模拟通信与数字通信的特点

模拟信号数字化2.1模拟通信和数字通信2.2

数字通信的特点及性能指标2.3

语声信号数字化编码2.4时分多路复用2.5高次群数字复接2.1模拟通信和数字通信

信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。模／数变换设备将模拟电信号变换成数字信号，数字信号通常是采用二进制信号形式送至信道传输。在接收端，数字信号再经数／模变换和电／声变换还原成声音，送给接收者。2.2

数字通信的特点及性能指标

一、数字通信的特点二、数字通信系统的主要性能指标

一、数字通信的特点

1.抗干扰能力强，无噪声积累。

2.便于加密处理。

3.利于采用时分复用实现多路通信。

4.设备便于集成化、小型化。

5.占用频带宽。

二、数字通信系统的主要性能指标

1.有效性指标

(1)信息传输速率

(2)符号传输速率

(3)频带利用率

2.可靠性指标

(1)误码率

(2)信号抖动

1.有效性指标

(1)信息传输速率

信道的传输速率是以每秒钟所传输的信息量来衡量的。

(2)符号传输速率符号传输速率也叫码元速率。它是指单位时间内所传输码元的数目，其单位为“波特”(Bd)这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的。符号传输速率和信息传输速率是可以换算的。信息传输速率与符号传输速率的关系是

Rb=NBlog2M

式中，Rb为信息传输速率(bit／s)；NB为符号传输速率(码元／秒或波特)；M为码元(或符号)的进制数。(3)频带利用率频带利用率是指单位频带内的传输速率。信系统占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以，用来衡量数字通信系统传输效率(有效性)的指标应当是单位频带内的传输速率。2可靠性指标衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误码率和信号抖动。

(1)误码率在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。

(2)信号抖动在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元相对于标准位置的随机偏移。2.3语声信信号数数字化化编码码2.3.1语声信信号编编码的的基本本概念念及分分类2.3.2脉冲编编码调调制2.3.3差值脉脉冲编编码调调制2.3.4时分多多路复复用2.3.1语声信信号编编码的的基本本概念念及分分类一、语语声信信号编编码的的概念念二、语声信信号编编码的的分类类一、语语声信信号编编码的的概念念一个简简单的的语声声信号号的脉脉冲编编码调调制(PCM)的编码码、解解码过过程说说明语语声信信号编编码的概念念，其示示意图如如下图所所示。图中的A／D变换包含含三个部部分：抽抽样、量量化和编编码。(1)抽样：是是指将模模拟信号号在时间间上离散散化的过过程(2)量化：是是指将模模拟信号号在幅度度上离散散化的过过程。(3)编码：编编码是指指将每个个量化后后的样值值用一定定的二进进制代码码来表示示。二、语声信号号编码的的分类(1)波形编码码(2)参量编码码(3)混合编码码2.3.2脉冲编码码调制一、概述述脉冲编码码调制系系统中的的信号变变换和处处理过程程如图所所示。二、抽抽样模拟信号号数字化化的第一一步是在在时间上上对信号号进行离离散化处处理，即即将时间间上连续续的信号号处理成成时间上上离散的的信号，，这一过过程称之之为抽样样。1抽样定义义及实现现抽样的的电路模模型2抽样定理理3与抽样有有关的误误差1抽样定义义及实现现抽样的的电路模模型连续信号号在时间间上离散散化的抽抽样过程程如图所所示。具体地说说，就是是某一时时间连续续信号f(t)，仅取f(t0)、f(t1)、f(t2)…等各离散散点数值值，就变变成了时间离散信号号。这个个取时间间连续信信号离散散点数值值的过程就就叫做抽抽样。2抽样定理理设时间连连续信号号f(t)，其最高高截止频频率为fM。如果用用时间间间隔为Ts≤1/2fM的开关信信号对f(t)进行抽样样，则f(t)就可被样样值信号号fs(t)=f(nTs)来惟一地地表示。。或者说说，要从从样值序序列无失失真地恢恢复原时时间连续续信号，，其抽样样频率应应选为fs≥2fM。这就是著著名的奈奈奎斯特特抽样定定理、简简称抽样样定理。语声信号号的最高高频率限限制在3400Hz，这时满满足抽样样定理的的最低抽抽样频率率应为fsmm=6800Hz,为了留有有一定的的防卫带带，原CCITT规定语音音信号的的抽样频频率为fs=8000Hz，这样，，就留出出了8000–6800=1200Hz作为滤波波器的防防卫带。。3与抽样有有关的误误差·对语声信信号带宽宽的限制制是充分分的；·实行抽样样的开关关函数是是单位冲冲激脉冲冲序列，，即理想想抽样；；·通过理想想低通滤滤波器恢恢复原语语声信号号。(1)抽样的折折叠噪声声如果前置置低通滤滤波器性性能不良良，或抽抽样频率率不能满满足fs≥2fM的条件，，都会产产生折叠叠噪声。。(2)抽样展宽宽的孔径径效应失失真。三、量化1量化定义义及描述述2均匀量化化及量化化噪声计计算3非均匀量量化及压压缩扩张张技术1量化定义义及描述述量化是把把信号在在幅度域域上连续续取值变变换为幅幅度域上上离散取取值的过过程。具具体的定定义是，，将幅度度域连续续取值的的信号在在幅度域域上划分分为若干干个分层层，在每每一个分分层范围围内的信信号值用用“四舍五入入”的办法取取某一个个固定的的值来表表示。这一近似似过程一一定会产产生误差差。量化误差差就是指指量化前前后信号号之差，，通常用用功率来来表示，，称之为为量化噪噪声。返回2均匀量化化及量化化噪声计计算量化可以以分为均均匀量化化与非均均匀量化化两种方方式。各量化分分级间隔隔相等的的量化方方式即为为均匀量量化。均匀量化化时在整个输输入信号号的幅度度范围内内量化级级的大小小都是相相等的。。在非过载载区内，，量化值值随输入入信号的的变化而而离散地地变化，，并且量量化误差差总是限限制在一一定的范范围之内内。在过载区区内，量量化输出出就不再再随输入入信号的的变化而而变化，，而是保保持在输输出的最最大量化化值上，，故量化化误差将将随着信信号的增增加而增增大。量化噪声声有非过过载量化化噪声和和过载量量化噪声声。对于均匀匀量化则则是将-U～+U范围内均均匀等分为为N个量化间间隔，则则N称为量化化级数。。设量化间间隔为Δ，则Δ=2U/N如量化值值取于每每一量化化间隔的的中间值值，在非非过载区区内的最最大量化化误差为为：ema(u)=Δ/2但在过载载区内的的量化误误差，即即过载量量化误差差则会大大于Δ/2。非过载区区内量化化噪声功功率应为为：或根据信噪噪比的定定义，我我们可求求得量化化信噪比比，即信信号功率率与量化化噪声功功率之比比，可表表示为：：其中S=ue2为信号功功率如前所述述，N为量化分分级数。。在二进制数数字信号号编码中中，编码码码组的的码位数数l与量化分分级数N的关系是是：N=2l当过载电电压取得得足够大大将使过过载概率率很小，，这时主要要考虑非非过载项项，则有有对通信系系统提出出如下要要求：在在信号动动态范围围≥40dB的条件下下，量化化信噪比比不应低于于26dB。26≤4.8+6l-40则可得l≥11返回3非均匀量量化及压压缩扩张张技术非均匀量量化及实实现μ律和A律压缩特特性返回(1)非均匀量量化及实实现采用均匀匀分级量量化时其其量化信信噪比随随信号电电平的减减小而下下降。产产生这一一现象的的原因就就是均匀匀量化的的分级间间隔是固固定值，，它不能能随信号号幅度的的变化而而变化，，故大信信号时信信噪比大大；小信信号时信信噪比小小。解决决这一问问题的有有效方法法是要用用非均匀匀分级，，即非均均匀量化化。非均匀量量化的特特点是：：信号幅幅度小时时，量化化间隔小小其量化化误差也也小；信信号幅度度大时，，量化间间隔大，，其量化化误差也也大。采采用非均均匀量化化可以改改善小信信号的量量化信噪噪比，可可以做到到在不增增大量化化级数N的条件下下，使信信号在较较宽的动动态范围围内的（S/Nq)dB达到指标标的要求求。实现非均均匀量化化的方法法之一是是采用压压缩扩张张技术。。压缩特性性是：在在最大信信号时其其增益系系数为1，随着信信号的减减小增益益系数逐逐渐变大大。信号号通过这这种压缩缩电路处处理后就就改变了了大信号号和小信信号之间间的比例例关系——大信号时时比例基基本不变变或变化化较小，，而小信号号则相应应按比例例增大。。返回(2)μ律和A律压缩特特性①μ律压扩特特性μ律压缩特特性表示示式为：：②A律压扩特特性以A为参量的的压扩特特性叫做做A律特性。。A律特性的的表示式式为③A律13折线压扩扩特性目前应用用较多的的是以数数字电路路方式实实现的A律特性折折线近似似。具体体实现的的方法是是：对x轴在0～1(归一化)范围内以以1/2递减规律律分成8个不均匀匀段，其其分段点点是1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64和1/128。对y轴在0～1(归一化)范围内以以均匀分分段方式式分成8个均匀段段，其分分段点是是1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8和1。将x轴和y轴对应的的分段线线在x-y平面上的的相交点点相连接接的折线线就是有有8个线段的的折线。。可以看出出，对应应同一y值的两种种情况计计算所得得的x值基本上上相等，，这说明明按递减减规律进进行非均均匀分段段的折线线与A＝87.6的A律特性是是十分逼逼近的。。通常就称称为A律13折线压缩缩特性。。A律13折线压扩扩时量化化信噪比比也可用用计算改改善量的的方法进进行计算算，有(S/Nq)A.dB=(S/Nq)Db+［Q］A.dB(均)返回四、编码与解解码通常记作作A/D；解码过程程是数／／模变换换，通常常记作D／A。1.二进制码码组及编编码的基基本概念念2.线性编码码与解码码3.非线性编编码与解解码1.二进制码码组及编编码的基基本概念念目前使用用的二进进制码组组的编码码关系有有3种：·一般二进进制码·循环二进进制码·折叠二进进制码编码是把把模拟信信号样值值变换成成对应的的二进制制码组。。从概念念上讲，，编码过过程可以以用天平平称某一一物体重重量的过过程类比比。编码的过过程自然然完成了了量化。。2.线性编码码与解码码对应于均均匀量化化特性的的编码电电路叫作作线性编编码电路路。线性性编码的的码组中中各码位位的权值值是定数数，它不不随输入入信号幅幅度的变变化而变变化。(1)级联逐次次比较型型编码电电路(2)反馈型线线性编码码器(3)加权求和和解码网网络3.非线性编编码与解解码具有均匀匀量化特特性的编编码叫做做线性编编码，与与之对应应的具有有非均匀匀量化特特性的编编码就叫叫做非线线性编码码。非线线性编码码的码组组中各码码位的权权值不是是固定的的，而是是随着输输入信号号幅度的的变化而而改变的的。(1)A律13折线编码码的码字字安排(2)A律13折线编码码方法(1)A律13折线编码码的码字字安排采用A律13折线编码码时所需需的码位位数是8，其具体安安排是：：a1a2a3a4a5a6a7a8极性码段段落落码段段内内电平码码例：〖HT〗设A律13折线8位码的码码字为11011011，试计算算码字电电平Ic。例：求抽样样电平幅幅度+107Δ时所对应应的编码码码字。。(2)A律13折线编码码方法①判定值的的确定规规律和提提供方法法②编码码方法③逐次渐近近型编码码器④编码端量量化误差差的分析析⑤A律13折线解码码①判定值的的确定规规律和提提供方法法极性码的的判决段落码的的判决段内电平平码的判判决返回②编码方法法A律13折线编码码采用逐逐次反馈馈编码，，其编码码过程举举例如下下。例：假设设输入样样值IS＝+444Δ，按A律13折线编8位码，求求具体码码字。返回⑤A律13折线解码码数字扩张张部分由由7／11变换变为为7／12变换。该解码器器采用线线性解码码网络，，需要将将非线性性码变换换成线性性码。为为了保证证接收端端解码后后的量化化误差不不超过(1/2)Δi，在接收收端应加加入(1/2)Δi的补差项项，所以以要进行行7／12变换，最最后由变变换后的的线性码码B1～B12来控制12位线性解解码网络络。返回五、单单片集成成PCM编解码器器大大规模集集成的单单片编解解码器已已商品化化生产。。常把编码码和解码码集成在在一块芯芯片中，，称为单单路PCM编解码器器。2.3.3差值脉冲冲编码调调制一、差值脉冲冲编码调调制原理理及实现现二、自适应差差值脉冲冲编码调调制一、差值脉冲冲编码调调制原理理及实现现差值脉冲冲编码调调制(DPCM)就是考虑虑利用语语声信号号的相关关性找出出可反映映信号变变化特征征的一个个差值量量进行编编码的。。根据相相关性原原理，这这一差值值的幅度度范围一一定小于于原信号号的幅度度范围。。因此，在在保持相相同量化化误差的的条件下下，量化化电平数数就可以以减少，，也就是是压缩了了编码速速率。二、自适应差差值脉冲冲编码调调制为了能进进一步提提高DPCM方式的质质量还需需采取一一些辅助助措施，，即自适适应措施施。为了了能在相相当宽的的变化范范围内仍仍能得到到最佳的的性能，，DPCM也需要自自适应系系统，这这里的自自适应包包括自适适应预测测和自适适应量化化，称为为ADPCM。自适应量量化的基基本思想想是：让让量化间间隔Δ(t)的变化，，与输入入信号方方差相匹匹配，即即量化器器阶距随随输入信信号的方方差而变变化，它它正比于于量化器器输入信信号的方方差。2.3.4子带编码码的基本本概念及及工作原原理子带编码码是首先先将输入入信号分分割成几几个不同同的频带带分量，，然后再再分别进进行编码码，这类类编码方方式称为为频域编编码。频域编码码将信号号分解成成不同频频带分量量的过程程去除了了信号的的冗余度度，得到到了一组组互不相相关的信信号。这同DPCM方式的机理理虽然不同同，但从去去除冗余度度的角度来来说这两者者又是相似似的。2.4时分多路复复用2.4.1时分多路复复用的概念念及构成2.4.2时分复用系系统中的帧帧同步2.4.3PCM30／32路系统2.4.1时分多路复复用的概念念及构成为了提高信信道利用率率，在传输输过程中一一般采用多多路复用的的传输方式式——多个信号在在同一条信信道上传输输。目前应用较较多的是频频分多路复复用(FDM)和时分多路路复用(TDM)。前者适用用于时间连连续信号的的传输，后后者适用于于时间离散散信号的传传输，如前前面讨论的的PCM系统就是采采用时分多多路复用的的方式传输输的。下图给出了了一个时分分复用系统统的示意图图。时分多路复复用系统中中收、发两两端的同步步应包括两个方方面：(1)时钟频率的的同步(2)帧时隙的同同步2.4.2时分复用系系统中的帧帧同步一、帧同同步电路的的工作原理理二、帧同同步系统中中的保护电电路三、对帧帧同步系统统的要求一、帧同同步电路的的工作原理理为完成同步步功能，在在接收端还还需有两种种装置：一是同步码码识别装置置，识别接接收的PCM信号序列中中的同步标标志码的位位置；二是调整装装置，当收收、发两端端同步标志志码位置不不对应时，，需对收端端进行调整整使其两者者位置相对对应，这些些装置统称称为帧同步步电路。二、帧同同步系统中中的保护电电路由同步码误误码引起的的误判失步步叫做“假假失步”。。为了减少少系统工作作中出现假假失步的现现象，避免免误判，一一般系统中中并不是将将一次比较较结果就作作为是否失失步的判决决依据，而而是连续观观察几次，，如几次都都不能对准准信号序列列中的同步步码时才确确认是真正正失步。在系统进入入同步引入入过程之后后，为了避避免由于假假同步码的的出现而误误判为同步步，在电路路设计中加加入一个核核对保护电电路。这个个电路的作作用是在同同步引入状状态中连续续几帧的同同步检测均均检测到同同步码才确确认为同步步，这一段段时间称为为后方保护护时