大學(xué)課件數(shù)字通信技術(shù)

1、1第二章第二章 數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信技術(shù)-2-2數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信技術(shù)-1 -1 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1、差錯(cuò)控制編碼的基本思想。、差錯(cuò)控制編碼的基本思想。2、pcm的三個(gè)基本過程。的三個(gè)基本過程。3、抽樣定理。、抽樣定理。4、語音信號的抽樣周期。、語音信號的抽樣周期。5、量化的基本思想。、量化的基本思想。6、均勻量化的弊端。、均勻量化的弊端。http:/ .2.2 量化量化非均勻量化非均勻量化關(guān)于非均勻量化的主要內(nèi)容：關(guān)于非均勻量化的主要內(nèi)容：1 1、掌握其基本思想、掌握其基本思想2 2、了解、了解a a律律1313折線量化方法，分級情況折線量化方法，分級情況（2 2）非均勻量化）非均勻量化基

2、本思想：基本思想：使信號輻度小時(shí)，量化間隔使信號輻度小時(shí)，量化間隔u小些，小些，信號幅度區(qū)間大時(shí)，量化間隔信號幅度區(qū)間大時(shí)，量化間隔u大些，以使大大些，以使大小信號相對量化誤差（量化信噪比）趨于一致。小信號相對量化誤差（量化信噪比）趨于一致。http:/ .2.2 量化量化實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)方法：為達(dá)到使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，為達(dá)到使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，可采取一種等效途徑可采取一種等效途徑：首先通過人為變換，對樣值進(jìn)行處理首先通過人為變換，對樣值進(jìn)行處理y， 以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。然后再對處理后的然后再對處理后的y樣值區(qū)間

3、進(jìn)行均勻量化樣值區(qū)間進(jìn)行均勻量化以保證量化間隔以保證量化間隔u一致（一致（u變?yōu)樽優(yōu)閡）。達(dá)到大小信號量化信噪比趨于一致的目的。達(dá)到大小信號量化信噪比趨于一致的目的。http:/ y均勻量化等效于對均勻量化等效于對x x非均勻量化非均勻量化因此，壓縮器的功能，加上均勻量化的因此，壓縮器的功能，加上均勻量化的功能，等效于非均勻量化。功能，等效于非均勻量化。壓縮處理壓縮處理+均勻量化均勻量化=非均勻量化非均勻量化http:/ .2.2 量化量化目前數(shù)字壓擴(kuò)特性國際上有目前數(shù)字壓擴(kuò)特性國際上有兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)：兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)：a律十三折線壓擴(kuò)特性律十三折線壓擴(kuò)特性13折線折線a律主要用于英、法、德等歐

4、洲各國的律主要用于英、法、德等歐洲各國的pcm設(shè)備中，設(shè)備中，我國也采用我國也采用a律律13折線折線。律十五折線壓擴(kuò)特性律十五折線壓擴(kuò)特性15折線折線律主要用于美國、日本和加拿大等律主要用于美國、日本和加拿大等國的國的pcm設(shè)備中。設(shè)備中。http:/ .2.2 量化量化13折線折線a律壓擴(kuò)曲線律壓擴(kuò)曲線http:/ .2.2 量化量化a律律13折線的生成：折線的生成：13折線折線a律是從非均勻量化的基點(diǎn)出發(fā)，設(shè)法用律是從非均勻量化的基點(diǎn)出發(fā)，設(shè)法用許多折線來逼近許多折線來逼近a律對數(shù)壓擴(kuò)特性的。律對數(shù)壓擴(kuò)特性的。設(shè)在直角坐標(biāo)系中，設(shè)在直角坐標(biāo)系中，x軸和軸和y軸分別表示輸入信軸分別表示輸入信

5、號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最大取值范圍都是大取值范圍都是11，即都是歸一化的。，即都是歸一化的。為達(dá)到非均勻量化的目的，為達(dá)到非均勻量化的目的，a a律律1313折線分兩步生成：折線分兩步生成：第一步，把第一步，把x軸的區(qū)間軸的區(qū)間1，1不均勻地分不均勻地分成成16大段，正半軸大段，正半軸8大段，負(fù)半軸大段，負(fù)半軸8大段。大段。http:/ .2.2 量化量化其具體分法如下其具體分法如下:將區(qū)間將區(qū)間0，1一分為二，其中點(diǎn)為一分為二，其中點(diǎn)為1/2,取區(qū)間取區(qū)間1/2,1作為第八段作為第八段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/2再一分為二，

6、其中點(diǎn)為再一分為二，其中點(diǎn)為1/4,取取區(qū)間區(qū)間1/4,1/2作為第七段作為第七段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/4再一分為二，其中點(diǎn)為再一分為二，其中點(diǎn)為1/8,取取區(qū)間區(qū)間1/8,1/4作為第六段作為第六段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/8再一分為二，其中點(diǎn)為再一分為二，其中點(diǎn)為1/16,取區(qū)間取區(qū)間1/16,1/8作為第五段作為第五段;.最后剩下的區(qū)間最后剩下的區(qū)間0,1/128作為第一段。作為第一段。其中第一、第二兩段長度相等，都是其中第一、第二兩段長度相等，都是1128。http:/ .2.2 量化量化第二步，將以上第二步，將以上8個(gè)不均勻大段的每一段，個(gè)不均勻大段的每一段，再均

7、勻地分成再均勻地分成16等份，每一等份代表一等份，每一等份代表一個(gè)量化級。個(gè)量化級。http:/ .2.2 量化量化因此，將因此，將x軸的軸的01的變化域分成了的變化域分成了168128個(gè)非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進(jìn)個(gè)非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進(jìn)行非均勻量化；行非均勻量化；另外，對另外，對-x軸也作同樣的分段處理，則軸也作同樣的分段處理，則x軸共有軸共有256個(gè)非均勻量化級。個(gè)非均勻量化級。對于對于y（或（或-y）軸的）軸的01的變化域被均勻地分成的變化域被均勻地分成8大段，每大段再均勻地分成大段，每大段再均勻地分成16等份，故等份，故y軸同軸同樣也被分成樣也被分成128225

8、6個(gè)量化級，不過它是個(gè)量化級，不過它是均勻量化級。均勻量化級。http:/ 2、編碼的位數(shù)、編碼的位數(shù)和碼位的安排和碼位的安排量化級數(shù)量化級數(shù)n2（正負(fù)極性）（正負(fù)極性）8（段）（段）16（等份）（等份）256，所以，所以需需8位二進(jìn)制碼位二進(jìn)制碼。用用1位二進(jìn)制碼（稱為極性碼）表示正負(fù)（如位二進(jìn)制碼（稱為極性碼）表示正負(fù)（如“1”表示正，表示正，“0”表示負(fù)）、表示負(fù)）、3位二進(jìn)制碼（稱位二進(jìn)制碼（稱為段落碼）表示為段落碼）表示8大段落、大段落、4位二進(jìn)制碼（稱為位二進(jìn)制碼（稱為段內(nèi)碼）表示每一大段的段內(nèi)碼）表示每一大段的16等份等份 a1， a2a3a4， a5a6a7a8極性碼極性碼 段

9、落碼段落碼 段內(nèi)碼段內(nèi)碼http:/ :相鄰碼之間只有一個(gè)碼字不同，這樣誤相鄰碼之間只有一個(gè)碼字不同，這樣誤一位碼造成的偏差的平均值小一些一位碼造成的偏差的平均值小一些。循環(huán)碼在排列上的這一特點(diǎn)使得在傳輸過程中若產(chǎn)循環(huán)碼在排列上的這一特點(diǎn)使得在傳輸過程中若產(chǎn)生一位誤碼，錯(cuò)到相鄰量化級時(shí)，因僅差一個(gè)量化生一位誤碼，錯(cuò)到相鄰量化級時(shí)，因僅差一個(gè)量化臺階，不致于影響聽覺上的感覺相差很大。臺階，不致于影響聽覺上的感覺相差很大。但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)系，但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)系，如如每每位碼沒有固定的權(quán)值，它不能逐個(gè)碼元獨(dú)立進(jìn)行編位碼沒有固定的權(quán)值，它不能逐個(gè)碼元獨(dú)立進(jìn)行編譯

10、碼，因而它不具有自然二進(jìn)制碼的優(yōu)點(diǎn)。譯碼，因而它不具有自然二進(jìn)制碼的優(yōu)點(diǎn)。 所以所以編碼電路比較復(fù)雜編碼電路比較復(fù)雜，一般較少采用。，一般較少采用。http:/ 3、碼型的選取、碼型的選取 選取碼型主要考慮的是各種碼型傳輸時(shí)的效果。選取碼型主要考慮的是各種碼型傳輸時(shí)的效果。語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)的概率大，所以我們更關(guān)心小信號傳輸?shù)男Ч?。的概率大，所以我們更關(guān)心小信號傳輸?shù)男Ч?。例如小信號情況時(shí)，有一樣值量化編碼為例如小信號情況時(shí)，有一樣值量化編碼為000，設(shè)傳輸中錯(cuò)一位，可有三種情況：設(shè)傳輸中錯(cuò)一位，可有三種情況：001、010、1

11、00http:/ 進(jìn)進(jìn) 碼碼循循 環(huán)環(huán) 碼碼折折 疊疊 碼碼誤誤 碼碼情情 況況量量 化化 級級 1 1量量 化化 級級 2 2 量量 化化 級級 4 4量量 化化 級級 0 0實(shí)實(shí) 際際 碼碼 ： 0 0 0 0 0 0平平 均均誤誤 差差差差 3 3差差 1 1差差 7 7差差 1 1差差 2 2差差 1 1差差 4 4差差 2 2差差 1 17 73 31 12 21 14 47 7 3 31 11 1 3 34 4 3 30 03 30 0 0 0 1 10 0 1 1 0 01 1 0 0 0 0http:/ 8=64 k 8=64 khttp:/ 2.3 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)

12、字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸1 1、數(shù)字基帶信號、數(shù)字基帶信號數(shù)字終端設(shè)備直接產(chǎn)生數(shù)字終端設(shè)備直接產(chǎn)生a/da/d轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換后從波形上看，數(shù)字信號一般是由不同電壓極性從波形上看，數(shù)字信號一般是由不同電壓極性（如（如5v或或5v）表示的矩形脈沖）表示的矩形脈沖矩形脈沖的固有頻寬稱做基本頻帶，即基帶，上矩形脈沖的固有頻寬稱做基本頻帶，即基帶，上述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸2、基帶傳輸、基帶傳輸將基帶信號直接送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞?；將基帶信號直?/p>

13、送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞?；簡單說來，就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。如短距離的脈沖編碼調(diào)制（pcm）局間中繼、局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送常采用基帶傳輸方式。 http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸3、基帶傳輸碼型、基帶傳輸碼型選碼原則選碼原則（1）不應(yīng)含有直流分量）不應(yīng)含有直流分量和只有很小的低頻分量和只有很小的低頻分量 ；（2）便于從信號中提取位同步定時(shí)信息；）便于從信號中提取位同步定時(shí)信息；（3）傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測功能；）傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測功能；（4）對任何信源具有透明性，解決長連）對任何信源具有透明性，解決長連1和長和長連連0問題問

14、題 ；（5）編譯碼的設(shè)備應(yīng)盡量簡單。）編譯碼的設(shè)備應(yīng)盡量簡單。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸常用碼型常用碼型曼徹斯特碼（又稱分相碼、數(shù)字雙相碼）曼徹斯特碼（又稱分相碼、數(shù)字雙相碼）傳號交替反轉(zhuǎn)碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼（ami碼）碼）傳號反轉(zhuǎn)碼（傳號反轉(zhuǎn)碼（cmi碼）碼）三階高密度雙極性碼（三階高密度雙極性碼（hdb3碼）碼）http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸曼徹斯特碼曼徹斯特碼001 110 常用于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中常用于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中101100高 h低 l“ 1”高電 平“ 0”低電 平中 間 跳“ 0”上跳“ 1”下跳中 間 總 有跳 變“ 0”開頭 跳高

15、h低 l高 h低 l（ a） 不歸 零 制編 碼（ b） 曼 徹 斯 特 編碼（ c） 差 分 曼 徹斯 特 編碼http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號交替反轉(zhuǎn)碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼（ami:alternate mark inversion code）0 不變，不變，1交替變?yōu)榻惶孀優(yōu)?1和和-1北美系列一、二、三次群的線路碼型北美系列一、二、三次群的線路碼型http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸三階高密度雙極性碼（三階高密度雙極性碼（hdb3碼：碼：high density bipolar）ami碼中沒有四個(gè)連碼中沒有四個(gè)連0時(shí)，時(shí)， ami碼就是碼就是hdb3碼碼a

16、mi碼中有四個(gè)連碼中有四個(gè)連0時(shí)：時(shí)：第四個(gè)第四個(gè)0用用v代表，代表，v的極性與這四個(gè)的極性與這四個(gè)0的前一個(gè)非的前一個(gè)非0碼極性相同。碼極性相同。為保證為保證v的極性不同（若徑上面變換出現(xiàn)相同情的極性不同（若徑上面變換出現(xiàn)相同情況），則第一個(gè)況），則第一個(gè)0用用b代表，代表，b的極性與前一非的極性與前一非0符符號極性相反。號極性相反。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸消息帶碼：消息帶碼： 1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1ami碼：碼：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 1 000 0 +1hdb3碼碼-1 000-v 0 +1 1 +b0

17、0+v -1 +1-b00+v +1hdb3碼是碼是ccitt建議建議pcm30/32標(biāo)準(zhǔn)系標(biāo)準(zhǔn)系列的基群、二次群、三次群的線路碼型。列的基群、二次群、三次群的線路碼型。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號反轉(zhuǎn)碼（傳號反轉(zhuǎn)碼（cmi碼：碼：code mark inversion）001 100/11交替。交替。ccitt建議四次群接口碼型。建議四次群接口碼型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 00http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸1、定義、定義利用數(shù)字基帶信號去控制載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信利用數(shù)字基帶信號去控制載波，

18、從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號對載波的調(diào)制，以形成數(shù)字信號的載波傳輸。號對載波的調(diào)制，以形成數(shù)字信號的載波傳輸。必須經(jīng)過調(diào)制器（頻帶調(diào)制器），將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號后再送往信道傳輸，稱之為數(shù)字信號的頻帶傳輸。http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸2、常用調(diào)制方法、常用調(diào)制方法調(diào)制：使載波信號的某個(gè)參量隨即帶信號的變化調(diào)制：使載波信號的某個(gè)參量隨即帶信號的變化而變化。而變化。由于數(shù)字調(diào)制方式中調(diào)制信號是“1”或“0”，對載波參數(shù)的控制相當(dāng)于開關(guān)，所以數(shù)字調(diào)制方式通常稱之為“鍵控法”。載波載波s(t)=asin( t+)a：振幅：振幅 ：角頻率：角頻率 ：相位：相位http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸（1 1）幅移鍵控方式（）幅移鍵控方式（askask，amplitude-shift amplitude-shi