种情况讨论,时刻结束，,习题5-14解答,a. ，b. ，c. ，d. ，e. else，,习题5-14解答,综上所述，有,和 的波形如图5-19（a）和（b）所示。,（3）最大输出信噪比,习题5-15,在图5-20（a）中，设系统输入 及 ， 分别如图5-20（b）所示，试绘图解出 及 的输出波形，并说明 及 是否是 的匹配滤波器。,图5-20,习题5-15解答,解： 和 的输出波形 和 分别如图题图5-21（a）、（b）所示。由图5-21可知， ， 因此， 和 均为 的匹配滤波器。,图5-21,