數(shù)字通信總復(fù)習(xí)(第3版教材)2023春

第1章概述一、模擬信號與數(shù)字信號的特點模擬信號——幅度取值是連續(xù)的數(shù)字信號——幅度取值是離散的二、模擬通信與數(shù)字通信模擬通信——以模擬信號的形式傳遞消息（采用頻分復(fù)用實現(xiàn)多路通信）。數(shù)字通信——以數(shù)字信號的形式傳遞消息（采用時分復(fù)用實現(xiàn)多路通信）。三、數(shù)字通信的構(gòu)成各部分的作用分別是什么？例如：發(fā)端低通、收端低通。四、數(shù)字通信的特點1、抗干擾能力強，無噪聲積累2、便于加密處理3、采用時分復(fù)用實現(xiàn)多路通信4、設(shè)備便于集成化、小型化5、占用頻帶較寬五、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標有效性指標信息傳輸速率、符號傳輸速率、頻帶利用率可靠性指標誤碼率、信號抖動例1、設(shè)信號碼元時間長度為，當（1）采用4電平傳輸時，求信息傳輸速率和符號傳輸速率。（2）若系統(tǒng)的帶寬為2000,求頻帶利用率為多少。解：（1）符號傳輸速率為數(shù)據(jù)傳信速率為（2）例2、接上題，若傳輸過程中2秒誤1個比特，求誤碼率（誤比特率）。解：誤碼率（誤比特率）＝差錯比特數(shù)／傳輸總比特數(shù)第2章語音信號編碼——脈沖編碼調(diào)制(PCM)2.1語音信號編碼的基本概念一、語聲信號編碼的概念語聲信號編碼——模擬語音信號的數(shù)字化二、語聲信號編碼的分類波形編碼——根據(jù)語音信號波形的特點，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。常見的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。參量編碼——提取語音信號的一些特征參量，對其進行編碼。LPC等聲碼器屬于參量編碼?；旌暇幋a——介于波形編碼和參量編碼之間的一種編碼。子帶編碼屬于混合編碼。2.2脈沖編碼調(diào)制(PCM)一、脈沖編碼調(diào)制(PCM)通信系統(tǒng)的構(gòu)成PCM的概念——對模擬信號的瞬時抽樣值量化、編碼，以將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。PCM通信系統(tǒng)的構(gòu)成二、抽樣1、抽樣的概念：模擬信號在時間上離散化PAM信號2、低通型信號（）的抽樣抽樣定理留有一定寬度的防衛(wèi)帶不滿足抽樣定理的后果——不滿足抽樣定理的后果是PAM信號產(chǎn)生折疊噪聲，收端就無法用低通濾波器準確地恢復(fù)原模擬語音信號。語音信號的抽樣頻率為＝8000，抽樣信號的頻譜：頻率成分有原始頻帶∽，的上、下邊帶。例一模擬信號頻譜如下圖所示，求其滿足抽樣定理時的抽樣頻率，并畫出抽樣信號的頻譜（設(shè)）。解：∴此信號為低通型信號滿足抽樣定理時，應(yīng)有（一次下邊帶：-原始頻帶=12-（2∽6）=6∽10一次上邊帶：+原始頻帶=12+（2∽6）=14∽18二次下邊帶：-原始頻帶=24-（2∽6）=18∽22二次上邊帶：+原始頻帶=24+（2∽6）=26∽30）3、帶通型信號（）的抽樣抽樣定理若n次下邊帶、(n+1)次下邊帶與原始頻帶間隔相等，則抽樣信號的頻譜：頻率成分有原始頻帶∽，的上、下邊帶。三、量化量化的概念：PAM信號（樣值）在幅度上離散化量化值量化分為均勻量化非均勻量化1、均勻量化量化特性：量化器的輸出（量化值）與量化輸入（樣值）之間是一個均勻的階梯關(guān)系。即在量化區(qū)內(nèi)（即從一U～十U）均分為N等份。均勻量化的特點——大小信號的量化間隔相等（）均勻量化的缺點——在N（或）大小適當時，均勻量化小信號的量化信噪比太小，不滿足要求，而大信號的量化信噪比較大，遠遠滿足要求為了解決這個問題，若仍采用均勻量化，則編碼復(fù)雜、信道利用率下降。解決方法——采用非均勻量化2、非均勻量化非均勻量化的宗旨——在不增大量化級數(shù)N的前提下，利用降低大信號的量化信噪比來提高小信號的量化信噪比。非均勻量化的特點——小信號的量化間隔小，大信號的量化間隔大。實現(xiàn)非均勻量化的方法·模擬壓擴法·直接非均勻編解碼法——概念（一般采用）3、量化信噪比（1）定義式：（2）均勻量化信噪比（忽略過載區(qū)內(nèi)的量化噪聲功率）曲線例、畫出的均勻量化信噪比曲線（忽略過載區(qū)內(nèi)的量化噪聲功率）。解：（3）非均勻量化信噪比（忽略過載區(qū)內(nèi)的量化噪聲功率）①A律壓縮特性oa+ab——A律壓縮特性②A律壓縮特性的非均勻量化信噪比例、畫出的A律壓縮特性的非均勻量化信噪比曲線（忽略過載區(qū)內(nèi)的量化噪聲功率）。解：(oa段：ab段：)（4）A律13折線壓縮特性P37圖2-23四、編碼與解碼1、二進制碼組及編碼的基本概念（1）二進制碼組：一般二進制碼、循環(huán)二進制碼（格雷碼）、折疊二進制碼（2）編碼的基本概念編碼是把模擬信號樣值變換成對應(yīng)的二進制碼組。2、A律13折線的碼字安排（采用折疊二進碼編碼）各量化段的電平范圍、起始電平、量化間隔P38表2-5過載電壓碼字安排（段落碼與段內(nèi)碼合在一起稱為幅度碼）極性碼段落碼段內(nèi)碼（非線性碼）（線性碼）3、A律13折線編碼方法例1：A律13折線編碼器，，一個樣值為，試將其編成相應(yīng)的碼字。例2：某A律13折線編碼器，，一個樣值為，試將其編成相應(yīng)的碼字。（注：樣值寫成，取絕對值后為）4、碼字的對應(yīng)電平（絕對值）碼字電平(編碼電平)——編碼器輸出的碼字所對應(yīng)的電平。解碼電平——解碼器的輸出電平。編碼誤差解碼誤差例：接上題求其編碼誤差與解碼誤差。編碼電平：編碼誤差：解碼電平：解碼誤差：5、逐次漸近型編碼器（1）基本結(jié)構(gòu)由兩部分組成：碼字判決與碼形成電路——編各位碼本地解碼器——產(chǎn)生判定值（2）本地解碼器①串／并變換記憶電路——將先行碼（～）的狀態(tài)反饋回來，并行輸出～?！c反饋碼的對應(yīng)關(guān)系：對于先行碼(已編好的碼)：對于當前碼(正準備編的碼)：對于后續(xù)碼(尚未編的碼)：②7／11變換7/11變換的作用——將7位非線性幅度碼～轉(zhuǎn)換為11位線性幅度碼∽。7/11變換的目的——為了產(chǎn)生判定值（若干個恒流源相加），要得到11個恒流源，所以要7/11變換。7/11變換的方法例1、某7位非線性幅度碼為1101010，將其轉(zhuǎn)換為11位線性幅度碼。解：11位線性幅度碼為01101000000B2（）6、A律13折線解碼器7/12變換的目的——編碼電平等于11個恒流源中的若干個恒流源相加,為了保證收端解碼后的量化誤差不超過，在收端應(yīng)加入的補差項,即解碼電平等于編碼電平加。而第1、2兩段的不在11個恒流源范圍內(nèi)，要增加一個恒流源，所以應(yīng)進行7/12變換。7/12變換的方法——在7/11變換的基礎(chǔ)上增加一個“1”A律13折線解碼器輸出的是解碼電平，它約等于PAM信號。例1、某7位非線性幅度碼為1101010，將其轉(zhuǎn)換為12位線性幅度碼。解：12位線性幅度碼為011010100000第4章時分多路復(fù)用及PCM30/32路系統(tǒng)4.1時分多路復(fù)用通信一、時分多路復(fù)用的概念利用各路信號在信道上占有不同時間間隔的特征來分開各路信號的。二、PCM時分多路復(fù)用通信系統(tǒng)的構(gòu)成P100發(fā)端低通濾波器的作用保持的目的抽樣門的作用——抽樣、合路。分路門的作用——分路。接收低通濾波器的作用——重建或近似地恢復(fù)原模擬語音信號。幾個概念：1幀、路時隙()、位時隙()4.2PCM30/32路系統(tǒng)PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)P106圖4-9位同步的目的——保證收端正確識別每一位碼元。幀同步的目的——保證收發(fā)兩端相應(yīng)各話路要對準。復(fù)幀同步的目的——保證收發(fā)兩端各路信令碼在時間上對準。各時隙的作用幀同步碼型及傳輸位置、復(fù)幀同步碼型及傳輸位置、30路信令碼的傳輸（標志信號的抽樣頻率、抽樣周期）[標志信號抽樣后，編4位碼{abcd}]信令碼{abcd}不能同時編為0000碼，否則就無法與復(fù)幀同步碼區(qū)分開。例1、計算PCM30/32路系統(tǒng)（）的路時隙、位時隙和數(shù)碼率。解：路時隙位時隙數(shù)碼率例2、PCM30/32路系統(tǒng)中，第25話路在哪一時隙中傳輸？第25路信令碼的傳輸位置在什么地方？解：第25話路在幀結(jié)構(gòu)中的傳輸位置為TS26第25路信令碼在幀結(jié)構(gòu)中的傳輸位置為F10幀TS16后4位碼二、PCM30/32路定時系統(tǒng)發(fā)端定時系統(tǒng)時鐘CP、位脈沖、路脈沖、復(fù)幀脈沖的頻率及作用收端定時系統(tǒng)收端時鐘的獲得——定時鐘提取三、PCM30/32路幀同步系統(tǒng)1、幀同步的實現(xiàn)方法P112對幀同步系統(tǒng)的要求幀同步建立的時間要短幀同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好2、前、后方保護（1）前方保護·作用P112·保護時間（公式）·前提狀態(tài)——同步狀態(tài)（2）后方保護·作用·保護時間（公式）·前提狀態(tài)——捕捉狀態(tài)3、幀同步系統(tǒng)的工作原理P113圖4-15四、PCM30/32路系統(tǒng)的構(gòu)成P119圖4-20差動變量器(差動系統(tǒng))的作用——2/4線轉(zhuǎn)換標志信號發(fā)輸出的有：30路信令碼、復(fù)幀同步碼和復(fù)幀對告碼第5章數(shù)字信號復(fù)接5.1準同步體系-PDH5.1.1數(shù)字復(fù)接的基本概念準同步數(shù)字體系（PDH）基本概念二、PCM復(fù)用和數(shù)字復(fù)接形成二以上的高次群的方法PCM復(fù)用——概念P123（高次群的形成一般不用——原因)數(shù)字復(fù)接——概念三、數(shù)字復(fù)接的實現(xiàn)按位復(fù)接按字復(fù)接PDH大多采用按位復(fù)接。四、數(shù)字復(fù)接的同步數(shù)字復(fù)接要解決兩個問題：·同步·復(fù)接五、數(shù)字復(fù)接的方法及系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字復(fù)接的方法·同步復(fù)接·異步復(fù)接——概念P129PDH大多采用異步復(fù)接5.1.2同步復(fù)接與異步復(fù)接一、同步復(fù)接（需要碼速變換）概念P127二、異步復(fù)接（需要碼速調(diào)整）碼速調(diào)整與恢復(fù)碼速調(diào)整和碼速變換的區(qū)別P1312、異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)異步復(fù)接二次群的幀周期為100．38μs幀長度為848bit4×205＝820bit（最少）為信息碼28bit的插入碼（最多）28bit插入碼具體安排P131表5-2各一次群在內(nèi)插入碼及信息碼分配情況第一個基群支路插入碼及信息碼分配情況如P131圖5-9(a)所示。幀結(jié)構(gòu)圖圖5-9(b)一次群碼速調(diào)整后100.38μs內(nèi)插入碼有6～7個碼速調(diào)整用的插入碼有0～1個（最多1個）插入標志碼有3個二次群1幀內(nèi)插入碼有24～28個（最多28個）碼速調(diào)整用的插入碼有0～4個（最多4個）插入標志碼有12個信息碼最少為820個插入標志碼的作用P132每個支路采用三位插入標志碼的目的5.1.3PCM零次群和PCM高次群一、PCM零次群概念——64kbit／s速率的復(fù)接數(shù)字信號。用途——一既可傳送語音亦可傳送數(shù)據(jù)。二、PCM高次群PCM高次群的形成4個二次群異步復(fù)接三次群4個三次群按位復(fù)接四次群高次群的接口碼型PCM一、二、三次群的接口碼型為HDB3碼PCM四次群的接口碼型為CMI碼5.2同步數(shù)字體系(SDH)5.2.1SDH的基本概念1、SDH的概念P1402、SDH的特點P140——最核心的特點5.2.2SDH的速率體系P141表5-45.2.3SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元終端復(fù)用器（TM）分插復(fù)用器（ADM）數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）SDH網(wǎng)元單元在SDH網(wǎng)中的連接方式，P145圖5-22，幾個概念：再生段、復(fù)用段、通道5.2.4SDH的幀結(jié)構(gòu)P146圖5-24幀周期為125μs幀長度為9×270×N個字節(jié)或9×270×N×8個比特STM-N的速率=三個主要區(qū)域及作用P147SOH、AU-PTR等的容量（速率）的計算例、由STM-1幀結(jié)構(gòu)計算出①STM-1的速率。②SOH的速率。③AU-PTR的速率。解：①STM-1的幀周期為125μs幀長度為9×270×8比特，②SOH的速率為③AU-PTR的速率為第6章數(shù)字信號傳輸6.1數(shù)字信號傳輸基本理論基帶傳輸——未經(jīng)調(diào)制變換的基帶數(shù)字信號直接在電纜信道上傳輸。頻帶傳輸——P1816.2傳輸碼型一、對基帶傳輸碼型的要求P189二、常見的傳輸碼型1、單極性不歸零碼（即NRZ碼）——不適合基帶傳輸2、單極性歸零碼（即RZ碼）——不適合基帶傳輸3、AMI碼AMI碼基本符合要求，適合作為基帶傳輸碼型。AMI碼的缺點——如果長連“0”為了克服這一缺點，引出了HDB3碼。二進碼AMI碼例、二進碼序列如下，將其轉(zhuǎn)換為AMI碼。二進碼序列：1101010011101AMI碼：+1-10+10-100+1-1+10-14、HDB3碼二進碼HDB3碼HDB3碼碼型變換規(guī)則P192HDB3碼碼型反變換的原則193例1、二進碼序列如下，將其轉(zhuǎn)換為HDB3碼。二進碼序列：10100001110000000001HDB3碼：V+解：二進碼序列10100001110000000001HDB3碼：V+-10+1B-00V-+1-1+1000V+B-00V-0+1例2、設(shè)接收到的HDB3碼如下（不包括參考點），將其還原為二進碼序列。HDB3碼：+1000+10-1+100-1000-1+100+10-1解：HDB3碼+1000+10–1+100–1000–1+100+10-1二進碼序列1000001100100000000015、CMI碼二進碼CMI碼CMI碼變換規(guī)則P193表6-1例1、二進碼序列如下，將其轉(zhuǎn)換為CMI碼。二進碼序列：1101010011101解：二進碼序列1101010011101CMI碼0011000111010001011100110100解：CMI碼1100010111010