数字通信原理

1数字通信原理第一章概述一、通信及通信系统的构成1、概念2、构成二、信息、信号及分类1、信息：用来消除不定性的东西。2、信号：是用来携带信息的载体。3、信号分类：模拟信号：强度的取值随时间连续变化，取值个数无限。数字信号：强度参量的取值是离散变化的，取值个数有限。PAM信号是模拟信号。（时间上离散，但幅度取值不是有限个。）三、模拟通信和数字通信四、数字通信的特点及性能指标1、特点：（1）抗干扰能力强，无噪声积累（2）便于加密处理（3）利于采用时分复用实现多路通信（4）设备便于集成化、小型化（5）占用频带宽2、性能指标：信息传输速率（bit/s）：每秒钟传输的信息量。有效性指标符号传输速率（Bd）：单位时间内传输码元的数目。频带利用率：单位频带内的传输速率。误码率：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。可靠性指标抖动：是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。M进制信号与二进制信号码元数n的关系为：M=2n因此，信息传输速率与符号传输速率的关系是：Rb=NB·M2log式中：Rb为信息传输速率。NB为符号传输速率。M为码元（或符号）的进制数。例如：四进制码元序列符号传输速率2000Bd，其信息传输速率为多少？Rb=NB·log2M=2000×log24=4000bit/s用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率。2误码率（平均误码率）Pe=NlimNn传输总码数发生误码个数第二章语声信号数字化编码第一节基本概念A/D变换抽样：是将模拟信号在时间上离散化的过程。量化：是将信号在幅度上离散化的过程。编码：是将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。D/A变换：译码、滤波（低通）第二节PCM编码一、抽样1、抽样定义及实现的电路模型)(tfs=)(tf×)(tST2、抽样定理（能判断信号的类型，确定抽样频率的大小，画出频谱图）（1）低通型信号：是指低端频率从0或某一频率0f到某一高限频率Mf的带限信号，并有0f〈Mf－0f的限定条件。MSff2例：（2）带通型信号：Mff0－Bf0nffnfSM0212)(1220MSffnfBfn0（取整）04Mf)(ZKHf048121620ZSKHf8原1下1上3（3）与抽样有关的误差①抽样的折叠噪声：若MSff2②抽样展宽的孔径效应失真二、量化1、定义:量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。2、均匀量化：各量化等级间隔相等的量化方式。量化间隔：NU2量化级数：N量化值：iu量化误差：'uue（即原信号-量化后信号）。非过载区，2maxe；过载区，2e。过载电压：U3、量化噪声的计算非过载区量化噪声功率：非过载区N22223)(121NU说明非过载区量化噪声仅与量化间隔的大小有关，或者说，在临界过载电压U一定时仅与分级数N有关。过载区量化噪声功率：euUeeuN222‘过载区总的量化噪声：过非NNNq量化信噪比qeqNuNS2/。以对数形式表示有：edBqxNNSlg20)3lg(20)/(8.46lg20lxe（lN2101Uuxee。为信号电压归一化值ex）n+1下下ghn下Mf0f0MSfnf0fMf0)1(ffnS0fnfSMSffn)1(44、非均匀量化及压缩扩张技术（1）定义：量化间隔不均匀。特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。可以改善小信号的量化信噪比。实现：采用压缩扩张技术。（P24-P25）（2）A律压缩特性：以A为参量的压扩特性。AAXyln1AX10AXAyln1ln111XA通常选A=87.6的压缩特性，按A律压缩特性实现非均匀量化的量化量化信噪比为：dxdyXNNSeqlg20lg203lg20)/(非均匀dxdyNSqlg20)/(均匀小信号时，AAXyln1，AAdxdyln1大信号时，AAXyln1ln1，XAdxdy1ln11结论：非均匀量化时，小信号的信噪比会增大；大信号时改善减小，以致信噪比比均匀量化时小。注意：对A律13折线量化信噪比的计算公式、方法及相对于均匀量化信噪比的改善量，大专不作要求，但仍应知道以上结论。三、编码与解码1、二进制码组及编码基本概念二进制码，一般二进制码。P32天平称重：5.2（样值）→5（量化）→101（编码）。2、非线性编码与解码（1）A律13折线编码的码字安排极性码段落码段内电平码1a2a3a4a5a6a7a8a①段落码与量化段的序号关系量化段序号i段落码用十进制数表示+1②量化段序号和段落起始电平的关系0，1iBiI22i，i2，3，…，85③量化段序号和段落量化间隔的关系1Δ，i1i22i，2i，3，…，8段内码5a，6a，7a，8a对应权值为i8，i4，i2，i。例：P37（2）A律13折线编码方法①极性码的判决：0SI则11a；0SI，则01a。②段落码判决：A：若SI落在1～4段内，02a；5～8段内12a。128225RiI512227，12a；5，67，8B：3a，3RI32223，02a；1，23，416222，02a，03a；1264224，02a，13a；34C：4a，4RI256226，12a，03a；561024228，12a，13a；7812345678163264128256512102412813211614121164167RI6RI7RI5RI7RI6RI7RIBiI8RIi2i4i6i8i10i12i14③段内码iiiiBiRiiiBiRiiBiRiBiRaaaIIaaIIaIIII)2()4()8(2)4()8(4)8(87658657565若RiSII，则1ia；反之，0ia。例：P38～39（3）译码目的：把接收的PCM信号还原成相应PAM量化值。例：求11011011译码后结果？解：11a，此信号电平为正电平。段落码101，615i，2562266BI，162266。687656).248(aaaaIIBS译16)128(25643244021643226译译SSII（26为接收端所加半个量化间隔。）例：练习册P5，七大题第2小题。（这题一定要理解透）例：某A律13折线编码器，8l，过载电压mvU4096，一个样值为mvuS798。①试将其编成相应的码字；②计算接收端译码器输出的样值大小，并计算量化误差。解：①8l，mvU40962048mv220484096，3992798mvmvuS编码过程：极性码：0399Su，11a；7段落码：1283992RSUu，12a，处于5～8段；5123993RSUu，03a，处于5，6段；2563994RSUu，14a，处于6段；起始值：2562266BU，量化间隔：162266。段内码：3841682568665BRUU；5RSUu，15a。4481641682564)8(66566aUUBR；6RSUu，06a。4162)4()8(6666567aaUUBR；7RSUu，07a。400)2()4()8(667666568aaaUUBR；8RSUu，08a。编码结果为：11011000②译码：2).248(6687656aaaaUUBC译3928168256。量化误差mvmve14277392399。第三节差值脉冲调制——DPCM一、DPCM原理及实现原理：语声信号的样值可以分成两个部分。①可预测部分：可以由过去的一些样值加权得到。②不可预测部分：实际值与预测值之间的误差。发送：实际值－预测值；预测值：NiSSiSiTnTSwnTS1)()(~二、ADPCM编码引入自适用量化（量化间隔变化)(t），自适用预测（iw经过一段时间会变化）。（知道意思）8第三章时分多路复用及PCM30/32路系统第一节时分多路复用通信一、时分多路复用的概念1、多路复用的概念：信号沿同一信道传输而不互相干扰的通信方式。主要有频分多路复用和时分多路复用两种。2、时分复用的概念：利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号。3、时分复用的实现（P67，图3.2）二、PCM时分多路通信系统的构成（图3.3）几个基本概念：帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期。用T表示。路时隙：合路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔。nTtC（n为复用路数）位时隙：1位码占用的时间。lttCB（l为码字数）BBRtN1（二进制码符号速率=码速率）三、时分多路复用系统同步位同步：是使收端的时钟频率与发端的时钟频率相同。又称为时钟同步。帧同步：是保证收发两端相应话路对准。帧同步的实现：发送端在每一帧的第一个时隙位置安排标志码，即帧同步码，接收端要首先识别帧同步码，从而判定帧开始的地方。第二节PCM30/32路系统一、PCM30/32路系统帧结构1、帧结构图话路数：30路，信令路：1路，帧同步：1路。2、标准数据：话音抽样速率ZSKHf8；帧周期usfTSS1251；路时隙snTtSC91.332125；位时隙slttCB448.0891.3；数码率skbitsflnTlnlttfSSCBB/2048125832...11。9二、PCM30/32路帧同步系统（专科不要求）（一）一般帧同步的原理例：设4n，一帧分为4个时隙，其中0TS传帧同步码10011011；1、原理①逐步比较移位寻找帧同步码。（P70，图3.5）②在紧接着的0TS时刻验证同步码。2、帧同步的五种状态①同步状态：帧同步系统在0TS内检测到帧同步码。②帧失步状态：接收端未检测到帧同步码。③捕捉状态：由失步检出到重新回到同步状态的过程。（假失步：同步码误码引起的误判失步。）④前方保护状态：从发现一次失步到确认真正失步的过程。[当连续m次（m称为前方保护计数）检测不出同步后，才判为系统真正失步，而立即进入捕捉状态，开始捕捉同步码。]前方保护状态作用：避免假失步。前方保护状态的前提状态是同步状态。⑤后方保护状态：是从捕捉到第一个同步码到确认真正同步的过程。其作用是避免伪同步。其前提状态是捕捉状态。（二）PCM30/32路帧同步系统1、码型：0011011集中插入在偶帧0TS的第2～8位。2、前方保护时间：STmT)1(前)250(sTS。3、后方保护时间：STnT)1(后。4、帧同步的工作原理同步状态A前方保护状态B捕捉状态C后方保护状态D检测到一次失步连续检测到m次失步检测到n次同步连续检测到同步次数n（假同步）检测到一次帧同步失步次数m（假失步）10第五章准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）第一节数字复接的基本概念一、准同步数字体系（PDH）根据不同的需要和不同的传输介质的传输能力，要有不同话路数和不同速率的复接，形成一个系列（或等级），由低向高逐级复接，这就是数字复接系列。二、PCM复用和数字复接扩大数字通信容量，形成二次群以上的高次群的方法通常有两种：PCM复用和数字复接。1、PCM复用概念所谓PCM复用就是直接将多路信号编码复用。即将多路模拟话音信号按125s的周期分别进行抽样，然后合在一起统一编码形成多路数字信号。PCM复用的不