现代通信技术概论-作者-崔健双-习题参考答案

第1章习题参考答案1 什么是通信信号？通信系统传送的是消息，而消息只有附着在某种形式的物理量上才能够得以传送，这类物理量通常表现为具有一定电压或电流值的电信号或者一定光强的光信号，它们作为消息的载体统称为通信信号2 什么是数字信号？什么是模拟信号？为什么说PAM信号不是数字信号？信号幅度在某一范围内可以连续取值的信号，称为模拟信号；而信号幅度仅能够取有限个离散值的信号称为数字信号。PAM信号是将模拟信号取样后产生的信号，它虽然在时间上是离散的，但幅值上仍然是连续的，因此仍然是模拟信号。3 什么是信号的时域特性？什么是信号的频域特性？信号的时域特性表达的是信号幅度随时间变化的规律，简称为幅时特性。信号的频域特性表达的是信号幅度随频率变化的规律，它以傅立叶级数展开分解为理论基础。4 什么是信号带宽？信号带宽与什么因素有关？通过信号的频谱图可以观察到一个信号所包含的频率分量。我们把一个信号所包含的最高频率与最低频率之差，称为该信号的带宽。5 周期矩形脉冲信号的频谱有什么特点？矩形脉冲信号的脉宽与有效带宽有何关系？(1) 该信号频谱是离散的，频谱中有直流分量A/T、基频和n次谐波分量，谱线间隔为=2/T；(2) 直流分量、基波及各次谐波分量的大小正比于A和，反比于周期T，其变化受包络线 sinx/x的限制，有较长的拖尾（参见式1-1）；(3) 当=2m/(m=±1,±2)时，谱线的包络线过零点，因此=2m/称为零分量频率点；(4) 随着谐波次数的增高，幅度越来越小。可以近似认为信号的绝大部分能量都集中在第一个过零点=2/左侧的频率范围内。该点恰好是基频的4次谐波点。通常把04这段频率范围称为有效频谱宽度或信号的有效带宽。可见，越小，有效带宽越大，二者成反比。6 通信系统中的信噪比是如何定义的？信噪比定义为：(dB)，其中Ps是该点的信号功率，是PN该点的噪声功率。7 画出并解释通信系统的一般模型通信系统一般模型信道接收设备发送设备接收设备发送设备信源信宿信源信宿噪声在通信系统中，发送消息的一端称为信源，接收消息的一端称为信宿。连通信源和信宿之间的路径称为信道。信源发出的消息首先要经发送设备进行变换，成为适合于信道传输的信号形式，再经信道一定距离传输后由接收设备做出反变换恢复出原始的消息，最后被信宿接收。而消息在整个传送过程中的任何一点都有可能受到噪声的干扰。据此，我们可以得到图所示的通信系统一般模型。8 衡量通信系统的主要性能指标有哪些？一个通信系统通常由两个指标来衡量，即系统的有效性和可靠性。有效性指的是单位时间内系统能够传输消息量的多少，以系统的信道带宽(Hz)或传输速率(bit/s)为衡量单位。在相同条件下，带宽或传输速率越高越好。可靠性指的是消息传输的准确程度，以不出差错或差错越少越好。有效性和可靠性经常是相互抵触的，即可靠性的提高有赖于有效性的降低，反之亦然。9 信号失真会导致什么样的结果？由于受到外界干扰和系统本身条件限制，可能会发生畸变，称为信号失真。包括振幅失真、频率失真和相位失真。失真过大，波形畸变，信号的波形难以辨认，导致无法恢复原始信号所包含的信息。10 设调制速率为4800波特，当每个信号码元代表4bit二进制代码时，试问该系统的数据传输速率是多少？R=B log2 N (bit/s)=4800log2 4 (bit/s)=9600bit/s11 从不同角度观察，通信传输有哪几种方式？（1） 单工与双工通信方式（2）串行与并行通信方式（3）同步与异步通信方式12 信号带宽与信道带宽的匹配主要考虑什么因素？如果二者不匹配会产生什么影响？二者匹配最主要考虑的是频带匹配。如果被传输信号的频率范围与信道频带相匹配，对信号的传输不会有什么影响；如果信号的有效带宽大于信道带宽，就会导致信号的部分成分被过滤掉而产生信号失真。实际当中可能出现下列几种情况：（1）如果信号与信道带宽相同且频率范围一致，信号能不致损失地通过信道；（2）如果信号与信道带宽相同但频率范围不一致，该信号的部分频率分量肯定不能通过信道。此时，需要进行频率调制把信号的频带通过频率变换适应信道的频带；（3）如果信号带宽小于信道带宽，但信号的所有频率分量包含在信道的通带范围内，信号可以无损失地通过信道；（4）如果信号带宽大于信道带宽，但包含信号大部分能量的主要频率分量包含在信道的通带范围内，通过信道的信号会损失部分频率成分，但仍可能完成传输；（5）如果信号带宽大于信道带宽，且包含信号相当多能量的频率分量不在信道的通带范围内，这些信号频率成分将被滤除，信号严重畸变失真。13 通信系统传输媒介有哪些？简述常见的几种传输媒介的结构及其特点。通信系统传输媒介可以是有线传输媒介，如同轴电缆、双绞线和光缆等；也可以是无线传输媒介，如各波段的无线电波。同轴电缆由一根实心的铜质线作为内导体、一个铜质丝网作为外导体，外导体以内导体为同心轴，所以称为同轴电缆。同轴电缆特点是抗干扰性很强，但传输衰耗较大，适用于有线电视入户敷设。双绞线常用于局域网或短距离的 用户接入。双绞线是把两根直径约0.51mm，外包绝缘材料的铜芯线扭绞成有一定规则的螺旋形状。与同轴电缆相比，双绞线抗干扰性差一些，但制造成本低，是一种廉价的有线传输媒介。把若干对双绞线集成一束，并用较结实的外绝缘皮包住，就组成了双绞线电缆。光缆是由若干根光纤集成在一起制成的宽带通信传输媒介，是目前长途干线通信和部分城域网的主要通信线路。其特点是宽带、大容量、衰耗小、传输距离远。无线通信以大气空间作为传输媒介，无线频率范围可从3KHz300GHz，各频段具有不同的传播特性、途径和规律，因而有不同用途，已获得广泛应用。无线通信媒介的特点是由于地理环境和可能遇到障碍物等因素，会产生不同程度的反射、折射、绕射和散射现象。除了有传输损耗之外还存在着多径效应和衰落现象。14 香农公式的用途是什么？香农公式（比特/秒）表明当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限值。其主要用途是指出了在信道容量C、信道带宽B和信噪比S/N之间可以通过相互提升或降低取得平衡。例如，在扩频通信中通过增大信道带宽来降低对信噪比的要求。15多路复用的目的是什么？常用的多路复用技术有哪些？多路复用是利用同一传输媒介同时传送多路信号且相互之间不会产生干扰和混淆的一种最常用的通信技术。在发送端将若干个独立无关的信号合并为一个复合信号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解开来，恢复原来的信号。多路复用可以大大提高线路利用率，节省线路开支。常用的多路复用技术包括频分、时分和码分。16调制的目的是什么？简述调制和解调的概念。把消息“作用”（例如，让信号的幅度随着消息信号的强弱而变化）到载波信号的某个参数上，使得该参数随着消息的变化而变化，于是，载波信号就会“携带”上需要传送的消息。这就是调制的概念。而接收端“感知到”调制的“作用”，从而检测并恢复出该消息就称为解调。调制有如下两个主要目的: （1）把基带信号调制成适合在信道中传输的信号 （2）实现信道的多路复用。17 什么是调幅调频和调相？调幅又称为振幅调制，是指载波信号的幅度随调制信号变化而变化。调频和调相统称为角度调制，分为频率调制和相位调制，简称调频和调相。角度调制过程中载波信号的振幅不变，而其总瞬时相角随调制信号按一定关系变化。载波频率(t)随调制信号的瞬时幅值变化而变化的调制称为调频。载波瞬时相位(t)随调制信号瞬时幅值呈线性关系变化的调制称为调相。18 什么是载波键控？有哪些载波键控？用数字信号对载波信号进行调制称为数字调制。其中，用数字信号调制正弦载波信号又称为载波键控，包括幅移键控、频移键控和相移键控。19 简述2FSK相干解调原理。以上图所示2FSK解调为例。某次接收到的频移键控信号可能是cos1t 或者是cos2t，其中1对应数字信号1，2对应数字信号0。这个信号与本地载波cos1t和cos2t同时分别相乘，可得如下三种结果之一：cos1t cos1t= cos21t+ cos0=cos21t +1 =1（当高频滤掉之后）cos2t cos2t= cos22t+ cos0=cos22t +1=1（当高频滤掉之后）cos1t cos2t= cos(1+ 2)t+ cos(1-2)t<1（当高频滤掉之后）其中倍频分量21、22以及1+ 2都被低通滤波器滤掉。仅剩下等于1和小于1 的两种情况。 在抽样判决中判决比较两个低通滤波输出电平的大小，上大判为1，下大判为0。第2章习题参考答案1 什么是数字通信系统？ 数字通信和数据通信有什么区别？传送数字信号的通信系统称为数字通信系统。数字通信与数据通信也有一定的区别。一般来讲，数据通信从信源到信宿都是数字信号，而数字通信的信源往往是模拟信号，需要进行模拟/数字转换之后才能进行传输。2 与模拟通信相比数字通信有哪些优势？（1）抗干扰能力强，无噪声累积（2）数据形式统一，便于计算处理（3）易于集成化，小型化（4）易于加密处理数字通信系统虽然需要占用较宽频带，技术上也较为复杂，但与其所具有的巨大优势相比不构成问题的主要方面。因此，数字化通信已经成为当代通信领域主要技术手段。3 什么是抽样定理？如果一个连续信号u(t)所含有的最高频率不超过fh，则当抽样频率fs2fh时，抽样后得到的离散信号就包含了原信号的全部信息。因此，要求频率fs至少要满足fs2fh。4为什么要作非均匀量化？把信号幅值均匀等间隔地量化称为均匀量化或线性量化。设被量化信号的幅度变化范围是±U，把-U+U均匀地等分为=2U/N的N个量化间隔就是均匀量化。其中，N称为量化级数，称为量化级差或量化间隔。在均匀量化方式中，当信号幅值与接近时，量化信噪比显著恶化。于是需要对输入信号采用非均匀量化。非均匀量化的量化级差随着信号幅值的大小而变化。当输入信号幅值较小时，量化间隔变小，反之则变大。具体方法是，在对输入信号量化之前先对其进行非线性压缩，改变大小信号之间的比例关系，让小信号作适当的放大（扩张），而大信号时作适当的缩小（压缩）。这样处理后得到的信号等效于非均匀量化。同时为了恢复信号的比例关系，接收端需要进行与发送端作用相反的非线性扩张。5量化误差是怎样产生的？量化噪声是如何定义的？量化值取每个量化级的中间值，所以实际抽样值与量化值之间存在误差，这种误差称为量化误差。量化误差就好像在在原始信号上叠加了一个额外噪声，称为量化噪声。量化信噪比定义为20lg(Us/Uz)，其中Us是取样信号电平，Uz是量化误差。6 13折线A律是如何实现的？13折线A律如图所示。图中上下半区各由8条由折半点相连形成的折线组成，由于靠近原点附近的1、2两段折线斜率相同，故合并为一条，上半区仅剩7条折线。上下半区合并后共有13条折线组成，简称13折线A律。7 简述PCM30/32系统帧结构。一帧的时长规定是125s，划分为32个等时隙，编号为TS0TS31，因此，3.90625s/时隙。时隙TS0用作转送帧同步，时隙TS16用作传送信令，其余 30个时隙分别用作30个话路。每个时隙8bit，一帧共有256bit。为了便于同步控制，每16帧构成一个复帧，时长是2ms。这里所说的信令是指专门用于控制系统设备动作的信号。TS16把多个用户的信令放在一起由独立时隙传送，称为共路信令。8 话音速率64Kbps是如何来的？为了实现话音的不失真传输，抽样速率必须达到话音最高频率的2倍。通常人类话音最高频率不超过4000Hz， 因此抽样速率取8000次/秒。或者说为了准确无误地传送一路话音信号，每秒必须传送该路信号抽样值8000次。按照每个抽样值8bit编码，则每话路要求传输8000次×8bit=64Kbps。9 什么是差分脉冲编码调制（DPCM）？根据模拟信号的两个相邻抽样值之间幅度差值动态变化范围较小并具有较强相关性的特点，若仅对相邻抽样值的差值进行编码，则由于差值信号的能量远小于整个信号幅值，就可以使量化级数大大地减少，从而有利于减少编码的位数，在相同传输速率下，可以成倍地提高信道的传输容量。我们把这种对相邻抽样值的差值进行量化、编码的过程，称为差值脉冲编码调制(DPCM)。10 脉冲增量调制M原理是什么？脉冲增量调制是把信号的当前抽样值与其前一个抽样值之差进行比较并编码，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。具体来说，如果两个前后抽样差值为正就编为“1”码；差值为负就编为“0”码。因此数码“1”和“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。11 什么是数字同步和数字复接？有哪些数字复接方式？数字同步是指系统中各关键节点位置的信号频率必须保持步调一致，因此，这种同步又称为网同步。数字同步是数字通信系统正常工作的最基本要求。把若干个低速率分支数字码流合成汇接为一路高速数字码流的过程，称为数字复接。数字复接是提高信道利用率实现高速率数字传输的基本手段。数字复接方法有按位复接、按字复接和按帧复接三种。12什么是基带数字传输？在数字通信系统中，最终送入信道传输的数字信号可能来自模数转换后的数字脉冲编码序列，也可能来自计算机终端或其它数字设备。这些数字信号所占据的频谱范围通常从直流或低频开始，称为基带数字信号。把这些数字信号直接送入线路传输称为基带数字传输基带传输常用的是曼彻斯特码、CMI码等。13 什么是数字信号的频带传输？当基带数字信号频率范围与信道不相匹配时，把基带数字信号进行调制后再行传输，就是数字信号的频带传输。14 试分析多进制数字调频的调制与解调原理。MFSK用M个不同载波频率代表M种数字信息。MFSK系统的组成方框图如图2.17所示。发送端采用键控选频的方式，接收端采用非相干解调方式。图中实现的是M进制数据调制解调过程。15试解释调相加调幅的十六进制复合调制原理。用一个数字信号或者一个数字信号加一个模拟信号对同一载波信号的两个参数同时进行调制称为复合调制。图示出了数字绝对调相加调幅的复合调制实现的16进制调制矢量图。该调制方案采用12个绝对相位值来表示16种状态，但为了以每个相位值代表4位二进制数，还需要在这12个相位值中选择4个相位取二值电平（图中1011、1111、0011和0111），扩展出4个同相位但不同电平值的状态。这样原来2400baud的码元速率可以实现9 600bit/s的数据传输速率。16 PDH有哪两类标准系列？为什么称为准同步数字体系？ITU-T早期推荐了两类从基群到五次群复接等级的数字速率系列。一类以1.544 Mb/s为基群速率；另一类以2.048 Mb/s为基群速率。表2.4示出了两系列各次群的速率和话路数。这两类数字速率系列各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，各节点时钟允许存在少量的频率漂移误差，因此这是一种准同步复接方式，统称为准同步数字体系（PDH:Plesiochronous Digital Hierarchy）17 SDH的主要特点是什么？简述SDH标准速率等级。画图说明SDH的帧结构并说明个部分的作用。 由一系列的SDH网元组成，可在光纤网中实现同步信息传输、复用、分插或交叉连接； 块状帧结构中安排了丰富的管理比特，大大增强了网络管理能力； 网络能在极短的时间内从失效的故障状态自动恢复业务而无需人为干涉； 有标准化的信息结构等级规范，称为同步传输模块STM-N。不同厂家的设备只要符合规范就可以在光路上互联，真正实现横向兼容； 具有兼容PDH甚至B-ISDN的能力，所以有广泛的适用性。ITU-T蓝皮书G.707建议SDH的第一级比特率为155.52Mb/s，记作STM-1；四个STM-1按字节同步复接得到STM-4，比特率为622.08Mb/s；四个STM-4同步复接得到STM-16；比特率为2488.32Mb/s；四个STM-16同步复接得到STM-64，比特率为9953.28Mb/s。SDH网的STM-N帧结构如图2.10所示。其中每一帧共有9行，270×N列，N=1、4、16或64之一，每字节8bit，帧周期为125s，帧频8kHz（每秒8000帧）。字节的传输顺序是从第1行开始由左向右，由上至下。SDH的帧由段开销（SOH）、管理单元指针(AU PTR)和信息净负荷三部分组成。段开销是供网络运行、管理维护的一些附加字节。占用9×N的1-3和5-9字节部分。管理单元指针是一组用来指示信息在净负荷区的具体位置。信息净负荷区域是各种信息存放之处。18 试说明差错控制编码的原理。检错编码和纠错编码有什么区别？差错控制编码（抗干扰编码）是在原始数据码元序列中加入监督（冗余）码元，接收端通过判断监督码元的变化情况来获知传输过程中可能出现的错误。其基本原理是：原始数据码元序列本来不带规律性，但通过差错控制编码让其产生规律性并发送出去，接收端则根据这一规律性对码元序列进行检测，一旦出现违规情况，就认为出现了传输错误。检错编码只具有检错功能，即接收方只能判断出所收到的数据是否有错，但不能判断出哪些是错误码元。检错编码通常采用反馈重传技术来纠错。纠错编码不但可以判断出是否有错，而且能够判断出错误的准确位置并加以自我改正。因而纠错编码需要比检错编码增加更多的冗余码元。19举例说明循环冗余校验的原理。循环冗余校验编码（CRC）是经常采用的一种抗干扰编码方法。CRC编码是在发送端利用一个生成多项式G(x) 对一组信息码元进行整除运算，得到一组位长为r位的码元作为校验码，附加在该组信息码元之后一起传送。接收端也利用这个生成多项式G(x)对收到的该组全体码元（包括附加码元）进行整除运算，若余式结果为0，则将接收到的全体码元去掉校验码（尾部r位）就得到原始的信息。举例：g(x)=x4+x3+x2+1 （多项式系数是11101），信息码是110，产生的CRC码是10010，发送的码元是110,10010。用产生的CRC码110,10010进行反运算，得到的应该是110，即原始信息码元：20 ARQ和FEC有什么不同？反馈重传（ARQ）是检错编码最常用的纠错方法，反馈重传的过程是：将消息分组后，对每一组信息进行编号，接收方一旦检测出某组信息有码元传输错误，就会通知发送方再次发送该组信息。这个过程反复进行，直到接收正确或达到某个发送计数值为止。前向纠错（FEC）是一种既能够检错发现传输错误又能够自动将其纠正的一种差错控制方法。这种方法比较适用于实时通信系统中，它不需要存储信息，也不需要反馈信道，但是所选用的纠错编码要复杂得多。第3章习题参考答案1 交换的概念模型是什么样的？ 交换机的功能模型是什么样的？2 交换技术经历了哪几个发展阶段？ 交换技术的进步已经经历了人工交换、机电交换、电子交换和程控数字交换四个主要阶段。3 交换机由哪几部分组成？4 程控数字 交换机硬件由哪些部分组成？各部分的主要作用是什么？程控数字 交换机硬件主要由话路部分和控制部分组成。话路部分由数字交换网络、用户电路、中继电路、扫描器、交换网驱动器（网络驱动器）和信令设备组成。其主要作用是为参与交换的数字信号提供接续通路。控制部分由中央处理机、程序存储器、数据存储器、远端接口以及维护终端组成。其主要作用是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行控制程序，以控制相应硬件实现交换及管理功能。5 如何实现时隙交换？要完成时隙交换，需要用到T接线器。时分接线器有两种工作方式：一种是读出控制方式，另一种是写入控制方式。以读出控制方式为例，从SM读出话音时隙时对读出顺序进行控制，如图3.7(a)所示。读出控制方式首先在定时脉冲控制下按照TS0TSM的顺序把输入复用线上各个时隙的话音数据写入到SM单元，与此同时，每一个时隙要与交换去的单元地址写入到CM单元中。例如, 时隙T23要与T11交换，在SM的第23个单元写入TS23数据的同时，在CM的第23个单元要写入SM的第11个单元的地址。因为话音时隙读出时是依CM地址顺序读出的，所以当从上到下依序读到CM的第23个单元时，得到SM的11单元的地址，从中取出话音数据TS11就完成了TS11交换到TS23的过程。同理，CM的第11单元要写SM的第23单元的地址，才能把TS23交换到TS11。因此说，SM内容的读出受CM中地址的控制。6 如何实现复用线交换？复用线交换完成两条复用线之间话音信息的交换，因此是通过扩大交换空间实现扩大交换容量的方法，是一种空分交换。空分交换可以通过S型空分接线器来完成。S型空分接线器主要由控制存储器（CM）和交叉矩阵两部分组成，如图所示。S接线器能够把任一PCM复用线上的任一时隙信息交换至另一PCM复用线上任一时隙，其每条出线和入线都是时分复用的。交叉矩阵是由PCM复用线交叉点阵组成的，交叉点阵中的每一个交叉点是一个高速电子开关，控制交叉点的接通和断开。这些高速电子开关受控制存储器CM中存储的数据控制。根据控制位置的不同，S接线器有输出和输入两种控制方式。以输出控制方式为例：每一条输出PCM线都要设置一个固定的CM。图中共有n条输出PCM线，所以需要n个CM。一条PCM线上有多少个话路时隙，对应的CM就应该有多少个存储单元，即每个话路时隙对应一个CM存储单元。CM存储单元中存储的内容是需要接通的输入PCM线号码，因此，用二进制表示输入PCM线号码时CM要保持足够的位数。例如，PCM1线上的TS2时隙要交换到PCM2线上去，只需要在CM2的第2个单元写入1即可。7 简述TST型数字交换网的工作原理。以PCM0线上的时隙TS205（用户A）与PCM15线上的时隙TS35（用户B）通话为例，来说明该数字交换网络的工作过程。（1）AàB：把PCM0TS205时隙的话音信号交换到PCM15TS35时隙中去。为了实现交换，需要由中央处理机运行相关程序，根据用户拨号号码通过用户的忙闲表，在二者之间选择一条空闲的时隙（路径），假设选中了TS58，则处理机分别在输入侧T级的CMA0的第205号单元写入“58”，在S级CMS15的第58号单元写入“0”，在输出侧T级的CMB15的第35号单元写入“58”，于是各CM分别控制各级动作。首先，当PCM0的TS205时隙信息来到时，由CMA0控制写入SMA0的第58号单元；当TS58时隙到来时，该信息被顺序读出到S级的输入端的0号入线，并由CMS15控制交叉开关点0入/15出闭合接通至输出侧T级的第15个T接线器的入线端，同时写入到SMB15的第58号单元；最后当TS35到来时，再由CMB15控制从SMB15的第58号单元读出至接收端B的解码接收电路中去。（2）BàA：把PCM15TS35时隙的话音信号交换到PCM0TS205时隙中去。其交换过程与AàB相同。只是此时所寻找到的时隙为TS186（采用反相差半法）。中央处理机运行相关程序分别在输入侧T级的CMA15的第35号单元写入“186”；在S级CMS0的第186号单元写入“15；”在输出侧T级的CMB0的第205号写入“186”。上述内容全部写完后就开始按照各控制存储器的数据执行。首先，当PCM15的TS35时隙信息来到时，由CMA15控制写入SMA15的第186号单元；当TS186时隙到来时，该信息被顺序读出到S级的输入端的15号入线，并由CMS0控制交叉开关点15入/0出闭合接通至输出侧T级的第0个T接线器的入线端，同时写入到SMB0的第186号单元；最后当TS205到来时，再由CMB0控制从SMB0的第186号单元读出至接收端A的解码接收电路中去。8 程控数字 交换机有哪些主要性能指标？（1）系统容量（2）呼损率（3）接续时延（4）话务负荷能力（5）呼叫处理能力（6）可靠性和可用性（7）主要业务性能指标9 什么是软交换？从广义上看，软交换是以软交换设备为控制核心的软交换网络，包括接入层、传输层、控制层和应用层，总称为软交换系统。从狭义上看，软交换特指独立于传输网络的控制层软交换设备。用户可以通过各种接入设备（终端电脑、普通 机等）连接到分组网，实现其语音、数据、移动业务和多媒体等业务的综合呼叫控制。10 软交换系统由哪些部分组成？软交换系统的主要组成：11 目前软交换系统主要应用到哪些方面？ 分组中继：在分组中继网中，通过软交换技术和媒体网关直接提供高速的分组数据接口，大大减少传输网中低速交叉连接设备的数量。再利用语音压缩和静音抑制技术来实现可变速率适配。可把 传输成本和带宽需求降低60%。 分组本地接入： 采用软交换技术实现话音的本地分组接入，不但可以减少甚至淘汰掉老式的 终端局，而且还可以提供普通 所没有的多媒体综合业务。 多媒体业务：软交换技术把各种应用服务器上的新业务进行集中呼叫控制，通过各种网关设备提供给广大终端用户，不但灵活多变而且快速及时，便于增值。 3代移动无线网：软交换技术适用于第三代移动通信网中的呼叫控制与媒体承载的分离。因此可以推广应用到第三代移动网中去。第4章习题答案1 什么是光纤通信？它有哪些特点？光纤通信是以光波信号作为载体，以光导纤维作为传输媒介的一种通信手段。光纤通信的特点如下：（1）传输损耗小，中继距离长（2）传输频带宽，通信容量大（3）抗电磁干扰，保密效果好（4）体积小、重量轻、便于运输和敷设（5）原材料丰富、节约有色金属、有利于环保。（6）技术上较复杂：光纤质地脆弱易断，需要增加适当保护层加以保护，保证其能承受一定的敷设张力；切断和连接需要高精度溶接技术和器具。2 光纤的结构是怎样的？光纤通常是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层、涂覆层。如图所示。3 从不同的角度来看，光纤有哪些分类？根据光纤制造材料的成分、折射率的分布、传输模式、工作波长以及ITU-T的建议标准可以把光纤按照下表做出分类。4 简述阶跃型光纤中光的传输原理。根据光的反射定律和光的折射定律，下面两式成立：入=反在阶跃型光纤中，光的传输是依靠全反射实现的。因为n2/n1是一个常数并且设计成n1>n2，因此，可以通过调整入射角入的大小来调整折射角折的大小使之产生全反射。发生全反射现象时，光线基本上在纤芯内纵向传播，绝大部分光能量被保存在纤芯中，而只有极少部分被折射到包层中去，因此可以大大降低光纤的传输损耗。如图所示，为了实现光在光纤中的全反射传输，当使用光源与光纤纤芯横截面进行入射光耦合时，入射光线的角度不能太大。只有当小于某个角度时才可以获得全反射传输的条件。我们称这个角度为光纤的数值孔径角NA=sin。由于围绕着纤芯纵向中心轴形成一个立体圆锥，所以又称为光锥。5 光纤有哪些传输特性？光纤的传输特性主要包括传输损耗、色散和非线性效应。（1）光纤的传输损耗：光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加光功率逐渐下降。衡量损耗特性的参数称为光纤的损耗系数dB/km（2）光纤的色散：光源信号难以做到纯粹的单色光，所以含有不同波长成分，这些不同波长成分在折射率为n1的传输介质中传输速度不同，从而导致部分光信号分量产生不同的延迟，这种现象称为光纤的色散。有模式色散、材料色散和波导色散。多模光纤主要考虑模式色散，可以忽略波导色散。单模光纤没有模式色散，所以主要考虑材料色散和波导色散。（3）非线性效应：随着光纤中光功率的增大、WDM的应用，光纤非线性效应成为影响系统的主要因素。光纤中的非线性效应分为两类:非弹性过程和弹性过程。由受激散射引起的非弹性过程主要有受激布里渊散射和受激喇曼散射。由非线性折射率引起的弹性过程主要有自相位调制、交叉相位调制和四波混频。6 导致光纤损耗有哪些原因？光纤损耗产生的主要原因是吸收和散射造成的；其次，光纤结构不完善也有可能导致损耗。 吸收损耗是由于光纤材料和杂质对光能进行吸收，使得光以热能的形式消耗于光纤中。散射损耗是由于制造材料的密度和成份不是很均匀，进而使折射率不均匀，当光波通过不均匀媒介时，部分光束将偏离原来方向而分散传播。光纤弯曲到一定程度后，会使光的传输途径改变，使一部分光线渗透到包层或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生辐射损耗。7简述光纤通信系统的工作过程。光纤通信系统是以光为载波，以光导纤维为传输媒介来传输消息的通信系统。光纤通信系统主要由电端机、光端机、光中继器和光缆组成。图示出了光纤通信系统的组成框图。在发送端，电发送端机把信源消息转换成电数字信号，光发送端机使用该电数字信号来调制光源，产生光脉冲信号并直接送入光缆传输，到达远端的光接收端机后，用光检测器把光脉冲信号还原成电数字信号，再由电接收端机恢复成原始消息，送达信宿。光中继器起到放大信号，增大传输距离的作用。8 什么是光波分复用技术？在同一根光纤中同时耦合传输n个不同波长的光载波信号，称为光波分复用（WDM），其中每个光载波信号携带一路调制后的光脉冲信号。如图所示。根据波分复用时波长间隔的大小可以将波分复用系统分为三种类型：DWDM和CWDM以及OFDM。9 什么是相干光通信？相干光通信要求接收端有一个与发送端同频同相的本振光源，其基本组成框图如图4.13所示。要求本振光源的频率与相位与发送光源严格匹配，否则会产生中频误差，导致判断出错。10 什么是光孤子通信？在光纤通信系统中，光孤子是一种能在光纤中传输，并且长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。因为它很窄，所以可使邻近光脉冲间隔很小而不至于发生重叠干扰，从而实现超长距离、超大容量光通信。11全光通信系统有哪些特点？关键技术是什么？全光通信系统可使通信网具备更强的可管理性、灵活性和透明性，其主要特点如下：（1）大大提高传输速率（2）提供多种协议的业务（3）组网灵活性高（4）可靠性高全光网中的关键主要有光交换、光放大和光分插复用等技术。特别是光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一。第5章习题参考答案1. 什么是微波通信？微波通信具有哪些特点？微波通信指的是以微波频率作为载波，通过中继接力方式实现的一种通信方式。微波通信的特点：（1）频带宽，传输容量大；（2）适于传送宽频带信号；（3）天线增益高，方向性强；（4）外界干扰小，通信线路稳定可靠；（5）投资少，建设快，通信灵活性大；（6）中继通信方式。2. 根据所传基带信号的不同可将微波通信系统分为几类？根据所传基带信号的不同，可将微波通信系统分为模拟微波通信系统和数字微波通信系统两大类。3. 微波的自由空间传播损耗是如何产生的？ 电波的能量向周围空间扩散。4. 地面对电波传播有何影响？ 地面对电波传播的影响主要表现在以下两个方面：（1）传播路径上障碍物的阻挡或部分阻挡引起的损耗；（2）电波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。5. 数字微波通信线路是如何构成的？一条数字微波通信线路由两端的终端站、若干中继站和颠簸的传播空间构成。6. 数字微波通信系统由几个部分组成？数字微波通信系统可以分为用户终端、交换机、数字终端机、微波站等几个部分。7. 数字微波中继站的中继方式有几种？数字微波中继站的中继方式有3种：基带中继（再生转接）、外差中继（中频转接）和直接中继（射频转接）。8. 在对微波通信频率进行配置时应考虑哪些因素？在对微波通信频率进行配置时一般应考虑的因素有以下几点： 整个频率的安排要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用；在同一中继站中，一个单向传输信号的接收和发射必须使用不同的频率，以避免自调干扰； 在多路微波信号传输频率之间必须留有足够的频率间隔以避免不同信道间的相互干扰； 因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线，因此选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到既能使天线建设费用低又能满足技术指标的目的； 避免某一传输信道采用超外差式接收机的镜像频率传输信号。9. 如何对单个波道和多波道进行频率配置？单波道的频率配置有两种方案：二频制和四频制。多波道的频率配置也有两种方案：收发频率相间排列和收发频率集中排列。10. 微波通信系统中的监控系统和勤务联络系统各有何作用？监控系统实现对组成微波通信线路的各种设备进行监视和控制，其作用是将各微波站上的通信设备、电源设备的工作状态、机房环境情况，以及传输线路的情况实时地报告给维护工作人员，以便于日常维护和运行管理。勤务联络的作用是为线路中各微波站上的维护人员传递业务联络 ，以及为监控系统提供监控数据的传输通道。第6章习题参考答案1. 什么是卫星通信？卫星通信具有哪些特点？卫星通信是指设置在地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造地球卫星作中继站转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。 卫星通信的特点：具有覆盖面广、通信容量大、距离远、不受地理条件限制、性能稳定可靠、独特的广播特性、组网灵活、易于实现多址联接等优点，同时也存在通信时延较长、易受外部条件影响、星蚀和日凌中断现象。2. 什么是日凌中断和星蚀？每年春分（3月21日或20日）或者秋分（9月23日或24日）前后数日，太阳、地球和卫星三者将运行到一条直线上且卫星运行到太阳和地球站之间时，这是地球站的抛物面接收天线不仅对准卫星，也正好对着太阳，地球站在接收卫星下行信号的同时，也会接收到大量的频谱很宽的太阳噪声，造成对卫星信号的干扰，从而使接收信杂比大大下降，严重时甚至使信号被太阳噪声淹没，信号完全中断，把这种现象称为日凌。当卫星、地球和太阳三者处于同一直线时，并且卫星进入地球的阴影区时，会出现星蚀现象。3. 为何将卫星通信的工作频段选在微波频段？卫星通信的频率范围应选在微波频段（300MHz 300GHz），原因有二，其一是因为微波频段具有很宽的频谱，频率高，可以获得较大的通信容量，天线的增益高，天线尺寸小，而且现有的微波通信设备稍加改造就可以利用。其二是考虑到卫星处于外层空间（即在电离层之外），地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星，同样，从卫星到地面上的电磁波也必须能穿透电离层，不会被电离层所反射，而微波频段恰好能满足这一条件。4. 试说明卫星通信系统的组成及其工作过程。一般的卫星通信系统主要由空间段和地面段两大部分组成，空间段主要以空中的通信卫星（1颗或多颗），也就是通信装置为主体，还包括所有用于卫星控制和监测的地面设施，即卫星控制中心（SCC：Satellite Control Center），及其跟踪、遥测和指令站（TT&C，Tracking，Telemetry and Command），以及能源装置等，地面段包括所有的地球站，这些地球站通常通过1个地面网络连接到终端用户设备，或者直接连接到终端用户设备。卫星通信系统的工作过程：上行链路指的是从发送地球站到卫星之间的链路；下行链路指的是从卫星到接收地球站之间的链路。如果空中有多个通信卫星，则从一个卫星到另一个卫星之间还存在着星间链路，利用电磁波或光波将多颗卫星直接连接起来。5. 通信卫星有几个部分组成？通信卫星由通信分系统、天线分系统、跟踪遥测和指令分系统、姿态和轨道控制分系统，以及电源分系统5个部分组成。通信分系统是一个提供卫星发射天线和接收天线之间链路连接的设备，是构成卫星通信的中枢，其功能是使卫星具有接收、处理并重发信号的能力。天线分系统承担了接收上行链路信号和发射下行链路信号的双重任务。跟踪设备用来为地球站跟踪卫星发送信标。遥测部分用来对所有的卫星分系统进行监测，获得有关卫星姿态及星内各部分工作状态等的数据，经放大、多路复用、编码、调制等处理后，通过专用的发射机和天线发给地面的TT&C站。指令部分专门用来接收和译出TT&C站发给卫星的指令，控制卫星的运行。它还产生一个检验信号发回地面进行校对，待接收到TT&C站核对无误后发出的“指令执行”信号后，才将存储的各种指令送到控制分系统，使有关的执行机构正确地完成控制动作。控制分系统由一系列机械的或电子的可控调整装置组成，如各种喷气推进器、驱动装置、加热和散热装置，以及各种转换开关等等，在TT&C站的指令控制下完成对卫星轨道位置、姿态、工作状态等的调整与控制。电源分系统用来给星上设备提供稳定、可靠的电源。6. 按照变频方式和传输信号形式的不同可将转发器分为几种？各有何特点？转发器按照变频方式和传输信号形式的不同可分为3种：单变频转发器、双变频转发器和星上处理转发器。单变频转发器是先将输入信号进行直接放大，然后变频为下行频率，经功率放大后，通过天线发给地球站。一次变频方案适用于载波数量多、通信容量大的多址联接系统。双变频转发器是先把接收信号变频为中频，经限幅后，再变换为下行发射频率，最后经功放由天线发向地球站。双变频方式的优点是转发增益高（达80 100dB），电路工作稳定；缺点是中频带宽窄，不适于多载波工作。双变频转发器适用于通信容量不大、所需带宽较窄的通信系统。星上处理转发器除了进行转发信号外，还具有信号处理的功能。对于接收到的信号，先经过微波放大和下变频后，变为中频信号，再进行解调和数据处理后得到基带数字信号，然后再经调制，上变频到下行频率上，经功放后通过天线发回地面。7. 简述卫星运动三定律。卫星运动的三定律，即开普勒三定律。（1）开普勒第一定律 轨道定律卫星运动的轨道一般是一个椭圆，一个椭圆有两个焦点，双体系统的质量中心称为质心，它始终处在其中一个焦点上。质心与地球中心是重合的，即地球的中心始终位于该椭圆的一个焦点上。（2）开普勒第二定律 面积定律 在单位时间内，卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，扫过的面积相等。（3）开普勒第三定律 轨道周期定律 卫星围绕地球运动一圈的周期为，其平方与轨道椭圆半长轴的立方之比为一常数，而该常量等于地球引力常数的倒数。8. 什么是卫星运行轨道？引起卫星轨道摄动的因素有哪些？卫星围绕地球运动的轨迹称为卫星运动轨道。引起卫星轨道发生摄动的力学因素有如下几个：（1）地球引力场的不均匀性；（2）地球大气层阻力；（3）太阳、月亮引力的作用；（4）太阳光压；（5）地磁场对带电卫星的作用、磁流体力学效应、地球辐射和卫星本身的高速自转等，这些因素也会对卫星的运动产生一定的影响。9. FDMA、TDMA、CDMA和SDMA 4种多址方式各有哪些优缺点？各种多址方式的优缺点比较如下：多址方式主要优缺点FDMA优点：可沿用地面微波通信的成熟技术和设备；设备比较简单；不需要网同步。缺点：有互调噪声，不能充分利用卫星功率和频带；上行功率、频率需要监控；FDM/FM/FDMA方式多站运用时效率低，大、小站不易兼容。TDMA优点： 没有互调问题，卫星的功率与频带能充分利用；上行功率不需严格控制；便于大、小站兼容，站多时通信容量仍较大。缺点：需要精确网同步；低业务量用户也需相同的EIRP。CDMA优点： 抗干扰能力较强；信号功率谱密度低，隐蔽性好；不需要网定时；使用灵活。缺点：频带利用率低，通信容量较小；地址码选择较难；接收时地址码的捕获时间较长。SDMA优点： 可以提高卫星频带利用率，增加转发器容量或降低对地球站的要求。缺点：对卫星控制技术要求严格；星上设备较复杂，需要交换设备。10. 典型的VSAT网有几部分组成？通常采用哪种网络结构？典型的VSAT网主要由主站、卫星和大量的远端小站（VSAT）3部分组成，通常采用星状网络结构。11. 简述GPS系统的组成及其定位原理。GPS系统主要由三大部分构成，即空间部分（GPS星座）、控制部分（地面监控系统）和用户部分（GPS信号接收机）。GPS的空间部分（空间段）是由运行在20, 200km高空的24颗GPS工作卫星组成的卫星星座，其中包括21颗用于导航的卫星和3颗在轨备用卫星。控制部分（控制段）由分布在全球的若干个跟踪站组成的监控系统构成，根据跟踪站作用的不同，又可将其分为主控站、监控站和注入站。GPS用户部分（用户段）是所有用户装置及其支持设备的集合。典型的用户设备包括一部GPS接收机/处理器、一部天线、计算机和CDU（控制和显示单元）四个主要部件。GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置，简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。12. Galileo系统由几个部分组成？将Galileo系统与GPS系统进行比较。Galileo系统由全球设施部分、区域设施部分、局域设施部分和用户接收机及终端组成。全球设施部分是Galileo系统基础设施的核心，又可分为空间段和地面段两大部分。Galileo系统与GPS系统的比较如下表所示：系 统GalileoGPS卫 星 总 数2724轨 道 高 度23, 61620, 230轨道平面数36轨 道 仰 角5655轨 道 形 状圆轨道圆轨道定 位 载 波L1、L2、L3L1、L2使 用 频 段1164 1215MHz1260 1300MHz1559 1591MHzf1=1575.42MHzf2=1227.6MHz13. “北斗一号”卫星导航定位系统由几个部分组成？其定位原理与GPS有何不同？“北斗一号”卫星导航定位系统由三个部分组成：空间部分、地面中心控制系统和用户终端。空间部分由两颗地球静止轨道卫星和一颗备用卫星组成，卫星不发射导航电文，也不配备高精度的原子钟，只是用于在地面中心站与用户之间进行双向信号中继。地面中心控制系统是北斗导航系统的中枢，包括一个配有电子高程图的地面中心站、地面网管中心、测轨站、测高站和数十个分布在全国各地的地面参考标校站。地面中心控制系统主要用于对卫星定位、测轨，调整卫星运行轨道、姿态，控制卫星的工作，测量和收集校正导航定位参量，以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位。用户终端是仅带有定向天线的收发器，用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发射通信请求，不含定位解算处理器。“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航，由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己的三维定位数据。第7章习题参考答案1 什么是移动通信？它有哪些特点？移动通信指移动用户之间或移动用户与固定用户之间所进行的通信。相对于固话通信而言移动通信具有如下一些特点: 1)频率资源有限2)易受外界干扰3)具有无线通信的各种效应:（1）多径效应（2）阴影效应（3）多普勒效应（4）远近效应4)系统设备复杂5)对移动设备的要求高6)安全与保密问题2 从不同的角度看，移动通信有哪些分类？按照不同的分类方法，可把移动通信系统作如下分类：（1）按照使用区域可分为陆地、海上和航空移动通信系统。（2）按照基站配置方式可分为大区制、中区制和小区制移动通信系统。（3）按照传输信号类型可分为模拟和数字移动通信系统。（4）按照运行方式可分为专用和公用移动通信系统。（5）按照系统用途可以分为移动 通信系统、无线寻呼系统、无绳 通信系统和集群通信系统。3 移动通信使用哪些频段？ 使用特高频（UHF）分米波0.3-3GHz波段视距波，常见的是900Mhz和1800Mhz。4 什么是频分多址？时分多址和码分多址？在无线通信系统中，为了提高系统效率、增加系统容量，让若干个用户共用一个发射台进行相互间的多边通信，称为多址通信。1）频分多址（FDMA）：以载频频率的不同来区分用户。每个用户使用一个载频，相邻载频之间留有足够保护间隔，防止频率漂移导致的信号重叠。2）时分多址（TDMA）：把一个信道的整体时间分割成若干时隙，再按照时隙分配原则，使每个用户占用其中的一个时隙来传送信号。3）码分多址（CDMA）：每个用户分配一个唯一的地址码（称为伪随机二进制序列码或PN码）进行扩频传输。接收端也使用相同的地址码识别检测信号，利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）来区分不同的用户。参考图7-27-5。5 什么是蜂窝制移动通信？蜂窝移动 网是把若干个相邻的无线小区作为一个无线区群（图中AG小区），再由若干个无线区群组成一个无线服务区，一个区群中的小区分别使用不同的载频，图中标有相同字母的小区使用相同的频率，而相邻的另一个区群可以重复使用相同的载频。本例中小区频率复用因子为1/7，每个小区都有可用信道总数的七分之一。这种把较大的移动通信服务区分割成许多以正六边形为基本几何形状的小区，状似蜂窝，故名蜂窝移动通信系统。6 简述蜂窝移动通信的工作原理无线蜂窝移动通信的工作原理是把一个地理区域划分成若干个无线小区。每个小区由一个小功率无线基站台（简称基站）来提供服务。由于基站功率较小，信号强度影响范围有限，因此同一频率的载频可以在相距一定距离的另一个小区中再次使用，称为频率复用。在移动过程中通话的用户从一个小区到下一个小区移动过程中，系统能够自动地为其提供连续不断的信道接续，称为自动越区切换。频率复用加上自动越区切换构成了小区蜂窝概念的主体。当一个小区内用户数量较多时，通过增加基站载频数量的方法可以扩充用户容量。但载频数量毕竟有限，因此通常采用小区分裂、扇区化、覆盖区域逼近或微小区等方法来扩容，同时也可以提高系统的服务质量。7 蜂窝移动通信系统由哪些主要设备组成？8 GSM蜂窝移动通信系统的多址方式是如何实现的？把FDMA与TDMA结合起来。9 什么是扩频调制？扩频调制是利用相对频带较窄的数据码调制具有很宽带宽的载频码。在CDMA移动通信系统中采用扩频技术最主要的目的并非是为了提高抗干扰能力，而是为了利用其中的码分多址技术实现用户容量的极大扩展。其中信号频谱的扩展是利用调制扩频码序列的方法来完成的，而所选用的扩频码是一种自相关性很强，互相关性很弱的周期性序列码，这样能够保证每一个扩频码的唯一性。若每个用户分配一个扩频码就可以通过码序列的不同区分不同用户。当码序列长度足够长时可以实现足够多的用户码分多址通信。10 根据直接扩频通信原理框图和直接扩频调制原理波形图简述CDMA的多用户寻址的实现原理。在CDMA移动通信中，选用一组自相关性很强，互相关性很弱的伪随机序列码，称为扩频码，每一个扩频码具有唯一性。 给每个用户分配一个扩频码就可以通过码序列的不同区分不同用户。当码序列长度足够长时可以实现足够多的用户码分多址通信。扩频序列码具有很窄的脉冲宽度，其有效频带非常宽，数字信号码元调制扩频序列码，产生频带很宽的调制信号，可送入宽带信道传送。图中四路信号被同时接收，但只有相关性最强的码元被保留下来，最终输出得到的是S2。第8章习题参考答案1什么是图像通信？它的特点是什么？图像通信是传送和接收静止的或活动的图像信息的方式，它是一种