通信概论2章-数字通信.ppt

2.1 2.1 模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信2.2 2.2 数字通信特点数字通信特点2.3 2.3 语声信号数字化编码语声信号数字化编码2.4 2.4 时分多路复用时分多路复用2.5 2.5 数字复接技术数字复接技术8/16/20242《现代通信概论》第2章 数字通信2.1 模拟通信和数字通信（模拟通信和数字通信（1/3））­模拟通信模拟通信v模拟通信系统框图模拟通信系统框图噪声噪声变换器变换器反变换器反变换器8/16/20243《现代通信概论》第2章 数字通信2.1 模拟通信和数字通信（模拟通信和数字通信（2/3））­数字通信的含义：传送数字信号的通信称为数字通信数字通信的含义：传送数字信号的通信称为数字通信­数字通信系统框图数字通信系统框图噪声噪声8/16/20244《现代通信概论》第2章 数字通信2.1 模拟通信和数字通信（模拟通信和数字通信（3/3））­数字通信系统中的几个常用概念数字通信系统中的几个常用概念v信源编码：将信源产生的模拟信号转换成数字信号，以信源编码：将信源产生的模拟信号转换成数字信号，以便在数字通信系统传送，这个过程又称为模拟便在数字通信系统传送，这个过程又称为模拟/数字变换。

数字变换v信道编码：在发送端对信源编码后的信号按一定规则附信道编码：在发送端对信源编码后的信号按一定规则附加一些监督码元，以便接收端检测误码加一些监督码元，以便接收端检测误码v基带传输：将编码后的数字脉冲信号直接送人传输媒介基带传输：将编码后的数字脉冲信号直接送人传输媒介中进行传输中进行传输v调制：将数字脉冲变换成适合于金属线路传输的正弦振调制：将数字脉冲变换成适合于金属线路传输的正弦振荡信号，或适合于光纤传送的光脉冲信号荡信号，或适合于光纤传送的光脉冲信号8/16/20245《现代通信概论》第2章 数字通信2.2 数字通信的特点数字通信的特点­抗干扰能力强，无噪声积累抗干扰能力强，无噪声积累­便于加密处理便于加密处理­有利于采用时分复用实现多路通信有利于采用时分复用实现多路通信­设备便于集成化、小型化设备便于集成化、小型化­占用较宽信道频带（缺点）占用较宽信道频带（缺点）8/16/20246《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（1/7））­有效性有效性v含义：在给定信道内所传送含义：在给定信道内所传送信息量信息量的大小的大小v衡量通信系统有效性的指标衡量通信系统有效性的指标]模拟通信系统：有效传输频带模拟通信系统：有效传输频带]数字通信系统：信息传输速率数字通信系统：信息传输速率 Rb （（单位：单位：bit/s））v比特比特(bit)：：度量度量信息量信息量大小的单位，它定义为在二进大小的单位，它定义为在二进制系统中，若无限长的数字序列里，出现制系统中，若无限长的数字序列里，出现“1”和和“0”的个数大约相等，且前后码元彼此独立，则该数字序列的个数大约相等，且前后码元彼此独立，则该数字序列中每个码元所携带的信息量就称为中每个码元所携带的信息量就称为1bit，，即即:I = - logI = - log2 2 p pi i 其中其中 I 为信息量符号；为信息量符号； p pi i 为每个码元出现的概率。

为每个码元出现的概率8/16/20247《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（3/7））­有效性有效性v二进制中的信息传输速率与多进制中的码元速率间二进制中的信息传输速率与多进制中的码元速率间的的换算关系换算关系为：为：R Rb b ＝＝R RB B loglog2 2MM 其中：其中：RB为为码元速率（也称符号传输速率），单码元速率（也称符号传输速率），单位叫位叫波特波特（（Baud），），且且R RB B ＝＝1 1／／T Ts s（（波特波特）） 其中：其中：Ts为码元宽度为码元宽度8/16/20248《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（4/7））­有效性有效性v频带利用率是指单位频带内的传输速率，通信系统频带利用率是指单位频带内的传输速率，通信系统占用的频带越宽，传输信息的能力应该越大占用的频带越宽，传输信息的能力应该越大单位频带内传输速率单位频带内传输速率符号传输速率符号传输速率频带宽度频带宽度η =或或 信息传输速率信息传输速率频带宽度频带宽度η =8/16/20249《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（5/7））­可靠性可靠性v含义：在给定信道内接收到的信息的含义：在给定信道内接收到的信息的可靠程度可靠程度。

v衡量通信可靠性的指标衡量通信可靠性的指标]模拟通信系统：输出信噪比模拟通信系统：输出信噪比输出信噪比＝输出信噪比＝输出端信号平均功率输出端信号平均功率输出端噪声平均功率输出端噪声平均功率8/16/202410《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（6/7））­可靠性可靠性v衡量通信可靠性的指标衡量通信可靠性的指标]数字通信系统：误码率数字通信系统：误码率二进制系统误码率：二进制系统误码率：出现错误的比特数出现错误的比特数传输的总比特数传输的总比特数Pb =多进制系统误码率：多进制系统误码率：出现错误的码元出现错误的码元(符号符号)数数传输的总码元传输的总码元(符号符号)数数Pe =有效性与可靠有效性与可靠性是一对相互性是一对相互矛盾的指标矛盾的指标8/16/202411《现代通信概论》第2章 数字通信1.1.5 通信系统的质量要求（通信系统的质量要求（7/7））­可靠性可靠性v衡量通信可靠性的指标衡量通信可靠性的指标]数字通信系统：信号抖动数字通信系统：信号抖动 在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元相对于标准位置的随机偏移。

相对于标准位置的随机偏移8/16/202412《现代通信概论》第2章 数字通信2.3 语声信号数字化编码语声信号数字化编码­2.3.1 基本概念基本概念 信号的数字化称为语声编码，图像信号的数字化称为图信号的数字化称为语声编码，图像信号的数字化称为图像编码­语声信号语声信号编码示意图编码示意图8/16/202413《现代通信概论》第2章 数字通信2.3 语声信号数字化编码语声信号数字化编码­A/DA/D变化包含三个部分：变化包含三个部分： (1)(1)抽样：是指将模拟信号在时间上离散化的过程抽样：是指将模拟信号在时间上离散化的过程 (2)(2)量化：是指将模拟信号在幅度上离散化的过程量化：是指将模拟信号在幅度上离散化的过程 (3)(3)编码：编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示编码：编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示­语声信号编码的分类：语声信号编码的分类： (1) (1)波形编码：在发送端根据语声信号波形的特点把语声信号变换为数字信波形编码：在发送端根据语声信号波形的特点把语声信号变换为数字信号，而在接收端经解码再恢复发送端原语声的波形。

号，而在接收端经解码再恢复发送端原语声的波形 (2)(2)参量编码：提取语声信号的特征参量，对其进行编码参量编码：提取语声信号的特征参量，对其进行编码 (3)(3)混合编码：介于波形编码与参量编码之间，在参量编码的基础上引入一混合编码：介于波形编码与参量编码之间，在参量编码的基础上引入一定的波形编码的特征定的波形编码的特征8/16/202414《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（1/8））­模拟信号数字化的基本过程：对模拟信号在时间域和幅度域模拟信号数字化的基本过程：对模拟信号在时间域和幅度域上都进行离散化处理，然后再把离散化的幅度值变换为数字上都进行离散化处理，然后再把离散化的幅度值变换为数字信号代码信号代码­脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM））系统结构框图系统结构框图8/16/202415《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（2/8））­PCM系统的组成系统的组成v发送端：完成对模拟话音信号的发送端：完成对模拟话音信号的抽样抽样、、量化量化、、编码编码三步处理，然后将信号直接送入信道进行传送，即三步处理，然后将信号直接送入信道进行传送，即完成完成模模/数变换数变换过程；过程；v接收端：收到数字脉冲信号后，通过接收端：收到数字脉冲信号后，通过再生再生、、译码译码等等反变换，最后经低通滤波器平滑成原始的模拟语音反变换，最后经低通滤波器平滑成原始的模拟语音信号，即完成信号，即完成数数/模变换模变换过程；过程；v信道传输设备：当传输距离较长时，在信道中间每信道传输设备：当传输距离较长时，在信道中间每隔一定距离需要设置隔一定距离需要设置再生中继再生中继设备。

设备8/16/202416《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（3/8））­抽样抽样v含义：将话音信号在含义：将话音信号在时间时间上上离散化离散化的过程v实现方法：对话音信号实现方法：对话音信号s(t)按周期间按周期间隔隔T抽取其瞬时幅值，得到一系列时抽取其瞬时幅值，得到一系列时间上离散的样值序列间上离散的样值序列s’(t)v抽样定理：只要抽样频率抽样定理：只要抽样频率fC≥2 fB ，，则抽样后的样值序列则抽样后的样值序列通过一个截频为通过一个截频为fB的的低通滤波器后即可恢复原信号，其低通滤波器后即可恢复原信号，其中中fB最高频率是最高频率是s(t)的最高频率的最高频率vITU-T建议对话音信号的抽样频率为每秒钟建议对话音信号的抽样频率为每秒钟8000次8/16/202417《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（4/8））­量化量化v含义：将抽样后时间离散、幅值连续的信号样值幅含义：将抽样后时间离散、幅值连续的信号样值幅度分层，将在一定范围内变化的无限个值，用不连度分层，将在一定范围内变化的无限个值，用不连续的有限个值来代替的过程称为续的有限个值来代替的过程称为“量化量化”。

v分类分类]均匀量化：在幅值变化范围内均匀等间隔量化；均匀量化：在幅值变化范围内均匀等间隔量化；]非均匀量化：将小信号量化级间隔细分，大信号量非均匀量化：将小信号量化级间隔细分，大信号量化级间隔粗分，可以提高信号较小状况下的信噪比化级间隔粗分，可以提高信号较小状况下的信噪比8/16/202418《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（5/8））­量化量化v均匀量化（线性量化）均匀量化（线性量化）]实现方法：设被量化信号实现方法：设被量化信号u(t)的的电平幅值变化范围为电平幅值变化范围为±U，，将将 -U~+U均匀等分为均匀等分为N个量化间隔个量化间隔每个间隔为每个间隔为△△=2U/N，，N为量化为量化级数，量化值通常取每个量化级级数，量化值通常取每个量化级电压（或电流）的中间值电压（或电流）的中间值]量化噪声：当量化噪声：当u(t)幅值高于或低于某个量化值时，会产生幅值高于或低于某个量化值时，会产生量化误差，相当于在模拟信号上迭加了一个额外噪声量化误差，相当于在模拟信号上迭加了一个额外噪声8/16/202419《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（6/8））­量化量化v非均匀量化非均匀量化]原理：量化级间隔随信号幅度的大小自动调整，当原理：量化级间隔随信号幅度的大小自动调整，当信号幅度小时，量化级间隔变小，量化误差也小；信号幅度小时，量化级间隔变小，量化误差也小；当信号幅度大时，量化级间隔变大，量化误差也大。

当信号幅度大时，量化级间隔变大，量化误差也大]优点：在不增大量化级数优点：在不增大量化级数N的条件下，使信号在较的条件下，使信号在较宽动态范围内的信噪比宽动态范围内的信噪比S/N达到要求达到要求]实现框图：实现框图：8/16/202420《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（7/8））­量化量化v非均匀量化非均匀量化]压缩特性曲线压缩特性曲线¬13折线折线A律：律：¬15折线折线μ律：第律：第1段是第段是第2段的一半，在小信号时量化误差更小段的一半，在小信号时量化误差更小8/16/202421《现代通信概论》第2章 数字通信2.3.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM））技术（技术（8/8））­编码和解码编码和解码v编码编码]含义：在发信端对非均匀量化后的样值数字信号利用含义：在发信端对非均匀量化后的样值数字信号利用给定的方案变换成串行的二进码序列，即模数变换给定的方案变换成串行的二进码序列，即模数变换]实现方法：逐次反馈型编码实现方法：逐次反馈型编码v解码解码]含义：在收信端将收到的二进码序列还原成相应幅度含义：在收信端将收到的二进码序列还原成相应幅度的量化值，即数模变换。

的量化值，即数模变换]实现方法：将串行实现方法：将串行PCM码流按位存储并分组转换为并码流按位存储并分组转换为并行输出，经过类似标准砝码的加权而得到行输出，经过类似标准砝码的加权而得到PAM信号8/16/202422《现代通信概论》第2章 数字通信2.4 时分多路复用（时分多路复用（1/3））­时分多路复用的基本概念：利用各路信号占用时间有限时分多路复用的基本概念：利用各路信号占用时间有限的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信号的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信号­2.4.1 同步技术同步技术v同步的必要性：在时分多路复用中，为了保证各路信号被准确同步的必要性：在时分多路复用中，为了保证各路信号被准确地分配到各路中去，要求收发两端的分路器与合路器必须严格地分配到各路中去，要求收发两端的分路器与合路器必须严格同步，否则就会造成接收端不能在相应的时间内收到该收的信同步，否则就会造成接收端不能在相应的时间内收到该收的信号而产生串音干扰号而产生串音干扰8/16/202423《现代通信概论》第2章 数字通信2.4 时分多路复用（时分多路复用（2/3））­同步技术同步技术v位同步位同步]含义：要求收、发端的时钟频率完全一致，达到含义：要求收、发端的时钟频率完全一致，达到同频同相同频同相。

位同步是最基本的同步要求，是保证帧同步的必要条件位同步是最基本的同步要求，是保证帧同步的必要条件]实现方法：实现方法：¬发送端发送端采用频率稳定的晶体振荡器；采用频率稳定的晶体振荡器；¬接收端接收端采用定时提取技术，从接收的采用定时提取技术，从接收的PCM信号中得到发送端信号中得到发送端的定时时钟脉冲；的定时时钟脉冲；¬传输线路传输线路上选择合适的传送码型，以利于定时提取时钟频率上选择合适的传送码型，以利于定时提取时钟频率8/16/202424《现代通信概论》第2章 数字通信2.4 时分多路复用（时分多路复用（3/3））­同步技术同步技术v帧同步帧同步]帧的含义：设有帧的含义：设有N个话路时分复用在同一传输线路上，则通个话路时分复用在同一传输线路上，则通过对每个话路抽样一次后得到过对每个话路抽样一次后得到N个话路时隙，采用个话路时隙，采用13折线折线A律量化编码后得到律量化编码后得到8×N位二进码序列，该序列称为一位二进码序列，该序列称为一帧帧，即，即在一帧时间内，所有在一帧时间内，所有N个话路都有且仅有一次传输机会个话路都有且仅有一次传输机会]目的：使接收端与发送端以帧为单位对齐，以区分属于不同目的：使接收端与发送端以帧为单位对齐，以区分属于不同话路的信号。

话路的信号]实现方法：在每一帧的一个固定时隙中插入特定码组（称为实现方法：在每一帧的一个固定时隙中插入特定码组（称为帧同步码），在接收端接收判断是否收到了这一码组，并以帧同步码），在接收端接收判断是否收到了这一码组，并以此为界区分一帧的首尾，即可区分出各路信号此为界区分一帧的首尾，即可区分出各路信号8/16/202425《现代通信概论》第2章 数字通信2.4.2 PCM 30/32 路系统的帧结构（路系统的帧结构（1/4））­PCM 30/32 路系统帧结构图路系统帧结构图8/16/202426《现代通信概论》第2章 数字通信2.4.2 PCM 30/32 路系统的帧结构（路系统的帧结构（2/4））­总数码传输率总数码传输率∵∵ 抽样频率＝抽样频率＝8000Hz又：经量化编码，每个抽样信号变成又：经量化编码，每个抽样信号变成8位二进码位二进码 30路共有路共有30×8＝＝240位二进码元位二进码元 再加帧同步时隙再加帧同步时隙TS0的的8位帧同步码位帧同步码 再加信令时隙再加信令时隙TS16的的8位信令码位信令码 共有共有256位二进码位二进码∴∴ PCM 30/32 路系统总数码传输率路系统总数码传输率8/16/202427《现代通信概论》第2章 数字通信2.4.2 PCM 30/32 路系统的帧结构（路系统的帧结构（3/4））­信令（标志信号）传送方式信令（标志信号）传送方式v信令的含义：在数字通信系统中，用于在通信中建信令的含义：在数字通信系统中，用于在通信中建立接续、拆除和控制以及网络管理有关的信息，如立接续、拆除和控制以及网络管理有关的信息，如占用、拨号、应答、拆线等状态信息。

占用、拨号、应答、拆线等状态信息v信令传送方式：信令传送方式：]时隙内信令方式：信令固定或周期性地占据话路时时隙内信令方式：信令固定或周期性地占据话路时隙内一位比特来传输；隙内一位比特来传输；]时隙外信令方式：在话路时隙外单设一路时隙专用时隙外信令方式：在话路时隙外单设一路时隙专用于传送信令于传送信令8/16/202428《现代通信概论》第2章 数字通信2.4.2 PCM 30/32 路系统的帧结构（路系统的帧结构（4/4））­帧结构规则帧结构规则v每每16帧为帧为1个复帧，顺序为个复帧，顺序为F0、、F1、、F2、、…、、F15，，每每帧包含帧包含32个路时隙，每个路时隙有个路时隙，每个路时隙有8位二进码；位二进码；v每帧当中，路时隙每帧当中，路时隙TS1～～TS15、、TS16～～TS31用于传送话用于传送话路信息码；路信息码；v每帧当中，每帧当中，TS0时隙用于传送帧同步码；时隙用于传送帧同步码；v第第F0帧的帧的TS16时隙前四位码用于传送复帧同步码，每时隙前四位码用于传送复帧同步码，每16帧重复一次；第帧重复一次；第F1～～F15帧的帧的TS16时隙用于传送时隙用于传送30个个话路的信令码。

话路的信令码8/16/202429《现代通信概论》第2章 数字通信2.5 数字信号复接的概念（数字信号复接的概念（1/3））­数字复接的含义：数字复接的含义：把两个或两个以上分支数字信号按把两个或两个以上分支数字信号按时分时分复用复用方式汇接成单一的复合数字信号的过程具体来说，通方式汇接成单一的复合数字信号的过程具体来说，通过数字复接技术把过数字复接技术把PCM数字信号由数字信号由低次群低次群逐级合成为逐级合成为高次群高次群以适应在高速线路中传输以适应在高速线路中传输8/16/202430《现代通信概论》第2章 数字通信2.5 数字信号复接的概念（数字信号复接的概念（2/3））­PCM数字复接的实现方法：将若干个经过数字复接的实现方法：将若干个经过PCM复用复用的信号（如的信号（如30/32路基群系统）进行时分复用以形成路基群系统）进行时分复用以形成更多路数的数字通信更多路数的数字通信注意：复接后形成的数注意：复接后形成的数码率码率高于高于复接前各复接前各PCM复用信号码流速率之和复用信号码流速率之和8/16/202431《现代通信概论》第2章 数字通信2.4.1 数字信号复接的概念（数字信号复接的概念（3/3））­ITU-T两类数字速率和复接等级两类数字速率和复接等级8/16/202432《现代通信概论》第2章 数字通信习题习题­与模拟通信相比，数字通信具有哪些特点？与模拟通信相比，数字通信具有哪些特点？­PCM数字通信系统由哪几部分组成？在发送端对模拟话数字通信系统由哪几部分组成？在发送端对模拟话音信号主要进行哪些处理？音信号主要进行哪些处理？­什么是抽样、量化、编码？如何实现？什么是抽样、量化、编码？如何实现？­什么是时分多路复用？在时分多路复用中，为实现同步什么是时分多路复用？在时分多路复用中，为实现同步所采取的主要措施是什么？所采取的主要措施是什么？­PCM30/32路系统的帧结构是怎样的？路系统的帧结构是怎样的？­PCM30/32路系统的总数码传输率是多少？如何计算？路系统的总数码传输率是多少？如何计算？­什么是数字复接？什么是数字复接？8/16/202433《现代通信概论》第2章 数字通信。