現(xiàn)代信息技術(shù)概論-ch2-數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)課件

第二章 數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)參考教材第二章第二章 數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)參考教材第二章提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信的特點(diǎn)脈沖編碼技術(shù)時(shí)分復(fù)用數(shù)字復(fù)接技術(shù)提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)模擬信號(hào)：波形模擬著信息的變化而編號(hào)特點(diǎn)：幅度連續(xù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)：波形模擬著信息的變化而編號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：幅值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而是離散的。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：幅值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累便于加密處理、保密性強(qiáng)便于存儲(chǔ)、處理、交換采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信設(shè)備便于集成化、微型化便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)過抽樣、量化、編碼3個(gè)處理步驟數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)：D/A轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)7提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信的特點(diǎn)脈沖編碼技術(shù)時(shí)分復(fù)用數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)7提綱模擬信號(hào)數(shù)字化脈沖編碼調(diào)制技術(shù)脈沖編碼調(diào)制：PulseCodeModulation，簡稱PCM。對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣，并對(duì)每個(gè)樣值獨(dú)立地加以量化，通過編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程。PCM包括下述三個(gè)過程：抽樣量化編碼與解碼脈沖編碼調(diào)制技術(shù)脈沖編碼調(diào)制：PulseCodeModu現(xiàn)代信息技術(shù)概論_ch2_數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)1．抽樣（sampling）

定義：將在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的話音信號(hào)在時(shí)間上離散化的過程實(shí)現(xiàn)：由抽樣門完成抽樣速率？由抽樣定理確定1．抽樣（sampling）定義：將在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)圖2-9抽樣過程圖2-9抽樣過程圖2-10正弦波的抽樣圖2-10正弦波的抽樣抽樣定理的作用近年來通信系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，模擬－>數(shù)字的轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)：抽樣定理；

作用：在一定條件下，一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)完全可以用該信號(hào)在等時(shí)間間隔點(diǎn)上樣本來表示，并且可用這些樣本值把信號(hào)全部恢復(fù)出來電影（24幀/秒）：感覺是連續(xù)活動(dòng)的景象；印刷照片：由很多細(xì)小的網(wǎng)點(diǎn)組成，看起來空間連續(xù)；抽樣定理的作用近年來通信系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，模擬－>數(shù)字的轉(zhuǎn)抽樣定理的提出是不是所有時(shí)間間隔的理想取樣都能反映原連續(xù)信號(hào)的基本特征呢？抽樣的時(shí)間間隔取多大合適？目標(biāo)：在保留原連續(xù)時(shí)間信號(hào)的全部信息的條件下抽取盡可能少的數(shù)據(jù)

方法：時(shí)域抽樣定理抽樣定理的提出是不是所有時(shí)間間隔的理想取樣都能反映原連續(xù)信抽樣定理一個(gè)在頻譜區(qū)間()以外為零的頻帶有限信號(hào)(帶限信號(hào))，可以唯一地由其均勻時(shí)間間隔上的取樣值確定。

當(dāng)取樣頻率

大于或等于信號(hào)帶寬的兩倍時(shí)，即時(shí)，可以從中恢復(fù)原信號(hào)。

定義為奈奎斯特取樣率。抽樣定理一個(gè)在頻譜區(qū)間()以外抽樣定理根據(jù)抽樣定理可知，要無失真地恢復(fù)原始信號(hào)應(yīng)滿足；（3）需通過理想濾波器恢復(fù)原始信號(hào)（1）模擬信號(hào)為帶限信號(hào)。（2）抽樣函數(shù)為周期函數(shù)序列抽樣定理根據(jù)抽樣定理可知，要無失真地恢復(fù)原始（3）需通過理想抽樣過程中的失真

實(shí)用的低通濾波器都有一定的過渡帶，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須滿足，并使各相鄰邊帶間有一定的防衛(wèi)間隔即防衛(wèi)帶如：話音信號(hào)限制在0.3~3.4khz頻率范圍之內(nèi)，因此，若只傳送語音的有效成份，必須把0.3~3.4khz以外的頻率成份去掉，否則會(huì)產(chǎn)生折疊失真ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門）建議話音信號(hào)的抽樣頻率為8kHz抽樣過程中的失真實(shí)用的低通濾波器都有一定的過渡帶，因此在2．量化（Quantizing）將幅度連續(xù)變化的信號(hào)變成離散信號(hào)的處理過程稱為量化實(shí)質(zhì)：一個(gè)化零取整的過程方法：樣值的最大變化范圍劃分成若干個(gè)相鄰的間隔。當(dāng)某樣值落在某一間隔內(nèi)，其輸出數(shù)值就用此間隔內(nèi)的某一個(gè)固定值來表示兩種量化方法：均勻量化和非均勻量化2．量化（Quantizing）將幅度連續(xù)變化的信號(hào)變成離散把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化，也稱線性量化。任何一個(gè)量化器都有一定的量化范圍，通常取-u~+u。量化級(jí)數(shù)N與量化間隔Δ的關(guān)系：Δ=2u/N取量化間隔的中間值為量化值，量化最大誤差為Δ/2。均勻量化把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化，也稱線性圖量化過程及量化誤差圖量化過程及量化誤差量化噪聲和信噪比量化過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差。量化誤差就是指量化前后信號(hào)之差，通常用功率來表示，稱之為量化噪聲。量化誤差一旦產(chǎn)生，在接收端就無法消除克服量化噪聲的方法：增加量化級(jí)數(shù)，使量化間隔相對(duì)于信號(hào)幅值的大小可以忽略不計(jì)。均勻量化信噪比：信號(hào)平均功率與量化噪音平均功率之比。量化噪聲和信噪比量化過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差。量化誤差就是指量化前均勻量化的特點(diǎn)

量化器的量化噪聲隨著量化級(jí)數(shù)M的增加而提高，量化級(jí)數(shù)的選取是根據(jù)量化器的量化信噪比的要求確定的。無論信號(hào)大小，若量化間隔相等，量化的噪聲功率不變。=>（幅度）小信號(hào)的量化信噪比太小，不能滿足通信質(zhì)量要求，大信號(hào)的信躁大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。為解決小信號(hào)的量化信噪比太小，需要加大量化級(jí)數(shù)M；M過大，大信號(hào)的信噪比過大，同時(shí)編碼復(fù)雜，信道利用率過低。均勻量化的特點(diǎn)量化器的量化噪聲隨著量化級(jí)數(shù)M的增加而提高非均勻量化

非均勻量化的量化原理是量化級(jí)間隔隨信號(hào)幅度的大小自動(dòng)調(diào)整。相對(duì)來說，在不增大量化級(jí)數(shù)的條件下，非均勻量化能使信號(hào)在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信噪比達(dá)到要求。非均勻量化非均勻量化的量化原理是量化級(jí)間隔隨信號(hào)幅度的大小非均勻量化的特點(diǎn)

信號(hào)幅度小時(shí)，量化幅度小，量化誤差也小；

信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔大，量化誤差也大非均勻量化的特點(diǎn)信號(hào)幅度小時(shí)，量化幅度小，量化誤差也小；3．編碼和解碼編碼：把量化后的信號(hào)樣值變換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼組，又稱模數(shù)變換自然二進(jìn)制碼：簡單易行；缺點(diǎn)：由3變成4的時(shí)候每一位都要變；格雷碼：相鄰電平間轉(zhuǎn)換，只有一位發(fā)生變化；缺點(diǎn)：每一位碼沒有確定大小；折疊二進(jìn)制碼：沿中心電平上下對(duì)稱，適于表示正負(fù)對(duì)稱的雙極性碼；解碼：在收信端將收到的二進(jìn)制碼序列還原成相應(yīng)幅度的量化值，又稱數(shù)模變換3．編碼和解碼編碼：把量化后的信號(hào)樣值變換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼組二進(jìn)制碼、格雷碼、折疊二進(jìn)制碼量化電平自然二進(jìn)制碼格雷碼折疊二進(jìn)制碼00000000111001001010201001100130110100004100110100510111110161101011107111100111二進(jìn)制碼、格雷碼、折疊二進(jìn)制碼量化電平自然二進(jìn)制碼格雷碼折疊PCM信號(hào)形成過程示意圖PCM信號(hào)形成過程示意圖2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)28提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的基本概念PCM30/32路系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)28提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用的基本概念復(fù)用：為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一信道傳輸而互相步干擾，這種通信方式稱為復(fù)用復(fù)用方式：時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、空分復(fù)用等時(shí)分復(fù)用：各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙的通信方式時(shí)隙：每一路所占有的時(shí)間間隔時(shí)分復(fù)用的基本概念復(fù)用：為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一量化編碼解碼信道1路2路n路n路2路1路低通濾波分配器抽樣(合路門)分路門低通重建1n221n時(shí)分多路通信模型發(fā)端收端分配器K1K2量化編碼解碼信道1路2路n路n路2路1路低通濾波分配器抽樣(PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)完成數(shù)字通信全過程，除對(duì)各個(gè)話路進(jìn)行編、解碼外，還必須有定時(shí)、同步等措施。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，各種信號(hào)（包括加入的定時(shí)、同步等信號(hào)）都是嚴(yán)格按時(shí)間關(guān)系進(jìn)行的。在數(shù)字通信中把這種嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系稱為幀結(jié)構(gòu)。一個(gè)采樣周期（125us）內(nèi)，每個(gè)話路的PCM信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式順序出現(xiàn)一次所形成的時(shí)分復(fù)用信號(hào)稱為幀。PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)完成數(shù)字通信全過程，除對(duì)各個(gè)話圖2-18PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖2-18PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)PCM30/32幀結(jié)構(gòu)PCM30/32的幀周期為125us，每一幀有32時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為：125/32=3.9us。其中TS0是傳送幀同步信號(hào)，TS16傳送信令，其他30路是話音信號(hào)。PCM30/32系統(tǒng)每個(gè)話路語言信號(hào)抽樣頻率為：4000×2hz，每個(gè)樣值經(jīng)過量化后編為8位碼，每個(gè)話路的碼速率為64kbit/s；PCM30/32D總碼速率為：2.048Mbit/s，一般記為2M，也稱一次群速率，基群速率。PCM30/32幀結(jié)構(gòu)PCM30/32的幀周期為125usPCM30/32幀結(jié)構(gòu)復(fù)幀：每一路語音信號(hào)都需要信令的支持才能進(jìn)行通信，PCM30/32系統(tǒng)有30個(gè)話路，因此必須傳輸30路信令；一路信令信號(hào)只需要4bit，1個(gè)TS16

可以傳送兩路信令，15個(gè)TS16（15幀）可以傳送30路信令；信令信號(hào)每隔16幀傳送一次，16幀稱為1復(fù)幀。PCM30/32幀結(jié)構(gòu)復(fù)幀：同步是數(shù)字通信的基本要求之一。如果收端和發(fā)端不能很好的同步，數(shù)字通信是無法進(jìn)行的。同步包括位同步、幀同步、復(fù)幀同步和網(wǎng)同步。時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)同步是數(shù)字通信的基本要求之一。如果收端和發(fā)端不能很好的同步，位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發(fā)送端送來的每一個(gè)碼元。數(shù)字通信系統(tǒng)中消息是一串相繼的信號(hào)碼元序列，接收端必須知道每個(gè)碼元的出現(xiàn)時(shí)刻，從而對(duì)碼元進(jìn)行判別。同頻就是要求發(fā)送端發(fā)送了多少個(gè)碼元，接收端必須產(chǎn)生同樣多的判決脈沖。位同步位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收位同步示意圖位同步示意圖幀同步的作用是實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的正確分路。接收端不僅需要正確的區(qū)分哪8路比特是一組，代表一個(gè)抽樣值，而且還要正確區(qū)分出它是代表哪路話音信號(hào)的。常用方法：同步碼***PCM幀通過TS0時(shí)隙傳送同步碼：10011011，收端一旦識(shí)別出幀同步碼10011011：便可知隨后的8位碼為一個(gè)碼字且是第一話路的，以此類推可以正確接收每一路信號(hào)。幀同步幀同步的作用是實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的正確分路。接收端不僅需要正確的區(qū)復(fù)幀同步：實(shí)現(xiàn)信令信號(hào)的正確分路。發(fā)送端在F0幀TS16時(shí)隙的前4比特插入特殊碼0000，接收端只要識(shí)別出這一碼型，判斷出是F0幀，以后依次為F1,F2…。

F0幀TS16時(shí)隙第6位碼A2為復(fù)幀失步對(duì)告碼，A2=1表示復(fù)幀失步，A2=0表示復(fù)幀同步。復(fù)幀同步復(fù)幀同步：實(shí)現(xiàn)信令信號(hào)的正確分路。發(fā)送端在F0幀TS16時(shí)隙網(wǎng)同步現(xiàn)代通信系統(tǒng)往往在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互連，從而構(gòu)成通信網(wǎng)。為了保證在通信網(wǎng)中各點(diǎn)之間可靠通信，則必須在網(wǎng)內(nèi)建立一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步。網(wǎng)同步現(xiàn)代通信系統(tǒng)往往在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互連，從而構(gòu)成通信網(wǎng)。為2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)41提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的基本概念時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)PCM30/32路系統(tǒng)數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)41提綱模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字復(fù)接技術(shù)——定義數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是把兩個(gè)或兩個(gè)以上分支數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式匯接成為單一的復(fù)合數(shù)字信號(hào)的過程。具體來說，通過數(shù)字復(fù)接技術(shù)把PCM數(shù)字信號(hào)由低次群逐級(jí)合成為高次群以適應(yīng)在高速線路中傳輸。數(shù)字復(fù)接技術(shù)——定義數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是把兩個(gè)或兩個(gè)以上分支數(shù)為什么使用數(shù)字復(fù)接代替PCM復(fù)用？PCM復(fù)用瓶頸

在PCM30/32路系統(tǒng)中，將30路話音信號(hào)分別用8kHz抽樣頻率進(jìn)行抽樣，然后對(duì)每個(gè)抽樣值編8位碼，其數(shù)碼率為30×8×8000＝1920kbit/s，若傳送120路話路，其數(shù)碼率將達(dá)到120×8×8000＝7680kbit/s。平均到每個(gè)樣值的編碼時(shí)間僅1μs多一點(diǎn)，對(duì)編碼電路速度及對(duì)元器件的精度要求很高，不太容易實(shí)現(xiàn)?？朔款i的技術(shù)——數(shù)字復(fù)接

把若干個(gè)經(jīng)過PCM復(fù)用的信號(hào)（如30/32路機(jī)群系統(tǒng)）進(jìn)行時(shí)分復(fù)用以形成更多路數(shù)的數(shù)字通信，這一過程稱為數(shù)字復(fù)接。為什么使用數(shù)字復(fù)接代替PCM復(fù)用？ITU－T兩類數(shù)字速率和復(fù)接等級(jí)為促進(jìn)數(shù)字通信設(shè)備的通用化，ITU-T推薦了兩類數(shù)字速率和復(fù)用等級(jí)，下表顯示出北美，日本，歐洲和中國一次群、二次群、三次群、四次群的速率。我國一、二、三、四次群（分別稱為E1、E2、E3、E4）的速率常簡稱為2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。北美和日本一次群（以T1表示）的速率簡稱為1.5Mbit/s。ITU－T兩類數(shù)字速率和復(fù)接等級(jí)表2-1數(shù)字復(fù)接系列注意：二次群的標(biāo)準(zhǔn)速率：8448K>2048*4，其他高次群的復(fù)接速率也存在類似問題。多出來的碼元是用來解決幀同步，業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)和控制等。地區(qū)

二次群

三次群四次群北美

24×4=96路6.312Mbit/s96×7=672路44.736Mbit/s672×6=4032路274.176Mbit/s

日本

24×4=96路6.312Mbit/s96×5=480路32.064Mbit/s480×3=1440路97.728Mbit/s

歐洲

中國

30×4=120路8.448Mbit/s120×4=480路34.368Mbit/s480×4=1920路139.264Mbit/s表2-1數(shù)字復(fù)接系列注意：二次群的標(biāo)準(zhǔn)速率：8448K>現(xiàn)代信息技術(shù)概論_ch2_數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)定時(shí)調(diào)整復(fù)接外部時(shí)鐘恢復(fù)分接定時(shí)同步

外線高次群分支3分支4分支1分支2分支3分支4復(fù)接器分接器數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖分支1分支2定時(shí)調(diào)復(fù)外部恢分定時(shí)同外線分支3分支4分支1分支2分支數(shù)字復(fù)接原理數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成。其中數(shù)字復(fù)接器由調(diào)整、定時(shí)、復(fù)接三個(gè)單元組成，完成數(shù)碼流的合路。數(shù)字分接器由同步、定時(shí)、分接和恢復(fù)單元組成，在接收端把收到的高次群分離到各分支路中去。供給時(shí)鐘頻率使分接器與復(fù)接器基準(zhǔn)時(shí)鐘保持同步。調(diào)整單元的作用是把各輸入支路信號(hào)的碼速調(diào)整到與定時(shí)信號(hào)信號(hào)完全一致，由復(fù)接單元對(duì)各支路復(fù)接形成一個(gè)合路數(shù)碼流，稱為高次群。接收端的分接、恢復(fù)單元?jiǎng)t實(shí)現(xiàn)復(fù)接、調(diào)整的反過程。數(shù)字復(fù)接原理數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成。數(shù)字復(fù)接方式按位復(fù)接

依照被復(fù)接支路的順序，每次只取一個(gè)支路的一位碼進(jìn)行復(fù)接按字復(fù)接

按字復(fù)接是每次復(fù)接一個(gè)支路的一個(gè)碼字按幀復(fù)接

按幀復(fù)接是每路每次插入一個(gè)幀的復(fù)接方式數(shù)字復(fù)接方式按位復(fù)接現(xiàn)代信息技術(shù)概論_ch2_數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)同步復(fù)接與異步復(fù)接同步復(fù)接：被復(fù)接的各輸入支路之間，以及同復(fù)接器之間均是同步的，此時(shí)復(fù)接器便可直接將低支路數(shù)字信號(hào)復(fù)接成高速的數(shù)字信號(hào)異步復(fù)接：被復(fù)接的各輸入支路之間及與復(fù)接器的定時(shí)信號(hào)之間均是異步的，其頻率變化范圍不在允許的變化范圍之內(nèi)，也不滿足復(fù)接條件，必須進(jìn)行碼速調(diào)整方可進(jìn)行復(fù)接。同步復(fù)接與異步復(fù)接同步復(fù)接：被復(fù)接的各輸入支路之間，以各支路瞬時(shí)數(shù)碼率不穩(wěn)定產(chǎn)生的重疊由于各分支路碼流的速率可能存在著微小的差異，所以在進(jìn)行復(fù)接后數(shù)碼之間就有可能在某一段發(fā)生重疊，數(shù)碼重疊讓接收端無法分辨出支路信號(hào)。各支路瞬時(shí)數(shù)碼率不穩(wěn)定產(chǎn)生的重疊由于各分支路碼流的速率可能存數(shù)碼率不同產(chǎn)生的數(shù)碼重疊數(shù)碼率不同產(chǎn)生的數(shù)碼重疊解決方法-——正碼速調(diào)整法完成從較低速的數(shù)碼率到較高速數(shù)碼率調(diào)整的過程稱為正碼數(shù)調(diào)整。正數(shù)碼率調(diào)整一般采用緩沖存儲(chǔ)器低速入高速出的原則，對(duì)每一個(gè)支路分別進(jìn)行調(diào)整，各支路碼流分別進(jìn)入各自的緩沖存儲(chǔ)器，各緩沖存儲(chǔ)器的讀入碼速率稍有不同，但讀出速率保持相同。解決方法-——正碼速調(diào)整法完成從較低速的數(shù)碼率到較高速數(shù)碼率本章小結(jié)脈沖編碼調(diào)制PCM抽樣定理的內(nèi)容均勻量化，非均勻量化同步技術(shù)PCM30/32幀結(jié)構(gòu)復(fù)接技術(shù)（同步和異步）本章小結(jié)脈沖編碼調(diào)制PCM模擬信號(hào)數(shù)字化的三個(gè)步驟非均勻量化的非均勻是指的____________________的不均勻。量化噪聲的產(chǎn)生是由______________。一次群PCM30/32（即E1幀）結(jié)構(gòu)中，一個(gè)復(fù)幀包含（）個(gè)單幀，其中奇幀（）個(gè)，偶幀（）個(gè)，如何鑒定是奇幀還是偶幀，由（）確定。每一個(gè)單幀一共包含（）個(gè)時(shí)隙，傳輸每一個(gè)單幀一共需要多少時(shí)間（）？每一單幀中第一個(gè)時(shí)隙起什么作用？信令時(shí)隙是哪一個(gè)時(shí)隙？每一個(gè)單幀包含多少個(gè)用戶時(shí)隙？E1，E2，E4的速率是多少？數(shù)字通信的最大的缺點(diǎn)是什么？首先解釋一下“調(diào)制”的含義，然后論述數(shù)字通信系統(tǒng)中基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)暮x？電話通信中采用8Khz作為采樣頻率的原因是什么？請(qǐng)解釋一下。

一次群E1速率是多少，如何計(jì)算出來的，要描述過程。

名詞解釋：時(shí)分多路復(fù)用TDM；頻分復(fù)用FDM；作業(yè)模擬信號(hào)數(shù)字化的三個(gè)步驟作業(yè)第二章 數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)參考教材第二章第二章 數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)參考教材第二章提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信的特點(diǎn)脈沖編碼技術(shù)時(shí)分復(fù)用數(shù)字復(fù)接技術(shù)提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)模擬信號(hào)：波形模擬著信息的變化而編號(hào)特點(diǎn)：幅度連續(xù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)：波形模擬著信息的變化而編號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：幅值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而是離散的。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：幅值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累便于加密處理、保密性強(qiáng)便于存儲(chǔ)、處理、交換采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信設(shè)備便于集成化、微型化便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)過抽樣、量化、編碼3個(gè)處理步驟數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)：D/A轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)63提綱模擬信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信的特點(diǎn)脈沖編碼技術(shù)時(shí)分復(fù)用數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)7提綱模擬信號(hào)數(shù)字化脈沖編碼調(diào)制技術(shù)脈沖編碼調(diào)制：PulseCodeModulation，簡稱PCM。對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣，并對(duì)每個(gè)樣值獨(dú)立地加以量化，通過編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程。PCM包括下述三個(gè)過程：抽樣量化編碼與解碼脈沖編碼調(diào)制技術(shù)脈沖編碼調(diào)制：PulseCodeModu現(xiàn)代信息技術(shù)概論_ch2_數(shù)字通信技術(shù)基礎(chǔ)1．抽樣（sampling）

定義：將在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的話音信號(hào)在時(shí)間上離散化的過程實(shí)現(xiàn)：由抽樣門完成抽樣速率？由抽樣定理確定1．抽樣（sampling）定義：將在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)圖2-9抽樣過程圖2-9抽樣過程圖2-10正弦波的抽樣圖2-10正弦波的抽樣抽樣定理的作用近年來通信系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，模擬－>數(shù)字的轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)：抽樣定理；

作用：在一定條件下，一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)完全可以用該信號(hào)在等時(shí)間間隔點(diǎn)上樣本來表示，并且可用這些樣本值把信號(hào)全部恢復(fù)出來電影（24幀/秒）：感覺是連續(xù)活動(dòng)的景象；印刷照片：由很多細(xì)小的網(wǎng)點(diǎn)組成，看起來空間連續(xù)；抽樣定理的作用近年來通信系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，模擬－>數(shù)字的轉(zhuǎn)抽樣定理的提出是不是所有時(shí)間間隔的理想取樣都能反映原連續(xù)信號(hào)的基本特征呢？抽樣的時(shí)間間隔取多大合適？目標(biāo)：在保留原連續(xù)時(shí)間信號(hào)的全部信息的條件下抽取盡可能少的數(shù)據(jù)

方法：時(shí)域抽樣定理抽樣定理的提出是不是所有時(shí)間間隔的理想取樣都能反映原連續(xù)信抽樣定理一個(gè)在頻譜區(qū)間()以外為零的頻帶有限信號(hào)(帶限信號(hào))，可以唯一地由其均勻時(shí)間間隔上的取樣值確定。

當(dāng)取樣頻率

大于或等于信號(hào)帶寬的兩倍時(shí)，即時(shí)，可以從中恢復(fù)原信號(hào)。

定義為奈奎斯特取樣率。抽樣定理一個(gè)在頻譜區(qū)間()以外抽樣定理根據(jù)抽樣定理可知，要無失真地恢復(fù)原始信號(hào)應(yīng)滿足；（3）需通過理想濾波器恢復(fù)原始信號(hào)（1）模擬信號(hào)為帶限信號(hào)。（2）抽樣函數(shù)為周期函數(shù)序列抽樣定理根據(jù)抽樣定理可知，要無失真地恢復(fù)原始（3）需通過理想抽樣過程中的失真

實(shí)用的低通濾波器都有一定的過渡帶，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須滿足，并使各相鄰邊帶間有一定的防衛(wèi)間隔即防衛(wèi)帶如：話音信號(hào)限制在0.3~3.4khz頻率范圍之內(nèi)，因此，若只傳送語音的有效成份，必須把0.3~3.4khz以外的頻率成份去掉，否則會(huì)產(chǎn)生折疊失真ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門）建議話音信號(hào)的抽樣頻率為8kHz抽樣過程中的失真實(shí)用的低通濾波器都有一定的過渡帶，因此在2．量化（Quantizing）將幅度連續(xù)變化的信號(hào)變成離散信號(hào)的處理過程稱為量化實(shí)質(zhì)：一個(gè)化零取整的過程方法：樣值的最大變化范圍劃分成若干個(gè)相鄰的間隔。當(dāng)某樣值落在某一間隔內(nèi)，其輸出數(shù)值就用此間隔內(nèi)的某一個(gè)固定值來表示兩種量化方法：均勻量化和非均勻量化2．量化（Quantizing）將幅度連續(xù)變化的信號(hào)變成離散把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化，也稱線性量化。任何一個(gè)量化器都有一定的量化范圍，通常取-u~+u。量化級(jí)數(shù)N與量化間隔Δ的關(guān)系：Δ=2u/N取量化間隔的中間值為量化值，量化最大誤差為Δ/2。均勻量化把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化，也稱線性圖量化過程及量化誤差圖量化過程及量化誤差量化噪聲和信噪比量化過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差。量化誤差就是指量化前后信號(hào)之差，通常用功率來表示，稱之為量化噪聲。量化誤差一旦產(chǎn)生，在接收端就無法消除克服量化噪聲的方法：增加量化級(jí)數(shù)，使量化間隔相對(duì)于信號(hào)幅值的大小可以忽略不計(jì)。均勻量化信噪比：信號(hào)平均功率與量化噪音平均功率之比。量化噪聲和信噪比量化過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差。量化誤差就是指量化前均勻量化的特點(diǎn)

量化器的量化噪聲隨著量化級(jí)數(shù)M的增加而提高，量化級(jí)數(shù)的選取是根據(jù)量化器的量化信噪比的要求確定的。無論信號(hào)大小，若量化間隔相等，量化的噪聲功率不變。=>（幅度）小信號(hào)的量化信噪比太小，不能滿足通信質(zhì)量要求，大信號(hào)的信躁大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。為解決小信號(hào)的量化信噪比太小，需要加大量化級(jí)數(shù)M；M過大，大信號(hào)的信噪比過大，同時(shí)編碼復(fù)雜，信道利用率過低。均勻量化的特點(diǎn)量化器的量化噪聲隨著量化級(jí)數(shù)M的增加而提高非均勻量化

非均勻量化的量化原理是量化級(jí)間隔隨信號(hào)幅度的大小自動(dòng)調(diào)整。相對(duì)來說，在不增大量化級(jí)數(shù)的條件下，非均勻量化能使信號(hào)在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信噪比達(dá)到要求。非均勻量化非均勻量化的量化原理是量化級(jí)間隔隨信號(hào)幅度的大小非均勻量化的特點(diǎn)

信號(hào)幅度小時(shí)，量化幅度小，量化誤差也小；

信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔大，量化誤差也大非均勻量化的特點(diǎn)信號(hào)幅度小時(shí)，量化幅度小，量化誤差也??；3．編碼和解碼編碼：把量化后的信號(hào)樣值變換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼組，又稱模數(shù)變換自然二進(jìn)制碼：簡單易行；缺點(diǎn)：由3變成4的時(shí)候每一位都要變；格雷碼：相鄰電平間轉(zhuǎn)換，只有一位發(fā)生變化；缺點(diǎn)：每一位碼沒有確定大??；折疊二進(jìn)制碼：沿中心電平上下對(duì)稱，適于表示正負(fù)對(duì)稱的雙極性碼；解碼：在收信端將收到的二進(jìn)制碼序列還原成相應(yīng)幅度的量化值，又稱數(shù)模變換3．編碼和解碼編碼：把量化后的信號(hào)樣值變換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼組二進(jìn)制碼、格雷碼、折疊二進(jìn)制碼量化電平自然二進(jìn)制碼格雷碼折疊二進(jìn)制碼00000000111001001010201001100130110100004100110100510111110161101011107111100111二進(jìn)制碼、格雷碼、折疊二進(jìn)制碼量化電平自然二進(jìn)制碼格雷碼折疊PCM信號(hào)形成過程示意圖PCM信號(hào)形成過程示意圖2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)84提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的基本概念PCM30/32路系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)28提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用的基本概念復(fù)用：為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一信道傳輸而互相步干擾，這種通信方式稱為復(fù)用復(fù)用方式：時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、空分復(fù)用等時(shí)分復(fù)用：各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙的通信方式時(shí)隙：每一路所占有的時(shí)間間隔時(shí)分復(fù)用的基本概念復(fù)用：為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一量化編碼解碼信道1路2路n路n路2路1路低通濾波分配器抽樣(合路門)分路門低通重建1n221n時(shí)分多路通信模型發(fā)端收端分配器K1K2量化編碼解碼信道1路2路n路n路2路1路低通濾波分配器抽樣(PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)完成數(shù)字通信全過程，除對(duì)各個(gè)話路進(jìn)行編、解碼外，還必須有定時(shí)、同步等措施。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，各種信號(hào)（包括加入的定時(shí)、同步等信號(hào)）都是嚴(yán)格按時(shí)間關(guān)系進(jìn)行的。在數(shù)字通信中把這種嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系稱為幀結(jié)構(gòu)。一個(gè)采樣周期（125us）內(nèi)，每個(gè)話路的PCM信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式順序出現(xiàn)一次所形成的時(shí)分復(fù)用信號(hào)稱為幀。PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)完成數(shù)字通信全過程，除對(duì)各個(gè)話圖2-18PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖2-18PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)PCM30/32幀結(jié)構(gòu)PCM30/32的幀周期為125us，每一幀有32時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為：125/32=3.9us。其中TS0是傳送幀同步信號(hào)，TS16傳送信令，其他30路是話音信號(hào)。PCM30/32系統(tǒng)每個(gè)話路語言信號(hào)抽樣頻率為：4000×2hz，每個(gè)樣值經(jīng)過量化后編為8位碼，每個(gè)話路的碼速率為64kbit/s；PCM30/32D總碼速率為：2.048Mbit/s，一般記為2M，也稱一次群速率，基群速率。PCM30/32幀結(jié)構(gòu)PCM30/32的幀周期為125usPCM30/32幀結(jié)構(gòu)復(fù)幀：每一路語音信號(hào)都需要信令的支持才能進(jìn)行通信，PCM30/32系統(tǒng)有30個(gè)話路，因此必須傳輸30路信令；一路信令信號(hào)只需要4bit，1個(gè)TS16

可以傳送兩路信令，15個(gè)TS16（15幀）可以傳送30路信令；信令信號(hào)每隔16幀傳送一次，16幀稱為1復(fù)幀。PCM30/32幀結(jié)構(gòu)復(fù)幀：同步是數(shù)字通信的基本要求之一。如果收端和發(fā)端不能很好的同步，數(shù)字通信是無法進(jìn)行的。同步包括位同步、幀同步、復(fù)幀同步和網(wǎng)同步。時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)同步是數(shù)字通信的基本要求之一。如果收端和發(fā)端不能很好的同步，位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發(fā)送端送來的每一個(gè)碼元。數(shù)字通信系統(tǒng)中消息是一串相繼的信號(hào)碼元序列，接收端必須知道每個(gè)碼元的出現(xiàn)時(shí)刻，從而對(duì)碼元進(jìn)行判別。同頻就是要求發(fā)送端發(fā)送了多少個(gè)碼元，接收端必須產(chǎn)生同樣多的判決脈沖。位同步位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收位同步示意圖位同步示意圖幀同步的作用是實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的正確分路。接收端不僅需要正確的區(qū)分哪8路比特是一組，代表一個(gè)抽樣值，而且還要正確區(qū)分出它是代表哪路話音信號(hào)的。常用方法：同步碼***PCM幀通過TS0時(shí)隙傳送同步碼：10011011，收端一旦識(shí)別出幀同步碼10011011：便可知隨后的8位碼為一個(gè)碼字且是第一話路的，以此類推可以正確接收每一路信號(hào)。幀同步幀同步的作用是實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的正確分路。接收端不僅需要正確的區(qū)復(fù)幀同步：實(shí)現(xiàn)信令信號(hào)的正確分路。發(fā)送端在F0幀TS16時(shí)隙的前4比特插入特殊碼0000，接收端只要識(shí)別出這一碼型，判斷出是F0幀，以后依次為F1,F2…。

F0幀TS16時(shí)隙第6位碼A2為復(fù)幀失步對(duì)告碼，A2=1表示復(fù)幀失步，A2=0表示復(fù)幀同步。復(fù)幀同步復(fù)幀同步：實(shí)現(xiàn)信令信號(hào)的正確分路。發(fā)送端在F0幀TS16時(shí)隙網(wǎng)同步現(xiàn)代通信系統(tǒng)往往在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互連，從而構(gòu)成通信網(wǎng)。為了保證在通信網(wǎng)中各點(diǎn)之間可靠通信，則必須在網(wǎng)內(nèi)建立一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步。網(wǎng)同步現(xiàn)代通信系統(tǒng)往往在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互連，從而構(gòu)成通信網(wǎng)。為2022/12/9通信網(wǎng)基礎(chǔ)97提綱模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的基本概念時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)PCM30/32路系統(tǒng)數(shù)字復(fù)接技術(shù)2022/12/7通信網(wǎng)基礎(chǔ)41提綱模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字復(fù)接技術(shù)——定義數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是把兩個(gè)或兩個(gè)以上分支數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式匯接成為單一的復(fù)合數(shù)字信號(hào)的過程。具體來說，通過數(shù)字復(fù)接技術(shù)把PCM數(shù)字信號(hào)由低次群逐級(jí)合成為高次群以適應(yīng)在高速線路中傳輸。數(shù)字復(fù)接技術(shù)——定義數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是把兩個(gè)或兩個(gè)以上分支數(shù)為什么使用數(shù)字復(fù)接代替PCM復(fù)用？PCM復(fù)用瓶頸

在PCM30/32路系統(tǒng)中，將30路話音信號(hào)分別用8kHz抽樣頻率進(jìn)行抽樣，然后對(duì)每個(gè)抽樣值編8位碼，其數(shù)碼率為30×8×8000＝1920kbit/s，若傳送120路話路，其數(shù)碼率將達(dá)到120×8×8000＝7680kbit/s。平均到每個(gè)樣值的編碼時(shí)間僅1μs多一點(diǎn)，對(duì)編碼電路速度及對(duì)元器件的精度要求很高，不太容易實(shí)現(xiàn)?？朔款i的技術(shù)——數(shù)字復(fù)接

把若干個(gè)經(jīng)過PCM復(fù)用的信號(hào)（如30/32路機(jī)群系統(tǒng)）進(jìn)行時(shí)分復(fù)用以形成更多路數(shù)的數(shù)字通信，這一過程稱為數(shù)字復(fù)接。為什么使用數(shù)字復(fù)接代替PCM復(fù)用？ITU－T兩類數(shù)字速率和復(fù)接等級(jí)為促進(jìn)數(shù)字通信設(shè)備的通用化，ITU-T推薦了兩類數(shù)字速率和復(fù)用等級(jí)，下表顯示出北美，日本，歐洲和中國一次群、二次群、三次群、四次群的速率。我國一、二、三、四次群（分別稱為E1、E2、E3、E4）的速率常簡稱為2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。北美和日本一次群（以T1表示）的速率簡稱為1.5Mbit/s。ITU－T兩類數(shù)字速率和復(fù)接等級(jí)表2-1數(shù)字復(fù)接系列注意：二次群的標(biāo)準(zhǔn)速率：8448K>2048*4，其他高次群的復(fù)接速率也存在類似問題。多出來的碼元是用來解決幀同步，業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)和控制等。地區(qū)

二次群

三次群四次群北美

24×4=96路6.312Mbit/s96×7=672路44.736Mbit/s672×6=4032路274.176Mbit/s

日本

24×4=96路6.312Mbit/s96×5=480路32.064Mbit/s480×3=1440路97.728Mbit/s

歐洲

中國

30×4=120路8.448Mbit/s120×4=480路34.368Mbit/s480×4=1920路139.264M