数字通信原理第3和4章

1、3.0 概述3.1 抽样定理3.2 脉冲模拟调制（主要是PAM）3.3 脉冲编码调制PCM3.4 增量调制M第 3章 模拟信号的数字传输 本章内容在数字通信系统中所处的位置：运用：用数字通信系统传输模拟信号m（t） ak m（t）数字通信系统模拟信息源抽样量化编码译码低通 ak 任务：发送方Format：模拟信号的数字化，形成数字基带信号接收方Format：从接收数字基带信号中完整无失真的还原模拟信号3.0 概述 以“语音编码”为例讲述： 波形编码：在时域内，将语音波形变换为数字序列。优点：接收恢复的信号质量好。缺点：比特率较高，比特率通常在16 kb/s64 kb/s范围内，占用更大传输带宽

2、。 两类常用的波形编码方法： PCM：脉冲编码调制（Pulse Coding Modulation） M：增量调制参量编码：在频域或其它变换域内（通常是正交变换）提取特征参量，对特征参量进行数字化。优点：比特率较低，比特率在16 kb/s以下，占用带宽资源少。缺点：接收恢复的信号质量差。 3.1 抽样定理 任务： 把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值序列（PAM信号）。 1、低通抽样定理：模拟信号为低通信号。 2、带通抽样定理：模拟信号为带通信号。 3、均匀抽样定理：抽样序列是等间隔 4、非均匀抽样定理：抽样序列是非等间隔 5、理想抽样：抽样序列是冲击序列。 6、实际抽样：抽样序

3、列是非冲击序列。 定义：若模拟信号 m( t ) 的频率范围为 fL fH带宽 B = fH - fL 如果 fL B， 则 m( t ) 为带通型信号什么是低通信号、带通信号？3.1.2 低通信号的抽样定律 1. 定律描述：一个频带限制在0到fm以内的低通信号f(t)，如果以fs2fm的抽样速率进行均匀抽样，则在接收端通过一个截止频率为fm的低通滤波器可以恢复原始信号。 fs=2fm：最小抽样速率或奈奎斯特速率。 1/2fm：最大抽样间隔或奈奎斯特间隔。 ms( t ) 0时域图频谱图m ( t ) M ( f ) fm- fmMs( f ) 0讨论：结论： fs 的值必须满足抽样定理用理想

4、低通滤波器恢复原始信号。理想低通B？理想抽样：用冲击序列进行抽样。 理想抽样的原理图：产生示意图滤波器低通恢复示意图理想低通滤波器特性B的取值范围：（fm fs fm ）实际抽样：用窄脉冲序列进行抽样。 自然抽样：即曲顶抽样，抽样后的脉冲顶部随 模拟信号变化平顶抽样：即瞬时抽样，抽样后的脉冲顶部是 平坦的，幅度等于抽样的瞬时值示意图可见P63图3-3图 自然抽样的方框图和各点波形 1、 自然抽样原理图自然采样时域和频域波形用理想低通滤波器恢复原始信号。自然抽样信号xs(t)是x(t)和抽样脉冲序列s(t)的乘积： s(t)的频谱表达式： 自然抽样数学分析：xs(t)的频谱为 思考：当k=0时，

5、已抽样信号的频率分量？平顶抽样示意：在原理上可以由理想抽样和脉冲形成电路产生。 xs(t)x(t)产生示意图设矩形脉冲产生器产生的是高度为1， 宽度为的矩形脉冲， 则其频谱为Q(w)为：Q(w)平顶抽样信号xs(t)的频谱为：平顶抽样数学分析：思考：当k=0时，已抽样信号的频率分量？xs(t)x(t)产生示意图Q(w)平顶抽样的信号重建：对于平顶抽样直接用低通滤波器恢复，必然导致失真。结论：用修正网络重建平顶抽样信号：脉冲形成电路修正网络理想低通滤波器用理想抽样重建平顶抽样信号脉冲形成电路理想低通滤波器P69图3-11 在工程设计中，考虑到信号不会严格带限，以及实际滤波器特性的不理想，通常取抽

6、样频率为(2.55)fm，以避免失真。 3. 抽样定理应用 例如：语音信号 3003400Hz fs=23400=6800HzCCITT（International Telephone and Telegraph Consultative Committee,国际电话与电报顾问委员会）ITU（International munications Union,国际电信同盟）规定：fs=8000Hz3.2.2 带通型信号的抽样定理若仍按 fs 2 fH 抽样，将降低信道频带利用率。 上上上上下下下下上边带下边带 为了提高信道利用率，同时又使抽样后的信号频谱不混叠，那么fs到底怎样选择呢？ 带通均匀抽

7、样定理描述：一个带通信号x(t)，其频率限制在fL与fH之间，带宽为B=fH-fL，设n是一个不超过fL/B的最大整数，那么抽样速率应满足如下关系： fsmin=2fH/(n+1) fs fsmax=2fL/n一般选：P65公式（3-4）P65公式（3-5）1、fL是B的整数倍， fs(min)为2B； fL不是B的整数倍， fs(min)大于2B；2、当n很大时，无论fL是不是B的整数倍， 。 实际中应用广泛的高频窄带信号，都可用2B速率来进行抽样。fsmin=2fH/(n+1)=2(B+fL)/(n+1)例：若用公式fsmin=2fH/(n+1) fs=x(t-),则x(t)上升一个量化阶

8、+，用“1”码表示。3.若x(t) x(t-),则x(t)下降一个量化阶- ，用“0”码表示。4. 也可用斜变波x0(t)来近似x(t)，按斜率/t上升一个量阶，用 “1”码表示；按斜率-/t下降一个量阶，用“0”码表示。5、由于斜变波x0(t)在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似x(t)。 2、译码的基本思想： 与编码相对应，译码也有两种形式：1、收到“1”码上升一个量阶（跳变），收到“0”码下降一个量阶（跳变），这样把二进制代码经过译码后变为x(t)这样的阶梯波。2、是收到“1”码后产生一个正斜率电压，在t时间内上升一个量阶， 收到“0”码后产生一个负斜率电压，在t时间内下降一个量阶，

9、这样把二进制代码经过译码后变为如x0(t)这样的斜变波。4. 简单M调制的带宽 码元传输速率为fb=fs， M调制带宽BM=fs=fb (Hz)（升余弦传输特性）。 本章小结：1、掌握PCM调制、增量调制的原理，两者的比较。2、掌握相关的概念：抽样、量化、编码、量化信噪比、过载特性、两种系统带宽等。作业：3-1;3-10;3-17; 3-19;3-24;3-26;3-27；第 4 章 信道复用4.0 概述4.1 频分多路复用（FDM）4.2 时分多路复用（TDM）4.0 概述 1. 基本概念 多路复用：多路信号同时在同一物理信道中传输（FDM、TDM、CDM、WDM）。数字复接：把若干个小容量

10、低速数字流合并成一个大容量的高速数字流，到收端后再分开，完成这个数字大容量传输的过程，就称为数字复接。多址技术：区分与识别动态移动用户地址，引入“多址”这个术语，多址技术是指处于不同地址的多个用户共享信道资源实现各用户之间相互通信的一种方式（FDMA、TDMA、CDMA）。多路复用和多址技术的区别：相同点： 都是为了共享通信资源，技术上两者类似。不同点： 多路复用：通常在中频或基带实现；通信资源是预先分配给各用户共享的。 多址技术：通常在射频实现，是远程共享通信资源；通信资源是在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需求，随时动态地改变通信资源的分配。 本章内容在数字通信系统中所处的位置

11、2.多路复用分类频分多路复用：主要运用于传统的模拟通信时分多路复用：主要运用于数字通信波分多路复用：光纤通信码分多路复用：主要运用于数字通信多路复用1）频分复用（FDM，frequency-division multiplexing）：发端：将具有一定带宽的信道分割为若干个相互不重叠的较小频带的子信道，每个子信道传送一路信号。这样在信道中就可同时传送多个信号。收端：用中心频率不同的带通滤波器将多路信号分开。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 58.1 频分多路复用（FDM）ft.子信道n fn子信道3 f3子信道2 f2子信道1 f1警戒频带信道带宽图 FDM概念示意图时分复用（TD

12、M，time -division multiplexing）：将一条物理信道的传输时间分成若干个时隙，把这些时隙轮流地给多个信号源使用，每个时隙被复用的一路信号占用。分为TDMPAM系统；TDMPCM系统两类。4.2 时分多路复用（DM） TDMPAM系统：相当于各路PAM信号叠加第一路信号第二路信号复用信号 Ts Ts TC TC Ts Ts 帧周期：抽样周期 Ts 。时隙：一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫做时隙TC 。帧：由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧 。一帧时隙TDMPCM系统：数字信号时分复用(数字复接)A路B路合路4.3. PAM信号的带宽及相关问题1、TDMPAM信号的

13、码元速率思考：TDMPCM的码元数率？4. 时分复用系统必须严格同步 2、抽样速率fs，抽样脉冲宽度和复用路数N的关系3、信号带宽B与路数N的关系从传输主要能量的观点考虑从不丢失信息的观点考虑4.3.4 时分复用的PCM通信系统为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM 信号用时分复用 方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群（也称PCM30/32路基群）。美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一次群。2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30CH31CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T = 125 ms15 个话路15 个话路E1 的时分复用帧 125 s ( F )TS0TS1TS2.TS16TS17 .TS30TS31TS0 、 TS16 为信令TS0 . TS31 称为路时隙TS1 TS15 、TS17 TS31 为用户信号每帧时隙数：32；其中话路数目： 3