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《課程名稱》課件第1章通信系統(tǒng)概述第2章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章數(shù)字基帶傳輸《通信原理》課件第7章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理《課程名稱》課件第1章通信系統(tǒng)概述第2章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章數(shù)字基帶傳輸《通信原理》課件第7章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理

1.1

通信的基本概念1.2

通信系統(tǒng)的組成1.3

信息及其度量1.4

通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.5

通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信的基本概念1.1

通信（communication），就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進(jìn)行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。利用“電”來傳遞消息的通信方法稱為電信(Telecommunication)，這種通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn)，且?guī)缀醪皇軙r(shí)間、地點(diǎn)、空間、距離的限制，因而得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1．消息

我國(guó)古代就把客觀世界的變化，把它們的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)局，把它們的枯榮、聚散、沉浮、升降、興衰、動(dòng)靜、得失等等變化中的事實(shí)稱之為“消息”。只是到了近代才逐漸成為一種固定的新聞?shì)d體，所以“消息”又叫新聞。在日常生活中，把關(guān)于人或事物的報(bào)道稱為消息。通信的目的是傳輸含有信息的消息。在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖歉鞣N各樣的消息，而這些被傳送的消息有著各種不同的形式。例如：文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、語(yǔ)言、音符、圖片、圖像等。2．信息1948年，美國(guó)數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人仙農(nóng)在題為“通訊的數(shù)學(xué)理論”的論文中指出：“信息是用來消除隨機(jī)不定性的東西”。1948年，美國(guó)著名數(shù)學(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納在《控制論》一書中，指出：“信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量。”信息是指消息中包含的有意義的內(nèi)容，它是通過消息來表達(dá)的，消息是信息的載體。3．信號(hào)信號(hào)是消息的物理載體。在通信系統(tǒng)中信號(hào)以電（或光）的形式進(jìn)行處理和傳輸。信號(hào)基本上可分為兩大類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。如果信號(hào)的幅度隨時(shí)間作連續(xù)的、隨機(jī)的變化，稱為模擬信號(hào)。如果信號(hào)的幅度隨時(shí)間的變化只具有離散的。有限的狀態(tài)，稱為數(shù)字信號(hào)。4．電信ITU對(duì)電信的定義是：利用有線、無線、光或者其他電磁系統(tǒng)傳輸、發(fā)射或接收符號(hào)、文字、圖像、聲音或其它任何形式的信息。通信系統(tǒng)的組成1.21.2.2

模擬通信系統(tǒng)的模型1.2.1

通信系統(tǒng)的模型1.2.3

數(shù)字通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型1.2.11．信源信源是指信息源，信息的發(fā)送者。

2．發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備是許多電路與系統(tǒng)的總稱，其作用是將信源輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，變換成適合在信道上傳送的信號(hào)，送往信道3．信道和噪聲源信道是信號(hào)傳輸?shù)耐罚渥饔檬菍碜园l(fā)送端的信號(hào)發(fā)送到接收端。噪聲來源于三個(gè)方面：一是通信設(shè)備內(nèi)部由于電子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱噪聲；二是來自外部的噪聲；三是由于信道特性（幅頻和相頻特性）不理想，使得傳輸?shù)男盘?hào)變形失真而產(chǎn)生的干擾。模擬通信系統(tǒng)的模型1.2.2

模擬通信系統(tǒng)傳輸連續(xù)的模擬信號(hào)，占用帶寬窄，如每路語(yǔ)音信號(hào)帶寬僅為4kHz。在信號(hào)的傳輸過程中，噪聲疊加于信號(hào)之上，并隨傳輸距離的增加而加強(qiáng)，在接收端很難將信號(hào)和噪聲分離，系統(tǒng)的抗干擾能力較弱且不適于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型1.2.31．信源編碼器與信源譯碼器信源編碼器是將信源送出的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)處理，產(chǎn)生周期性符號(hào)序列，使其變成合適的數(shù)字編碼信號(hào)。信源譯碼器實(shí)現(xiàn)信源編碼的逆過程，即解壓縮和數(shù)/模轉(zhuǎn)換。2．加密器與解密器加密器主要用于需要保密的通信系統(tǒng)。加密處理的過程是采用復(fù)雜的密碼序列，對(duì)信源編碼輸出的數(shù)碼序列進(jìn)行人為“擾亂”。解密器實(shí)現(xiàn)的是加密器的逆過程，即從加密的信息中恢復(fù)出原始信息。3．信道編碼器與信道譯碼器信道編碼是為了提高數(shù)字傳輸?shù)目煽啃?，?duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)采用的差錯(cuò)控制技術(shù)，也稱為差錯(cuò)控制編碼。信道譯碼器完成信道編碼器的逆過程，即從編碼的信息中恢復(fù)出原始信息。4．?dāng)?shù)字調(diào)制器與數(shù)字解調(diào)器

數(shù)字調(diào)制器將數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。數(shù)字解調(diào)器完成數(shù)字調(diào)制器的逆過程，即將收到的頻帶信號(hào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)（1）抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)，無噪聲積累。（2）便于加密處理，保密性強(qiáng)。（3）差錯(cuò)可控。（4）利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對(duì)信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和交換。（5）便于集成化，使通信設(shè)備微型化。數(shù)字通信系統(tǒng)缺點(diǎn)（1）數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬。（2）對(duì)同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。1．信息量定義傳輸信息的多少用“信息量”來衡量。概率論告訴我們，事件的不確定程度，可以用其出現(xiàn)的概率來描述。即事件出現(xiàn)的可能性越小，則概率就越小，反之，則概率就越大。信息及其度量1.3設(shè)信源是由q個(gè)離散符號(hào)（事件）組成的集合。每個(gè)符號(hào)的發(fā)生是相互獨(dú)立的，第I個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率是，且滿足非負(fù)、歸一性，即，，則第i個(gè)符號(hào)含有的信息量為2．熵的概念若各符號(hào)的出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，即信源是無記憶的，則平均每符號(hào)的信息量為【例1.3.1】一離散信源由0、1、2、3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某信息1022，0102，0130，2130，2120,3210,1003,2101,0023,1020,0201,0312,0321,0012,0210的信息量。通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.41.4.2

通信方式1.4.1

通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類1.4.11．按信號(hào)特征分類模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)2．按通信業(yè)務(wù)分類電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等3．按調(diào)制方式分類基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)4．按傳輸媒介分類有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)

5．按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）和波分復(fù)用（WDM）。通信方式是指信息在信道上傳送所采取的方式。如按信息碼元傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃椴⑿袀鬏敽痛袀鬏?；如按信息傳輸?shù)耐椒绞娇煞譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏?；如按信息傳輸?shù)牧飨蚝蜁r(shí)間關(guān)系可分為單工、半雙工和全雙工傳輸。通信方式1.4.21．并行傳輸與串行傳輸（1）并行傳輸并行傳輸指的是信息碼元以成組的方式，在多條并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。并行傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是：①系統(tǒng)采用多個(gè)信道并行傳輸，一次傳送一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方不存在字符同步問題，不需要額外的措施來實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方的字符同步。②傳輸速度快，一位（比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)字符。并行傳輸?shù)闹饕秉c(diǎn)是：①通信成本高。每位傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道支持，因此，如果一個(gè)字符包含8個(gè)二進(jìn)制位，則并行傳輸要求8個(gè)獨(dú)立的信道的支持。②不支持長(zhǎng)距離傳輸。由于信道之間的電容感應(yīng)，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可靠性較低，因此較少使用。適于在一些設(shè)備之間的距離較近時(shí)采用，例如，計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。（2）串行傳輸串行傳輸指的是組成字符的若干位二進(jìn)制碼排列成數(shù)據(jù)流以串行的方式在一條信道上傳輸。（1）需外加同步措施。（2）串行傳輸只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，是目前主要采用的遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)一種傳輸方式。2．同步傳輸與異步傳輸（1）異步傳輸異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，發(fā)送每一個(gè)字符代碼時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，長(zhǎng)度為1個(gè)碼元長(zhǎng)度，極性為“0”，表示一個(gè)字符的開始；后面加上一個(gè)終止位，長(zhǎng)度為1、1.5或2個(gè)碼元長(zhǎng)度。異步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)字符同步比較簡(jiǎn)單，收、發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格同步。缺點(diǎn)是對(duì)每個(gè)字符都需加入起始位和終止位（即增加2bit~3bit），降低了傳輸效率。（2）同步傳輸同步傳輸是以固定的時(shí)鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的，因此在一個(gè)串行信息流中，各信號(hào)碼元之間的相對(duì)位置是固定的（即同步）。兩種同步方式，即字符同步和幀同步。同步傳輸方式與異步傳輸方式相比，由于它發(fā)送每一個(gè)字符時(shí)不需要對(duì)每個(gè)字符單獨(dú)加起始位和終止位，只是在一串字符的前后加上標(biāo)志序列，故具有較高的傳輸效率，但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜3．單工、半雙工和全雙工傳輸通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1.51.5.2

數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.1

模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1．有效性指標(biāo)對(duì)于模擬通信系統(tǒng)來說，信號(hào)傳輸?shù)挠行酝ǔ？捎糜行鬏旑l帶來衡量，即在指定信道內(nèi)所允許同時(shí)傳輸?shù)淖畲笸窋?shù)。

2．可靠性指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)目煽啃酝ǔ２捎媒邮斩溯敵鲂旁氡龋⊿/N）來衡量。模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.11．有效性指標(biāo)（1）碼元傳輸速率（RB）定義：每秒傳輸信號(hào)碼元的數(shù)目，又稱調(diào)制速率、符號(hào)速率、波特率。單位：波特（Baud），簡(jiǎn)寫為B或Bd，用符號(hào)RB表示。如果信號(hào)碼元持續(xù)時(shí)間（時(shí)間長(zhǎng)度）為T（單位為s），那么，碼元傳輸速率公式為：數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.2（2）信息傳輸速率（Rb）定義：每秒傳輸?shù)男畔⒘?。單位：比?秒（bit/s），用符號(hào)Rb表示。（3）頻帶利用率（）【例1.5.1】某二進(jìn)制系統(tǒng)1分鐘傳送了18000bit信息。問：（1）其碼元傳輸速率和信息傳輸速率各為多少？（2）若改用八進(jìn)制傳輸，則碼元傳輸速率和信息傳輸速率各為多少？2．可靠性指標(biāo)（1）誤碼率（Pe）定義：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的碼元數(shù)目與所傳輸?shù)目偞a元數(shù)目之比，即傳錯(cuò)碼元的概率。記為：（2）誤比特率（Pb）定義：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的信息比特?cái)?shù)目與所傳輸?shù)目傂畔⒈忍財(cái)?shù)之比，即傳錯(cuò)信息比特的概率，也稱誤信率。記為：（3）誤字符率或誤碼組率定義：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的字符（碼組）數(shù)與所傳輸?shù)目傋址ùa組）數(shù)之比，即傳錯(cuò)字符（碼組）的概率。記為：【例1.5.2】在強(qiáng)干擾環(huán)境下，某電臺(tái)在5min內(nèi)共接收到正確信息量355kbit，假設(shè)系統(tǒng)信息傳輸速率為1200bit/s。問：（1）系統(tǒng)的誤信率是多少？（2）若具體指出系統(tǒng)所傳數(shù)字為四進(jìn)制信號(hào)，其誤信率是否改變？為什么？謝

謝！

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2.1

信號(hào)概述2.2

確知信號(hào)分析2.3

隨機(jī)信號(hào)分析信號(hào)概述2.12.1.1

信號(hào)的概念2.1.2

信號(hào)的分類2.1.3

幾種常見信號(hào)2.1.4

信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析

信號(hào)就是用于描述、記錄或傳輸?shù)南?或者說信息)的任何對(duì)象的物理狀態(tài)隨時(shí)間的變化過程。簡(jiǎn)單而言，信號(hào)就是載有一定信息(或消息)的一種變化著的物理量。也可說，信號(hào)就是載有一定信息的一種物理體現(xiàn)。所謂電信號(hào)(以后簡(jiǎn)稱為信號(hào))，—般指載有信息的隨時(shí)間而變化的電壓或電流，也可以是電容上電荷、線圈中的磁通及空間中的電磁波等電量。信號(hào)的概念2.1.11．確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)確知信號(hào)是指能夠表示為確定的時(shí)間函數(shù)的信號(hào)，也稱確定性信號(hào)。確知信號(hào)分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)不是時(shí)間t的確定函數(shù)，它在每一個(gè)確定時(shí)刻的分布值是不確定的，只能通過大量試驗(yàn)測(cè)出它在某些確定時(shí)刻上取某些值的可能性的分布(概率分布)，也稱不確定性信號(hào)。信號(hào)的分類2.1.2信號(hào)的分類2．連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)連續(xù)信號(hào)是指對(duì)每個(gè)實(shí)數(shù)t（有限個(gè)間斷點(diǎn)除外）都有定義的函數(shù)。離散信號(hào)是指僅在某些不連續(xù)的時(shí)刻有定義的信號(hào)。3．能量信號(hào)和功率信號(hào)信號(hào)能量定義為在區(qū)間（-∞，∞）信號(hào)f(t)的平均能量，用字母W表示，即信號(hào)功率定義為在區(qū)間（-∞，∞）信號(hào)f(t)的平均功率，用字母P表示，即1．正弦信號(hào)幾種常見信號(hào)2.1.32．矩形脈沖信號(hào)3．抽樣信號(hào)Sa（t）4．單位階躍信號(hào)5．單位沖激信號(hào)單位沖激信號(hào)的性質(zhì)①篩選特性是偶函數(shù)③與單位階躍信號(hào)的關(guān)系信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析2.1.4表2-1信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述定義：

時(shí)域分析：描述信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化規(guī)律，可直接檢測(cè)或記錄到的信號(hào)。頻域分析：以頻率作為獨(dú)立變量的方式，也就是信號(hào)的頻譜分析。

特點(diǎn)：直觀、可以反映信號(hào)隨時(shí)間變化過程，但不能揭示信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)特征?？梢苑从承盘?hào)的各頻率成分的幅值和相位特征。確知信號(hào)分析2.22.2.2

非周期信號(hào)及其頻譜2.2.1

周期信號(hào)及其頻譜1．信號(hào)分解為正交函數(shù)

周期信號(hào)及其頻譜2.2.1若滿足則稱和在區(qū)間（t1,t2）內(nèi)正交。正交函數(shù)集

三角函數(shù)集在區(qū)間（t0，t0+T）組成正交函數(shù)集。2．傅里葉級(jí)數(shù)（1）傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開式令

則

稱為n次諧波，是n次諧波的振幅，是其初相角。周期信號(hào)可以分解為各次諧波分量?！纠?.2.1】將圖2-12所示的正弦周期的方波信號(hào)展開為傅里葉級(jí)數(shù)。解：（2）傅里葉級(jí)數(shù)的指數(shù)形式3．周期信號(hào)的頻譜（1）周期信號(hào)的頻譜為了直觀地表示出信號(hào)所含分量的振幅，以頻率（或角頻率）為橫坐標(biāo)，以各諧波的振幅或虛指數(shù)函數(shù)的幅度為縱坐標(biāo)，可畫出如圖2-14所示的線圖，稱為幅度（或振幅）頻譜，簡(jiǎn)稱幅度譜。圖中每條豎線代表該頻率分量的幅度，稱為譜線。類似地，也可畫出各諧波初相角與頻率（或角頻率）的線圖，如圖2-14（c）、（d）所示，稱為相位頻譜，簡(jiǎn)稱相位譜。（2）周期矩形脈沖的頻譜脈沖寬度與頻譜的關(guān)系周期與頻譜的關(guān)系1．傅里葉變換非周期信號(hào)及其頻譜2.2.22．傅里葉變換與非周期信號(hào)的頻譜【例2.2.1】求圖2-21（a）所示的單個(gè)矩形脈沖的頻譜，其中3．傅里葉變換的性質(zhì)傅立葉變換的主要性質(zhì)有：線性疊加性、對(duì)稱性、尺度變換、時(shí)移性、頻移性、卷積定理、微分特性、積分特性、調(diào)制特性等。傅立葉變換的主要性質(zhì)列于表2-2中。4．幾種典型信號(hào)的頻譜（1）單位階躍信號(hào)的頻譜（2）單位沖激信號(hào)的頻譜（3）正（余）弦函數(shù)的頻譜5．傅里葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)（1）濾波①無失真?zhèn)鬏敓o失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的幅頻特性及相頻特性②濾波器改變信號(hào)中各個(gè)頻率分量的相對(duì)大小，或者抑制，甚至全部濾除某些頻率分量的過程稱為濾波，完成濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。根據(jù)濾波器通、阻帶所處的不同位置，可分為低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等基本濾波器。③理想低通濾波器理想低通濾波器的沖激響應(yīng)（2）調(diào)制所謂調(diào)制，就是用一個(gè)信號(hào)（基帶信號(hào)也稱調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)信號(hào)（載波信號(hào)）的某個(gè)參量，從而產(chǎn)生已調(diào)制信號(hào)。載波信號(hào)通常選擇容易產(chǎn)生和處理的正弦信號(hào)，正弦信號(hào)有三要素，幅度、頻率和相位。因此，調(diào)制可分為：①調(diào)幅，使載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。②調(diào)頻，使載波的瞬時(shí)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。③調(diào)相，使載波的相位隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。以模擬調(diào)幅中的抑制載波的雙邊帶調(diào)制為例（3）抽樣通常稱為抽樣角頻率。

隨機(jī)信號(hào)分析2.32.3.2

隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)參數(shù)2.3.1

基本概念2.3.4

功率譜分析2.3.3

相關(guān)分析1．隨機(jī)過程基本概念2.3.1

隨機(jī)過程的基本特性可以從幅值域、時(shí)差域和頻率域進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。主要的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、功率譜密度函數(shù)和互譜密度函數(shù)等。2．平穩(wěn)隨機(jī)過程平穩(wěn)隨機(jī)過程就是統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)不隨時(shí)間變化而改變的隨機(jī)過程。

3．各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程若從平穩(wěn)隨機(jī)過程中任取一樣本函數(shù)，如果該單一樣本在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均統(tǒng)計(jì)參數(shù)(時(shí)間平均)和所有樣本函數(shù)在某一時(shí)刻的平均統(tǒng)計(jì)參數(shù)(幾何平均)是一致的，則稱這樣的平穩(wěn)隨機(jī)過程為各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程。1．均值、方差、均方值隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)參數(shù)2.3.22．概率密度函數(shù)1．相關(guān)相關(guān)分析2.3.3相關(guān)系數(shù)2．自相關(guān)函數(shù)3．互相關(guān)函數(shù)1．功率譜密度函數(shù)功率譜分析2.3.42．互譜密度函數(shù)謝

謝！

《課程名稱》課件第1章通信系統(tǒng)概述第2章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章數(shù)字基帶傳輸《通信原理》課件第7章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理

3.1

信道概念及分類3.2

信道容量3.3

信道中的噪聲信道概念及分類3.13.1.2

信道分類3.1.1

信道概念信道概念通俗地說，信道指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。具體地說，信道一般指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路。抽象地說，信道實(shí)質(zhì)是一段頻帶，允許信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害。3.1.1信道特點(diǎn)信道的特點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面：（1）通信系統(tǒng)重要的傳輸環(huán)節(jié)；（2）通信系統(tǒng)中噪聲的主要來源。信道分類按照傳輸方式，信道可分為狹義信道和廣義信道3.1.2信道分類狹義信道1廣義信道23.1.2狹義信道狹義信道僅指?jìng)鬏斆浇椋前l(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備之間用以傳輸信號(hào)的傳輸媒介。通信質(zhì)量的優(yōu)差，在很大程度上依賴于狹義信道的特性。狹義信道是直觀的，通?？煞譃橛芯€信道和無線信道兩大類。

有線信道明線雙絞線（對(duì)稱電纜）同軸電纜光導(dǎo)纖維明線概念：架空明線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路。優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低缺點(diǎn)：易受氣候和天氣的影響，并且對(duì)外界噪聲干擾較敏感。明線現(xiàn)已逐步淘汰。雙絞線概念：雙絞線由兩根彼此絕緣的銅線組成，這兩根線按照規(guī)則的螺線狀絞合在一起（也稱為對(duì)稱電纜）。絞合目的：將線對(duì)絞合起來是為了減輕同一根電纜內(nèi)的相鄰線對(duì)之間的串?dāng)_，且相鄰線對(duì)通常具有不同的絞合長(zhǎng)度。雙絞線是目前應(yīng)用最廣泛的傳輸介質(zhì)。

雙絞線實(shí)物及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖雙絞線雙絞線又分為非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP。除某些特殊場(chǎng)合(如受電磁輻射嚴(yán)重、對(duì)傳輸質(zhì)量要求較高等)在布線中使用STP外，一般情況下我們都采用UTP。

UTP與STPUTPSTPUTP分類3類：3類UTP用于傳統(tǒng)電話線，另外還用于10Mbps以太網(wǎng)，是早期網(wǎng)絡(luò)中重要的傳輸介質(zhì)4類：4類UTP因標(biāo)準(zhǔn)的推出比3類晚，而傳輸性能與3類UTP相比并沒有提高多少，所以一般較少使用五類：五類UTP因價(jià)廉質(zhì)優(yōu)而成為快速以太網(wǎng)(100Mbps)的首選介質(zhì)超五類：超五類UTP的用武之地是千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。雙絞線優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于其結(jié)構(gòu)上的雙絞特點(diǎn)，與外界間相互干擾小（抗電磁干擾）；帶寬較寬，傳輸特性比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：雙絞線的傳輸損耗比明線大得多。同軸電纜概念：同軸電纜由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個(gè)圓柱形的空管（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由金屬絲編織而成），內(nèi)導(dǎo)體是金屬線（芯線）。同軸電纜分類50歐姆的細(xì)纜：細(xì)纜（基帶同軸電纜）用于基帶信號(hào)傳輸，主要用于數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)

75歐姆的粗纜：粗纜（寬帶同軸電纜）用于寬帶信號(hào)傳輸，可以用于數(shù)字/模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)，如CATV有線電視信號(hào)傳輸，能夠同時(shí)傳輸幾百套電視節(jié)目。

同軸電纜實(shí)物及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖同軸電纜優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：與外界間相互干擾?。ㄍ鈱?dǎo)體接地，屏蔽作用）；帶寬大。缺點(diǎn)：成本較高（與雙絞線比較）。光纖概念：光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。是一種纖細(xì)（2~125μm）柔韌能夠傳導(dǎo)光線的介質(zhì)（光導(dǎo)纖維），以光波作為載波的信道。結(jié)構(gòu)：光纖呈圓柱形，由纖芯、包層和護(hù)套三部分組成。光纖實(shí)物內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖光纖優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：低傳輸損耗（長(zhǎng)距離無中繼），高帶寬（容量大），抗干擾能力強(qiáng)等。缺點(diǎn)：成本較高（完整系統(tǒng)），部分器件技術(shù)問題尚需解決。無線信道無線信道主要由無線電波和光波作為傳輸載體。光波：在光波中，紅外線、激光是常用的信號(hào)載體。短距離：紅外線。如電視機(jī)遙控器。遠(yuǎn)距離：光波?？捎糜诮ㄖ镏g的局域網(wǎng)連接。無線電波：絕大多數(shù)無線通信都采用無線電波作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體。無線電波頻率資源劃分表幾種主要無線信道短波地面微波接力衛(wèi)星通信短波短波是指頻率為3～30MHz的無線電波。短波的基本傳播途徑有兩個(gè)：一個(gè)是地波，一個(gè)是天波。短波的主要傳播途徑是天波。

短波優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：抗毀能力和自主通信能力強(qiáng)；在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，主要依靠短波；運(yùn)行成本低。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，噪聲較大。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于電報(bào)、電話、低速傳真通信和廣播等方面。地面微波接力概念：由于微波是按照近似直線的方式進(jìn)行傳播的，如果兩個(gè)站點(diǎn)間相距太遠(yuǎn)，那么地球本身就會(huì)阻礙電磁的傳輸，因此在中間每隔一段距離就需要安裝一個(gè)中繼器來使電磁波傳輸?shù)酶h(yuǎn)。中繼距離：中繼器間的距離大約與站高的平方根成正比，如果站高為100m，則中繼器之間的距離可以約為80km（距離一般在50～100km之間）。

地面微波接力傳輸?shù)孛嫖⒉ń恿?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容量大；質(zhì)量高；投資小。缺點(diǎn)：容易失真。易受環(huán)境因素影響。安全性差。

維護(hù)難度大。應(yīng)用：傳輸電話、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等信息。

衛(wèi)星通信人造衛(wèi)星中繼信道可視為無線電中繼信道的一種特殊形式。衛(wèi)星中繼信道由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成。同步衛(wèi)星離地面高度為35860km。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)；覆蓋地域廣；傳播穩(wěn)定可靠；傳輸容量大。缺點(diǎn)：技術(shù)要求高；一次性投入大。應(yīng)用：目前廣泛用來傳輸多路電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)和電視。常用傳輸介質(zhì)的比較廣義信道通信系統(tǒng)中，凡信號(hào)經(jīng)過的一切通道統(tǒng)稱為廣義信道。

廣義信道不但包括傳輸媒介，還包括饋線、天線、調(diào)制/解調(diào)器、編碼/譯碼器等各種形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設(shè)備。廣義信道主要用于通信系統(tǒng)性能分析。

廣義信道從消息傳輸?shù)挠^點(diǎn)分析問題，把信道范圍擴(kuò)大了。其意義在于僅關(guān)注傳輸結(jié)果，不關(guān)心傳輸過程，使通信系統(tǒng)模型及其分析大為簡(jiǎn)化。

廣義信道分類廣義信道通?？煞譃檎{(diào)制信道和編碼信道兩大類。調(diào)制信道概念：調(diào)制信道是指從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有電路設(shè)備和傳輸介質(zhì)，調(diào)制信道主要用來研究模擬通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)問題，故調(diào)制信道又可稱為連續(xù)（信號(hào)）信道。調(diào)制信道中傳輸?shù)氖且颜{(diào)信號(hào)，為模擬信道。信道分類編碼信道概念：編碼信道的范圍是從編碼器輸出端至譯碼器輸入端，編碼器的輸出和譯碼器的輸入都是數(shù)字序列，故編碼信道又稱為離散信道。主要用于研究數(shù)字通信系統(tǒng)。編碼信道中傳輸?shù)氖且丫幮盘?hào)，為數(shù)字信道。信道模型調(diào)制信道模型1編碼信道模型23.1.3調(diào)制信道模型調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是由信道的特性及外界干擾造成的，可以用一個(gè)二對(duì)端（或多對(duì)端）的時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)來表示

。圖3-9調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型通常，f[ei(t)]可以表示為：k(t)ei(t)，此時(shí)，eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)，其中k(t)表示時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)的特性，稱為乘性干擾，乘性噪聲是指噪聲在信號(hào)出現(xiàn)時(shí)存在。k(t)是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，反映信道的衰減、線性失真、非線性失真、延遲等。n(t)稱為加性噪聲，是指無論信號(hào)是否出現(xiàn)，噪聲在任何時(shí)間均存在。調(diào)制信道模型恒參信道：當(dāng)k(t)=常數(shù)時(shí)，稱為恒參信道，例如，同軸電纜。隨參信道：當(dāng)k(t)

常數(shù)，稱為隨參信道，例如，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)通信信道。恒參信道恒參信道指信道的乘性干擾k(t)隨時(shí)間緩變或不變，可以等效為線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)。各種有線信道和部分無線信道，如衛(wèi)星通信鏈路信道，微波中繼鏈路信道、中長(zhǎng)波、地面波傳播信道都屬于恒參信道。若信道特性為h(t)，則輸出信號(hào)可表示為

信號(hào)無失真?zhèn)鞑l件要使任意一個(gè)信號(hào)通過線性網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生波形失真，網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性應(yīng)該具備以下兩個(gè)理想條件系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性H(ω)是一個(gè)不隨頻率變化的常數(shù)。系統(tǒng)函數(shù)的相頻特性φ(ω)為一過原點(diǎn)的直線，即群時(shí)延為常數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的傳輸系統(tǒng)函數(shù)信號(hào)無失真?zhèn)鞑l件系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性H(ω)是一個(gè)不隨頻率變化的常數(shù)。系統(tǒng)函數(shù)的相頻特性φ(ω)為一過原點(diǎn)的直線，即群時(shí)延為常數(shù)。信號(hào)無失真?zhèn)鞑l件信道的相頻特性還經(jīng)常用群遲延——頻率特性來衡量，所謂群遲延——頻率特性，就是相位特性對(duì)頻率的導(dǎo)數(shù)，若相位頻率特性用φ(ω)表示，群遲延用τ(ω)表示，則系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性是一個(gè)不隨頻率變化的常數(shù)。恒參信道恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕蔷€性畸變，線性畸變是由于網(wǎng)絡(luò)特性不理想所造成的，具體從幅頻特性和相頻特性兩方面進(jìn)行討論。恒參信道并不是理想網(wǎng)絡(luò)，其參數(shù)隨時(shí)間不變化或變化特別緩慢，不可避免會(huì)產(chǎn)生線性畸變幅度－頻率畸變幅度—頻率畸變，即幅頻畸變，是由于信道幅頻特性不理想造成的。理想的信道幅頻特性在通帶內(nèi)應(yīng)是平的，即對(duì)所有通帶內(nèi)的各頻率分量的衰耗應(yīng)是一樣的,信號(hào)的各個(gè)頻率分量不會(huì)因通過信道傳輸而發(fā)生畸變。幅度－頻率畸變實(shí)際中的信道不可能有這樣理想的幅頻特性。典型音頻電話信道的相對(duì)衰耗曲線dB302010f(Hz)12003600幅度－頻率畸變一般數(shù)字信號(hào)是矩形波或升余弦波，具有豐富的頻率成分，如果信道幅頻特性不均勻，將使各頻率受到不同的衰耗，從而使波形發(fā)生畸變?cè)跀?shù)字信號(hào)傳輸中，將會(huì)引起相鄰數(shù)字信號(hào)波形之間在時(shí)間上的相互重疊，造成碼間串?dāng)_（碼元之間相互串?dāng)_）。為了減小幅度—頻率畸變，在設(shè)計(jì)總的電話信道傳輸特性時(shí)，一般都要求把幅度—頻率畸變控制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)改善電話信道中的濾波性能通過一個(gè)線性補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)使衰耗特性曲線變得平坦——均衡相位－頻率畸變相頻畸變是由于信道相頻特性不理想造成的，是信道的相位－頻率特性或群遲延－頻率特性偏離理想特性曲線而引起的畸變理想相頻特性

如果相頻特性曲線偏離線性關(guān)系就會(huì)引起波形失真，即產(chǎn)生相頻畸變

相位－頻率畸變?nèi)硕鷮?duì)相頻畸變不太敏感——對(duì)模擬話音通信影響不大相頻畸變將會(huì)引起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_——嚴(yán)重影響數(shù)字通信研究數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)，一定要重視相頻畸變對(duì)信號(hào)傳輸帶來的影響。隨參信道隨參指信道的乘性干擾k(t)隨時(shí)間快變化，如短波電離反射、超短波流星余跡散射、多徑效應(yīng)和選擇性衰落均屬于變參信道。表達(dá)式恒參信道和隨參信道分析一般地，對(duì)加性干擾n(t)和乘性干擾k(t)的特性分析，就可以了解信道對(duì)信號(hào)的具體影響。乘性干擾會(huì)引起信號(hào)畸變（影響較大），需采用專門技術(shù)予以克服或減少。對(duì)于恒參信道，常采用均衡技術(shù)；對(duì)于隨參信道，需采用分集技術(shù)。通常討論系統(tǒng)性能，僅考慮加性噪聲。調(diào)制信道特性有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端，為模擬信道；在輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，信道是線性的，即滿足疊加性；信號(hào)在信道中傳輸時(shí)均被衰減和時(shí)延（固定或時(shí)變），具有隨頻率變化的振幅頻率特性和相位頻率特性；即使信道輸入端無信號(hào)輸入，在輸出端仍有一定的功率輸出。這是因?yàn)樾诺纼?nèi)存在著各種噪聲。編碼信道模型編碼信道是包括調(diào)制信道、調(diào)制器以及解調(diào)器的信道，主要研究信道對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的產(chǎn)生影響。編碼信道所關(guān)心的是：在經(jīng)過信道傳輸之后數(shù)字信號(hào)是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及出現(xiàn)差錯(cuò)的可能性有多少。編碼信道對(duì)信號(hào)的影響則是一種數(shù)字序列的變換，因此編碼信道可以用轉(zhuǎn)移概率（條件概率）來描述。

二進(jìn)制編碼信道模型編碼信道分類編碼信道分為無記憶信道和有記憶信道。在編碼信道中，若數(shù)字信號(hào)的差錯(cuò)是獨(dú)立的，也就是數(shù)字信號(hào)的前一個(gè)碼元差錯(cuò)對(duì)后面的碼元無影響，稱此信道為無記憶信道。如果前一碼元的差錯(cuò)影響到后面碼元，這種信道稱為有記憶信道。編碼信道特性有二進(jìn)制或多進(jìn)制，為數(shù)字信道；編碼信道包含調(diào)制信道，故調(diào)制信道對(duì)編碼信道的傳輸質(zhì)量有影響，但編碼信道更看重其對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的產(chǎn)生影響。信道容量3.23.2.2

離散信道信道容量3.2.1

連續(xù)信道信道容量信道容量概念信道容量是信道的極限傳輸能力，即信道能夠傳送信息的最大傳輸速率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

C=maxR（3-4）式中R為信源傳輸速率，max表示對(duì)所有可能的輸入概率分布的最大值。連續(xù)信道信道容量設(shè)信道(調(diào)制信道)的輸入端加入單邊功率譜密度為n0(W/Hz)的加性高斯白噪聲，信道的帶寬為B(Hz)，信號(hào)功率為S(W)，則通過這種信道無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾蔆為

（3-5）其中

C---信道容量，是指信道可能傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾剩▎挝皇莃/s）；B---信道的帶寬（單位是Hz）；

S---信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率（單位是W）；

n0----噪聲單邊功率譜密度(單位是W/Hz)S/N為信噪比。3.2.1連續(xù)信道信道容量令N=n0B

（3-6）公式（3-6）就是著名的香農(nóng)公式，香農(nóng)公式表明了當(dāng)信號(hào)與作用在信道上的起伏噪聲的平均功率給定時(shí)，在具有一定頻帶寬度B的信道上，理論上單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。香農(nóng)公式關(guān)于香農(nóng)公式，須注意以下三點(diǎn)：信噪比S/N為實(shí)際比值，而不是dB；信道容量C的單位是b/s，而不是波特（碼元/秒）；信道容量三要素：信道帶寬B、噪聲單邊功率譜密度n0和信號(hào)功率S，信道容量和這三要素有密切關(guān)系。信道容量四個(gè)結(jié)論（1）當(dāng)給定B、S/N時(shí)，信道的極限傳輸能力(信道容量)C即確定。（2）當(dāng)信道容量C一定時(shí)，帶寬B和信噪比S/N之間可以互換。（3）增加信道帶寬B并不能無限制地增大信道容量。（4）信道容量C是信道傳輸?shù)臉O限速率時(shí)，由于，I為信息量，T為傳輸時(shí)間。信道容量和帶寬的關(guān)系連續(xù)信道信道容量例題1設(shè)模擬電話信道帶寬為3.4KHZ，信道上只存在加性噪聲；（1）若信道的輸出信噪比為30dB，求該信道的最大信息傳輸速率；（2）若要在該信道中傳輸33.6kb/s的數(shù)據(jù)，試求接收端要求的最小信噪比為多少。連續(xù)信道信道容量例題2某一待傳輸?shù)膱D片含個(gè)像素，各像素間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，每像素灰度等級(jí)為8級(jí)（等概率出現(xiàn)），要求用3s傳送該圖片，且信道輸出端的信噪比為30dB，試求傳輸系統(tǒng)所要求的最小信道帶寬。離散信道信道容量頻帶寬度為B（Hz）的無噪聲數(shù)字信道，所能傳輸?shù)男盘?hào)的最高碼元速率為2B波特（Baud），則最大信息速率

(b/s)（3-9）式（3-9）中，B為系統(tǒng)頻帶寬度，N為碼元所能取得的離散值的個(gè)數(shù)，C為系統(tǒng)最大信息傳輸速率。3.2.2離散信道信道容量例題1設(shè)現(xiàn)有一帶寬為3000Hz的無噪聲數(shù)字信道，用于傳輸16進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，請(qǐng)計(jì)算該信道的信道容量。離散信道信道容量例題2某一無噪聲數(shù)字信道，系統(tǒng)帶寬為500Hz,信道容量是3000b/s，求該信道傳輸符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。信道中的噪聲3.3噪聲分類噪聲淶源常見噪聲噪聲淶源信道中加性噪聲的來源，一般可以分為三方面：人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲

噪聲分類單頻噪聲脈沖噪聲起伏噪聲常見噪聲白噪聲：在通信系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到的噪聲之一就是白噪聲。所謂白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻域內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布。圖3-13白噪聲的功率譜密度和自相關(guān)函數(shù)常見噪聲高斯白噪聲：在實(shí)際信道中，另一種常見噪聲是高斯噪聲。所謂高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。其一維概率密度用數(shù)學(xué)式表示如式3-13所示。式中，為噪聲的數(shù)學(xué)期望值，也就是均值；為噪聲的方差。

2024/9/15187《課程名稱》課件第1章通信系統(tǒng)概述第2章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章數(shù)字基帶傳輸《通信原理》課件第7章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理2024/9/15188《課程名稱》課件《課程名稱》課件

第1章通信系統(tǒng)概述第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第6章數(shù)字基帶傳輸?shù)?章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理4.1

幅度調(diào)制（線性調(diào)制）原理4.2

角度調(diào)制（非線性調(diào)制）原理4.3

頻分復(fù)用（FDM）幅度調(diào)制（線性調(diào)制）原理2024/9/151894.14.1.2

完全調(diào)幅（AM）4.1.1

幅度調(diào)制的一般模型4.1.4

單邊帶調(diào)制（SSB）4.1.3

抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）4.1.6

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析4.1.5

殘留邊帶調(diào)制（VSB）角度調(diào)制（非線性調(diào)制）原理2024/9/151904.24.2.2

窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻4.2.1

角度調(diào)制的基本概念4.2.3

非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析調(diào)制的基本概念2024/9/15191

調(diào)制的定義：是按原始電信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波某些參量的過程。調(diào)制的目的：進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃?。調(diào)制的方式：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；正弦波和脈沖調(diào)制。調(diào)制的種類：AM、DSB-SC、SSB、VSB、FM和PM。幅度調(diào)制的一般模型2024/9/151924.1.1定義：用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。

完全調(diào)幅（AM）2024/9/151934.1.2

1.AM信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)：為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足完全調(diào)幅（AM）2024/9/151944.1.2

AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即完全調(diào)幅（AM）2024/9/151954.1.2

2.AM信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率已調(diào)信號(hào)功率為：調(diào)制效率：顯然，AM信號(hào)的調(diào)制效率總是小于1。例題完全調(diào)幅（AM）2024/9/15196

3.AM信號(hào)的解調(diào)調(diào)制的逆過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：包絡(luò)檢波解調(diào)和相干解調(diào)。4.1.2完全調(diào)幅（AM）2024/9/15197（1）包絡(luò)檢波法

電路由二極管D、電阻R和電容C組成。RC滿足條件：這時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即：

4.1.2完全調(diào)幅（AM）2024/9/15198

（2）相干解調(diào)

用一個(gè)低通濾波器，就無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)：

4.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）2024/9/15199

1.DSB信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬4.1.3抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）2024/9/15200

DSB信號(hào)不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍。2.DSB信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率顯然，DSB信號(hào)的調(diào)制效率為100%。

4.1.3抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）2024/9/152013.DSB信號(hào)的解調(diào)DSB信號(hào)只能采用相干解調(diào)，則乘法器輸出為：經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得:

4.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）2024/9/15202由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對(duì)稱的，皆攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個(gè)邊帶就夠了。

1.SSB信號(hào)的產(chǎn)生

（1）濾波法4.1.4單邊帶調(diào)制（SSB）2024/9/152034.1.4單邊帶調(diào)制（SSB）2024/9/15204（2）用相移法形成SSB信號(hào)可以證明，SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為：式中，“－”對(duì)應(yīng)上邊帶信號(hào)，“+”對(duì)應(yīng)下邊帶信號(hào)；

是的希爾伯特變換。4.1.4單邊帶調(diào)制（SSB）2024/9/152052.SSB信號(hào)帶寬、功率和調(diào)制效率3.SSB信號(hào)的解調(diào)

SSB信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)，4.1.4單邊帶調(diào)制（SSB）2024/9/15206乘法器輸出為：經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為4.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）2024/9/152071.殘留邊帶信號(hào)的產(chǎn)生殘留邊帶調(diào)制是介于單邊帶調(diào)制與雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的問題，又解決了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)的難題。在殘留邊帶調(diào)制中，除了傳送一個(gè)邊帶外，還保留了另外一個(gè)邊帶的一部分。4.1.5殘留邊帶調(diào)制（VSB）2024/9/152084.1.5殘留邊帶調(diào)制（VSB）2024/9/152092.殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)4.1.5線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/152104.1.6下面將要研究的問題是，信道存在加性高斯白噪聲時(shí)各種線性系統(tǒng)的抗噪性能。1.通信系統(tǒng)抗噪性能分析模型

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15211為窄帶高斯噪聲，可以表示為：其功率為：

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15212輸出信噪比定義為輸入信噪比人們常用信噪比增益作為不同調(diào)制方式下解調(diào)器抗噪性能的度量。它可以定義為：4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15213

2.常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能

AM信號(hào)可采用相干解調(diào)或包絡(luò)檢波，具體原理見圖。4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15214解調(diào)器輸入信號(hào)為：輸入噪聲為：輸入的信號(hào)功率、噪聲功率和信噪比：

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15215解調(diào)器輸入的信號(hào)加噪聲的合成波形是：其中合成包絡(luò)：為簡(jiǎn)化起見，我們考慮兩種特殊情況。

（1）大信噪比情況

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15216輸出信號(hào)功率、噪聲功率和信噪比：調(diào)制制度增益：對(duì)于100％調(diào)制（即），且又是單音頻正弦信號(hào)時(shí)：

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15217（2）小信噪比情況

此時(shí)噪聲幅度遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)幅度，即得如下結(jié)論：在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與同步檢測(cè)器相同；但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波器將在一個(gè)特定輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)。一旦出現(xiàn)門限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇變壞。

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/152183.線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能

（1）DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能

①輸出信號(hào)的功率

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15219②輸出噪聲的功率

解調(diào)器最終的輸出噪聲為4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15220③輸出信號(hào)的功率解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為

解調(diào)器的輸入和輸出信噪比為

因而調(diào)制制度增益為4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15221（2）SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能①輸出信號(hào)的功率

與相干載波相乘，并經(jīng)低通濾波器濾除高頻成分后，得解調(diào)器輸出信號(hào)和功率為：②輸出噪聲的功率

4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15222③輸出信號(hào)的功率解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為解調(diào)器的輸出信噪比和調(diào)制制度增益為4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15223

DSB解調(diào)器的調(diào)制制度增益是SSB的二倍。但不能因此就說，雙邊帶系統(tǒng)的抗噪性能優(yōu)于單邊帶系統(tǒng)。具體分析如下：4.1.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15224（3）VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能VSB調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能的分析方法與上面類似。但是，由于所采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀可能不同，所以難以確定抗噪性能的一般計(jì)算公式。

4.1.6角度調(diào)制的基本概念2024/9/152254.2.1與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。角度調(diào)制可分為頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。即載波的幅度保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號(hào)變化。

角度調(diào)制的基本概念2024/9/15226角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為瞬時(shí)相位；瞬時(shí)相位偏移；瞬時(shí)頻率；瞬時(shí)頻偏。所謂相位調(diào)制，是指4.2.1角度調(diào)制的基本概念2024/9/15227調(diào)相信號(hào)可表示為：所謂頻率調(diào)制，是指瞬時(shí)頻率偏移隨基帶信號(hào)而線性變化，即則可得調(diào)頻信號(hào)為

可見，F(xiàn)M和PM非常相似，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)頻信號(hào)還是調(diào)相信號(hào)。4.2.1角度調(diào)制的基本概念2024/9/15228如果將調(diào)制信號(hào)先微分，再進(jìn)行調(diào)頻，則可得到調(diào)相信號(hào)；如果將調(diào)制信號(hào)先積分，再進(jìn)行調(diào)相，則可得到調(diào)頻信號(hào)。從以上分析可見，調(diào)頻與調(diào)相并無本質(zhì)區(qū)別，兩者之間可以互換。

4.2.1窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/15229根據(jù)調(diào)制后載波瞬時(shí)相位偏移的大小，可將頻率調(diào)制分為寬帶調(diào)頻（WBFM）與窄帶調(diào)頻（NBFM）。當(dāng)

時(shí)，稱為窄帶調(diào)頻。否則，稱為寬帶調(diào)頻。

1.窄帶調(diào)頻（NBFM）4.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/15230經(jīng)推導(dǎo)可得NBFM信號(hào)的頻域表達(dá)式：將上式與AM信號(hào)的頻譜比較很相似進(jìn)行比較，它們的帶寬相同，即

4.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/15231對(duì)于單頻調(diào)制的特殊情況，可以得到頻譜如下。

4.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/152322.寬帶調(diào)頻（WBFM）為使問題簡(jiǎn)化，我們先研究單音調(diào)制的情況，然后把分析的結(jié)果推廣到多音情況。（1）單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為則單音調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：

4.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/15233調(diào)頻指數(shù)為：

傅氏變換即為頻譜：從上式可以看到調(diào)頻信號(hào)的頻譜中含有無窮多個(gè)頻率分量。

（2）單頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度

一個(gè)廣泛用來計(jì)算調(diào)頻波頻帶寬度的公式為：

4.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2024/9/15234（3）單頻調(diào)制時(shí)的功率分配

因?yàn)?，調(diào)頻信號(hào)雖然頻率在不停地變化，但振幅不變是個(gè)等幅波，而功率僅由幅度決定，與頻率無關(guān)，故它的功率即為：（4）任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號(hào)的帶寬

頻偏比；最大頻率偏移4.2.2非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15235調(diào)頻系統(tǒng)抗噪性能分析與解調(diào)方法有關(guān)，這里只討論非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪性能。1.輸入信噪比設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為：4.2.3非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15236輸入信號(hào)功率：輸入噪聲功率：輸入信噪比：2.輸出信噪比及調(diào)制制度增益（1）大信噪比情況經(jīng)推導(dǎo)可以得到：寬帶調(diào)頻系統(tǒng)制度增益為：4.2.3非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15237下面考慮單頻調(diào)制時(shí)的情況，設(shè)調(diào)制信號(hào)為：，則這時(shí)的調(diào)頻信號(hào)為：式中解調(diào)器輸出信噪比：解調(diào)器制度增益：寬帶調(diào)頻時(shí)，信號(hào)帶寬為：4.2.3非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析2024/9/15238所以，上式還可以寫成：（2）小信噪比情況與門限效應(yīng)

4.2.3調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)器也存在“門限效應(yīng)”。即當(dāng)輸入信噪比低到一定程度時(shí)（門限值一般在10dB左右），輸出信噪比會(huì)急劇下降，以致系統(tǒng)無法正常工作。因此調(diào)頻系統(tǒng)一般工作在大信噪比條件下。各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較2024/9/15239各種模擬調(diào)制方式性能比較

抗噪性能，WBFM最好，DSB、SSB、VSB次之，AM最差。NBFM與AM接近。頻帶利用率，SSB最好，VSB與SSB接近，DSB、AM、NBFM次之，WBFM最差。

頻分復(fù)用（FDM）2024/9/152404.3

“復(fù)用”是一種將若干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)，合并為一個(gè)可在同一信道上同時(shí)傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法。

有三種基本的多路復(fù)用方式：頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）與碼分復(fù)用（CDM）。

頻分復(fù)用（FDM）2024/9/15241單邊帶信號(hào)的總頻帶寬度為：

4.3頻分復(fù)用（FDM）2024/9/15242頻分復(fù)用系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是信道復(fù)用率高，容許復(fù)用的路數(shù)多，分路也很方便。因此，它成為目前模擬通信中最主要的一種復(fù)用方式。特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。

4.32024/9/15243謝

謝！

《課程名稱》課件第1章通信系統(tǒng)概述第2章信號(hào)分析第3章信道與噪聲第4章模擬調(diào)制第5章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章數(shù)字基帶傳輸《通信原理》課件第7章數(shù)字調(diào)制第8章差錯(cuò)控制編碼第9章同步原理

5.1

脈沖編碼調(diào)制5.2

增量調(diào)制5.3

時(shí)分復(fù)用模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸框圖由圖5-1可見，模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸一般需三個(gè)步驟：(1)編碼：模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），把模擬信號(hào)數(shù)字化，將原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散和值離散的數(shù)字信號(hào)；(2)傳輸：進(jìn)入數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字方式傳輸；(3)譯碼：數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A），把數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)。圖5-1模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)框圖信源編碼信源編碼的作用：（1）設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮：（2）將信源的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源編碼方法：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼脈沖編碼調(diào)制PCM屬于波形編碼。脈沖編碼調(diào)制PCM脈沖編碼調(diào)制就是用窄脈沖把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制PCM，包括抽樣、量化、編碼三個(gè)過程。A/D轉(zhuǎn)換一般把發(fā)送端的抽樣、量化、編碼過程稱為A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換，完成模擬信源發(fā)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能。抽樣負(fù)責(zé)把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)量化負(fù)責(zé)把時(shí)間離散和幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間和幅度離散的數(shù)字信號(hào)編碼負(fù)責(zé)將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組，即形成數(shù)字信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換三個(gè)過程抽樣實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)的時(shí)間離散,量化實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的幅度離散,編碼實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制序列表示。脈沖編碼調(diào)制分類脈沖編碼調(diào)制舉例脈沖編碼調(diào)制PCM5.13.1.2

量化5.1.1

抽樣3.1.3

編碼抽樣抽樣是把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成一系列時(shí)間上離散的抽樣值的過程。

信號(hào)經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。

抽樣速率的下限是由奈奎斯特抽樣定理確定的。

5.1.1奈奎斯特抽樣定理一個(gè)頻帶限制在0~fm內(nèi)的低通信號(hào)m(t)，如果抽樣頻率fs≥2fm，則可以由抽樣序列無失真地重建恢復(fù)原始信號(hào)m(t)。也就是說，若要傳輸模擬信號(hào)，不一定要傳輸模擬信號(hào)本身，只需傳輸滿足抽樣定理要求的抽樣值即可。無失真所需最小抽樣速率fs=2fm為奈奎斯特速率，對(duì)應(yīng)的最大抽樣間隔Ts稱為奈奎斯特間隔。

抽樣實(shí)際系統(tǒng)中，采取fs=(2.5~5.0)fm以避免失真。在話音通信中，人類話音頻率的范圍是300～3400Hz。實(shí)際上，考慮預(yù)留，為了標(biāo)準(zhǔn)化和方便計(jì)算，話音信道一般取4000Hz，因此，抽樣頻率是8000Hz，即每秒鐘抽樣8000次，每次抽樣的時(shí)間間隔是125us。抽樣過程的時(shí)間函數(shù)及對(duì)應(yīng)頻譜頻譜混疊量化量化，就是利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來表示模擬信號(hào)抽樣值，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來表示。如果用n位二進(jìn)制碼組來表示該樣值的大小，那么n位二進(jìn)制碼組只能同N=2n

個(gè)電平樣值相對(duì)應(yīng)。

將抽樣值的范圍劃分成N個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間用n個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示。這樣，共有N個(gè)離散電平，它們稱為量化電平。5.1.2量化分類根據(jù)量化過程中模擬信號(hào)的采樣值和量化后的離散電平值的對(duì)應(yīng)規(guī)則，量化可以分為均勻量化和非均勻量化兩種。均勻量化均勻量化就是將模擬信號(hào)的取值均勻分段，然后取每段的中間值為量化電平。抽樣信號(hào)和量化信號(hào)的比較量化的物理過程量化主要參數(shù)量化范圍：語(yǔ)音信號(hào)為雙極性對(duì)稱信號(hào)，量化范圍一般是[-V，+V]；量化級(jí)數(shù)：在[-V，+V]內(nèi)分N份；量化臺(tái)階：?=2V/N；量化值：通常用q1、q2

、……qN表示；量化誤差：qi-f(iTs)。均勻量化及其量化誤差均勻量化與量化誤差均勻量化對(duì)于大信號(hào)和小信號(hào)引起的量化誤差是均勻分布的均勻量化對(duì)小信號(hào)是不利的，有可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度低于噪聲的情況而把信號(hào)淹沒。均勻量化的量化臺(tái)階是常數(shù)，所以對(duì)大信號(hào)影響較小，對(duì)小輸入信號(hào)非常不利，即量化噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度不同，而通信系統(tǒng)中的語(yǔ)音信號(hào)多為小信號(hào)，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，改善小信號(hào)時(shí)的信噪比，在實(shí)際應(yīng)用中常采用非均勻量化。

非均勻量化基本思想：非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的，量化間隔隨信號(hào)抽樣值的不同而變化。信號(hào)抽樣值小時(shí)，量化間隔

v也??；信號(hào)抽樣值大時(shí)，量化間隔

v也大。實(shí)現(xiàn)：實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法通常是在進(jìn)行量化之前，先將信號(hào)抽樣值壓縮，再進(jìn)行均勻量化。

壓擴(kuò)特性壓縮：對(duì)大信號(hào)進(jìn)行壓縮而對(duì)小信號(hào)進(jìn)行較大的放大的過程。信號(hào)經(jīng)過這種非線性壓縮電路處理后，改變了大信號(hào)和小信號(hào)之間的比例關(guān)系，使大信號(hào)的比例基本不變或變得較小，而小信號(hào)相應(yīng)地按比例增大，即“壓大補(bǔ)小”，壓縮了大小信號(hào)的范圍。擴(kuò)張：在接收端將收到的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)張，以恢復(fù)原始信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系。擴(kuò)張?zhí)匦耘c壓縮特性相反。非均勻量化與量化誤差壓擴(kuò)特性原理圖壓縮、擴(kuò)張?zhí)匦郧€對(duì)比兩種壓縮特性A律：A律編碼主要用于30/32路一次群系統(tǒng)μ律：μ律編碼主要用于24路一次群系統(tǒng)。我國(guó)和歐洲采用A律編碼，北美和日本采用μ律編碼。A律函數(shù)表達(dá)式μ律函數(shù)表達(dá)式A律十三折線第1象限A律十三折線各段及斜率折線段號(hào)12345678斜率161684211/21/4A律十三折線A律十三折線及量化誤差非均勻量化與均勻量化比較非均勻量化與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度(例如語(yǔ)音)時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化信噪比；（2）非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。編碼編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來表示每一個(gè)有固定電平的量化值。

二進(jìn)制碼具有很好的抗噪聲性能，并易于再生，因此PCM中一般采用二進(jìn)制碼。

常用的二進(jìn)制編碼碼型有自然二進(jìn)制碼、折疊二進(jìn)制碼和反射二進(jìn)制碼。

5.1.34位二進(jìn)制碼碼型量化級(jí)編號(hào)自然二進(jìn)制碼折疊二進(jìn)制碼反射二進(jìn)制碼0000001110000100010110000120010010100113001101000010401000011011050101001001116011000010101701110000010081000100011009100110011101101010101011111110111011111012110011001010131101110110111411101110100115111111111000PCM編碼碼位安排表極性碼幅度碼極性碼幅度碼段落碼段內(nèi)碼斷碼碼段內(nèi)碼c1c2c3c4c5c6c7c8c1c2c3c4c5c6c7c80000000011001000000110010010010101101000111011010010011011000101110101101101111110011111118位編碼分段情況極性碼：c1，共1bit。對(duì)于正信號(hào)，c1=1，對(duì)于負(fù)信號(hào)，c1=0。段落碼：c2c3c4，共3bit，可以表示8種斜率的段落。段落碼表示該樣值位于8個(gè)大段的哪個(gè)大段中。如果位于第一段，段落碼是000，第二段段落碼是001，依次類推。段內(nèi)碼：每一段均勻劃分為16份，段內(nèi)碼表示該樣值位于所在的大段落中的16小段中的哪一段。如果位于第一段，段落碼是0000，第二段段落碼是0001，依次類推。A律13折線有關(guān)參數(shù)表PCM例題1設(shè)輸入電話信號(hào)抽樣值的歸一化動(dòng)態(tài)范圍在-1至+1之間，將此動(dòng)態(tài)范圍劃分為4096個(gè)量化單位，即將1/2048作為1個(gè)量化單位。當(dāng)輸入抽樣值為+1270時(shí)，試按照13折線A律特性編碼，并求量化誤差。PCM例題2設(shè)某一電平的A律13折PCM編碼為11110011，求該電平的實(shí)際數(shù)值（歸一化）。增量調(diào)制5.2增量調(diào)制譯碼增量調(diào)制編碼ΔM和PCM的比較增量調(diào)制增量調(diào)制簡(jiǎn)稱?M或DM，它是繼脈沖編碼調(diào)制PCM后出現(xiàn)的又一種模擬信號(hào)數(shù)字傳輸?shù)姆椒?。增量調(diào)制最主要的特點(diǎn)就是它所產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼表示模擬信號(hào)前后兩個(gè)抽樣值的差別（增加、還是減少）而不是代表抽樣值本身的大小，因此把它稱為增量調(diào)制。增量調(diào)制編碼階梯波和斜變波階梯波f

(t)有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，在每個(gè)?t間隔內(nèi)，f

(t)的幅值不變。第二，相鄰間隔的幅值差或者是+

（上升一個(gè)臺(tái)階）或者是

（下降一個(gè)臺(tái)階）。。斜變波有兩種變化一是按斜率

/?t上升一個(gè)量階二是按斜率

/?t下降一個(gè)量階。增量調(diào)制系統(tǒng)帶寬從編碼的基本思想中可以知道，每抽樣一次，即傳輸一個(gè)二進(jìn)制碼元，因此碼元傳輸速率為，從而調(diào)制系統(tǒng)帶寬為：理想低通傳輸系統(tǒng)升余弦傳輸系統(tǒng)增量調(diào)制譯碼階梯波譯碼：收到“1”碼時(shí)上升跳變一個(gè)量階

，收到“0”碼時(shí)下降跳變一個(gè)量階

，這樣二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)閒

(t)這樣的階梯波。斜變波譯碼：

收到“1”碼后產(chǎn)生一個(gè)正斜率電壓，在?t時(shí)間內(nèi)上升一個(gè)臺(tái)階

，收到“0”碼后產(chǎn)生一個(gè)負(fù)斜率電壓，在?t時(shí)間內(nèi)下降一個(gè)臺(tái)階

，這樣把二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿鐖D5-15所示f1(t)這樣的斜變波。增量調(diào)制譯碼原理增量調(diào)制特點(diǎn)（1）在比特率較低時(shí)，增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比；（2）增量調(diào)制的抗誤碼性能好。能工作于誤碼率為～的信道中，而PCM要求誤比特率通常為～；（3）增量調(diào)制的編譯碼器比PCM簡(jiǎn)單。ΔM和PCM的比較（1）抽樣速率

PCM系統(tǒng)中的抽樣速率fs是根據(jù)抽樣定理來確定的。若信號(hào)的最高頻率為fm，則fs

2fm。?M系統(tǒng)的抽樣速率不能根據(jù)抽樣定理來確定。在保證不發(fā)生過載，達(dá)到與PCM系統(tǒng)相同的信噪比時(shí)，?M的抽樣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎斯特速率。（2）帶寬?M系統(tǒng)的每一次抽樣，只傳送一位代碼，因此?M系統(tǒng)的數(shù)碼率為fb=fs，要求的最小帶寬為B?M=(fs/2)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)B?M=fs。而PCM系統(tǒng)的數(shù)碼率為fb=nfs。例如，在同樣的語(yǔ)音質(zhì)量要求下，PCM系統(tǒng)的數(shù)碼率為64kHz，因而要求最小信道帶寬為32kHz。而采用?M系統(tǒng)時(shí)，抽樣速率至少為100kHz，則最小帶寬為50kHz。ΔM和PCM的比較（3）信道誤碼的影響在?M系統(tǒng)中，每一個(gè)誤碼造成一個(gè)量階的誤差，所以它對(duì)誤碼不太敏感，對(duì)誤碼率的要求較低。而PCM的每一個(gè)誤碼（尤其高位碼元的誤碼）會(huì)造成較大的誤差，所以誤碼對(duì)PCM系統(tǒng)的影響要比?M系統(tǒng)嚴(yán)重些，故對(duì)誤碼率的要求較高。（4）設(shè)備復(fù)雜度

PCM系統(tǒng)的特點(diǎn)是多路信號(hào)統(tǒng)一編碼，一般采用8位編碼，編碼設(shè)備復(fù)雜，但質(zhì)量較好。?M系統(tǒng)的特點(diǎn)是單路信號(hào)獨(dú)用一個(gè)編碼器，設(shè)備簡(jiǎn)單，單路應(yīng)用時(shí)，不需要收發(fā)同步設(shè)備。但在多路應(yīng)用時(shí)，每路獨(dú)用一套編譯碼器，所以路數(shù)增多時(shí)設(shè)備成倍增加，一般較適于小容量支線通信。ΔM和PCM抗噪聲比較時(shí)分復(fù)用5.3PCM30/32幀結(jié)構(gòu)時(shí)分復(fù)用概念時(shí)分復(fù)用概念復(fù)用技術(shù)的主要目的是提高資源利用率復(fù)用，可以理解為多個(gè)用戶要共同使用同一線路資源。時(shí)分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時(shí)段來傳輸不同的信號(hào)，也能達(dá)到多路傳輸?shù)哪康?。常用的?fù)用方法有復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM和碼分復(fù)用CDM。

時(shí)分復(fù)用示意圖在TDM中，對(duì)于單路信號(hào)，數(shù)碼率不變，是獨(dú)立傳輸。對(duì)于總?cè)郝沸盘?hào)，數(shù)碼率是單路的n倍，因而可充分地利用信道的傳輸頻帶。時(shí)分復(fù)用舉例時(shí)分復(fù)用相關(guān)概念信源：發(fā)送模擬信號(hào)；發(fā)送端：合路器旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋轉(zhuǎn)速率即抽樣頻率fs，對(duì)帶寬最大的模擬信源，fs仍然滿足奈奎斯特抽樣定理。同步：收發(fā)兩端的合路與分路，必須協(xié)調(diào)一致。接收端：旋轉(zhuǎn)開關(guān)速率fs，時(shí)分復(fù)用PCM信號(hào)由解碼器恢復(fù)成抽樣值的量化值。幀：服從某種時(shí)序規(guī)定的一段比特?cái)?shù)據(jù)流。幀周期：每路信號(hào)都至少被傳送一次的時(shí)間。幀格式：把一幀時(shí)間劃分為若干時(shí)隙后，如何安排各路信息碼與附加信息碼的一種時(shí)序規(guī)定。PCM30/32系統(tǒng)PCM30/32系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對(duì)于PCM30/32系統(tǒng)，相關(guān)參數(shù)總結(jié)如下：（1）幀周期：125us；（2）每幀時(shí)隙數(shù)：32；（3）每幀數(shù)碼率：2048K