秋季学期总复习参考

1、北京邮电大学函授、远程教育?数字通信原理?实时指导教案第1章概述1、模拟信号与数字信号的特点模拟信号一一幅度取值是连续的数字信号一一幅度取值是离散的二进码L多进码数字信号与模拟信号的区别是根据幅度表征信息的参量取值上是否离散而定的。2、模拟通信与数字通信根据传输信道上传输信号的形式不同，通信可分为-模拟通信一一以模拟信号的形式传递消息采用频分复用实现多路通信。'-数字通信一一以数字信号的形式传递消息采用时分复用实现多路通信。数字通信传输的主要对象是模拟语音信号等，而信道上传输的一般是二进制的数字信号。所要解决的首要问题模拟信号的数字化，即模/数变换A/D变换3、数字通信的构成倍解调率复

2、4、数字通信的特点1抗干扰能力强，无噪声积累对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值通常取二个幅值，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再 生成已消除噪声干扰的原发送信号。由于无噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。2便于加密处理3采用时分复用实现多路通信4 设备便于集成化、小型化5占用频带较宽5、数字通信系统的主要性能指标有效性指标P11信息传输速率定义、公式fBfs n丨、物理意义-符号传输速率一一定义、公式Nb丄、关系:tBN B log 2 M-频带利用率一一是真正用来衡量数字通信系统传输效率的指标有效性符号传输速率频带宽度B

3、d/Hz信息传输速率频带宽度bit / s/ Hz可靠性指标P12误码率一一定义信号抖动例1、设信号码元时间长度为 6 10 7s，当1采用4电平传输时，求信息传输速率和符号传输速率。2假设系统的带宽为 2000kHz ,求频带利用率为多少 bit/s/Hz。解：1符号传输速率为11 6 “Nb71.67 10 BdtB 610数据传信速率为RbNB log 2 M 1.67 106 log 2 4 3.34Mbit /s(2)信息传输速率频带宽度63.34 102000 1031.67bit /s/ Hz例2、接上题，假设传输过程中 2秒误1个比特，求误码率误比特率 解：误码率误比特率=过失

4、比特数/传输总比特数12 3.34 1061.5 10第2章语音信号编码一一脉冲编码调制PCM2.1语音信号编码的根本概念1、语音信号编码的概念语音信号编码一一模拟语音信号的数字化信源编码。2、语音信号编码的分类 P16波形编码一一根据语音信号波形的特点，将其转换为数字信号。常见的有 PCM DPCM ADPCM DM等。参量编码一一是提取语音信号的一些特征参量，对其进行编码。特点：编码速率低，但语音质量要低于波形编码。LPC等声码器属于参量编码。混合编码一一是介于波形编码和参量编码之间的一种编码，即在参量编码的根底上，引 入一定的波形编码的特征。子带编码属于混合编码。2.2脉冲编码调制PCM

5、通信系统的构成1、PCM勺概念对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信号。2、PCM1信系统的构成P17 图 2-1搔收端话青抽PAN培忧值竭PCM 再生PCM再 解PAM佰号 ®话音 二 F> * F 化码 倍号中堆倍号 生码憩略拥牝 通 倍号戦故要换4A/D变换信il 一S1 2.2 PCM通佰蕤址基带传输PCMi!信系统由三个局部构成：模/数变换一一抽样、量化、编码信道局部一一包括传输线路及再生中继器数/模变换一一解码、低通2.3抽样1、抽样的概念模拟信号ft在时间上离散化PAM信号fst2、低通型信号fo B的抽样抽样定理 fs 2fM 留有一定宽度的

6、防卫带fs 2fM不满足抽样定理的后果一一不满足抽样定理的后果是PAM信号产生折叠噪声，收端就无法用低通滤波器准确地恢复原模拟语音信号。语音信号的抽样频率为fs = 8000 Hz , T 125 s抽样信号的频谱：频率成分有原始频带0s fM , nfs的上、下边带。排列顺序3、带通型信号foB的抽样2 f抽样定理 -n 12f0sn0 n 卫假设n次下边带、n+1次下边带与原始频带间隔相等默认 2f。fMs2n 1抽样信号的频谱：频率成分有原始频带f0s fM , nfs的上、下边带。排列顺序例1、一模拟信号频谱如下列图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的f° B

7、此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有fs 2fM 2 6 12kHz一次上边带：fs+原始频带=12+ (2 s 6) =14s 18二次下边带：2 fs-原始频带=24- (2s6) =18s22f(kHz)二次上边带：2fs+原始频带=24+( 2 s 6) =26s 30)例2、一模拟信号频谱如下列图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的 频谱。解：f0 312kHz, fM552kHz,BfMf0 552 312 240kHzfoB此信号为带通型信号(詡满足抽样定理时，应有2(fo fM)2(312 552) 576kHz2.4量化量化的概念：PAM言号样值在幅度上离

8、散化量化值 量化分为：均匀量化和非均匀量化1、均匀量化在量化区内即从一 U十U均分为N等份2 I均匀量化的特点一一大小信号的量化间隔相等21N几个要点?量化值的选取?量化误差et=量化值一样值Uqt ut uq uJemax ?量化区emax 过载区2?均匀量化的缺点一一在N 或|大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比拟大，远远满足要求?为了解决这个问题，假设仍采用均匀量化，不行。原因：S / N q量化误差Nffl |编码复杂信道利用率下降 解决一一采用非均匀量化2、非均匀量化非均匀量化的宗旨一一在不增大量化级数N的前提下，禾U用降低大信号的量化信噪比来

9、提高小信号的量化信噪比。非均匀量化的特点一一小信号的量化间隔小，大信号的量化间隔大。实现非均匀量化的方法模拟压扩法方框图直接非均匀编解码法一一概念一般采用3、量化信噪比1 定义式：SS/NqdB 10lgdBNq2 均匀量化信噪比忽略过载区内的量化噪声功率S/Nq均匀 20lg 3N 20lgx°* 曲线例、画出I 9的均匀量化信噪比曲线忽略过载区内的量化噪声功率 解：I 9,N29512S/Nq均匀 20lg 3 N 20lgxe20lg、3 512 20lgxe 59 20lg xe3非均匀量化信噪比忽略过载区内的量化噪声功率A律压缩特性oa+abA律压缩特性A律压缩特性的非均匀

10、量化信噪比(S/Nq)非均匀(S / N q )均匀Q(Q20lgdy信噪比改善量)dx(S/ Nq)均匀20lg、3 N20lgx(xXe)oa 段：QA87.62420lg20lg -(20lgx39dB)1 In A1In 87.6ab 段：Q120lg-20lg x20 120lg x1520 Igx1 In A1 In 87.6(39dB 20Igx 0)?A的取值与Q的关系：在小信号区域，A愈大，那么斜率愈大， Q愈大；在大信号区域，A愈大，那么斜率愈小， Q愈小。一般取 A=87.6例、画出I 8, A 87.6的A律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线(忽略过载区内的量化噪声功率)。

11、解:I 8,N256, A 87.6(S/Nq)均匀 20Ig 3 N 20Ig x20 Ig . 3 256 20lg x 53 20 Ig x2叫AIn A2叫87.6In 87.62420lg;1In A20lgx201JIn 87.620lg x11(oa 段：0 x 20lgx2°lg°"A87.61ab 段：x1 39dB20lg x 0A(20lg x 39dB)15 20lg x(39dB 20lgx 0)39dB)4 A律13折线压缩特性 P37图2-23表2-3各段折线的斜率及信噪比改善量段号12345678斜率161684211/21/4Q

12、dB2424181260-6-122.5编码与解码特点1、二进制码组及编码的根本概念1二进制码组L般二进制码Y循环二进制码格雷码-折叠二进制码般二进制码简单易实现各位码幅度码有ai a i 1a?ai权值：21 12l 22120循环二进制码幅值绝对值相同的样值其幅度码相同 编、解码复杂折叠二进制码 幅值绝对值相同的样值其幅度码相同 工低音量小信号时噪声小2 编码的根本概念?编码的概念一一编码是把模拟信号样值变换成对应的二进制码组。?分类J线性编码与解码一一具有均匀量化特性的编码与解码I非线性编码与解码一一具有非均匀量化特性的编码与解码2、A律13折线的码字安排采用折叠二进码编码2.13各量化

13、段的电平氾围、起始电平、量化间隔P46 表 2-81 过载电压U 20482 量化级数NN21 l8N 2正、负极性8量化段16段内等分数2563 码字安排a2a3a4a5a6a?a8段落码与段内码合在一起称为幅度码极性码段落码段内码非线性码线性码段内码对应的权值a5a6a?a8权值：23i22i21i203、A律13折线编码方法样值电流is以is为例电压Us1极性码isisoq0月12幅度码isL UsUs(i2 s 8)1 Ri , ai1 Ri , ai的判定a5 s例1： A律13折线编码器，|8，一个样值为is93 ，试将其编成相应的码字。?判定值的数目nR 1 127(1 8)2?

14、判定值确实定段落码判定值确实定一一以量化段为单位逐次对分，对分点电平依次为a2 s a4值。段内码判定值确实定一一以某量化段内量化级为单位逐次对分，对分点电平依次为a 8的判定值。解：is 930a1 1Is is 931 s1 R2128a20I sI R332a311 s1 R464a41段洛码为011，样值在第4量化段，I B464 , 441 R5I B484648 4961 sI R5a50I R6I B44 4644 4801 sI R6a611 R7I B4442 464442 4881 sI R7a711 R8I B4442 44644424492I sI R8a81码字为10

15、110111例2、A律13折线编码器，I 8，过载电压U4096mV，个样值为uS596mV ,解:将其编成相应的码字。U 20484096mV4096mV20482mVUs596mV2mV298同学们自行练习将其编成相应的码字。方法同上，注意所有电流的符号改成电压的符号4、码字的对应电平绝对值码字电平编码电平编码器输出的码字所对应的电平。例:解码电平编码误差解码误差I Bi(a5 2a62解码器的输出电平。接上题求其编码误差与解码误差。 编码电平：1 B4(23a522a6编码误差:解码电平:解码误差:a721a820)6492IcId(8Is929294939321a720a8)941)5

16、、逐次渐近型编码器P49 图 2-32S1根本结构由两局部组成：码字判决与码形成电路一一编各位码 本地解码器一一产生判定值2本地解码器 串/并变换记忆电路一一将先行码a2a7 的状态反应回来，并行输出M 2M 8。M 2M8与反应码的对应关系：<对于先行码已编好的码：Mj ai< 对于当前码正准备编的码：Mj 1对于后续码尚未编的码：Mj 0 7 /11变换7/11变换的作用一一将 7位非线性幅度码 M2M 8转换为11位线性幅度码B1 s Bn。7/11变换的目的一一为了产生判定值假设干个恒流源相加，要得到11个恒流源，所以要7/11变换。7/11变换的方法一一原那么：M 2M

17、8看作a2a8非线性幅度码对应的码字电平 =11位线性幅度码B1 s B11对应的码字电平M 2M8 看作a2a8对应的码字电平为：1 C 1 Bi 2 i a52 i a62 i a72 i a8B1 s B11对应的码字电平为：Icl 1024 B1512 B2256 B3128 B464 B532 B616 B7 8B8 4B9 2B10B11例1、某7位非线性幅度码为1 1 0 1 0 1 0，将其转换为11位线性幅度码。I512解：11位线性幅度码为0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 02 512 例2、某11位线性幅度码为0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 ,将其转换为7

18、位非线性幅度码。32解：7位非线性幅度码为0 1 0 1 0 0 1 11位线性解码网络一一将 Bi 1所对应的权值(恒流源)相加，以产生相应的判定值。6 A律13折线解码器P53 图 2-34几个要点：11个恒流源中的假设干个恒流源相加，为了保证收端解M i ai7/12变换的目的一一编码电平等于码后的量化误差不超过丄，在收端应参加 的补差项，即解码电平等于编码电平加2 2。而第1、2两段的L不在11个恒流源范围内，要增加一个恒流源B12()，所以2 2 2应进行7/12变换。7/12变换的方法一一在 7/11变换的根底上增加一个“1A律13折线解码器输出的是解码电平，它约等于PAM信号。例

19、1、某7位非线性幅度码为1 1 01 0 1 0，将其转换为12位线性幅度码。解：12位线性幅度码为0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0例2、某12位线性幅度码为0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0，将其转换为7位非线性幅度码。解：7位非线性幅度码为1 0 1 1 1 0 1第 3 章 语音信号压缩编码1、差值脉冲编码调制 DPCMDPCM勺概念一一对相邻样值的差值进行量化、编码。实际上DPCM是对样值与过去的样值为根底得到的估值之间的差值进行量 化编码的DPCM勺缺点一一在 DPCM系统中，为了实现容易，采用固定预测器。输入信号与预测信 号的差值大，从而造成误差增大，语音

20、质量受影响。2、自适应差值脉冲编码调制ADPCM的原理ADPCM勺概念在 DPCM勺根底上增加自适应量化和自适应预测，由此开展成了 ADPCMADPCM勺优点一一由于采用了自适应量化和自适应预测，ADPCM勺量化失真、预测误差均较小，因而它能在32kbit / s数码率的条件下到达 PCM系统64kbit / s 数码率勺语音质量要求。3、子带编码勺概念首先将输入信号频带分割成不同勺频带分量 称为子带 ，然后再分别进行编码，这类编码方式称为频域编码。优一第4章时分多路复用及PCM30/32路系统4.1时分多路复用通信时分多路复用的概念多路复用的概念P99时分多路复用的概念利用各路信号在信道上占

21、有不同时间间隔的特征来分开各路信号的。4.1.2 PCM时分多路复用通信系统的构成PCM时分多路复用通信的实现以3路复用为例合路的PAM15号分路團工3 PCM时分寥同Q用迥信靈统的构成n路复用原理类似发端低通滤波器的作用P101保持的目的抽样门的作用一一抽样、合路。分路门的作用一一分路。接收低通滤波器的作用一一重建或近似地恢复原模拟语音信号几个概念：1帧、路时隙tc T、位时隙tB 上n丨4.2 PCM30/32路系统4.2.1 PCM30/32路系统帧结构P106 图 4-9几个标准数据：帧周期125 S，帧长度32 X 8= 256比特1=8路时隙tc3.91 s位时隙tB0.488 s

22、数码率fB2048kbit /s位同步的目的- 帧同步的目的-保证收端正确识别每一位码兀。 -保证收发两端相应各话路要对准。复帧同步的目的一一保证收发两端各路信令码在时间上对准。各时隙的作用P107帧同步码型及传输位置、复帧同步码型及传输位置、 30路信令码的传输标志信号的抽 样频率、抽样周期标志信号抽样后，编 4位码abed信令码abed不能同时编为0000码，否那么就无法与复帧同步码区分开。例1、计算PCM30/32路系统l 8)解:路时隙tcT125s3.91 sn32位时隙tBtc3.91s0.488l8数码率fBfsn丨8000 32例2、计算PCM30/32路系统l 8)1路的速率

23、。的路时隙、位时隙和数码率。8 2048kbit/s解：基群的速率为 2048kbit / s20481路的速率：64kbit/s32例3、PCM30/32路系统中，第25话路在哪一时隙中传输？第25路信令码的传输位置在什么地方？F10帧TS6后4位码解：第25话路在帧结构中的传输位置为TS26第25路信令码在帧结构中的传输位置为4.2.2 PCM30/32路定时系统尸发端定时系统收端定时系统时钟CP、位脉冲、路脉冲、复帧脉冲的频率及作用对收端时钟的要求收端时钟与发端时钟频率完全相同，且与接收信码同频同相。 满足收端时钟的获得一一定时钟提取实现位同步时钟同步423 PCM30/32路帧同步系统

24、1、帧同步的实现方法P1122、对帧同步系统的要求L帧同步建立的时间要短 帧同步系统的稳定性要好3、前、前方保护1 前方保护作用 P112保护时间公式P112前提状态同步状态2 前方保护作用 P79保护时间公式P112前提状态捕捉状态例、PCM30/32路系统中，假设 m=3, n =2,求前、前方保护时间分别为多少?解：T前m 1 Ts 3 1 250500 sT后 n 1 Ts 2 1 250 250 s4、帧同步系统的工作流程图P113图4-15- 四种工作状态5、帧同步码型选择原那么由于信息码而产生伪同步码的概率越小越好4.2.4 PCM30/32路系统的构成P119 图 4-20差动

25、变量器差动系统的作用一一2/4线转换标志信号发输出的有：30路信令码、复帧同步码和复帧对告码第5章 数字信号复接一一PDH与 SDH5.1 准同步数字体系 PDH5.1.1 数字复接的根本概念一、准同步数字体系 PDHPCM各次群的话路数及数码率欧洲、中国P123表5-1、PCk复用和数字复接形成二以上的高次群的方法PCM复用一一概念 P123 高次群的形成一般不用一一原因数字复接概念 P123、数字复接的实现按位复接优缺点 按字复接优缺点 PDH大多采用按位复接。四、数字复接的同步数字复接要解决两个问题：同步一一不同步的后果：几个低次群复接后的数码就会产生重叠和错位。复接五、数字复接的方法及

26、系统构成数字复接的方法同步复接概念P125异步复接一一概念PDH大多采用异步复接数字复接系统的构成框图 P126 图 5-45.1.2 同步复接与异步复接一、同步复接 需要码速变换码速变换的概念 P127二、异步复接 需要码速调整1、码速调整与恢复 码速调整方法插入一些码元将各一次群的速率由 2048kbit s 左右统一调整成 2112kbit s 。码速恢复方法通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kbit s 复原成2048kbit s 左右。码速调整和码速变换的区别 P1312、异步复接二次群帧结构异步复接二次群的帧周期为100. 38卩s帧长度为848bit 4X 205=

27、820bit 最少为信息码28bit的插入码最多28bit插入码具体安排P131表5-2各一次群在100.38s内插入码及信息码分配情况各一次群支路：码速调整之前速率 2048kbit /s左右100.38卩s内约有205206个码元应插入67个码元码速调整之后速率为2112kbit /s 100. 38卩s内应有212个码元bit 第一个基群支路插入码及信息码分配情况如P131图5-9a所示。其它基群支路插入码及信息码分配情况类似。帧结构图 P131图5-9b一次群码速调整后 100.38卩s内插入码有67个Y码速调整用的插入码有01个最多1个I插入标志码有3个二次群1帧内-插入码有2428

28、个最多28个码速调整用的插入码有 04个最多4个 插入标志码有12个信息码最少为820个插入标志码的作用P132每个支路采用三位插入标志码的目的P132例1、计算二次群中一个二进制码元的时间间隔为多少?解：因为二次群的数码率为 8448kbit/s所以一个二进制码元的时间间隔为0.118 s138448 103例2、画出第3个基群支路插入码及信息码分配情况。解：例3、异步复接二次群帧结构中帧同步码和插入标志码的容量速率分别为多少? 解：帧同步码的容量速率为10100.38 1099621bit/s99.621kbit/s插入标志码的容量速率为12100.38 10119546bit/s 119

29、.546kbit/s5.1.3 PCM零次群和PCM高次群1、PCM零次群概念 64kbit / s速率的复接数字信号用途一一一既可传送语音亦可传送数据。2、PCM高次群PCM高次群的形成4 个二次群异步复接 *三次群4个三次群按位复接* 四次群高次群的接口码型PCM一、二、三次群的接口码型为 HDB3码PCM四次群的接口码型为 CMI码5.1.5 PDH的弱点没有世界统一的数字信号速率和帧结构标准；没有世界性的标准光接口标准；复用结构缺乏灵活性；大多采用按位复接，不利于以字节为单位的现代信息交换; 复用信号的结构中 OAM:匕特很少等。5.2 SDH的根本概念5.2.1 SDH的根本概念1、

30、SDH的概念 P1402、SDH的特点P141最核心的特点5.2.2 SDH的速率体系P141 表 5-45.2.3 SDH网的根本网络单元终端复用器TM的主要任务 P142分插复用器ADM的主要任务 P142数字交叉连接设备DXC的作用一一实现支路之间的交叉连接。再生中继器REG的作用一一再生中继器是光中继器，其作用是将光纤长距离传输后受较大衰减及色散畸变的光脉冲信号转换成电信号后进行放大整形、再定时、再生为规划 的电脉冲信号，再调制光源变换为光脉冲信号送入光纤继续传输，以延长传输距离。5.2.4 SDH的帧结构P146 图 5-24帧周期为125卩s帧长度为 9X 270 X N个字节或9

31、X 270 X NX 8个比特STM-N 的速率=9 270 N1258 (Mbit / s)三个主要区域及作用P147SOH AU-PTR等的容量速率的计算例、由STM-1帧结构计算出STM-1的速率。SOH的速率。AU-PTR的速率。 解：STM-1的帧周期为125卩s帧长度为9X 270 X 8比特，9 270 8125155.520Mbit/sSOH的速率为8 9 81254.608Mbit/sAU-PTR的速率为9 81250.576Mbit/s第6章数字信号传输6.1数字信号传输根本理论数字信号传输方式基带传输一一未经调制变换的基带数字信号直接在电缆信道上传输。 频带传输数字信号波

32、形与功率谱数字信号的波形P182图6-1基带传输系统的构成数字基带传输系统的根本构成模型P184图6-46.2传输码型对基带传输码型的要求P190常见的传输码型1、单极性不归零码即 NRZ码不适合基带传输2、单极性归零码即RZ码不适合基带传输3、AMI码P191 图 6-15AMI码根本符合要求，适合作为基带传输码型。AMI码的缺点一一如果长连“ 0过多，对定时钟提取不利。 为了克服这一缺点，引出了HDB3码。二进码*AMI码例、二进码序列如下，将其转换为AMI码。二进码序列： 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1AMI 码： +1-10+1 0-1 0 0+1-1 + 1 0-

33、14、HDB3码二进码 HDB3码HDB3码码型变换规那么 P196HDB3码码型反变换的原那么196例1、二进码序列如下，将其转换为HDB3码。二进码序列：1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3码：V+ 解：二进码序列 ；1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3码：V+ -1 0+1 B-0 0V-+1-1+1 0 0 0V+B-0 0 V-0 +1例2、设接收到的HDB3码如下不包括参考点，将其复原为二进码序列。HDB3码：+1 0 0 0+1 0-1+1 0 0-1 0 0 0-1+1 0 0+

34、1 0-1解：HDB3码+1；0 0 0+1 0-1 + 1 0 0 -1 0 0 0 -1 + 1 0 0+1 0-1:IH I二进码序列；1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15、CMI码二进码 JCMI码CMI码变换规那么 P197表6.1例1、二进码序列如下，将其转换为CMI码。二进码序列：1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1解：二进码序列 110 1 0 1 0 01110 1CMI 码 00 11 00 01 11 01 00 01 01 11 00 11 01 00例2、某CMI码为，试将其复原为二进码即NRZ码。解：CMI 码 11 00 01 01 11 01 00二进码 1 1 0 0 1 0 1传输码型的误码增殖概念P194分析AMI码、HDB3码和CMI码的误码增殖情况例、原来的二进码序列及正确的 HDB码序列如下所示，假设两个打“ *的码元误码，第一 个打“ * 的0误成-1，第二个打“ * 的0误成+1,写出错误的HDB码序列和恢复的二进码 序列，此HDB码序列发生了什么现象？原来的二进码序列：；1