現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用- 課件 第2章 數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)

《現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》第二章數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)第九章信息安全技術(shù)12345數(shù)字通信概述信源編碼多路復(fù)用與同步技術(shù)信道編碼數(shù)字信號的基帶傳輸6調(diào)制技術(shù)7數(shù)字通信系統(tǒng)案例8實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目理解通信系統(tǒng)的基本組成與特點(diǎn)認(rèn)識數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼技術(shù)理解數(shù)字交換技術(shù)的原理及應(yīng)用了解數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)了解數(shù)字調(diào)制技術(shù)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，形成對數(shù)字通信系統(tǒng)的體系化認(rèn)識，樹立全局觀念科技是第一生產(chǎn)力，科技發(fā)展助推社會進(jìn)步本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)本章素養(yǎng)目標(biāo)2本章摘要在數(shù)字通信初級階段發(fā)展與電報技術(shù)發(fā)展相關(guān)。在1937年，A.H.里夫斯提出脈沖編碼調(diào)制（PCM）,推動了模擬信號數(shù)字化進(jìn)程，為數(shù)字通信奠定了基礎(chǔ)。1946年，法國工程師DeLoraine提出增量脈碼調(diào)制方式（DM），目的在于簡化模擬信號的數(shù)字化方法。1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出24路電子管脈碼調(diào)制裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制的可行性。1950年，C.C.卡特勒提出DPCM編碼,簡稱差值編碼，可以提高編碼頻率。在1953年，研制出不用編碼管的反饋比較型編碼器，使輸入信號的動態(tài)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。在1962年，美國研制出晶體管24路1.544Mbit/s速率的PCM設(shè)備,廣泛使用于市話網(wǎng)局間。1.通信初級階段2．近代通信階段2.1.1數(shù)字通信發(fā)展簡史數(shù)字通信的發(fā)展利用電磁波通信的歷史可大致劃分為三個階段，1837年通信初級階段，此時期電報開始使用；1948年近代通信階段，由香農(nóng)提出信息論開始；80年代以后的現(xiàn)代通信階段，光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)開始崛起。20世紀(jì)90年代，數(shù)字通信向超高速大容量長距離方向發(fā)展，高效編技術(shù)日益成熟，語聲編碼走向?qū)嵱没?，新的?shù)字化智能終端進(jìn)一步發(fā)展。隨后，隨著數(shù)字通信的應(yīng)用范圍與應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，新的應(yīng)用業(yè)務(wù)如電子數(shù)據(jù)互換（EDI），多媒體通信等不斷涌現(xiàn)。數(shù)字通信網(wǎng)路日益向高速、寬帶、數(shù)字傳輸與綜合利用的方向發(fā)展。與移動通信的發(fā)展相配合，移動式數(shù)據(jù)通信也獲得迅速發(fā)展。同時隨著網(wǎng)路與系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，不同類型的網(wǎng)路與系統(tǒng)的互連（也包括對互連網(wǎng)路的操作與管理）的已成必然。3.現(xiàn)代通信階段2.1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信傳輸消息的載體是數(shù)字信號，需要對載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再進(jìn)行傳輸。它可傳輸電報、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等數(shù)字信號，也可傳輸經(jīng)過數(shù)字化處理的語聲和圖像等模擬信號。如數(shù)字電話系統(tǒng)、數(shù)字電視信號傳輸系統(tǒng)、數(shù)字廣播系統(tǒng)等，數(shù)字通信模型下圖所示。信源與信宿位于通信系統(tǒng)的兩端。信源：位于發(fā)送端，產(chǎn)生各種信息的信息源，負(fù)責(zé)將原始信息轉(zhuǎn)換為電信號。信宿：位于接收端，負(fù)責(zé)接收信息，將電信號轉(zhuǎn)換回原始信息。以電報通信為例，發(fā)報機(jī)作為信源，將攜帶了文字信息的摩爾斯碼轉(zhuǎn)換為脈沖信號發(fā)送出去，收報機(jī)作為信宿，將接收到的脈沖信號轉(zhuǎn)換回摩爾斯碼1.信源與信宿2.1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的組成（1）發(fā)送器發(fā)送器對信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成適合在傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘枺煌旁春蛡鬏斚到y(tǒng)，發(fā)送器具有不同的組成和信號變換功能，如對信息進(jìn)行必要的檢錯和糾錯編碼、信息放大及信息加密等。（2）接收器負(fù)責(zé)將從信道上接收信號，進(jìn)行檢錯糾錯處理后，將信息轉(zhuǎn)換為信宿可以接收的信息形式。其作用正好與發(fā)送器相反。2.發(fā)送器和接收器信道是信號的傳輸媒介，負(fù)責(zé)在發(fā)送器和接收器之間傳輸信號，信道的特性決定了信息在信道上的傳輸形式，信道的特性取決于傳輸媒介，因此按傳輸媒介進(jìn)行分類可以將通信信道分為有線信道和無線信道。（1）有線信道有線信道的傳輸媒介為電話線、網(wǎng)線、光纖、同軸電纜等導(dǎo)線。（2）無線信道無線信道的傳輸媒介為自由空間的電磁波，在通信系統(tǒng)中主要用到了無線電波和光波。無線電波按波長可分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波。如WiFi主要使用UHF頻段的2.4GHz微波和SHF頻段的5GHz微波進(jìn)行通信。微波和衛(wèi)星通信使用SHF和EHF頻段的7~38GHz微波進(jìn)行通信。3.信道2.1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的組成抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量高便于實(shí)現(xiàn)用戶間的數(shù)據(jù)交換提高通信信道利用率傳輸安全性高、保密性好數(shù)字電路設(shè)備功耗低，集成度高數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1.32.2信源編碼信源編碼是一種以提高通信有效性為目的而對信源符號進(jìn)行的變換，或者說為了減少或消除信源冗余度而進(jìn)行的信源符號變換。具體來說，通過某種方法，把信源輸出符號序列變換為最短的碼字序列，使后者的各碼元所載荷的平均信息量最大，同時又能保證無失真地恢復(fù)原來的符號序列?？梢园研旁淳幋a看做信息做“減法”的過程，提高了數(shù)字信號的有效性、經(jīng)濟(jì)性和速度，其最常見應(yīng)用形式為壓縮。莫爾斯電碼是最原始的信源編碼，ASCII碼和電報碼也都是信源編碼。在現(xiàn)代通信應(yīng)用中常見的信源編碼方式有：Huffman編碼、算術(shù)編碼、L-Z編碼，都屬于無損編碼。另外還有一些有損的編碼方式。如果是模擬信源，需要采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號數(shù)字化，再進(jìn)行壓縮編碼，減少對傳輸帶寬的占用。如GSM系統(tǒng)中先通過PCM編碼將模擬語音信號轉(zhuǎn)換成104kbps的二進(jìn)制數(shù)字碼流，再利用RPE-LTP算法對其進(jìn)行壓縮，最終輸出13kbps的碼流，壓縮比為104/13，即8:1。2.2.1模擬信號的數(shù)字化處理抽樣：把時間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間上離散、幅度連續(xù)的抽樣信號；量化：把時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度離散的數(shù)字信號；編碼：將量化后的信號編碼形成多位二進(jìn)制碼組成的碼組表示抽樣值，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。編碼后的二進(jìn)制碼組經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端，需經(jīng)過譯碼和濾波，還原為模擬信號。通信系統(tǒng)中模擬信號數(shù)字化過程一般由ADC來完成，即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號模擬化過程由DAC完成，即數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。模擬信號數(shù)字化處理包括三個過程：抽樣、量化和編碼，也稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。2.2.2音頻編碼技術(shù)1．語音編碼的性能指標(biāo)根據(jù)音頻編碼技術(shù)目標(biāo)，衡量一種音頻編碼技術(shù)的好壞的指標(biāo)包括語音質(zhì)量、編碼速率、編解碼延時和算法復(fù)雜度等，在不同場合要求下，側(cè)重點(diǎn)不同。（1）語音質(zhì)量語音的質(zhì)量與語音的帶寬有關(guān)，一般來說頻率范圍越寬，語音質(zhì)量也就越高。（2）編碼速率編碼速率指模擬信號經(jīng)過抽樣、量化和編碼之后產(chǎn)生的數(shù)字信號的信息傳輸速率，單位為比特/秒（bit/s）,也可以用“比特/樣值”表示，比特/樣值越大，即用越多的二進(jìn)制位數(shù)表示一個樣值，量化就越細(xì)，語音質(zhì)量越容易提高，但相應(yīng)地對傳輸速度、帶寬、存儲容量的要求也越高。（3）算法復(fù)雜度一般來說，編解碼算法復(fù)雜度越高，相應(yīng)提高語音質(zhì)量或降低編碼速率，但是卻提高硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，增加硬件實(shí)現(xiàn)的可能性和成本。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，一般在保持一定語音質(zhì)量的前提下盡可能降低運(yùn)算。（4）編解碼延時對語音信號的分幀處理以及復(fù)雜的算法會產(chǎn)生編解碼延時。其與傳輸延時構(gòu)成系統(tǒng)總延時音頻編碼技術(shù)的目標(biāo)是在給定編碼速率的條件下，用盡量小的編解碼延時和算法復(fù)雜度，得到盡可能好的重建音頻質(zhì)量。2.2.2音頻編碼技術(shù)2．語音編碼的分類根據(jù)編碼器的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，可將語音編碼大致分為三類：波形編碼、參量編碼和混合編碼。（1）波形編碼波形編碼是從語音信號波形出發(fā)，對波形的采樣值、預(yù)測值或預(yù)測誤差值進(jìn)行編碼。其以語音信號波形的重建為目的，使重建波形接近原始信號波形。常用的波形編碼方法包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）、增量調(diào)制（DM）、自適應(yīng)差分編碼調(diào)制（ADPCM）、子帶編碼（SBC）、自適應(yīng)變換編碼（ATC）等。（2）參量編碼參量編碼通過對語音信號的某一特征參量的提取及編碼，力圖重建一個新的與原信號聲音相似，但波形不盡相同的語音信號。線性預(yù)測編碼（LPC）是最常用的語音編碼方法。其主要用于移動通信系統(tǒng)等利用無線信道的通信設(shè)備中。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可懂度較高，但合成語音自然度不夠好，抗背景噪聲能力較差。（3）混合編碼混合編碼是在波形和參量編碼的基礎(chǔ)上提出來的，既克服了上述兩種編碼的弱點(diǎn)，又結(jié)合了它們的長處，能在中低速率上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的重建語音。常用的混合編碼包括多脈沖線性預(yù)測編碼（MP-LPC）、碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）等。3．音頻編碼的應(yīng)用GSM系統(tǒng)最初采用的音頻編碼算法稱為RPE-LPT，即規(guī)則脈沖激勵線性預(yù)測編碼；3GWCDMA音頻編碼算法采用AMR-NB，NB指窄帶，即窄帶AMR；4GVoLTE音頻編碼算法采用AMR-WB（寬帶AMR）編碼方式。2.2.3圖像編碼技術(shù)1.圖像編碼的性能指標(biāo)圖像編碼的性能指標(biāo)主要包括壓縮效率（壓縮前后編碼速率的比值）、壓縮質(zhì)量（指恢復(fù)圖像的質(zhì)量）、編解碼算法的復(fù)雜度、編解碼延時等。2.圖像編碼的分類根據(jù)編碼過程是否存在信息損耗，圖像編碼可以分為有損壓縮和無損壓縮。根據(jù)恢復(fù)圖像的準(zhǔn)確度，可以分為信息保持編碼（主要應(yīng)用于圖像的數(shù)字存儲，屬于無損壓縮）、保真度編碼（主要應(yīng)用于數(shù)字電視技術(shù)和多媒體通信領(lǐng)域，屬于有損壓縮）、特征提取編碼（主要應(yīng)用于圖像識別、分析和分類，屬于有損編碼）。根據(jù)圖像壓縮的實(shí)現(xiàn)方式，可以分為變換編碼（如離散傅里葉變換）、概率匹配編碼（如霍夫曼編碼）、預(yù)測編碼（如DPCM）等。對圖像進(jìn)行壓縮編碼之前，首先需要對圖像信號進(jìn)行抽樣和量化。由于靜止圖像信號是二維的，通常采用等間隔的點(diǎn)陣抽樣方式，即在x方向上取M點(diǎn)，在y方向上取N點(diǎn)，讀取整個圖像函數(shù)空間內(nèi)M×N個離散點(diǎn)的值，從而得到一個用樣點(diǎn)值所表示的陣列。圖像量化的基本要求為在量化噪聲足夠小的前提下，用最少的量化電平進(jìn)行量化。由于圖像數(shù)據(jù)量大、占用頻帶較寬，得到的各個像素點(diǎn)之間不獨(dú)立，圖像信號經(jīng)過抽樣、量化后，得到的數(shù)字圖像中各個像素彼此之間的相關(guān)性很大。因此圖像壓縮編碼的核心思想是消除像素點(diǎn)間數(shù)據(jù)的相關(guān)性，同時利用人眼的視覺生理特征和圖像的概率統(tǒng)計模型進(jìn)行自適應(yīng)量化編碼。2.3多路復(fù)用與同步技術(shù)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了提高線路利用率，在同一信道上傳輸互不干擾的多路信號的通信方式，稱為多路復(fù)用。多路復(fù)用技術(shù)解決多路信號組合在一條物理信道上進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}。頻分多路復(fù)用指在物理信道上按照頻率區(qū)分信號，具體來講，當(dāng)物理信道的頻率帶寬大大超過單一原始信號所需要的帶寬的情況下，可以將物理信道的總帶寬分割成多個與傳輸單個信號帶寬相同（略寬）的子信道，每個信道傳輸一路信號。多路原始信號在頻分復(fù)用前，先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊。1.頻分多路復(fù)用（FDM）2.3.1多路復(fù)用技術(shù)若物理信道能夠達(dá)到的位傳輸速率超過各路信號源所要求的的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以采用時分多路復(fù)用技術(shù)。時分多路復(fù)用是將一條物理信道按時間分為若干時間片（時隙）輪流地給多個信號使用，每一時間片（時隙）由復(fù)用的一個信號占用，這樣可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。2．時分多路復(fù)用（TDM）2.3.1多路復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用（WDM）是將兩種或多種不同光波長信號在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器（在WDM系統(tǒng)中亦稱合波器）匯合，耦合到光線路的同一根光纖中各自傳輸信息的技術(shù)；在接收端經(jīng)解復(fù)用器（分波器）分離出不同波長的光信號。實(shí)際就是將電的頻分多路復(fù)用技術(shù)用于光纖信道，區(qū)別在于WDM使用光調(diào)制解調(diào)設(shè)備將不同信道的信號調(diào)制成不同波長的光，并復(fù)用到光纖通道上，在接收端使用波分設(shè)備分離出不同的波長的光。3．波分多路復(fù)用（WDM）2.3.1多路復(fù)用技術(shù)碼分多路復(fù)用技術(shù)是用一組包含互相正交的碼字的碼組攜帶多路信號，各路信號的碼元采用不同的編碼，發(fā)送端各路信號可以占用全部頻帶，在同一時間發(fā)送，靠信號的不同波形來區(qū)分各個用戶，抗干擾性強(qiáng)。在接收端，只能用相匹配的接收機(jī)才能識別出相符合的信號，不同碼型的信號因?yàn)榻邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)，此時這些信號相當(dāng)于噪聲和干擾信號。碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無線通信系統(tǒng)，特別是移動通信系統(tǒng)。它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量。4.碼分多路復(fù)用（CDM）2.3.1多路復(fù)用技術(shù)在復(fù)接過程中各支路的數(shù)字信號在高次群中有3種復(fù)接方法（1）按位復(fù)接按位復(fù)接每次只依次復(fù)接每個支路的一位碼，所以又稱為比特復(fù)接。即復(fù)接高速流依次取各支路的第1位碼后，再循環(huán)取各支路以后的各位碼。（2）按路復(fù)接對于PCM基群而言，一個路時隙有8bit，復(fù)接時先將8bit寄存起來，在規(guī)定時間內(nèi)8bit一次復(fù)接，即依次取各支路的一時隙（8bit）以后．再循環(huán)取各支路以后的各個時隙。（3）按幀復(fù)接按幀復(fù)接是指每次復(fù)接一個支路的一幀數(shù)碼，即各路的第一幀依次取過以后，再循環(huán)取以后的各個幀。1．?dāng)?shù)字復(fù)接方法2.3.2數(shù)字復(fù)接技術(shù)按照復(fù)接時各低次群時鐘的情況，復(fù)接方式可分為同步復(fù)接、異步復(fù)接與準(zhǔn)同步復(fù)接。（1）同步復(fù)接同步復(fù)接方式中各個輸入支路的時鐘統(tǒng)一由同一個時鐘提供，即指各個支路的時鐘頻率完全相同的復(fù)接方式。（2）異步復(fù)接異步復(fù)接指復(fù)接信號時鐘不是同時鐘源、且沒有統(tǒng)一的標(biāo)稱頻率或相應(yīng)的數(shù)量關(guān)系的各個支路進(jìn)行復(fù)接的復(fù)接方式。（3）準(zhǔn)同步復(fù)接準(zhǔn)同步復(fù)接是指參與復(fù)接的各個低次群時鐘異源，但各支路的時鐘在一定的容差范圍內(nèi)。該方式在復(fù)接前必須將各支路的碼速都調(diào)整到規(guī)定值后才能復(fù)接，是目前使用最廣泛的一種復(fù)接方式2．?dāng)?shù)字復(fù)接方式2.3.2數(shù)字復(fù)接技術(shù)國際電信聯(lián)盟（ITU）推薦了兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級，如表所示。3．?dāng)?shù)字復(fù)接系列2.3.2數(shù)字復(fù)接技術(shù)同步指使系統(tǒng)的收發(fā)兩端步調(diào)在時間和頻率保持一致。（1） 載波同步載波同步用于數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)中，相干解調(diào)需要在接收端恢復(fù)出與發(fā)送端載波同頻并與其相位保持某種特定關(guān)系的相干載波，在接收端獲得這一載波的過程稱為載波同步。載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的首要條件。（2） 位同步位同步也稱為比特同步或碼元同步，比特是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，如二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)中的“0”和“1”，分別占用一比特單位。位同步指收發(fā)雙方的位定時脈沖信號頻率相等且相位符合某種特定關(guān)系。（3） 幀同步幀同步也稱為群同步，幀同步指通信雙方的幀定時信號頻率相等且相位符合某種特定關(guān)系。（4）網(wǎng)同步網(wǎng)同步指通信網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的時鐘頻率相等，即節(jié)點(diǎn)時鐘同步。1．同步的概念及分類2.3.3同步技術(shù)按傳輸同步信息方式的不同，同步方式可分為外同步法和自同步法。（1） 外同步法外同步法由發(fā)送端傳輸獨(dú)立的同步信號，因此要付出額外的功率及占用一定的頻帶資源，一般應(yīng)用在幀同步中。（2） 自同步法在自同步法中，發(fā)送端不需要專門發(fā)送同步信息，同步信息由接收端設(shè)法從所收的信號中提取，因此不需要付出額外的功率。該方法多用于載波同步中。2.同步方式2.3.3同步技術(shù)2.4.1信道編碼信道編碼，也被叫做差錯控制編碼，是目前現(xiàn)代通信當(dāng)中的基礎(chǔ)。由于在實(shí)際信道中的傳輸特性影響，及不可避免的噪聲和干擾，發(fā)送的碼字和接收的碼字之間不可避免存在差異及發(fā)生錯誤，影響傳輸系統(tǒng)的可靠性。信道編碼的目的是改善通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，提高系統(tǒng)可靠性?；舅枷胧歉鶕?jù)一定的規(guī)則在要傳輸?shù)男畔⒋a中增加一些冗余符號，即對傳輸信號做“加法”的過程，以保證傳輸過程的可靠性。信道編碼的任務(wù)是構(gòu)造具有最小冗余成本的“良好代碼”，以獲得最大的抗干擾性能。通過信道編碼，對傳輸數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)的處理，使得系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，極大避免誤碼的發(fā)生，因此也稱為差錯控制。（1） 按照編碼的不同功能進(jìn)行分類檢錯碼：能發(fā)現(xiàn)錯誤，能檢錯但無糾錯能力糾錯碼：能檢測錯誤同時還具有糾正誤碼的能力糾刪碼：具有糾錯功能，同時對不可糾正的碼元進(jìn)行簡單的刪除（2） 按照信息碼元和附加監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系分類線性碼：兩者之間的關(guān)系為線性關(guān)系（即滿足一組線性方程）非線性碼：兩者之間無線性關(guān)系（3） 按照信息碼元和附加監(jiān)督碼元之間的約束關(guān)系分類分組碼：監(jiān)督碼元僅與本組的信息有關(guān)。卷積碼：監(jiān)督碼元與本組信息有關(guān)，也與之前碼組的信息有約束關(guān)系，各組信息具有相關(guān)性，其性能優(yōu)于分組碼。（4） 按信息碼元在編碼前后原形式是否保持分類系統(tǒng)碼：信息碼元和監(jiān)督碼元在分組內(nèi)有確定的位置，原形式保持。非系統(tǒng)碼：信息碼元改變了原來的信號形式，信息位發(fā)生了改變，給觀察和譯碼帶來麻煩，較少應(yīng)用。1.差錯控制編碼的分類2.4.2差錯控制編碼常用的差錯控制方式主要有四種，分別為前向糾錯（FEC）、檢錯重發(fā)（ARQ）、反饋校驗(yàn)（IRQ）和混合糾錯（HEC）。（1）前向糾錯（FEC）發(fā)送端對信息碼元進(jìn)行編碼處理，使發(fā)送的碼組具備糾錯能力，接收端經(jīng)譯碼能自動發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸中出現(xiàn)的錯誤，因此該方式不需要反向信道。（2）檢錯重發(fā)（ARQ）發(fā)送端經(jīng)過編碼后發(fā)出能夠檢錯的碼組，接收端收到后，若檢測出錯誤，則通過反向信道通知發(fā)送端重發(fā)，發(fā)送端將信息再次重發(fā)，直至接收端確認(rèn)收到正確信息為止。（3）反饋校驗(yàn)（IRQ）方式反饋校驗(yàn)方式下，接收端將收到的信息碼元原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，發(fā)送端與發(fā)送的碼元相比較。若發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā)。（4）混合糾錯（HEC）混合糾錯是FEC和ARQ兩種方式的結(jié)合，在錯誤較少時，具備自動糾錯能力，當(dāng)錯誤超出糾錯范圍時，進(jìn)行重發(fā)2．差錯控制方式2.4.2差錯控制編碼基帶是指消息轉(zhuǎn)換而來的原始信號所占有的頻帶，未對基帶信號的頻譜進(jìn)行搬移的傳輸方式稱為基帶傳輸?；鶐鬏斠话阌糜诠I(yè)生產(chǎn)中，是一種很老的傳輸方式。從數(shù)字終端產(chǎn)生的未對載波調(diào)制的待傳信號稱為基帶信號，用基帶信號直接在通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸稱為基帶傳輸?；鶐盘柕念l率一般較低，所包含的頻譜成分很快，其高限頻率和低限頻率之比通常遠(yuǎn)大于1，但用于基帶傳輸?shù)男诺朗怯邢薜?，因此需將信號的帶寬限制在某一范圍?nèi)。相對的，將基帶信號的頻譜搬移到較高的頻帶，即用基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制后再進(jìn)行傳輸，則稱為通帶傳輸。選用基帶傳輸或通帶傳輸，與信道的適用頻帶有關(guān)?；鶐鬏斚到y(tǒng)的組成主要由碼波形變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和取樣判決器等5個功能電路組成2.5.1基帶傳輸?shù)幕靖拍钤诨鶐鬏斚到y(tǒng)中，傳輸碼型由碼波形變換器產(chǎn)生。（1）歸零碼及不歸零碼歸零碼編碼方法是用窄脈沖代表“1”碼，無脈沖代表“0”碼；不歸零碼是在一個碼周期內(nèi)維持一種電平，如高電平代表“1”，低電平代表“0”。（2）傳號差分碼傳號差分碼編碼方法是用電平的變化來代表“1”(稱“1”為傳號)，電平不變代表“0”。差分碼用于信號傳輸中高低電平會反轉(zhuǎn)的場合。（3）雙相碼雙相碼又稱分相碼或曼徹斯特碼，用10組合代表“1”，01組合代表“0”。雙相碼的優(yōu)點(diǎn)是沒有直流分量，可用要求不高的交流耦合電路；0與1過渡頻繁，有利于恢復(fù)定時信號等。缺點(diǎn)是傳輸碼速加倍，所需頻帶加寬。（4）傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）用窄的正脈沖或負(fù)脈沖代表“1”，無脈沖代表“0”，正、負(fù)脈沖交替出現(xiàn)。交替?zhèn)魈柗崔D(zhuǎn)碼的優(yōu)點(diǎn)是沒有直流分量，可利用正、負(fù)脈沖交替規(guī)律來監(jiān)視誤碼；缺點(diǎn)是處于長“0”時，恢復(fù)定時信號困難。2.5.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型碼間干擾指由于信道特性不理想，波形失真比較嚴(yán)重時，可能出現(xiàn)前面幾個碼元的波形同時串到后面，對后面某一個碼元的抽樣判決產(chǎn)生影響。眼圖對于展示數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的性能提供了很多有用的信息：可以看出碼間串?dāng)_的大小和噪聲的強(qiáng)弱。眼圖“眼睛”張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱?！把劬Α睆埖脑酱?，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越??；反之表示碼間串?dāng)_越大。1．碼間串?dāng)_2.5.3眼圖為了定性測量系統(tǒng)的性能衡量基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串?dāng)_和噪聲對系統(tǒng)性能的影響，這就是眼圖分析法。眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形可以用示波器觀測到信號的眼圖，通過眼圖可以獲取到的信息如下：（1）最佳抽樣時刻應(yīng)在“眼睛”張開最大的時刻。（2）對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對定時誤差就越靈敏。（3）在抽樣時刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號畸變。（4）眼圖中央的橫軸位置應(yīng)對應(yīng)判決門限電平。（5）在抽樣時刻上，上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應(yīng)電平的噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯誤判決。（6）對于利用信號過零點(diǎn)取平均來得到定時信息的接收系統(tǒng)，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點(diǎn)位置的變動范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。2．眼圖形成原理2.5.3眼圖無線通信是用空間輻射的方式傳送信號的，由電磁波理論可以知道：天線尺寸為被輻射信號波長的十分之一甚至更大，信號才能被有效地輻射。如果不經(jīng)過調(diào)制直接在空間發(fā)送這個單音信號，需要的天線尺寸至少要幾公里，顯然，實(shí)際上根本不會制造出這樣的天線來傳輸單音信號。通過調(diào)制將較低信號頻譜搬移到較高的頻率范圍，這樣天線尺寸更小，信號很容易以電磁波形式輻射出去。1．無線通信2.6.1調(diào)制的作用調(diào)制是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，使其適合信道傳輸?shù)倪^程。實(shí)質(zhì)是將基帶信號的頻譜搬移至適合傳輸?shù)念l帶上，同時提高信號的抗干擾能力。反之，解調(diào)是將被搬移信號的頻譜恢復(fù)回原始基帶信號的過程。調(diào)制和解調(diào)是各類通信系統(tǒng)的主要技術(shù)。在通信技術(shù)中，載波指一個用來搭載原始信號（信息）的信號，其不含任何有用信息，用來控制高頻載波參數(shù)的基帶信號稱為調(diào)制信號；被調(diào)制信號調(diào)制過的高頻電振蕩稱為已調(diào)波或已調(diào)信號。有線通信要通過調(diào)制將信號頻譜搬移到合適的頻率范圍內(nèi)，以滿足有線信道的頻率要求。以電話通信為例。電話線允許頻率低于3400Hz的信號直接通過。電話和傳數(shù)據(jù)（上網(wǎng)）不能同時進(jìn)行。此時可以利用調(diào)制技術(shù)，電話線的低頻部分仍然傳送話音，數(shù)據(jù)調(diào)制至高頻部分進(jìn)行傳送，互不干擾。實(shí)際上ADSL就是這么做的。2．有線通信（1）調(diào)制方式按照調(diào)制信號的性質(zhì)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制：調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）數(shù)字調(diào)制：振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK）和差分移相鍵控(DPSK）等。（2）按照載波的形式分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制：脈幅調(diào)制（PAM）、脈寬調(diào)制（PWM）、脈頻調(diào)制（PFM）、脈位調(diào)制（PPM）、脈碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制（ΔM）。（3）按照傳輸特性，調(diào)制方式分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。廣義的線性調(diào)制，是指已調(diào)波中被調(diào)參數(shù)隨調(diào)制信號成線性變化的調(diào)制過程。狹義的線性調(diào)制，是指把調(diào)制信號的頻譜搬移到載波頻率兩側(cè)而成為上、下邊帶的調(diào)制過程。此時只改變頻譜中各分量的頻率，但不改變各分量振幅的相對比例，使上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號的頻譜相同，下邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)則是調(diào)制信號頻譜的鏡像。狹義的線性調(diào)制有調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制(SSB）。非線性調(diào)制包含頻率調(diào)制（FM）及相位調(diào)制（PM）。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)有正交幅度調(diào)制（QAM）、高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制及正交頻分復(fù)用（OFAM）等。2.6.2調(diào)制方式2.7

數(shù)字通信系統(tǒng)案例案例：某智慧小區(qū)項(xiàng)目案例某智慧小區(qū)項(xiàng)目總建筑面積約95.8萬㎡，總投資19.6億元，建設(shè)包含54棟住宅、12棟商業(yè)樓、1棟創(chuàng)業(yè)中心和社區(qū)服務(wù)中心、幼兒園等，是全國最大的采用產(chǎn)業(yè)化方式建造的住宅小區(qū)項(xiàng)目，如圖2.17所示。該項(xiàng)目由某地產(chǎn)B、C兩個地塊，建設(shè)方為保證項(xiàng)目質(zhì)量及品質(zhì)，分別在前期土建、管路、弱電系統(tǒng)等方案設(shè)計論證，中期施工及后期驗(yàn)收階段均保證最高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格要求每一個環(huán)節(jié)，保證向業(yè)主交付精品工程。某地產(chǎn)B、C地塊智能化系統(tǒng)包含綜合布線系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、停車場車牌識別系統(tǒng)、周界電子脈沖圍欄系統(tǒng)、紅外入侵報警系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、電梯五方通話(僅布線)系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)、強(qiáng)電消防巡檢系統(tǒng)、機(jī)房建設(shè)等系統(tǒng)。2.7.2項(xiàng)目需求案例：某智慧小區(qū)項(xiàng)目案例該項(xiàng)目智能化方案前期設(shè)計中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、停車場車牌識別系統(tǒng)均采用業(yè)界最先進(jìn)的數(shù)字化方案，通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)承載各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，除節(jié)省傳輸環(huán)節(jié)線材、管路及人工外，更有利于智能化系統(tǒng)統(tǒng)一界面管理，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)互相聯(lián)動，進(jìn)而提高物業(yè)日常運(yùn)營管理效率，降低管理人員操作難度等；此次項(xiàng)目中所涉及B、C兩個地塊的所有樓棟。主要提供1層室外走道、公共活動場所、綠地區(qū)域、各樓棟單元電梯間、電梯轎廂、負(fù)1層停車場等區(qū)域的實(shí)時視頻監(jiān)控、樓宇對講系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、停車場車牌識別系統(tǒng)，通過科技手段為主的技防和以人為主的人防相結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)該住宅區(qū)信息化建設(shè)，提升管理服務(wù)水平。一套好的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于現(xiàn)時代住宅小區(qū)日常管理、業(yè)主日常生活是至關(guān)重要的。因此，地產(chǎn)開發(fā)商經(jīng)過眾多方案比較后選擇PoE供電傳輸技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案。2.7.3項(xiàng)目解決方案該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案分為核心、匯聚、接入三級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，核心層由1臺RZ7000-6P-SC小區(qū)網(wǎng)核心交換機(jī)，配備2塊主控引擎板卡、1塊RZ70-24GS8TS、1塊RZ70-24GT8TS業(yè)務(wù)板卡組成，做核心數(shù)據(jù)集中交換。匯聚層采用RZ4400-48D-8T上聯(lián)萬兆三層交換機(jī)做每棟樓視頻數(shù)據(jù)匯聚及轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，同時也用于樓宇對講系統(tǒng)的單元門口機(jī)及部分室內(nèi)機(jī)接入、公共廣播系統(tǒng)的匯聚設(shè)備；通過每棟樓布設(shè)到監(jiān)控機(jī)房的光纖光纜，將各種數(shù)據(jù)傳輸至核心層設(shè)備。接入層采用HR-SPL3110-2F、HR-SPL3122-2C2F、HR-SPL3130-2C2F全千兆管理型PoE智能運(yùn)維交換機(jī)，通過國標(biāo)超5類雙絞線給前端?？低?00萬半球、400萬槍機(jī)及高速球機(jī)等設(shè)備供電及傳輸數(shù)據(jù)。所有監(jiān)控設(shè)備由?？礜VR進(jìn)行統(tǒng)一管理存儲、視頻轉(zhuǎn)發(fā)及解碼上墻。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理方面，優(yōu)力普智能標(biāo)識運(yùn)維系統(tǒng)提供了智能開局，LCD可視，智能運(yùn)維，移動運(yùn)維四大核心功能。能夠減少該項(xiàng)目智能化系統(tǒng)日常管理維護(hù)的工作量，降低技術(shù)門檻，提高運(yùn)維管理效率，提升用戶滿意度，滿足了甲方提出的多項(xiàng)需求。2.7.3項(xiàng)目解決方案優(yōu)力普（三代）可視PoE交換機(jī)具備超長距離300米10Mbps供電傳輸技術(shù)（采用配套專用線可達(dá)360米），增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。PD-Alive掉線自連功能，實(shí)時檢測網(wǎng)絡(luò)連接情況，開啟“掉線自連”功能后，能夠及時自動重啟掉線設(shè)備，極大地降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。PoE交換機(jī)配合PoE門禁供電模塊直接為門禁主機(jī)、磁力鎖及開門按鈕供電和傳輸信號，極大的簡化了門禁系統(tǒng)的部署施工，同時降低成本。2.7.3項(xiàng)目解決方案小區(qū)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.7.4項(xiàng)目優(yōu)勢及成效案例：某智慧小區(qū)項(xiàng)目案例智能標(biāo)識管理系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)勢如下。1）全網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一運(yùn)維管理，全景拓?fù)渥詣由伞Ｐ^(qū)智能化系統(tǒng)子系統(tǒng)多、終端種類繁雜、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大。智能標(biāo)識管理系統(tǒng)提供多系統(tǒng)統(tǒng)一管理，一張物理網(wǎng)絡(luò)承載計算機(jī)網(wǎng)、通信網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)，業(yè)務(wù)邏輯隔離，平臺自帶網(wǎng)閘功能，在保障內(nèi)網(wǎng)安全前提下，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)統(tǒng)一管理，節(jié)省投資成本。運(yùn)維平臺自動生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，全網(wǎng)架構(gòu)清晰可見，故障快速精準(zhǔn)定位。2）基于統(tǒng)一的信息集成平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息一體化、運(yùn)行監(jiān)控一體化、維護(hù)管理一體化。通過統(tǒng)一管理平臺對小區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，防患設(shè)備故障隱患，提高小區(qū)管理效率，使整體系統(tǒng)具有信息匯聚、資源共享及協(xié)同管理的綜合應(yīng)用功能；并具有為小區(qū)主體業(yè)務(wù)提供高效的信息化運(yùn)行服務(wù)及完善的支持輔助功能。2.7.5項(xiàng)目推薦機(jī)型案例：某智慧小區(qū)項(xiàng)目案例（1）RZ7000-6P-SC園區(qū)網(wǎng)核心交換機(jī)（2）RZ4400-48D-8T上聯(lián)萬兆三層交換機(jī)（3）HR-SPL3110-2F、HR-SPL3122-2C2F、HR-SPL3130-2C2F全千兆管理型PoE智能運(yùn)維交換機(jī)9.5實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目1.目的要求：（1）了解常用信號的波形及特點(diǎn)；（2）了解常用信號的相關(guān)參數(shù)。2.實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備：（1）函數(shù)信號發(fā)生器；（2）雙蹤示波器。3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容（1）觀察常用信號，如：正玄波、方波、三角波；（2）用示波器測量信號，讀取信號的幅度和頻率，并記錄。4.實(shí)訓(xùn)步驟（1）將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端與雙蹤示波器的探頭相連。（2）打開函數(shù)信號發(fā)生器電源（3）用雙蹤示波器觀察輸出波形的幅度、頻率及周期。（4）撰寫實(shí)驗(yàn)報告1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忸l分復(fù)用的原理和作用。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器（1）THKSS-A/B/C/D/E型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱;（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)KSS10;（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)KSS11;（4）雙蹤示波器。3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）使用模擬乘法器構(gòu)成幅度調(diào)制解調(diào)（2）頻分復(fù)用實(shí)驗(yàn)。4.實(shí)驗(yàn)步驟（1）調(diào)節(jié)調(diào)制模塊（2）調(diào)節(jié)解調(diào)模塊（2）用雙蹤示波器觀察“解調(diào)輸出1”和“解調(diào)輸出2”的波形，并且分別與音頻信號1和音頻信號2對比。（3）撰寫實(shí)驗(yàn)報告實(shí)訓(xùn)一：常用信號的觀察項(xiàng)目二：頻分復(fù)用實(shí)驗(yàn)(FDM)2.8本章小結(jié)序號知識點(diǎn)內(nèi)容1數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是通信網(wǎng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)中被傳輸?shù)摹皵?shù)據(jù)”是二進(jìn)制代碼0和1，也稱為“碼元”。數(shù)據(jù)通信的目標(biāo)和任務(wù)是要準(zhǔn)確傳輸二進(jìn)制代碼比特序列。數(shù)據(jù)通信的基本目的是在接受方與發(fā)送方之間交換信息。2信源編碼信源編碼是一種以提高通信有效性為目的而對信源符號進(jìn)行的變換，或者說為了減少或消除信源冗余度而進(jìn)行的信源符號變換。3模擬信號的數(shù)字化處理模擬信號數(shù)字化處理包括三個過程：抽樣、量化和編碼，也稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。

4音頻編碼技術(shù)音頻編碼技術(shù)的目標(biāo)是在給定編碼速率的條件下，用盡量小的編解碼延時和算法復(fù)雜度，得到盡可能好的重建音頻質(zhì)量。5圖像編碼技術(shù)根據(jù)編碼過程是否存在信息損耗，圖像編碼可以分為有損壓縮和無損壓縮；根據(jù)恢復(fù)圖像的準(zhǔn)確度，可以分為信息保持編碼、保真度編碼、特征提取編碼；根據(jù)圖像壓縮的實(shí)現(xiàn)方式，可以分為變換編碼（