数字通信技术ppt课件

1、1第二章第二章 数字通信技术数字通信技术-2-2数字通信技术数字通信技术-1 -1 主要内容主要内容1 1、差错控制编码的基本思想。、差错控制编码的基本思想。2 2、PCMPCM的三个基本过程。的三个基本过程。3 3、抽样定理。、抽样定理。4 4、语音信号的抽样周期。、语音信号的抽样周期。5 5、量化的基本思想。、量化的基本思想。6 6、均匀量化的弊端。、均匀量化的弊端。docin/sundae_meng22.2.2 量化量化非均匀量化非均匀量化关于非均匀量化的主要内容：关于非均匀量化的主要内容：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折线量化方法，分级情况折

2、线量化方法，分级情况（2 2非均匀量化非均匀量化基本思想：使信号辐度小时，量化间隔基本思想：使信号辐度小时，量化间隔u u小些，小些，信号幅度区间大时，量化间隔信号幅度区间大时，量化间隔u u大些，以使大大些，以使大小信号相对量化误差量化信噪比趋于一致。小信号相对量化误差量化信噪比趋于一致。docin/sundae_meng32.2.2 量化量化实现方法：实现方法：为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，可采取一种等效途径：可采取一种等效途径：首先通过人为变换，对样值进行处理首先通过人为变换，对样值进行处理yy， 以增大小信号样值，减小大信号的样值。

3、以增大小信号样值，减小大信号的样值。然后再对处理后的然后再对处理后的y y样值区间进行均匀量化以保样值区间进行均匀量化以保证量化间隔证量化间隔uu一致（一致（u u变为变为uu）。）。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。docin/sundae_meng4压缩处理后，再对压缩处理后，再对y y均匀量化等效于对均匀量化等效于对x x非均匀量化非均匀量化因此，压缩器的功能，加上均匀量化的因此，压缩器的功能，加上均匀量化的功能，等效于非均匀量化。功能，等效于非均匀量化。压缩处理压缩处理+ +均匀量化均匀量化= =非均匀量化非均匀量化docin/sundae_m

4、eng52.2.2 量化量化目前数字压扩特性国际上有两种不同的标准：目前数字压扩特性国际上有两种不同的标准：A A律十三折线压扩特性律十三折线压扩特性1313折线折线A A律主要用于英、法、德等欧洲各国的律主要用于英、法、德等欧洲各国的PCMPCM设备中，我国也采用设备中，我国也采用A A律律1313折线。折线。律十五折线压扩特性律十五折线压扩特性1515折线折线律主要用于美国、日本和加拿大等国的律主要用于美国、日本和加拿大等国的PCMPCM设备中。设备中。docin/sundae_meng62.2.2 量化量化13折线折线A律压扩曲线律压扩曲线docin/sundae_meng72.2.2

5、量化量化A律律13折线的生成：折线的生成：13折线折线A律是从非均匀量化的基点出发，设法用律是从非均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近许多折线来逼近A律对数压扩特性的。律对数压扩特性的。设在直角坐标系中，设在直角坐标系中，x轴和轴和y轴分别表示输入信号轴分别表示输入信号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是取值范围都是11，即都是归一化的。，即都是归一化的。为达到非均匀量化的目的，为达到非均匀量化的目的，A律律13折线分两步生折线分两步生成：成：第一步，把第一步，把x轴的区间轴的区间1，1不均匀地分成不均匀地分成16大段，正半轴大段

6、，正半轴8大段，负半轴大段，负半轴8大段。大段。docin/sundae_meng82.2.2 量化量化其具体分法如下其具体分法如下:将区间将区间0，1一分为二，其中点为一分为二，其中点为1/2,取区间取区间1/2,1作为第八段作为第八段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/2再一分为二，其中点为再一分为二，其中点为1/4,取区间取区间1/4,1/2作为第七段作为第七段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/4再一分为二，其中点为再一分为二，其中点为1/8,取区间取区间1/8,1/4作为第六段作为第六段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/8再一分为二，其中点为再一分为二，其中点为1/16,取区间取区间1/

7、16,1/8作为第五段作为第五段;.最后剩下的区间最后剩下的区间0,1/128作为第一段。作为第一段。其中第一、第二两段长度相等，都是其中第一、第二两段长度相等，都是1128。docin/sundae_meng92.2.2 量化量化第二步，将以上第二步，将以上8 8个不均匀大段的每一段，个不均匀大段的每一段，再均匀地分成再均匀地分成1616等份，每一等份代表一等份，每一等份代表一个量化级。个量化级。docin/sundae_meng102.2.2 量化量化因此，将因此，将x x轴的轴的0 01 1的变化域分成了的变化域分成了16168 8128128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非个

8、非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非均匀量化；均匀量化；另外，对另外，对-x-x轴也作同样的分段处理，则轴也作同样的分段处理，则x x轴共有轴共有256256个非均匀量化级。个非均匀量化级。对于对于y y或或-y-y轴的轴的0 01 1的变化域被均匀地分成的变化域被均匀地分成8 8大段，每大段再均匀地分成大段，每大段再均匀地分成1616等份，故等份，故y y轴同样轴同样也被分成也被分成1281282 2256256个量化级，不过它是均匀个量化级，不过它是均匀量化级。量化级。docin/sundae_meng112.2.3编码编码1、常用编码方法、常用编码方法常用的编译码是根据常用的编译码是

9、根据A律律13折线非均匀量化间隔折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码在编的划分直接对样值编码，称为非均匀编码在编码过程中实现了非均匀量化），接收端再进行非码过程中实现了非均匀量化），接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。均匀解码，即直接非均匀编解码法。编码由编码器完成，译码由译码器完成。编码由编码器完成，译码由译码器完成。docin/sundae_meng122.2.3编码编码2 2、编码的位数和码位的安排、编码的位数和码位的安排量化级数量化级数N N2 2正负极性）正负极性）8 8段）段）1616等份）等份）256256，所以需，所以需8 8位二进制码。位二进制码。

10、用用1 1位二进制码称为极性码表示正负如位二进制码称为极性码表示正负如“1“1表示正，表示正，“0“0表示负）、表示负）、3 3位二进制码称为位二进制码称为段落码表示段落码表示8 8大段落、大段落、4 4位二进制码称为段内位二进制码称为段内码表示每一大段的码表示每一大段的1616等份等份 a1 a1， a2a3a4 a2a3a4， a5a6a7a8a5a6a7a8极性码极性码 段落码段落码 段内码段内码docin/sundae_meng132.2.3编码编码3、常用码型、常用码型指的是把模拟信号抽样值量化后的所有量化级，指的是把模拟信号抽样值量化后的所有量化级，按其量化值的大小次序排列起来，并

11、列出各自对按其量化值的大小次序排列起来，并列出各自对应的码组，这个整体称为码型。应的码组，这个整体称为码型。PCM通常采用的码型通常采用的码型一般二进码一般二进码循环码格雷码）循环码格雷码）折叠码折叠码docin/sundae_meng142.2.3编码编码自然二进制码自然二进制码码组中每位码都代表一定数值，叫做权值。码组中每位码都代表一定数值，叫做权值。二进制码组和所对应的量化级之间的关系是：二进制码组和所对应的量化级之间的关系是：Aan2n-1+an-12n-2+a120。其中其中n表示码位，表示码位，an、an-1a1表示每位二表示每位二进制码的取值是进制码的取值是“1还是还是“0”。优

12、点：译码器结构可以简化，每位可单独译码优点：译码器结构可以简化，每位可单独译码缺陷：编码电路复杂，正负极性码型完全不同缺陷：编码电路复杂，正负极性码型完全不同docin/sundae_meng152.2.3编码编码折叠二进制码折叠二进制码特点是正、负两半部分，除去最高位后，呈倒影、特点是正、负两半部分，除去最高位后，呈倒影、折叠关系，最高位上半部分为折叠关系，最高位上半部分为“1”,下半部分为下半部分为“0”。利用这种码编码时，对于双极性信号，可用最高利用这种码编码时，对于双极性信号，可用最高位表示信号的正、负极性，叫做极性码位表示信号的正、负极性，叫做极性码用其余的码表示信号的绝对值，叫做幅

13、度码用其余的码表示信号的绝对值，叫做幅度码优点：编码电路简单，只要加一个极性判别电路，优点：编码电路简单，只要加一个极性判别电路，则正、负极性信号可以共用一个编码电路。则正、负极性信号可以共用一个编码电路。docin/sundae_meng162.2.3编码编码循环码：又称格雷码循环码：又称格雷码是另外一种折叠码，也有极性码和幅度码两部分组成。是另外一种折叠码，也有极性码和幅度码两部分组成。特点特点: :相邻码之间只有一个码字不同，这样误一位码造相邻码之间只有一个码字不同，这样误一位码造成的偏差的平均值小一些。成的偏差的平均值小一些。循环码在排列上的这一特点使得在传输过程中若产生一循环码在排列

14、上的这一特点使得在传输过程中若产生一位误码，错到相邻量化级时，因仅差一个量化台阶，不位误码，错到相邻量化级时，因仅差一个量化台阶，不致于影响听觉上的感觉相差很大。致于影响听觉上的感觉相差很大。但这种码与其所表示的数值之间无直接联系，如每位码但这种码与其所表示的数值之间无直接联系，如每位码没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编译码，因没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编译码，因而它不具有自然二进制码的优点。而它不具有自然二进制码的优点。 所以编码电路比较复杂，一般较少采用。所以编码电路比较复杂，一般较少采用。docin/sundae_meng172.2.3编码编码3 3、码型的选取、码型的

15、选取 选取码型主要考虑的是各种码型传输时的效选取码型主要考虑的是各种码型传输时的效果。果。语声信号幅度大信号出现的概率小，小信号语声信号幅度大信号出现的概率小，小信号出现的概率大，所以我们更关心小信号传出现的概率大，所以我们更关心小信号传输的效果。输的效果。例如小信号情况时，有一样值量化编码为例如小信号情况时，有一样值量化编码为000000，设传输中错一位，可有三种情况：设传输中错一位，可有三种情况：001001、010010、100100docin/sundae_meng182.2.3编码编码二二 进进 码码循循 环环 码码折折 叠叠 码码误误 码码情情 况况量量 化化 级级 1 1量量 化

16、化 级级 2 2 量量 化化 级级 4 4量量 化化 级级 0 0实实 际际 码码 ： 0 0 0 0 0 0平平 均均误误 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 0docin/sundae_meng192.2.3编码编码结论：结论：小信号情况选用折叠码，错一位引起的平均误差小信号情况选用折叠码，错一位引起的平均误差最小。最小。所以在语音信号所以在语音信号PCMP

17、CM通信系统中一般都采用折叠通信系统中一般都采用折叠码二进制编码。码二进制编码。docin/sundae_meng202.2.3编码编码上述将模拟信号取样、量化、再将量化所得离散上述将模拟信号取样、量化、再将量化所得离散幅值用一组二进制码表示即编码的过程，就幅值用一组二进制码表示即编码的过程，就是所谓脉冲编码调制是所谓脉冲编码调制PCMPCM过程。过程。在在PCMPCM通信系统中，一路带宽为通信系统中，一路带宽为4kHz4kHz的模拟语音的模拟语音信号是如何变成信号是如何变成64kbit/s64kbit/s的数字语音信号的？的数字语音信号的？抽样：抽样：8kHz8kHz速率的取样；速率的取样；

18、非均匀量化：每个样值又非均匀量化为非均匀量化：每个样值又非均匀量化为256256个不个不同量化级中的一个；同量化级中的一个；编码：每个量化值再编码为编码：每个量化值再编码为8 8位折叠二进制码位折叠二进制码码速为：码速为：80008000 8=64 K 8=64 Kdocin/sundae_meng212.3 2.3 数字传输技术数字传输技术数字基带传输数字基带传输数字频带传输数字频带传输docin/sundae_meng222.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输1 1、数字基带信号、数字基带信号数字终端设备直接产生数字终端设备直接产生A/DA/D转换后转换后从波形上看，数字信号一般

19、是由不同电压极性从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性如如5V5V或或5V5V表示的矩形脉冲表示的矩形脉冲矩形脉冲的固有频宽称做基本频带，即基带，上矩形脉冲的固有频宽称做基本频带，即基带，上述数字信号又统称为数字基带信号。述数字信号又统称为数字基带信号。docin/sundae_meng232.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输2、基带传输、基带传输将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；简单说来，就是将数字信号简单说来，就是将数字信号1或或0直接用两种不同直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。的电压来表示，然后送到线路上去传输。

20、如短距离的脉冲编码调制如短距离的脉冲编码调制PCM局间中继、局局间中继、局域网计算机间的数据传送常采用基带传输方式。域网计算机间的数据传送常采用基带传输方式。 docin/sundae_meng242.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输3、基带传输码型、基带传输码型选码原则选码原则（1不应含有直流分量和只有很小的低频分量不应含有直流分量和只有很小的低频分量 ；（2便于从信号中提取位同步定时信息；便于从信号中提取位同步定时信息；（3传输码型应具有误码检测功能；传输码型应具有误码检测功能；（4对任何信源具有透明性，解决长连对任何信源具有透明性，解决长连1和和长连长连0问题问题 ；（5编译

21、码的设备应尽量简单。编译码的设备应尽量简单。docin/sundae_meng252.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输常用码型常用码型曼彻斯特码又称分相码、数字双相码）曼彻斯特码又称分相码、数字双相码）传号交替反转码传号交替反转码AMI码）码）传号反转码传号反转码CMI码）码）三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码HDB3码）码）docin/sundae_meng262.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输曼彻斯特码曼彻斯特码001 110 常用于计算机通信网络中常用于计算机通信网络中101100高 H低 L“ 1”高 电 平“ 0”低 电 平中 间 跳“ 0”上 跳“ 1”

22、下 跳中 间 总 有 跳 变“ 0”开 头 跳高 H低 L高 H低 L（ a） 不 归 零 制 编 码（ b） 曼 彻 斯 特 编 码（ c） 差 分 曼 彻 斯 特 编 码docin/sundae_meng272.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输传号交替反转码传号交替反转码AMI:Alternate Mark Inversion Code）0 不变，不变，1交替变为交替变为+1和和-1北美系列一、二、三次群的线路码型北美系列一、二、三次群的线路码型docin/sundae_meng282.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码HDB3码：

23、码：High Density Bipolar）AMI码中没有四个连码中没有四个连0时，时， AMI码就是码就是HDB3码码AMI码中有四个连码中有四个连0时：时：第四个第四个0用用V代表，代表，V的极性与这四个的极性与这四个0的前一个的前一个非非0码极性相同。码极性相同。为保证为保证V的极性不同若径上面变换出现相同情的极性不同若径上面变换出现相同情况），则第一个况），则第一个0用用B代表，代表，B的极性与前一非的极性与前一非0符号极性相反。符号极性相反。docin/sundae_meng292.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输消息带码：消息带码： 1 000 0 1 1 000 0

24、 1 1 000 0 1AMI码：码：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 1 000 0 +1HDB3码码-1 000-V 0 +1 1 +B00+V -1 +1-B00+V +1HDB3码是码是CCITT建议建议PCM30/32标准系列的标准系列的基群、二次群、三次群的线路码型。基群、二次群、三次群的线路码型。docin/sundae_meng302.3.1 2.3.1 数字基带传输数字基带传输传号反转码传号反转码CMI码：码：Code Mark Inversion）001 100/11交替。交替。CCITT建议四次群接口码型。建议四次群接口码型。1 0 1 1 1 0 0 1

25、111 01 00 11 00 01 01 11 00docin/sundae_meng312.3.2 2.3.2 数字频带传输数字频带传输1、定义、定义利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信号对载波的调制，以形成数字信号的载波传输。号对载波的调制，以形成数字信号的载波传输。必须经过调制器频带调制器），将数字信号调必须经过调制器频带调制器），将数字信号调制成模拟信号后再送往信道传输，称之为数字信制成模拟信号后再送往信道传输，称之为数字信号的频带传输。号的频带传输。docin/sundae_meng322.3.2 2.3.2 数字频带传输数字频带传输2、常用调制方法、常用调制方法调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化而变化。而变化。由于数字调制方式中调制信号是由于数字调制方式中调制信号是“1或或“0”，对载波参数的控制相当于开关，所以数字调制方对载波参数的控制相当于开关，所以数字