通信數(shù)字傳輸原理要點課件

第二章數(shù)字傳輸原理通信工程系第二章數(shù)字傳輸原理通信工程系第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。圖2-1數(shù)字通信系統(tǒng)模型2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。圖2-1數(shù)2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述信源：完成非電信號/電信號的變換，這里產(chǎn)生的電信號是模擬信號。信源編碼器：一是將信源發(fā)出的模擬信號變換為數(shù)字信號，稱為數(shù)字信源碼（模數(shù)變換）；二是實現(xiàn)壓縮編碼，使數(shù)字信源碼占用的信道帶寬盡量小。信道編碼器：主要完成兩個功能：一是碼型變換，把數(shù)字信源碼變換為數(shù)字信道碼；二是差錯控制。2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述信源：完成非電信號/電信號的變換，調(diào)制器：其作用是頻譜搬移，將信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。信道：信號的傳輸媒質(zhì)。一般可分為：有線信道和無線信道恒參信道和隨參信道2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述調(diào)制器：其作用是頻譜搬移，將信號的頻譜搬移到所希望的位置上，解調(diào)器、信道譯碼器和信源譯碼器：基本功能是完成發(fā)端的反變換，它們的任務是從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息。2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述解調(diào)器、信道譯碼器和信源譯碼器：基本功能是完成發(fā)端的反變換，第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術7第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述72.2模擬信號數(shù)字化圖2-2模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型模擬信息源信宿數(shù)字通信系統(tǒng)m(t)模擬隨機信號{sk}數(shù)字隨機序列{}A/DD/A2.2模擬信號數(shù)字化圖2-2模擬信號的數(shù)字傳A/D：D/A：抽樣量化編碼m(t){sk}譯碼低通濾波mk(t){sk}2.2模擬信號數(shù)字化圖2-3A/D和D/A變換A/D：抽樣量化編碼m(t){sk}譯碼低通濾波mk(t){2.2.1A/D變換實現(xiàn)A/D變換的方法很多，這里主要介紹應用最普遍的脈沖編碼調(diào)制（PCM）。抽樣-----時間域數(shù)字化量化-----幅度域數(shù)字化編碼-----提升質(zhì)量2.2模擬信號數(shù)字化2.2.1A/D變換2.2模擬信號數(shù)字化1、抽樣語音信號是模擬信號，它不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時間軸上也是連續(xù)的，要使語音信號數(shù)字化并實現(xiàn)時分多路復用，首先要在時間上對語音信號進行離散化處理，這一過程叫抽樣。抽樣是把連續(xù)時間模擬信號轉(zhuǎn)換成離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號。2.2模擬信號數(shù)字化1、抽樣2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化抽樣過程的實現(xiàn)原理：fs(t)=f(t)p(t)×f(t)fs(t)p(t)2.2模擬信號數(shù)字化抽樣過程的實現(xiàn)原理：fs(t)=f(1、抽樣

抽樣實現(xiàn)：每隔一定的時間間隔Ts，抽取語音信號的一個瞬時幅度值（抽樣值）來代替原來的連續(xù)信號進行傳輸。抽樣后所得的一系列在時間上離散的抽樣值稱為樣值序列。2.2模擬信號數(shù)字化圖2-4抽樣后的波形1、抽樣2.2模擬信號數(shù)字化圖2-4抽樣后的波時間離散化；Ts如何選取，保證信號的不失真？抽樣定理：對于低通型（0,fm）信號，只要抽樣頻率fs（fs=1/Ts）滿足

則可以從樣值序列不失真地恢復出原來的模擬信號。其中fm為信號的最高頻率。2.2模擬信號數(shù)字化時間離散化；則可以從樣值序列不失真地恢復出原2.2模擬信號數(shù)字化沖激抽樣信號的頻譜：圖2-5沖激抽樣信號的頻譜2.2模擬信號數(shù)字化沖激抽樣信號的頻譜：圖2-5最低允許的采樣頻率fs=2fm稱為奈奎斯特(Nyquist)頻率。最大允許的采樣間隔Ts=1/(2fm)稱為奈奎斯特間隔。抽樣定理全過程如右圖所示：2.2模擬信號數(shù)字化圖2-6抽樣定理全過程最低允許的采樣頻率fs=2fm稱為奈奎斯特(Nyquis2、量化樣值序列在時間上是離散的，但它的幅度取值在信號幅度的變化范圍內(nèi)（通常稱動態(tài)范圍）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是連續(xù)的（有無限多個取值）。

所謂量化：就是將幅度取值為無窮多個的樣值序列，變換為幅度取值為有限個的樣值序列。（幅度離散化）2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2、量化實現(xiàn)量化的方法：把信號變化的動態(tài)范圍劃分為有限個區(qū)間，只要信號落在某個區(qū)間，就取該區(qū)間內(nèi)預先規(guī)定的某個參考電平（比如量化區(qū)間的中間值）作為信號值。量化區(qū)間在專業(yè)術語上稱為量化級；量化級中間的電平稱為量化電平；2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化圖2-7量化過程示意圖2.2模擬信號數(shù)字化圖2-7量化過程示意圖2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化量化噪聲由于量階的有限性，在量化過程中就不可避免地會造成實際信號值與量化信號值之間的誤差。這種由于量階的有限性造成的誤差被稱為量化誤差，記為e(t)。由量化誤差產(chǎn)生的噪聲叫量化噪聲。性能衡量：信號平均功率與量化噪聲平均功率之比為量化信噪比。2.2模擬信號數(shù)字化量化噪聲由于量階的有限性，在量化過2、量化根據(jù)各量化級大小是否相等，量化分為：均勻量化和非均勻量化。（1）均勻量化把輸入信號的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。均勻量化亦稱線性量化。在均勻量化中，每個量化區(qū)間的量化電平均取在各區(qū)間的中點。設輸入信號的幅度范圍是a~b，量化級數(shù)為M，則量化間隔為：Δv=(b-a)/M2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化由此可見：當量化電平分別取各層的中間值時，量化過程所形成的量化誤差不超過±Δv／2。量化誤差與實際輸入的樣值有關，樣值越小，信噪比越小；反之，樣值越大，信噪比越大。均勻量化存在的問題：信號動態(tài)范圍受限（小信號信噪比低，大信號信噪比高）。2.2模擬信號數(shù)字化由此可見：2.2模擬信號數(shù)字化語音信號的幅度概率分布：解決方法：（1）M增大，n增大，一路信號的數(shù)碼率提高；（2）采用“非均勻量化”。圖2-8語音信號的幅度概率分布2.2模擬信號數(shù)字化語音信號的幅度概率分布：解決方法：圖2、量化（2）非均勻量化每個量化級大小不相等；信號小時，量化級小；而信號大時，量化級大。較均勻量化的優(yōu)點是：量化噪聲功率基本與信號抽樣值成比例，因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號的信號量噪比。2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2、量化（2）非均勻量化非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是采用壓縮、擴張的方法，即在發(fā)送端對輸入信號先進行壓縮處理，再進行均勻量化；在接收端進行相反的擴張?zhí)幚怼?.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化先將采樣信號進行壓縮，而后再進行均勻量化。其效果就相當于對信號進行非均勻量化。壓縮電路是一個非線性放大器，它對大信號的放大倍數(shù)小，而對小信號的放大倍數(shù)大，從而使大信號受到壓縮。即：y=f(x)擴張電路的作用正好與壓縮相反。即：x=f-1(y)常采用“對數(shù)壓縮”。2.2模擬信號數(shù)字化先將采樣信號進行壓縮，而后再進行均勻量化。其效果就相當于對信圖2-9壓擴特性曲線圖2.2模擬信號數(shù)字化圖2-9壓擴特性曲線圖2.2模擬信號數(shù)字化2、量化（2）非均勻量化國際上有兩種標準化的非均勻量化特性：

A律13折線壓縮特性（中國和歐洲）μ律15折線壓縮特性（美國）2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化13折線的取得：先對x軸上的輸入信號歸一化取值范圍，按1／2遞減規(guī)律分為8段，分段點依次為1／2、1／4、1／8、1／16、1／32、1／64、1／128，再把y軸上壓縮輸出的歸一化取值范圍均勻地分成8段，即每段長為1／8，然后把x軸和y軸的相應分段線的交點連接起來得到。2.2模擬信號數(shù)字化13折線的取得：先對x軸上的輸入信號歸一化取值范圍，按1／2A律13折線壓縮特性圖2-10A律13折線壓縮特性A律13折線壓縮特性圖2-10A律13折線壓縮特性13折線及與A律壓縮特性的比較：段落12345678斜率161684211/21/4x01/1281/641/321/161/81/41/21y13折線01/82/83/84/85/86/87/81yA/87.601/821087632187643287654387665487676587612.2模擬信號數(shù)字化13折線及與A律壓縮特性的比較：段落1213折線的量化方案對x軸上的8段，每段再均勻分為16個，共128個量化間隔;各段的量化間隔互不相同，分別用Δ1、Δ2、…、Δ8表示。對y軸上的8段，各段再分成16層，共被均勻分為128層，分別與x軸上的128個量化間隔相對應。這樣就相當于對輸入信號進行不均勻量化，即小信號時量階小，大信號時量階大。最小量階Δ1=1/(128×16)=1/2048;最大量階Δ8=1/(2×16)=1/32=64Δ1。2.2模擬信號數(shù)字化13折線的量化方案對x軸上的8段，每段再均勻分為16個，共13、編碼 所謂編碼就是將量化后的信號電平轉(zhuǎn)換成二進制碼組的過程；在接收端實施相反的過程稱為譯碼。采用二進制編碼，則編碼所需的位數(shù)取決于量化級數(shù)的大小。量化級數(shù)越多，量化誤差越小，但所需的編碼位數(shù)越多。2.2模擬信號數(shù)字化3、編碼2.2模擬信號數(shù)字化3、編碼A律13折線編碼的實現(xiàn)：由于正負極性信號共有16×16=256個量化級，每個量化值需編成8位（28=256）二進制碼組。8位二進制代碼的256種組合與256種不同的量化電平一一對應。2.2模擬信號數(shù)字化3、編碼2.2模擬信號數(shù)字化2.2.2PCM通信系統(tǒng)方框圖

模擬信號經(jīng)過抽樣、量化、編碼完成A/D變換，這樣的系統(tǒng)稱為PCM（脈沖編碼調(diào)制）系統(tǒng)。抽樣量化編碼m(t)A/D譯碼低通濾波msq(t)D/A信道m(xù)sq(t)^m(t)ms(t)干擾2.2模擬信號數(shù)字化圖2-11PCM原理圖2.2.2PCM通信系統(tǒng)方框圖

模擬信號第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術36第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述362.3.1時分復用（TDM）的概念

在數(shù)字通信中，一般采用時分復用（Time-DivisionMultiplexing，TDM）技術來提高信道的傳輸效率。所謂“復用”是多路信號（語音、數(shù)據(jù)和圖像等信號）利用同一個信道進行獨立的傳輸。如利用同一根同軸電纜傳輸1920路電話，且各路電話之間的傳送是相互獨立的，互不干擾。2.3時分復用技術2.3.1時分復用（TDM）的概念2.3時分復用技術2.3.1時分復用（TDM）的概念時分復用（TDM）：抽樣后的樣值序列在時間上離散，即兩個樣點信號在時間上有間隔，可以利用這一時間間隔傳送其他語音信號的樣點信號，這就稱為“時分復用”。對于語音信號而言，兩相鄰樣值之間的時間間隔是125μs（1/8KHz），稱為“一幀”。2.3時分復用技術2.3.1時分復用（TDM）的概念2.3時分復用技術2.3.2PCM30/32系統(tǒng)幀結構 采用TDM制的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已逐步建立其標準。典型的時分多路復用設備是PCM30/32系統(tǒng)（基群）。

PCM30/32的幀結構如下圖所示。2.3時分復用技術2.3.2PCM30/32系統(tǒng)幀結構2.3時分復用圖2-12PCM30/32系統(tǒng)幀結構圖2-12PCM30/32系統(tǒng)幀結構時隙：將一幀的時間均勻分為32個等分，每一等分稱為一個時隙，傳送一路語音信號的8位二進制編碼；32個時隙依次表示為；其中：為話路時隙，共30個話路；傳送幀同步信號；傳送信令信號；由16幀（編號為）組成一個復幀。2.3時分復用技術時隙：將一幀的時間均勻分為32個等分，每一等分稱為一個時隙，2.3時分復用技術2.3時分復用技術2.3時分復用技術2.3.3數(shù)字復接系列PCM30/32系統(tǒng)采用的是時分復用技術，將30路語音信號復接成速率為2.048Mbit/s的群路信號，稱為基群或一次群。

為了提高傳輸效率，再把一次群信號采用同步或準同步數(shù)字復接（DigitalMultiplexer）技術，復接成更高速率的數(shù)字信號。數(shù)字復接系列按傳輸速率不同，分別稱為基群、二次群、三次群、四次群等（我國分別稱為E1、E2、E3、E4，其速率為2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。2.3時分復用技術2.3.3數(shù)字復接系列圖2-13PDH中分插支路信號的過程2.3時分復用技術2.3.3數(shù)字復接系列圖2-13PDH中分插支路信號的過程2.3時常用的復接方法有兩種：同步復接：是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群信號，使這幾個低次群的碼速統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，達到同頻、同相，即不僅低次群信號速率相同，而且碼元邊緣對齊。異步復接：各低次群使用各自的時鐘，因此各低次群的碼速率不同。2.3時分復用技術常用的復接方法有兩種：2.3時分復用技術常用的復接方法有兩種：同步復接的實現(xiàn)過程------一個并/串變換過程4個低速支路碼流各自進入緩存器，開關SA在一個支路碼元的時間間隔（T）內(nèi)，分別與4個支路相接，取出每個支路的一個碼元，每個支路的一個碼元僅持續(xù)T/4的時長，如此反復。同步復接的缺點：一旦主時鐘發(fā)生故障，相關的通信系統(tǒng)全部中斷；2.3時分復用技術常用的復接方法有兩種：2.3時分復用技術常用的復接方法有兩種：異步復接的特點由于各自碼速不同，應先進行碼速調(diào)整，使各低次群碼速達到一致，然后再進行同步復接。2.3時分復用技術常用的復接方法有兩種：2.3時分復用技術第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術48第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述482.4差錯控制編碼信息編碼：信源編碼：在分析信源統(tǒng)計特性的基礎上，設法通過信源的壓縮編碼去掉這些統(tǒng)計多余成分。（去除冗余，提高有效性）信道編碼：目的是為了改善數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，就是構造出以最小多余度代價換取最大抗干擾性能的“好碼”。（添加冗余，提高可靠性）2.4差錯控制編碼信息編碼：2.4差錯控制編碼2.4.1信道分類按照加性干擾引起的錯碼分布規(guī)律的不同，信道分為以下三類：隨機信道突發(fā)信道混合信道2.4差錯控制編碼2.4.1信道分類2.4差錯控制編碼2.4.1信道分類1、隨機信道（無記憶信道）由隨機噪聲引起；差錯的出現(xiàn)隨機，且錯碼之間是統(tǒng)計獨立的；例如由正態(tài)分布白噪聲引起的錯碼；2.4差錯控制編碼2.4.1信道分類2、突發(fā)信道（有記憶信道）因脈沖噪聲、信道中的衰落現(xiàn)象引起；差錯在短時間成串出現(xiàn)，而在其間又存在較長的無差錯區(qū)間，且差錯之間相關；3、混合信道既存在隨機錯碼，又存在突發(fā)錯碼；結論：對于不同類型的信道，應采用不同的差錯控制技術。2.4差錯控制編碼2、突發(fā)信道（有記憶信道）2.4差錯控制編碼例、設發(fā)送數(shù)據(jù)序列為：00000000001111111111接收數(shù)據(jù)序列為：01101001001111001001則差錯序列為：01101001000000110110錯誤圖樣（差錯序列）：發(fā)送數(shù)據(jù)序列與接收序列對應碼位的模２和。可見：發(fā)生了兩個長度分別為７和５的突發(fā)差錯，其錯誤圖樣分別為1101001和11011。2.4差錯控制編碼例、設發(fā)送數(shù)據(jù)序列為：000000000012.4.2差錯控制方式常用的差錯控制方式主要有三種：檢錯重發(fā)法前向糾錯法混合糾錯法2.4差錯控制編碼2.4.2差錯控制方式2.4差錯控制編碼2.4.2差錯控制方式1、檢錯重發(fā)法（ARQ）發(fā)送端經(jīng)編碼后發(fā)出能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的碼，接收端按一定規(guī)則對收到的碼組進行有無錯誤的判別。若發(fā)現(xiàn)有錯，則通知發(fā)送端重發(fā)，直到正確接收為止。2.4差錯控制編碼2.4.2差錯控制方式2.4差錯控制編碼ARQ示意圖特點：具備雙向信道；時延大；能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的碼反饋信號發(fā)收圖2-14檢錯重發(fā)示意圖2.4差錯控制編碼ARQ示意圖能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的碼反饋信號發(fā)收圖2-142、前向糾錯法（FEC）發(fā)端經(jīng)編碼后發(fā)出能夠糾正錯誤的碼，接收端收到碼組后，通過譯碼自動發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸中的錯誤；FEC示意圖可以糾正錯誤的碼發(fā)收圖2-15前向糾錯示意圖2.4差錯控制編碼2、前向糾錯法（FEC）可以糾正錯誤的碼發(fā)收圖2-15特點不需要反饋信道，特別適合只能提供單向信道的場合；自動糾錯，不要求檢錯重發(fā)，延時小，實時性好；編、譯碼設備復雜，傳輸效率低；2.4差錯控制編碼特點2.4差錯控制編碼3、混合糾錯法

是前向糾錯方式和檢錯重發(fā)方式的結合。在這種系統(tǒng)中發(fā)送端不但有糾正錯誤的能力，而且對超出糾錯能力的錯誤有檢測能力。在糾錯能力內(nèi)，則糾錯；超出糾錯能力，但能檢測錯誤，則通過反饋信道要求發(fā)端重發(fā)一遍；2.4差錯控制編碼可以發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤的碼反饋信號發(fā)收圖2-16混合糾錯法示意圖3、混合糾錯法2.4差錯控制編碼可以發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤的碼反2.4.3差錯控制編碼（糾錯編碼）1、基本思想2、信道編碼中的幾個概念3、碼距與檢糾錯能力的關系4、差錯控制編碼的效果5、舉例說明2.4差錯控制編碼2.4.3差錯控制編碼（糾錯編碼）2.4差錯控制編碼1、差錯控制編碼的基本思想發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┍O(jiān)督碼元，這些監(jiān)督碼元與信息碼元之間按照某種確定的規(guī)則相互關聯(lián)（約束）。接收端按照同一規(guī)則檢查兩者間關系，一旦關系遭破壞，即可發(fā)現(xiàn)錯誤，乃至根據(jù)錯誤圖樣糾正錯誤。碼的檢錯和糾錯能力是用信息量的冗余來換取的。一般說來，添加的冗余越多，碼的檢錯、糾錯能力越強，但信道的傳輸效率下降也越多。差錯控制編碼原則上以降低信息傳輸速率為代價，換取信息傳輸可靠性提高。2.4差錯控制編碼1、差錯控制編碼的基本思想2.4差錯控制編碼舉例說明：假如要傳送A、B兩個消息編碼一：消息A----“0”；消息B----“1”若傳輸中產(chǎn)生錯碼（“0”錯成“1”或“1”錯成“0”）收端無法發(fā)現(xiàn)，該編碼無檢錯、糾錯能力。編碼二：消息A----“00”；消息B----“11”若傳輸中產(chǎn)生一位錯碼，則變成“01”或“10”，收端判決為有錯（因“01”“10”為禁用碼組），但無法確定錯碼位置，不能糾正，該編碼具有檢出一位錯碼的能力。這表明增加一位冗余碼元后碼具有檢出一位錯碼的能力。2.4差錯控制編碼舉例說明：假如要傳送A、B兩個消息2.4差錯控制編碼

編碼三：消息A----“000”；消息B----“111”傳輸中產(chǎn)生一位或兩位錯碼，都將變成禁用碼組，收端判決傳輸有錯。該編碼具有檢出兩位錯碼的能力。在產(chǎn)生一位錯碼情況下，收端可根據(jù)“大數(shù)”法則進行正確判決，能夠糾正這一位錯碼。該編碼具有糾正一位錯碼的能力。這表明增加兩位冗余碼元后碼具有檢出兩位錯碼及糾正一位錯碼的能力。

可見糾錯編碼之所以具有檢錯和糾錯能力，確實是因為在信息碼元外添加了冗余碼元（監(jiān)督碼元）。2.4差錯控制編碼編碼三：2.4差錯控制編碼2、信道編碼中的幾個概念碼組重量（碼重）：碼字中非零碼元的數(shù)目。如“10011”碼字的碼重為3。碼組距離（碼距或漢明距離）：兩個碼字中對應碼位上具有不同二進制碼元的位數(shù)。如兩碼字“10011”與“11010”間碼距為2。最小碼距：碼字集合中任意兩碼字間的最小距離，記為d0。2.4差錯控制編碼2、信道編碼中的幾個概念2.4差錯控制編碼3、碼距與檢糾錯能力的關系在一個碼組中，為檢測e個錯碼，要求最小碼距：Ce1d02.4差錯控制編碼圖2-17碼距與檢錯能力的關系3、碼距與檢糾錯能力的關系Ce1d02.4差錯控制編碼圖3、碼距與檢糾錯能力的關系在一個碼組中，為糾正t個錯碼，要求最小碼距：tC1C2td02.4差錯控制編碼圖2-18碼距與糾錯能力的關系3、碼距與檢糾錯能力的關系tC1C2td02.4差錯控制3、碼距與檢糾錯能力的關系在一個碼組中，糾正t個錯碼，同時檢測e（e>t）個錯碼，要求最小碼距：C1C2ted0t2.4差錯控制編碼圖2-19碼距與檢糾錯能力的關系3、碼距與檢糾錯能力的關系C1C2ted0t2.4差錯控4、差錯控制編碼的效果假設在隨機信道中發(fā)送“0”和“1”的錯誤概率相等，都等于p，且p<<1，則，在碼長為n的碼組中，恰好發(fā)生r個錯碼的概率為：2.4差錯控制編碼例如：當碼長n=7，p=10-3時，則有：4、差錯控制編碼的效果2.4差錯控制編碼例如：當碼長n=5、舉例說明（1）奇偶監(jiān)督碼編碼原理（發(fā)端）：無論信息位有多少，監(jiān)督位只有一位，使碼組中“1”的個數(shù)為偶數(shù)或奇數(shù)。即滿足下列關系式：

譯碼原理（收端）：接收到的碼組按上式模2加，若結果為0，則無錯，否則，有錯。2.4差錯控制編碼5、舉例說明2.4差錯控制編碼特點：只能檢測出奇數(shù)個錯誤，不能糾錯。主要應用于以隨機錯誤為主的計算機通信系統(tǒng)，難于對付突發(fā)錯誤。傳碼效率：R=(n-1)/n。2.4差錯控制編碼特點：2.4差錯控制編碼5、舉例說明（2）恒比碼每個碼組中含“1”和“0”的個數(shù)的比例恒定，又稱等重碼。典型應用國際無線電報通信，廣泛采用“7中取3”恒比碼，即碼組中總有3個1。我國電傳機廣泛采用5單位數(shù)字保護電碼。一個漢字用4個阿拉伯數(shù)字表示，每個數(shù)字用“5中取3”恒比碼構成。2.4差錯控制編碼5、舉例說明2.4差錯控制編碼檢測能力能檢測出所有單個和奇數(shù)個錯誤，并能部分檢測出偶數(shù)個錯誤（成對交換錯則檢測不出）特點簡單，適應于對字母或符號進行編碼。但不適合傳輸信源來的二進制數(shù)字序列。2.4差錯控制編碼檢測能力2.4差錯控制編碼第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術73第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述732.5數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的傳輸分為兩種形式：數(shù)字信號基帶傳輸：是指不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)；數(shù)字信號頻帶傳輸：包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為頻帶傳輸系統(tǒng)。2.5數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的傳輸分為兩種形式：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

信道信號形成器用來產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘枺恍诺揽梢允窃试S基帶信號通過的媒質(zhì)；接收濾波器是用來接收信號和盡可能排除信道噪聲和其他干擾的；抽樣判決器則是在噪聲背景下用來判定與再生基帶信號。信道信號形成器信道接收濾波器抽樣判決器基帶脈沖輸入干擾基帶脈沖輸出圖2-20基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構2.5數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)信道信號形成器接收抽樣基帶脈沖干擾基帶脈沖

數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)

簡單說，包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為頻帶傳輸系統(tǒng)。調(diào)制器基帶脈沖輸入信道解調(diào)器干擾基帶脈沖輸出2.5數(shù)字信號的基帶傳輸圖2-21頻帶傳輸系統(tǒng)的基本結構數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制器基帶脈沖輸入信道解調(diào)器干擾基帶脈沖2.5.1數(shù)字基帶信號及其頻譜特性1．數(shù)字基帶信號所謂數(shù)字基帶信號（簡稱基帶信號），就是消息代碼的電波形。基帶脈沖波形的選擇：對所選碼型的電波形要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。根據(jù)實際需要，組成基帶信號的單個碼元波形可以是矩形，升余弦形，高斯形以及半余弦脈沖等多種。2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.5.1數(shù)字基帶信號及其頻譜特性2.5數(shù)字信號的幾種最基本的基帶信號碼波形（以矩形為例）

單極性NRZ（NonReturnZero）碼、雙極性（BNRZ）碼、單極性歸零（RZ）碼、雙極性歸零（BRZ）碼、差分碼、多電平碼。

+E00001111（a）單極性波形+E-E0001111（b）雙極性波形+E00001111（c）單極性歸零波形+E-E0001111（d）雙極性歸零波形+E-E0001111（e）差分波形1+E-E01（f）多電平波形+3E-3E010100111011002.5數(shù)字信號的基帶傳輸圖2-22幾種最基本的基帶信號波形幾種最基本的基帶信號碼波形（以矩形為例）+E000011112、基帶信號的時域表示（二進制）若an表示第n個信息符號對應的電平值（0、1或-1、1），對應二進制符號的“0”，對應“1”，碼元間隔為，則數(shù)字基帶信號可表示為：2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2、基帶信號的時域表示（二進制）2.5數(shù)字信號的基帶傳輸式中，為的穩(wěn)態(tài)波，它是以為周期的周期信號；為的交變波，它是隨機信號。

3、基帶信號的頻譜特性數(shù)字基帶隨機脈沖序列又可表示為：2.5數(shù)字信號的基帶傳輸式中，為的穩(wěn)態(tài)波，它是以為周期的周期

u(t)

tg2(t)t

-Ts/2

Ts/2

g1(t)

t-Ts/2Ts/2V(t)ts(t)

1001011t2.5數(shù)字信號的基帶傳輸圖2-23基帶信號的時域表示（二進制）

3、基帶信號的頻譜特性隨機脈沖序列的功率譜密度可能包括兩個部分：連續(xù)譜（由交變波形成）和離散譜（由穩(wěn)態(tài)波形成）。2.5數(shù)字信號的基帶傳輸圖2-24幾種典型數(shù)字基帶信號的頻譜圖3、基帶信號的頻譜特性2.5數(shù)字信號的基帶傳輸圖2-242.5.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

最典型的波形通常是“單極性不歸零碼”。這種單極性信號含有直流分量和豐富的低頻分量，對傳輸信道的直流和低頻特性要求較高。

一般信道中往往存在隔直流電容或耦合變壓器，使直流分量不能通過，且高頻分量的衰減隨傳輸距離的增加而增大。

因此，必須經(jīng)過碼型變換，變?yōu)檫m于信道傳輸?shù)男诺来a。2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.5.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型2.5數(shù)字信號的基帶傳基帶信號傳輸碼型的選取原則傳輸?shù)拇a型不應含有直流分量，且低頻成分和過高的頻率成分也不易太多（通過分析頻譜圖即可看出信號含有的頻率成分）為使收發(fā)同步，傳輸?shù)拇a型中應含有時鐘信息傳輸?shù)拇a型與信息源的統(tǒng)計特性無關傳輸碼應具有一定的檢錯、糾錯能力碼型的轉(zhuǎn)換設備應簡單易于實現(xiàn)2.5數(shù)字信號的基帶傳輸基帶信號傳輸碼型的選取原則2.5數(shù)字信號的基帶傳輸常用的傳輸碼型有：傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）三階高密度雙極性碼（HDB3碼）傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）曼徹斯特碼（又稱分相碼、數(shù)字雙相碼）2.5數(shù)字信號的基帶傳輸常用的傳輸碼型有：2.5數(shù)字信號的基帶傳輸

1、AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）

編碼規(guī)則：代碼0（空號）仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1（傳號）交替變換成傳輸碼的+1、-1、+1、-1、…。

舉例：消息代碼：10011000111…AMI碼：＋100–l＋1000-1+1-1…

2.5數(shù)字信號的基帶傳輸

100111、AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）2.5數(shù)字信號的基帶傳輸1、AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）它為三電平序列（三元碼），偽三進制，1B/1T碼。優(yōu)點：（1）無直流成分，且只有很小的低頻成分；（2）整流后即為RZ碼。缺點：連0碼多時，不利于提取高質(zhì)量的位同步信號。

2.5數(shù)字信號的基帶傳輸1、AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）編碼規(guī)則：HDB3碼是在AMI碼基礎上加以改進的碼型，當AMI碼沒有出現(xiàn)4個或4個以上的連0碼時，仍按AMI碼編碼。

當出現(xiàn)4個連0碼時，要將4個連0碼“0000”以取代節(jié)“000V”或“B00V”取代。V碼和B碼都是+1碼或-1碼；2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）2.5數(shù)字信號的基2、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）

取代節(jié)的安排原則如下：①V碼的插入不應使傳輸碼流產(chǎn)生附加的直流成分，為此，規(guī)定V碼之間應滿足極性交替反轉(zhuǎn)的要求。②為了在接收端識別出V碼，以便將其恢復成原來的0碼，規(guī)定V碼應與前一位相鄰的1碼保持同極性。

為使上述兩條件滿足，取代節(jié)的選取原則是：兩個相鄰V碼之間，1碼的個數(shù)為奇數(shù)時，選用“000V”；兩個相鄰V碼之間，1碼的個數(shù)為偶數(shù)時，選用“B00V”；

2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）2.5數(shù)字信號的基HDB3碼編碼舉例例1：代碼：100001000011000011AMI碼：-10000+10000–l＋l0000-1+1HDB3碼：-1000-V+1000+V-1＋l-B00-V＋1-1例2：

100000110000100000HDB3：1000V0-11–B00–V1000V02.5數(shù)字信號的基帶傳輸HDB3碼編碼舉例2.5數(shù)字信號的基帶傳輸譯碼規(guī)則：每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V，于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復4個連0碼，再將所有-1變成+1后便得到原消息代碼。特點：保留了AMI碼的優(yōu)點，克服了AMI連0多的缺點，這對于定時信號的恢復是十分有利的。它是一、二、三次群的接口碼型，是CCITT推薦使用的碼型之一。2.5數(shù)字信號的基帶傳輸譯碼規(guī)則：每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在3、傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）CMI碼是把普通二進制碼序列中的0碼變換為01，而把1碼交替變?yōu)?0和11。特點：有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時信息；該碼被CCITT推薦為PCM四次群的接口碼型；2.5數(shù)字信號的基帶傳輸3、傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）2.5數(shù)字信號的基帶傳輸4、曼徹斯特碼曼徹斯特碼，又稱為雙相碼，其變換規(guī)則是把普通二進制序列碼中的“1”碼變換為10，把“0”變?yōu)?1。特點：能提供足夠的定時；無直流漂移；編碼過程簡單；帶寬要寬些；2.5數(shù)字信號的基帶傳輸4、曼徹斯特碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸?shù)诙聰?shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術94第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述94由于從消息變換過來的原始信號具有頻率較低的頻譜分量，這種信號在許多信道中不適宜直接進行傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要有調(diào)制過程，而在接收端需要有解調(diào)過程。------頻帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制器信道解調(diào)器干擾圖2-25頻帶傳輸系統(tǒng)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸由于從消息變換過來的原始信號具有頻率較低的頻2.6.1調(diào)制/解調(diào)的定義按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變高頻載波某些參數(shù)的過程。一般常采用正弦信號作為載波；根據(jù)改變正弦信號的參數(shù)A、f、φ之一，調(diào)制分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相；根據(jù)調(diào)制信號取值連續(xù)或離散，調(diào)制分為模擬調(diào)制或數(shù)字調(diào)制；解調(diào)：在接收端和“調(diào)制”相反的過程，即從已調(diào)信號中恢復原基帶信號的過程。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.6.1調(diào)制/解調(diào)的定義2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.6.1調(diào)制/解調(diào)的定義完成調(diào)制與解調(diào)任務的設備稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。頻帶傳輸?shù)哪康模簩⒒鶐д{(diào)制信號變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號；實現(xiàn)信道的多路復用；改善系統(tǒng)的抗噪聲性能；2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.6.1調(diào)制/解調(diào)的定義2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.6.2模擬幅度調(diào)制

模擬調(diào)制是指基帶信號的取值是連續(xù)的（模擬信號），而幅度調(diào)制是指高頻正弦載波的幅度隨基帶信號作線性變化的過程。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-26模擬幅度調(diào)制解調(diào)示意圖2.6.2模擬幅度調(diào)制2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

其波形和頻譜如下所示：2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-27模擬幅度調(diào)制波形和頻譜示意圖其波形和頻譜如下所示：2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-2

調(diào)制的優(yōu)點：通過調(diào)制，可以進行頻譜搬移，即把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，例如移動通信。通過調(diào)制，將基帶信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復用的已調(diào)信號，例如頻分復用（FDM）。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-28頻分復用信號的頻譜結構調(diào)制的優(yōu)點：2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-28FDM的優(yōu)缺點：FDM最大的優(yōu)點是信道復用率高、復用路數(shù)多、分路方便（在接收端利用相應的帶通濾波器可恢復各路調(diào)制信號）；其主要缺點是設備復雜、且因濾波器特性不夠理想和信道內(nèi)存在非線性而產(chǎn)生路間干擾。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸FDM的優(yōu)缺點：2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

2.6.2數(shù)字調(diào)制

數(shù)字調(diào)制是指基帶信號的取值是離散的（數(shù)字信號），即用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息，在接收端只需對載波信號的離散調(diào)制參量進行檢測就可以實現(xiàn)信號的解調(diào)。二進制數(shù)字調(diào)制有振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）三種基本形式。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.6.2數(shù)字調(diào)制2.6數(shù)字信號的1、2ASK（二進制振幅鍵控）用待傳遞的數(shù)字信號（兩種狀態(tài)）改變載波的幅度。（1）實現(xiàn)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸×

BPFcosωcts(t)e0(t)

~載波開關電路s(t)e0(t)K圖2-292ASK信號的產(chǎn)生（左圖：模擬幅度調(diào)制方法；右圖：數(shù)字鍵控方法）1、2ASK（二進制振幅鍵控）2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸×

由于其中一個信號狀態(tài)始終為零，相當于斷開狀態(tài)，故2ASK信號又稱為通斷鍵控（OOK）信號。1、2ASK（二進制振幅鍵控）（2）波形示例2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸s(t)e0(t)1001由于其中一個信號狀態(tài)始終為零，相當于斷開狀態(tài)1、2ASK（二進制振幅鍵控）（3）解調(diào)------相干方式解調(diào)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

BPF

LPF抽樣判決定時脈沖Cos(ωct)輸出輸入圖2-302ASK信號相干方式解調(diào)器1、2ASK（二進制振幅鍵控）2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵控）用待傳遞的數(shù)字信號（兩種狀態(tài)）改變載波的頻率，即用兩種不同頻率的載波分別代表數(shù)字信號“1”和“0”。（1）實現(xiàn)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

~f1載波開關電路s(t)e0(t)K

~f2載波圖2-312FSK信號的產(chǎn)生（鍵控法）6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵控）（2）波形示例2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸s(t)e0(t)1001其中：0符號對應于載頻ω1，1符號對應于載頻ω2，而且ω1和ω2之間的改變是瞬間完成的。6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵例：2FSK信號的波形及分解。Tsf2f2f1f1f1t(a)f1f1f1t(b)f2f2t(c)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸例：2FSK信號的波形及分解。Tsf2f2f1f1f1t(a6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵控）（3）解調(diào)------相干方式2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-322FSK信號相干方式解調(diào)器

BPF

LPF抽樣判決定時脈沖cosω1t輸出輸入

BPF

LPFcosω2t6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理2、2FSK（二進制頻移鍵3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二進制絕對相移鍵控）用待傳遞的數(shù)字信號（兩種狀態(tài)）改變載波的初相角。1）實現(xiàn)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸×

BPFcosωcts(t)e0(t)電平變換雙極性不歸零信號單極性不歸零信號圖2-33（a）2PSK信號模擬調(diào)制法框圖3、2PSK和2DPSK2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸×BP3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二進制絕對相移鍵控）用待傳遞的數(shù)字信號（兩種狀態(tài)）改變載波的初相角。1）實現(xiàn)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-33（b）2PSK信號鍵控法框圖

~載波開關電路s(t)e0(t)K

φ移相0π3、2PSK和2DPSK2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-33、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二進制絕對相移鍵控）2）波形示例2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸3、2PSK和2DPSK2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

這種以載波的不同相位直接表示相應數(shù)字信息的相位鍵控，通常稱為絕對移相方式；

由于在發(fā)送端是以某一個相位作基準的，因而在接收系統(tǒng)中也必須有一個固定的基準相位作參考；若參考相位發(fā)生隨機跳變（從00變成1800），則必然導致接收錯誤，此即2PSK信號的“反向工作”現(xiàn)象；

為避免2PSK信號的“反向工作”現(xiàn)象，特引入“相對移相”方式——2DPSK信號。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸這種以載波的不同相位直接表示相應數(shù)字信息的3、2PSK和2DPSK（2）2DPSK（二進制相對相移鍵控）

2DPSK信號是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值表示二進制數(shù)字信號。2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸3、2PSK和2DPSK2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

由此可見，2DPSK信號表示相應的數(shù)字信息，并不依賴于某一固定的參考相位，只要前后相鄰碼元的相對相位關系不被破壞，就不會造成錯誤接收；2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸由此可見，2DPSK信號表示相應的數(shù)字信息3、2PSK和2DPSK（2）2DPSK（二進制相對相移鍵控）

1）實現(xiàn)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸

~載波開關電路s(t)e0(t)K

φ移相0π碼變換圖2-34

2DPSK信號鍵控法框圖3、2PSK和2DPSK2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2）2PSK和2DPSK信號的相干解調(diào)2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸圖2-35

2PSK信號相干解調(diào)器（極性比較法）

BPF

LPF抽樣判決定時脈沖cosωct輸出輸入鑒相器鑒相器

BPF

LPF抽樣判決定時脈沖cosωct輸出輸入碼反變換器圖2-36

2DPSK信號相干解調(diào)器（極性比較法）2）2PSK和2DPSK信號的相干解調(diào)2.6數(shù)字信號的頻第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術118第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述1182.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術

同步是數(shù)字通信的基本要求之一。如果收端和發(fā)端不能很好的同步，數(shù)字通信是無法進行的。數(shù)字通信中，同步主要包括載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術同步是數(shù)字通信的基本按照獲取和傳輸同步信息的方式分為：外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導頻）；接收端把這個導頻提取出來，作為同步信號的方法。（一般用于幀同步）自同步法發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設法從收到的信號中提取同步信息的方法。（多用于載波同步和位同步）2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術按照獲取和傳輸同步信息的方式分為：2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技2.7.1載波同步當采用相干解調(diào)時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個相干載波的獲取就稱為載波提取或載波同步。提取載波的方法：插入導頻法：在發(fā)送有用信號的同時，在適當?shù)念l率位置上，插入一個或多個稱為導頻的正弦波，接收端就由導頻提取出載波。直接法：不專門發(fā)送導頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.1載波同步2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.2位同步位（碼元）同步：在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復頻率和相位一致的定時脈沖序列的過程；而稱這個定時脈沖序列為碼元同步脈沖或位同步脈沖。如圖2-37所示。所謂同頻，就是要求發(fā)送端發(fā)送了多少個碼元，接收端必須產(chǎn)生同樣多的判決脈沖，既不多一個，也不少一個。所謂同相，即判決脈沖應該對準碼元的中心，此時對碼元的正確識別率最高。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.2位同步2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術圖2-37位同步示意圖2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術圖2-37位同步示意圖2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術實現(xiàn)位同步的方法很多，現(xiàn)在最常用的方法是接收端直接從接收到的信碼流中提取時鐘信號，作為接收端的時鐘基準，去校正或調(diào)整接收端本地產(chǎn)生的時鐘信號，使收發(fā)雙方時鐘保持同步。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術實現(xiàn)位同步的方法很多，現(xiàn)在最常用的方法是接收此方法的優(yōu)點是既不消耗額外的發(fā)射功率，也不占用額外的信道；采用此方法的前提條件：信碼流中必須含有時鐘頻率分量，或通過簡單變換后可以產(chǎn)生出時鐘頻率分量。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術此方法的優(yōu)點是既不消耗額外的發(fā)射功率，也不占用額外的信道；2.7.3幀同步數(shù)字通信中的消息數(shù)字流總是用若干碼元組成一個“字”，又用若干“字”組成“句”。因此，在接收這些數(shù)字流時，同樣必須知道這些“字”、“句”的起止時刻。在接收端產(chǎn)生與“字”、“句”起止時刻相一致的定時脈沖序列。稱為“字”同步和“句”同步，統(tǒng)稱為幀同步。為了實現(xiàn)“幀同步”，一般是在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組作為每幀的頭尾標記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實現(xiàn)幀同步。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.3幀同步2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.3幀同步

例：如何實現(xiàn)PCM30/32路語音信號的正確分路？實現(xiàn)方法：由于發(fā)送端在偶數(shù)幀的TS0時隙插入了具有特定碼型的幀同步碼組（10011011），那么接收端也產(chǎn)生相同的幀同步碼組，并逐位與接收到的二進制碼流比較，只要能正確識別出幀同步碼（即識別出TS0），就能正確區(qū)分出各個時隙，從而達到語音信號正確分路的目的。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.3幀同步2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.4數(shù)字同步網(wǎng)

在數(shù)字通信網(wǎng)內(nèi)，若數(shù)字交換設備之間的時鐘頻率不一致，或數(shù)字比特流在傳輸中受到損傷，就會在數(shù)字交換系統(tǒng)的緩沖存儲器中產(chǎn)生碼元的丟失和重復，即導致在交換節(jié)點中出現(xiàn)滑動。為降低滑動率，必須使網(wǎng)中各個單元使用共同的基準時鐘頻率，實現(xiàn)各網(wǎng)元時鐘間的同步，稱為網(wǎng)同步。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2.7.4數(shù)字同步網(wǎng)2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術1．數(shù)字同步網(wǎng)的準同步方式準同步方式是指在一個數(shù)字網(wǎng)中各個節(jié)點上，分別設置高精度的獨立時鐘，這些時鐘產(chǎn)生的定時信號以同一標稱速率出現(xiàn)，而速率的變化限制在規(guī)定范圍內(nèi)，借助緩沖技術，每兩個準同步時鐘系統(tǒng)間的64kbit/s承載鏈路的滑動應在72天以上出現(xiàn)一次。通常國際通信時采用準同步方式。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術1．數(shù)字同步網(wǎng)的準同步方式2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2．數(shù)字同步網(wǎng)的等級主從同步方式

我國國內(nèi)數(shù)字同步網(wǎng)采用“多基準時鐘，分區(qū)等級主從同步”的組網(wǎng)方案?！爸鲝耐健狈绞绞菍⒁粋€時鐘作為“主”基準時鐘，網(wǎng)中其他時鐘（從時鐘）同步于主時鐘。用鎖相技術使主時鐘和從時鐘之間的相位差保持不變或接近于零。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術2．數(shù)字同步網(wǎng)的等級主從同步方式2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術小結根據(jù)定時信號的不同，同步可具體指載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步；載波同步是所有同步的基礎，使接收端可從高頻調(diào)制信號中得到原發(fā)送端的數(shù)字編碼信號；位同步是指通信雙方的定時脈沖信號頻率相等且符合一定的相位關系，使接收端正確接收和判決發(fā)送端送來的每一個碼元；幀同步指通信雙方的幀定時信號的頻率相同且保持一定的相位關系，保證收、發(fā)雙方在各自對應的話路上保持時間一致，使接收端能正確接收發(fā)送端送來的每一個話路信號。網(wǎng)同步可以保證通信網(wǎng)內(nèi)的信息能靈活可靠的交換與復接。2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術小結根據(jù)定時信號的不同，同步可具體指載波同步、位同步、幀同步1.數(shù)字通信系統(tǒng)的基本結構及各部分功能實體的作用？2.什么是低通型信號的抽樣定理？3.為什么要進行量化？均勻量化和非均勻量化的概念及特點？4.什么是PCM？畫出PCM系統(tǒng)方框圖。5.何謂時分復用？何謂頻分復用？6.畫出PCM基群幀結構，并寫出相關參數(shù)。7.常用的數(shù)字復接方法有什么？8.在通信系統(tǒng)中，采用差錯控制的目的是什么？9.什么是隨機信號、突發(fā)信道和混合信道？第2章作業(yè)1.數(shù)字通信系統(tǒng)的基本結構及各部分功能實體的作用？第2章10.常用的差錯控制方法有哪些？11.碼的最小碼距與其檢、糾錯能力有何關系？12.數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構如何？13.設二進制符號序列為110010001，試以矩形脈沖為例，分別畫出相應的單極性碼波形、雙極性碼波形、單極性歸零碼波形、雙極性歸零碼波形和二進制差分碼波形。14.消息代碼為10000000011，求相應的AMI碼、HDB3碼。15.通信系統(tǒng)中采用調(diào)制技術的目的是什么？基本的二進制數(shù)字調(diào)制技術有哪些？16.數(shù)字通信系統(tǒng)中，有哪些基本的同步技術？第2章作業(yè)10.常用的差錯控制方法有哪些？第2章作業(yè)第二章數(shù)字傳輸原理通信工程系第二章數(shù)字傳輸原理通信工程系第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術136第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。圖2-1數(shù)字通信系統(tǒng)模型2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。圖2-1數(shù)2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述信源：完成非電信號/電信號的變換，這里產(chǎn)生的電信號是模擬信號。信源編碼器：一是將信源發(fā)出的模擬信號變換為數(shù)字信號，稱為數(shù)字信源碼（模數(shù)變換）；二是實現(xiàn)壓縮編碼，使數(shù)字信源碼占用的信道帶寬盡量小。信道編碼器：主要完成兩個功能：一是碼型變換，把數(shù)字信源碼變換為數(shù)字信道碼；二是差錯控制。2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述信源：完成非電信號/電信號的變換，調(diào)制器：其作用是頻譜搬移，將信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。信道：信號的傳輸媒質(zhì)。一般可分為：有線信道和無線信道恒參信道和隨參信道2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述調(diào)制器：其作用是頻譜搬移，將信號的頻譜搬移到所希望的位置上，解調(diào)器、信道譯碼器和信源譯碼器：基本功能是完成發(fā)端的反變換，它們的任務是從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息。2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述解調(diào)器、信道譯碼器和信源譯碼器：基本功能是完成發(fā)端的反變換，第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述2.2模擬信號數(shù)字化2.3時分復用技術2.4差錯控制編碼2.5數(shù)字信號的基帶傳輸2.6數(shù)字信號的頻帶傳輸2.7數(shù)字系統(tǒng)同步技術141第二章數(shù)字傳輸原理2.1數(shù)字通信系統(tǒng)概述72.2模擬信號數(shù)字化圖2-2模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型模擬信息源信宿數(shù)字通信系統(tǒng)m(t)模擬隨機信號{sk}數(shù)字隨機序列{}A/DD/A2.2模擬信號數(shù)字化圖2-2模擬信號的數(shù)字傳A/D：D/A：抽樣量化編碼m(t){sk}譯碼低通濾波mk(t){sk}2.2模擬信號數(shù)字化圖2-3A/D和D/A變換A/D：抽樣量化編碼m(t){sk}譯碼低通濾波mk(t){2.2.1A/D變換實現(xiàn)A/D變換的方法很多，這里主要介紹應用最普遍的脈沖編碼調(diào)制（PCM）。抽樣-----時間域數(shù)字化量化-----幅度域數(shù)字化編碼-----提升質(zhì)量2.2模擬信號數(shù)字化2.2.1A/D變換2.2模擬信號數(shù)字化1、抽樣語音信號是模擬信號，它不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時間軸上也是連續(xù)的，要使語音信號數(shù)字化并實現(xiàn)時分多路復用，首先要在時間上對語音信號進行離散化處理，這一過程叫抽樣。抽樣是把連續(xù)時間模擬信號轉(zhuǎn)換成離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號。2.2模擬信號數(shù)字化1、抽樣2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化抽樣過程的實現(xiàn)原理：fs(t)=f(t)p(t)×f(t)fs(t)p(t)2.2模擬信號數(shù)字化抽樣過程的實現(xiàn)原理：fs(t)=f(1、抽樣

抽樣實現(xiàn)：每隔一定的時間間隔Ts，抽取語音信號的一個瞬時幅度值（抽樣值）來代替原來的連續(xù)信號進行傳輸。抽樣后所得的一系列在時間上離散的抽樣值稱為樣值序列。2.2模擬信號數(shù)字化圖2-4抽樣后的波形1、抽樣2.2模擬信號數(shù)字化圖2-4抽樣后的波時間離散化；Ts如何選取，保證信號的不失真？抽樣定理：對于低通型（0,fm）信號，只要抽樣頻率fs（fs=1/Ts）滿足

則可以從樣值序列不失真地恢復出原來的模擬信號。其中fm為信號的最高頻率。2.2模擬信號數(shù)字化時間離散化；則可以從樣值序列不失真地恢復出原2.2模擬信號數(shù)字化沖激抽樣信號的頻譜：圖2-5沖激抽樣信號的頻譜2.2模擬信號數(shù)字化沖激抽樣信號的頻譜：圖2-5最低允許的采樣頻率fs=2fm稱為奈奎斯特(Nyquist)頻率。最大允許的采樣間隔Ts=1/(2fm)稱為奈奎斯特間隔。抽樣定理全過程如右圖所示：2.2模擬信號數(shù)字化圖2-6抽樣定理全過程最低允許的采樣頻率fs=2fm稱為奈奎斯特(Nyquis2、量化樣值序列在時間上是離散的，但它的幅度取值在信號幅度的變化范圍內(nèi)（通常稱動態(tài)范圍）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是連續(xù)的（有無限多個取值）。

所謂量化：就是將幅度取值為無窮多個的樣值序列，變換為幅度取值為有限個的樣值序列。（幅度離散化）2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2、量化實現(xiàn)量化的方法：把信號變化的動態(tài)范圍劃分為有限個區(qū)間，只要信號落在某個區(qū)間，就取該區(qū)間內(nèi)預先規(guī)定的某個參考電平（比如量化區(qū)間的中間值）作為信號值。量化區(qū)間在專業(yè)術語上稱為量化級；量化級中間的電平稱為量化電平；2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化圖2-7量化過程示意圖2.2模擬信號數(shù)字化圖2-7量化過程示意圖2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化量化噪聲由于量階的有限性，在量化過程中就不可避免地會造成實際信號值與量化信號值之間的誤差。這種由于量階的有限性造成的誤差被稱為量化誤差，記為e(t)。由量化誤差產(chǎn)生的噪聲叫量化噪聲。性能衡量：信號平均功率與量化噪聲平均功率之比為量化信噪比。2.2模擬信號數(shù)字化量化噪聲由于量階的有限性，在量化過2、量化根據(jù)各量化級大小是否相等，量化分為：均勻量化和非均勻量化。（1）均勻量化把輸入信號的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。均勻量化亦稱線性量化。在均勻量化中，每個量化區(qū)間的量化電平均取在各區(qū)間的中點。設輸入信號的幅度范圍是a~b，量化級數(shù)為M，則量化間隔為：Δv=(b-a)/M2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2.2模擬信號數(shù)字化由此可見：當量化電平分別取各層的中間值時，量化過程所形成的量化誤差不超過±Δv／2。量化誤差與實際輸入的樣值有關，樣值越小，信噪比越??；反之，樣值越大，信噪比越大。均勻量化存在的問題：信號動態(tài)范圍受限（小信號信噪比低，大信號信噪比高）。2.2模擬信號數(shù)字化由此可見：2.2模擬信號數(shù)字化語音信號的幅度概率分布：解決方法：（1）M增大，n增大，一路信號的數(shù)碼率提高；（2）采用“非均勻量化”。圖2-8語音信號的幅度概率分布2.2模擬信號數(shù)字化語音信號的幅度概率分布：解決方法：圖2、量化（2）非均勻量化每個量化級大小不相等；信號小時，量化級?。欢盘柎髸r，量化級大。較均勻量化的優(yōu)點是：量化噪聲功率基本與信號抽樣值成比例，因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號的信號量噪比。2.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化2、量化（2）非均勻量化非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是采用壓縮、擴張的方法，即在發(fā)送端對輸入信號先進行壓縮處理，再進行均勻量化；在接收端進行相反的擴張?zhí)幚怼?.2模擬信號數(shù)字化2、量化2.2模擬信號數(shù)字化先將采樣信號進行壓縮，而后再進行均勻量化。其效果就相當于對信號進行非均勻量化。壓縮電路是一個非線性放大器，它對大信號的放大倍數(shù)小，而對小信號的放大倍數(shù)大，從而使大信號受到壓縮。即：y=f(x)擴張電路的作用正好與壓縮相反。即：x=f-1(y)常采用“對數(shù)壓縮”。2.2模擬信號數(shù)字化先將采樣信號進行壓縮，而后再進行均勻量化。其效果就相當于對信圖2-9壓擴特性曲線圖2.2模擬信號數(shù)字