通信概论2章--数字通信.wps

1、2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信1 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信2 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信3 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 信信 源源 信道信道 信信 宿宿 噪声噪声 非电非电/电电 变换器变换器 电电/非电非电 变换器变换器 调调 制制 器器 解解 调调 器器 变换器变换器 反变换器反变换器 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信4 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

2、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 解解 调调 器器 调调 制制 器器 信道信道 噪声噪声 信信 源源 信信 宿宿 信源信源 编码编码 信道信道 编码编码 信源信源 译码译码 信道信道 译码译码 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信5 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

3、。 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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信6 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

4、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） 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信7 2.2 语声信号数字化编码语声信号数字化编码 2.2.1 基本概念基本概念 电话信号的数字化称为语声编码，图像信号的数字化称为图电话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。像编码。 语声信号编码示意图语声信号编码示意图 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信8 2.2 语声信号数字化编码语声信号数字化编码 A/DA/D

5、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

6、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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信9 2.2.2 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

7、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 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信10 2.2.2 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

8、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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信11 2.2.2 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。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

9、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fC2 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的低通滤波器后即可恢复原信号，其的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。次。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信12 因此应根据奈奎斯特取样定理（简称取样定理）来确定 取样时间。取样定理描述为： 式中

10、，fh为模拟信号的最高频率，fs为取样开关的频率，如果 fs=2fh称为奈奎斯特速率。 hs ff2 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信13 举例： 在电话中传送数字化声音信号，声音信号的频带限制在 3003400Hz，fh=3400Hz。其取样频率fs34002，选定 fs=8000Hz， 。用此取样频率可在接收端无失真 地恢复出话音信号。 us f T s s 125 1 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信14 2.2.2 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

11、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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信15 2.2.2 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

12、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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信

13、16 2.2.2 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： 2021-7-10现代通信概论第2章

14、 数字通信17 2.2.2 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。 A AX Y ln1 ln1 6 .87 A 图2.8 13折线A律幅度量化分段方案 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信18 图2.5 均匀和非均匀量化 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信19 2.2.2 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

15、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。信号。 2021-7-10现

16、代通信概论第2章 数字通信202021-7-10现代通信概论第2章 数字通信20 PCM转换过程举例转换过程举例 2.2.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）技术）技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信212021-7-10现代通信概论第2章 数字通信21 采样电路采样电路量化和编码量化和编码 -话音信道带宽话音信道带宽 2倍话音最大频率倍话音最大频率) -量化级数：量化级数：256级级 (8位二进制码表示位二进制码表示) -数据率：数据率：8000次次/s*8bit = 64Kb/s 每路每路PCM信号的速率信号的速率 = 64000bps 编码后的信号称为编码后的信号称为

17、PCM（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制）信号（脉码调制 信号）信号） 2.2.1 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）技术）技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信222021-7-10现代通信概论第2章 数字通信22 PCM 转换波形图转换波形图 B A C D 采样电路采样电路量化和编码量化和编码 2.2.1 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）技术）技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信232021-7-10现代通信概论第2章 数字通信23 复用的概念 复用：为了提高信道利用率，使多路信号互不 干扰地在同一信道上传输的方式称为多路复

18、用。 v频分复用（ FDM ）多用于模拟信号的复用 v时分复用（时分复用（ TDM ）多用于数字信号的复用 v波分复用（波分复用（ WDM ）多用于光纤通信系统 2.3 时分多路复用与数字复接技术时分多路复用与数字复接技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信242021-7-10现代通信概论第2章 数字通信24 多路复用技术多路复用技术 （领会（领会FDM和和TDM的概念、特点和应用）的概念、特点和应用） 复用：复用： v含义：用一条信道同时传输多路信号的方法。含义：用一条信道同时传输多路信号的方法。 v目的：有效地利用带宽，提高通信的有效性。目的：有效地利用带宽，提高通信的有效性

19、。 v典型方式：典型方式： 频分多路复用频分多路复用 时分多路复用时分多路复用 固定时分复用固定时分复用 统计时分复用统计时分复用 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信252021-7-10现代通信概论第2章 数字通信25 频分复用频分复用Frequency Division Multiplexing CH2 CH1 CH3 原带宽原带宽 CH1 CH2 CH3 移频后带宽移频后带宽 MUX CH1 CH2 CH3 带宽复用带宽复用 f 原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用 户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。户占

20、用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。 适用于模拟信号传输，适用于模拟信号传输， 普遍应用在长途多路载普遍应用在长途多路载 波电话系统、无线广播波电话系统、无线广播 中。中。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信262021-7-10现代通信概论第2章 数字通信26 时分复用时分复用Time Division Multiplexing 原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个 通道（时隙）通道（时隙） ，每个用户占用一个通道传输数据。，每个用户占用一个通道传输数据。 A2 A1 A3 原始信号 D2 D1 D3 数字化信

21、号 MUX 复用后数据复用后数据 时隙时隙1234 D3D2 D1 适用于数字信号传输适用于数字信号传输 时间片时间片 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信272021-7-10现代通信概论第2章 数字通信27 统计统计(异步异步)TDMSTDM A B C D 待发数据待发数据 t1 t2 t3 A1B1C1D1C2D2A2B2 周期周期1 周期周期2 同步同步 TDM 带宽浪费 A1B1C2B2 周期周期1周期周期2 统计统计TDM 可用带宽 TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该 通道，将会造成带宽浪费。通道，将会造成

22、带宽浪费。 改进：统计时分多路复用（改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个），用户不固定占用某个 通道，有空槽就将数据放入。通道，有空槽就将数据放入。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信282021-7-10现代通信概论第2章 数字通信28 码分复用码分复用Code Division Multiplexing 码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是重码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是重 叠的，但是不同用户传输的信号是靠各自不同的（正叠的，但是不同用户传输的信号是靠各自不同的（正 交）编码序列来区分的。交）编码序列来区分的。 码分复用是用正交的脉冲序列

23、分别携带不同信号。码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。 多用于空间通信的扩频通多用于空间通信的扩频通 信和移动通信系统信和移动通信系统 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信292021-7-10现代通信概论第2章 数字通信29 波分复用波分复用Wave Division Multiplexing F2 F1 F3 光谱光谱 F1F2F3 共享光纤的光谱共享光纤的光谱 光纤光纤2 光纤光纤3 光纤光纤1 共享光纤共享光纤 采用无源设备，更可靠采用无源设备，更可靠 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅 波分复用是光通信的复用技术，其原理与频分复用波分复用是光通信的复用技术，其原理与频分复用

24、 类似。类似。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信302021-7-10现代通信概论第2章 数字通信30 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 时分多路复用时分多路复用的基本概念：利用各路信号占用时间的基本概念：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有限的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信 号。号。 时分多路通信的理论根据：抽样定理 v抽样定理告诉我们，一路连续的模拟话音信号S(t)的相邻样值之间有 125s的时间空隙，这是时分复用的关键。 v如果信道仅用来传送一路话音，则有92%的时间是空闲着的。 v为了充分利用传输信道的带宽能

25、力和提高通信系统的有效性.在125s 的抽样空闲时间内插入其它路的信号（样值信号），即利用一路信号 采样的空隙，进行其余用户信号的采样。 v只要各路信号在时间上能区分开（不重叠），那么同一信道就能传送 多路信号，达到了多路复用的目的。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信312021-7-10现代通信概论第2章 数字通信31 时分多路复用时分多路复用 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信322021-7-10现代通信概论第2章 数字通信32 PCM时分多路复用的实现（抽样脉冲错开） 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信332021-7-10现代通信概论第2章 数字

26、通信33 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同步，否则就会造成接收端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号而产生串音干不能在相应的时间内收到该收的信号而产生串音干 扰。扰。 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信342021-7-10现代通信概论第2章 数字通信34 同步含义: 一:保持双方旋转速度要完全相

27、同。 K1和K2均以抽样频率Fi=8000次/s的速度周期性 地、同步地旋转。 二. 保证旋转开关起止位置一致。 发端的旋转开关K1从接点1开始，按顺序、周期 性地接入接点1，2N时，则K2也必须按发端相同 的顺序从接点1开始，周期性地接入接点1，2N。 以保证收发两端各路信号的轮流排队次序一致。否 则收端将收不到本路信号。 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信352021-7-10现代通信概论第2章 数字通信35 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 含义：要求收、发端的时钟频率完全一致，达到含义：要求收

28、、发端的时钟频率完全一致，达到同频同相同频同相。 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信号中得到信号中得到 发送端的定时时钟脉冲；发送端的定时时钟脉冲； 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上选择合适的传送码型，以利于定时提取时钟 频率。频率。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信362021-7-10现代通信概论第2章 数字通信36 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信372

29、021-7-10现代通信概论第2章 数字通信37 数字载波标准数字载波标准 律的PCM24路时分复用系统 v北美、日本北美、日本 A律的PCM3032路时分复用系统 v欧洲、中国、南美欧洲、中国、南美 用数字信号传输语音和数据的用数字信号传输语音和数据的。 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信382021-7-10现代通信概论第2章 数字通信38 每每125us(1/8000)为一个时间片，每时间片分为为一个时间片，每时间片分为32 个通道（供个通道（供32个用户轮流使用）。个用户轮流使用）。 每通道占用每通道占用125 us

30、 /32=3.90625 us 每通道一次传送每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位位二进制数据，即每个二进制位 占用占用0.48828125 us，所以，所以 E1速率速率 = 1/0.48828125=2.048Mb/s 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信392021-7-10现代通信概论第2章 数字通信39 0121631 帧同步帧同步信令信道信令信道 30 路话音数据信道路话音数据信道 + 2 路控制信道路控制信道 2.3.2 时分多路复用与同步技术时分多路复用与同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章

31、数字通信40 2.3.2 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 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信41 2.3.2 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308240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

32、码 PCM 30/32 路系统总数码传输率路系统总数码传输率 skbitfcp/ 2048 8000 256 （每每秒秒样样值值数数）（每每帧帧码码元元数数） 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信42 2.3.2 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

33、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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信43 2.3.2 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

34、每帧当中，路时隙TS1TS15、TS16TS31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F1F15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。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信442021-7-10现代通信概论第2章 数字通信44 2.3.3 数字信号复接的概念数字信号复接的概念 数字复接的含义：把两个或两个以上分支数字信号按数字复接的含义：把

35、两个或两个以上分支数字信号按 时分复用时分复用方式汇接成单一的复合数字信号的过程。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具体来说，通过数字复接技术把PCM数字信号由数字信号由低低 次群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。 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：复接后形成的数码注意：复接后形成的数码 率率高于高于复接前各复接前各PCM复

36、复 用信号码流速率之和。用信号码流速率之和。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信452021-7-10现代通信概论第2章 数字通信45 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信46 图中低次群（1）与低次 群（2）的速率完全相同，首 先将各低次群的脉宽缩窄， 以便留出空隙进行复接，然 后对低次群（2）进行时间位 移，就是将低次群（2）的脉 冲信号移到低次群（1）的脉 数字复接的原理 ： 冲信号控制隙中（如波形B所示），最后将低次群（1）和 低次群（2）合成为高次群C。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信47 经CCITT推荐在我国使用的数字复接等级与数码率如图 2

37、.23所示。 以30/32为基群结构，每话路的数码率为64kb/s，基群的 数码率为2.048Mb/s。二次群的数码率为8.448Mb/s， 8.448Mb/s4=2.112Mb/s，不等于基群的数码率。 数字复接优点：数码率提高了，克服了PCM复用的缺点， 目前这种方法被广泛采用。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信48 图2.23 CCITT推荐数码率系列和数字复接等级 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信49 2数字复接系统构成和方法 数字复接系统由数字复接器和数字分接器二部份构成， 如图2.24所示。 （1）数字复接系统的构成 数字复接器的功能是把4个支路（低次群

38、）合成一个高次 群。它是由定时、码速调整（或变换）和复接等单元组成的。 数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是 由定时、同步、分接和恢复等单元组成。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信50 图2.24 数字复接系统框图 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信51 （2）同步复接和异步复接 数字复接的方法有两种：同步复接和异步复接。 同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个 低次群，使这几个低次群的数码率统一在主时钟的频率上， 这样就使几个低次群系统达到同步的目的，可直接复接。 异步复接是各低次群各自使用自己的时钟，由于各低次 群的时钟频率不一定相等，使得

39、各低次群的数码率不完全相 同（这是不同步的），因而先要进行码速调整，使各低次群 获得同步再复接。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信522021-7-10现代通信概论第2章 数字通信52 2.3.3 数字信号复接的概念数字信号复接的概念 24个话路为一个基群个话路为一个基群 30个话路为一个基群个话路为一个基群 PDH接口速率、码型表 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信53 2.4 差错控制技术差错控制技术 1）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位 的畸变；的畸变； 2）信号反射；）信号反射； 3）串扰；）串扰； 4）闪电、大功

40、率电机的启停等。）闪电、大功率电机的启停等。 线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其 影响。影响。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信54 v随机错误。由随机噪声引起的码元错误，其特点是码随机错误。由随机噪声引起的码元错误，其特点是码 元中任意一位或几位发生从元中任意一位或几位发生从0变变1或从或从1变变0的错误是相的错误是相 互独立的。互独立的。 v突发错误。由突发噪声引起的码元错误，（闪电、电突发错误。由突发噪声引起的码元错误，（闪电、电 器开关的瞬态、磁带缺陷等）。特点是各错误码元之器开关的瞬态、磁带缺陷等）。特点是各错误码元之 间存

41、在相关性，因此是成片出现，突发错误是一个错间存在相关性，因此是成片出现，突发错误是一个错 误序列，该序列的首部和尾部码元都是错的，中间的误序列，该序列的首部和尾部码元都是错的，中间的 码元有错的也有对的，但错的码元相对较多。码元有错的也有对的，但错的码元相对较多。 2.4 差错控制技术差错控制技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信55 v使用纠错码：使用纠错码：发送方在每个数据块中加入足够的冗发送方在每个数据块中加入足够的冗 余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有 错，并能纠正错误。错，并能纠正错误。 v使用检错码：使用检错码：发

42、送方在每个数据块中加入足够的冗发送方在每个数据块中加入足够的冗 余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有 错，但不能判断哪里有错。错，但不能判断哪里有错。 2.4 差错控制技术差错控制技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信56 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信57 信 道 编 码 器信 道 译 码 器 信 息 码信 息 码 发 送 端接 收 端 信 道 编 码 器信 道 译 码 器 信 息 码信 息 码 发 送 端接 收 端 信 道 编 码 器信 道 译 码 器 信 息 码信 息 码 发 送 端接 收 端 应 答 信

43、号 能 够 发 现 并 可 纠 正 错 误 的 码 应 答 信 号 能 够 发 现 错 误 的 码 可 纠 正 错 误 的 码 (a) 检 错 重 发 (ARQ)示 意 图 (b) 前 向 纠 错 (FEC)示 意 图 (c) 混 合 纠 错 (HEC)示 意 图 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信58 l停等停等 ARQ 发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。 lGo-back-N ARQ 发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后 的各帧都需重发。的各帧都需重发。 l

44、选择重传选择重传 ARQ 发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该 出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信59 12234 12*23 传输传输 ACKNAKACKACK 传输传输 t t 码组 发送端 接收端 1发送端 接收端 23456234567891011 12*345623456789 传输 NAK 传输 1发送端 接收端 234562789101112131415 12*3456278910111213 传输 NAK 传输 t

45、 t t t (a) 停发等候重发示意图 (b) 返回重发示意图 (c) 选择重发示意图 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信60 假设要发送一组具有四个状态的数据信息（比如，假设要发送一组具有四个状态的数据信息（比如， 一个电压信号的四个值，一个电压信号的四个值，1V、2V、3V、4V）。用）。用2位位 二进制码就可进行编码。二进制码就可进行编码。 收信端收到收信端收到00就认为是就认为是1V，收到，收到10就是就是3V。 实际通信中由于干扰（噪声）的影响，会发生错误从实际通信中由于干扰（噪声）的影响，会发生错误从 而出现误码（比如码组而出现误码（比如码组00变成变成10、01或或

46、11）。）。 任何一组码不管是一位还是两位发生错误，都会使该任何一组码不管是一位还是两位发生错误，都会使该 码组变成码组变成另外一组信息码另外一组信息码，从而引起信息传输错误。，从而引起信息传输错误。 这种编码形式不具备检错和纠错的能力这种编码形式不具备检错和纠错的能力 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信61 2位二进制码的全部组合都是信息码组或称许用位二进制码的全部组合都是信息码组或称许用 码组，任何一位（或两位）发生错误都会引起歧义。码组，任何一位（或两位）发生错误都会引起歧义。 在每组码后面再在每组码后面再加加1位码元位码元，使使2位码组变位码组变 成成3位码组。这样，在位码

47、组。这样，在3位码组的位码组的8种组合中只有种组合中只有4组组是是 许用码组许用码组，而其余而其余4种被称为种被称为禁用码组禁用码组. 在许用码组在许用码组000、011、101、110中，右边加上的中，右边加上的1位位 码元就是码元就是监督码元监督码元，它的加入原则是使码组中它的加入原则是使码组中1的个数为的个数为 偶数偶数，这样监督码元就和前面这样监督码元就和前面2位信息码元发生了关系，位信息码元发生了关系， 这种编码方式称为这种编码方式称为偶校验偶校验（EvenParity）。）。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信62 能否通过增加监督码元的位数来增加检错位数或实现纠能否通

48、过增加监督码元的位数来增加检错位数或实现纠 错功能呢？再加错功能呢？再加1位监督码元变成位监督码元变成4位编码位编码 误码误码0001的可能原码有的可能原码有0000、0011、0101、1001，其中，其中 0011、0101和和1001都是禁用码组，所以原码只能是都是禁用码组，所以原码只能是0000，可，可 见对见对0001。但对于误码但对于误码1000则可能原码有则可能原码有1100、 0000、1010、1001，其中三种是可用码，因此，其中三种是可用码，因此。 检错与纠错能力到底与什么有关呢？检错与纠错能力到底与什么有关呢？ 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信63 一个帧

49、包括一个帧包括k个数据位，个数据位，r个校验位，个校验位， n = k + r，则此，则此n比特单元称为比特单元称为n位码字。位码字。 两个码字之间不同的两个码字之间不同的 比特位数目。比特位数目。 v例：0000000000 与0000011111的海明距离为5 v如果两个码字的海明距离为d，则需要d个单比特错就可以把一 个码字转换成另一个码字； 为一个码组中非零码元的个数。为一个码组中非零码元的个数。 它反映一个码组中它反映一个码组中“0”和和“1”的的“比重比重”。 v比如，码组100110的码重为3，0110的码重是2。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信64 一个码组中两

50、两码字中的最小海明距离。一个码组中两两码字中的最小海明距离。 在一个码组内要想检出在一个码组内要想检出e位误码，要求最小码距为位误码，要求最小码距为 在一个码组内要想纠正在一个码组内要想纠正t位误码，要求最小码距为位误码，要求最小码距为 在一个码组内要想纠正在一个码组内要想纠正t位误码，同时检测出位误码，同时检测出e位误位误 码（码（et）,要求最小码距为要求最小码距为 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信65 差错控制编码 非线性码 卷积码 线性码 分组码 非循环码 纠突发 错误码 循环码 纠随机 错误码 纠随机突 发错误码 纠同步 错误码 2021-7-10现代通信概论第2章 数

51、字通信66 1 在原始数据字节的最高位增加一个附加比在原始数据字节的最高位增加一个附加比 特位，使结果中特位，使结果中1的个数为奇数的个数为奇数(奇校验奇校验)或偶数或偶数(偶校验偶校验)。 增加的位称为奇偶校验位。增加的位称为奇偶校验位。 若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中 发生了错误。发生了错误。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信67 恒比码的编码原则是从确定码恒比码的编码原则是从确定码 长的码组中挑选那些长的码组中挑选那些“1”和和“0”个数的比值一样的码个数的比值一样的码 组作为许用码组。组作为许用码组。

52、这种码通过计算接收码组中这种码通过计算接收码组中“1”的数目是否正确，的数目是否正确， 就可检测出有无错误。就可检测出有无错误。 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信68 邮电部门在国内通信中采用的五单位数字保护电码，是邮电部门在国内通信中采用的五单位数字保护电码，是 一种五中取三的恒比码。每个码组的长度为一种五中取三的恒比码。每个码组的长度为5，每个许用码，每个许用码 组中组中“1”和和“0”个数的比值恒为个数的比值恒为3/2。许用码组的个数就是。许用码组的个数就是5 中取中取3的组合数，即的组合数，即5! /(3!2!)=10，正好表示，正好表示10个阿拉伯数字。个阿拉伯数字。

53、恒比码举例：恒比码举例： 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信69 2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信70 2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信71 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信72 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信73 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信74 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信75 2.5.2 数字基带信号的码型数字基带信号的码型 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信76 2021-7-1

54、0现代通信概论第2章 数字通信77 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信78 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信79 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信80 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信81 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信82 2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信83 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信84 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信85 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信86 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信87

55、 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信88 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信89 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信90 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信91 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信92 2.7 数字系统数字系统同步技术 同步是数字通信的基本要求之一。如果收端和发端同步是数字通信的基本要求之一。如果收端和发端 不能很好的同步，数字通信是无法进行的。不能很好的同步，数字通信是无法进行的。 数字通信中，同步主要包括数字通信中，同步主要包括载波同步、位同步载波同步、位同步、帧帧 同步同步和和网同步网同步。 2021-7-10现

56、代通信概论第2章 数字通信93 按照获取和传输同步信息的方式分为：按照获取和传输同步信息的方式分为： 外同步法外同步法 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频）；接收由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频）；接收 端把这个导频提取出来，作为同步信号的方法。（一般用端把这个导频提取出来，作为同步信号的方法。（一般用 于帧同步）于帧同步） 自同步法自同步法 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信 号中提取同步信息的方法。（多用于载波同步和位同步）号中提取同步信息的方法。（多用于载波同步和位同步） 2.7 数字系统数字系统同步技术 202

57、1-7-10现代通信概论第2章 数字通信94 2.7.1 载波同步载波同步 F当采用相干解调时，接收端需要提供一个与发射端调制载当采用相干解调时，接收端需要提供一个与发射端调制载 波波同频同相同频同相的相干载波。的相干载波。 F这个相干载波的获取就称为载波提取或载波同步。这个相干载波的获取就称为载波提取或载波同步。 F提取载波的方法：提取载波的方法： 插入导频法：在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一插入导频法：在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一 个或多个称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波。个或多个称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波。 直接法：不专门发送

58、导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波。直接法：不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波。 2.7 数字系统数字系统同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信95 2.7.2 位同步位同步 位（码元）同步：在接收端产生与接收码元的位（码元）同步：在接收端产生与接收码元的重复频率和 相位一致的定时脉冲序列的过程；而称这个定时脉冲序列为的定时脉冲序列的过程；而称这个定时脉冲序列为 码元同步脉冲或位同步脉冲。如图码元同步脉冲或位同步脉冲。如图2-37所示。所示。 F 所谓所谓同频同频，就是要求发送端发送了多少个码元，接收端必须就是要求发送端发送了多少个码元，接收端必须 产生

59、同样多的判决脉冲，既不多一个，也不少一个产生同样多的判决脉冲，既不多一个，也不少一个。 F所谓所谓同相同相，即判决脉冲应该对准码元的中心，此时对码元的即判决脉冲应该对准码元的中心，此时对码元的 正确识别率最高正确识别率最高。 2.7 数字系统数字系统同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信96 图2-37 位同步示意图 2.7 数字系统数字系统同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信97 实现位同步的方法很多，现在最常用的实现位同步的方法很多，现在最常用的 方法是方法是接收端直接从接收到的信码流中提 取时钟信号，作为接收端的时钟基准，去，作为接收端的时钟基准，去

60、 校正或调整接收端本地产生的时钟信号，校正或调整接收端本地产生的时钟信号， 使收发双方时钟保持同步。使收发双方时钟保持同步。 2.7 数字系统数字系统同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章 数字通信98 F 此方法的优点是既不消耗额外的发射功率，此方法的优点是既不消耗额外的发射功率， 也不占用额外的信道；也不占用额外的信道； F 采用此方法的前提条件：采用此方法的前提条件：信码流中必须含信码流中必须含 有时钟频率分量，或通过简单变换后可以有时钟频率分量，或通过简单变换后可以 产生出时钟频率分量产生出时钟频率分量。 2.7 数字系统数字系统同步技术 2021-7-10现代通信概论第2章