大学科目《通信原理与技术》全章节课件

点击此处结束放映第一章

绪

论点击此处结束放映通信的基本概念和通信系统基本模型通信系统的分类和数字通信系统信息及其度量数字通信系统的主要性能指标数字通信涉及的主要技术1.1

通信的基本概念和通信系统基本模型点击此处结束放映通信（Communication）是把消息从一地有效地传递到另一地，即消息传递的全过程。图中，信息源（也作发终端）的作用是把各种消息转换成原始电信号。发送设备对原始信号完成某种变换，使原始电信号适合在信道中传输。信道是指信号传输的通道，提供了信源与信宿之间在电气上的联系。信宿（也称收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息。点击此处结束放映图1-2通信系统的基本模型点击此处结束放映1.2

通信系统的分类和数字通信系统点击此处结束放映ý1.

通信系统分类

按通信业务的不同可分为：电报、电话、传真、数据传输、可视电话、无线寻呼等。按调制方式可分为：基带传输和频带传输。按信道中所传信号的不同分：通常信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。按传输媒质分：通信可分为有线通信和无线通信。按工作频段分：根据通信设备的工作频率不同，通信通常可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。点击此处结束放映另外，通信还有其他一些分类方法，如按信号复用方式可分为频分复用方式（FDM）、时分复用方式（TDM）和码分复用方式（CDM）等；按通信网络可分为专线通信和网通信等；按收信者是否运动分为移动通信和固定通信；按通信方式可分为单工、单双工、双工通信等。点击此处结束放映ý2.

数字通信系统

点击此处结束放映在信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。它包含两种重要变换，一是

把原始消息变为电信号，二是把不适合传

输的基带信号通过调制器转换成频带信号；同时两种变换在收端都要经过反变换。在信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。信源和信宿：信源的作用是把消息转换成原始的电信号，完成非电/电的转换；信宿的作用是把复原的电信号转换成相应的消息，就是完成电/非电的转换。信源编码和信源解码：信源编码有两个作用，其一，进行模/数转换；其二，数据压缩，即设法降低数字信号的数码率。点击此处结束放映信道编码与信道解码：数字信号在信道中传输时，由于噪声影响，会引起差错。调制和解调：数字调制的任务是把各种数字基带信号转换成适应于信道传输的数字频带信号。点击此处结束放映信道：信道是信号传输的通道（媒质）。信道分为有线信道、无线信道。最佳接收和同步：依据最小差错准则进行接收，可以合理设计接收机达到最佳。点击此处结束放映ý3.

数字通信的特点

点击此处结束放映相对于模拟通信系统而言，数字通信系统有如下优点。抗干扰、抗噪声能力强，无噪声积累。便于加密处理，保密性强。差错可控。利用现代技术，便于对信息进行处理、存储、交换。便于集成化，使通信设备微型化。数字通信相对于模拟通信系统来说，主要有以下两个缺点。数字信号占用的频带宽。对同步要求高，系统设备比较复杂。点击此处结束放映1.3

信息及其度量点击此处结束放映消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关。消息出现的概率愈小，则消息中包含的信息量就愈大，且概率为0时（不可能发生事件）信息量为无穷大；概率为1时（必然事件）信息量为0。综上所述，可以得出消息中所含信息量与消息出现的概率之间的关系反映如下规律。（1）消息中所含信息量I是消息出现的概率P（x）的函数，即I=I

[

P（x）]点击此处结束放映（2）消息出现的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。且点击此处结束放映P（x）=1时I=0P（x）=0时I=∞（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即I

[P1（x）·P2（x）…]=I[P1（x）]+I［P2（x）］+…点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映1.4

数字通信系统的主要性能指标点击此处结束放映一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面。有效性：指通信系统传输消息的“速率”问题，即快慢问题。可靠性：指通信系统传输消息的“质量”问题，即好坏问题。适应性：指通信系统使用时的环境条件。经济性：指系统的成本问题。保密性：指系统对所传信号的

加密措施，这点对军用系统显得更加重要。标准性：指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准。维修性：指系统是否维修方便。工艺性：指通信系统各种工艺要求。点击此处结束放映ý1.

有效性指标

点击此处结束放映数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，则系统的有效性越好。通常可从以下三个不同的角度来定义传输速率。（1）

码元传输速率

码元传输速率通常又可称为码元速率、数码率、传码率，用符号RB来表示。码元

速率是指单位时间（每秒钟）内传输码元

的数目，单位为波特（Baud），常用符号

“B”表示（注意，不能用小写）。点击此处结束放映通常在给出系统码元速率时，有必要说明码元的进制，多进制（N）码元速率

RBN与二进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率不变的情况下，相互可转换，转换关系式为RB2=RBN·log2N（B）点击此处结束放映N应为2k，k=2，3，4，…（2）

信息传输速率

点击此处结束放映信息传输速率简称信息速率，又可称为传信率、比特率等。（3）

Rb与RB之间的互换

在多进制中，RBN与RbN之间数值不同，单位亦不同。它们之间在数值上有如下关系式RbN=RBN·log2N（4）

频带利用率

点击此处结束放映在比较不同通信系统的效率时，只看它们的传输速率是不够的，还应看在这样传输速率下所占的信道的频带宽度。因为传输速率越高，所占用的信道频带越宽。因此，能够真正体现出信息的传输效率的指标应该是频带利用率（η），即单位频带内的传输速率。η=RB/B

（Baud/Hz）ý2.

可靠性指标

（1）码元差错率Pe点击此处结束放映（2）信息差错率Pb点击此处结束放映1.5

数字通信涉及的主要技术点击此处结束放映信道与噪声

对通信来说，信道和噪声都是必须涉及的基本问题。数字终端技术

数字终端技术包括发端、收端对信号进行处理过程中所涉及到的技术。（3）

数字基带传输技术

点击此处结束放映数字基带传输技术涉及一系列技术问题，如信号传输码型，码间串扰问题，实现无码间串扰传输的理想条件及减少码间串扰的部分响应系统和均衡技术，在第四章中主要讨论。（4）

数字频带传输技术

点击此处结束放映数字频带传输技术主要是指数字通信系统的核心技术之一——数字调制/解调技术，是将输入的数字信号（基带数字信号）变换为适合于信道传输的频带信号。（5）

数字同步技术

点击此处结束放映同步是数字通信系统的基本组成部分。（6）

差错控制编码技术

差错控制编码/译码，属信道编码之范畴。第二章 信道和噪声信道的定义和数学模型恒参信道及其对信号传输的影响随参信道及其对信号传输的影响信道内的噪声（干扰）随机信号分析通信中常见的几种噪声随机过程通过线性系统信道容量及香农公式点击此处结束放映2.1

信道的定义和数学模型点击此处结束放映ý1.

信道的定义及分类

信道是信号的传输媒质。具体地说，信道是指由有线或无线线路提供的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。信道可大体分为两类：狭义信道和广义信道。广义信道通常也可分成两种：调制信道和编码信道。ý2.

信道的数学模型

（1）调制信道模型通过对调制信道进行大量的考察之后，可发现它有如下主要特性：点击此处结束放映①有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端；②绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；③信号通过信道需要一定的延迟时间；④信道对信号有损耗（固定损耗或时变损耗）；⑤即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出（噪声）。点击此处结束放映（2）

编码信道模型

点击此处结束放映编码信道是包括调制信道及调制器、解调器在内的信道。它与调制信道模型有明显的不同：即调制信道对信号的影响是通过k（t）和n（t）使调制信号发生“模拟”变化；而编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变换成另一种数字序列，故有时把编码信道看成是一种数字信道。2.2

恒参信道及其对信号传输的影响点击此处结束放映ý1.

恒参信道的特点

恒参信道对信号传输的影响不随时间而变，或者随时间变化很缓慢，通常若在数字信号中几个最长符号时间内，信道特性基本不变即可认为此信道为恒参信道。有线信道为典型的恒参信道，有代表性的例子如下。点击此处结束放映（1）

对称电缆

对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。（2）

同轴电缆

点击此处结束放映同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同轴电缆中，它可以由金属丝编织而成），内导体是金属线（芯线）。（3）光纤信道

以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、光波为载波的光纤信道，可提供极大的传

输容量。无线信道中的中、长波通信，超短波及微波视距通信等基本上也属于恒参信道，举例如下。点击此处结束放映（1）无线电视距中继

无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电线路。（2）

卫星中继信道

点击此处结束放映人造卫星中继信道可视为无线电中继信道的一种特殊形式。ý2.恒参信道对信号传输的影响点击此处结束放映恒参信道对信号传输的影响主要是线性畸变，线性畸变是由于网络特性不理想所造成的，具体从幅频特性和相频特性两方面进行讨论。（1）幅度-频率畸变

幅度-频率畸变即幅频畸变，它是由于信道幅频特性不理想造成的。（2）相位-频率畸变（群迟延畸变）相频畸变是由于信道相频特性不理想造成的。理想的相频特性曲线是通过原点的斜率为K的一条直线。点击此处结束放映所谓相位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。信道的相位—频率特性还经常用群迟延-频率特性来衡量。3.

减小畸变的措施

点击此处结束放映相位-频率畸变（群迟延畸变）如同幅频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，

采取相位均衡技术也可以补偿群迟延畸变。2.3

随参信道及其对信号传输的影响点击此处结束放映ý1.

随参信道的特点

（1）

短波电离层反射信道

短波是指波长为100～10m（相应的频率为3～30MHz）的无线电波。在短波电离层反射信道中，多径传播现象对信号传输的影响最大，引起多径传播的主要原因如下：点击此处结束放映Ê①电波经电离层的一次反射和多次反射；Ê②

几个反射层高度不同；

Ê③

地球磁场引起的电磁波束分裂成寻

常波与非寻常波。

Ê④电离层不均匀性引起的漫射现象；（2）

对流层散射信道

点击此处结束放映对流层散射信道是一种超视距的传播信道，其中一跳的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微波波段。Ê①

衰落

散射信号电平是不断随时间变化的，这些变化分为慢衰落（长期变化）和快衰落（短期变化）。·a.慢衰落。·b.快衰落。Ê②

传播损耗

Ê③

信道的允许频带

脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系统频带越窄，波形展宽越多。从这一角度来看，散射信道好像是一个带

限滤波器，其允许频带定义为式中τm——最大多径时延差。点击此处结束放映从以上两种典型的随参信道的例子可以看出，随参信道的传输媒质具有以下三个特点：点击此处结束放映Ê①

对信号的衰耗随时间而变化；

Ê②

传输的时延随时间而变；

Ê③

多径传播。

ý2.随参信道对信号传输的影响点击此处结束放映（1）一般衰落（频率弥散现象）由于电离层反射、散射及对流层散射，电波从发射点出发可能经多条路径到达接

收点，这种现象称“多径传播”。若设发射信号为Acos

ωct,则经过n条路径传播后的接收信号R（t）可用下式表述：点击此处结束放映式中，ai（t）——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的随机幅度；tdi（t）——第i条路径对应于它的延迟时间；φi（t）——相应的随机相位，即φi（t）=

-ωctdi（t）点击此处结束放映其中a（t）是多径信号合成后的包络，即而φ（t）是多径信号合成后的相位，即点击此处结束放映由于ai（t）和φi（t）都是随机过程，故aI（t）、aQ（t）、a（t）和φ（t）也都是随机过程。点击此处结束放映由式（2-8）可以看到，R（t）可视为一个窄带随机过程。图2-13示出了R（t）的波形图和频谱图，从图中可得到如下结论：图2-13

R（t）的波形及频谱点击此处结束放映①从波形上看，多径传播的结果使单一载频信号Acosωct变成了包络和相位都变化的窄带信号；点击此处结束放映②从频谱上看，多径传播引起了频率弥散（色散），即由单个频率变成了一个窄带频谱。Ê（2）频率选择性衰落点击此处结束放映设多径传播的路径只有两条，且到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相对时延差。那么，若令发射信号为f（t），则到达接收点的两条路径信号可分别表示成V0f（t－t0）及V0f（t－t0－τ）。两径传播的幅频特性将依赖于|cosωτ点击此处结束放映/2|。这就是说，对不同的频率，两径传播的结果将有不同的衰减。设最大多径时延差为τm，则定义Δf=1/τm即为相邻传输零点的频率间隔。3.随参信道特性的改善——分集接收点击此处结束放映互相独立或基本独立的一些信号，一般可利用不同路径或不同频率、不同角度、不同极化等接收手段来获取，于是大致有

如下几种分集方式。Ê（1）空间分集

Ê（2）频率分集

Ê（3）角度分集

Ê（4）极化分集各分散的合成信号进行合并的方法如下。点击此处结束放映Ê（1）最佳选择式

Ê（2）等增益相加式

Ê（3）最大比值相加式2.4 信道内的噪声（干扰）点击此处结束放映信道内噪声的来源是很多的，它们表现的形式也多种多样。根据它们的来源不同，可以粗略地分为4类。无线电噪声。它来源于各种用途的无线电发射机。工业噪声。它来源于各种电气设备，如电力线、点火系统、电车、电源开关、电力铁道、高频电炉等。天电噪声。它来源于雷电、磁暴、太阳黑子以及宇宙射线等。内部噪声。它来源于信道本身所包含的各种电子器件、转换器以及天线或传输线等。点击此处结束放映以噪声的性质来分类更有利。按噪声性质区分如下。单频噪声。它主要指无线电干扰。脉冲干扰。它包括工业干扰中的电火花，断续电流以及天电干扰中的雷电等。起伏噪声。它主要指信道内部的热噪声和器件噪声以及来自空间的宇宙噪声。点击此处结束放映2.5

随机信号分析点击此处结束放映ý1.

随机过程的一般表述

定义及特征

通信过程中的随机信号和噪声均可归纳为依赖于时间参数t的随机过程。随机过程的统计特性

Ê①

概率分布——分布函数和概率密度函数

设ξ（t）表示一个随机过程，则在任意一个时刻t1上ξ（t1）是一个随机变量。点击此处结束放映Ê②数字特征——数学期望、方差和相

关函数

在实际应用中要确定随机过程的分布函数族并加以分析往往比较困难，而数字特征既能刻划随机过程的重要特征，又便于运算和实际测量。·a.数学期望（均值）

随机过程在任意时刻t的取值所组成的随机变量ξ（t）的均值，就称为随机过程的均值。它是时间t的函数。点击此处结束放映·b.

方差

随机过程的方差定义为D［ξ（t）］=E{ξ（t）－E［ξ（t）］}2·c.

相关函数和协方差函数

点击此处结束放映衡量随机过程任意两个时刻上获得的随机变量的统计相关特性时，常用协方差函数B（t1，t2） 和相关函数R（t1，t2）来表示。ý2.

平稳随机过程

点击此处结束放映（1）

定义及特性

如果考虑的是平稳随机过程，则它的一些数字特征也变得简明了：平稳随机过程的数学期望与t无关，为常数a；方差与t无关，也为常数；它的自相关函数只与时间间隔τ有关，即R（t1，t1+τ）=R（τ）（2）平稳随机过程相关函数的性质点击此处结束放映对于平稳随机过程而言，它的相关函数是特别重要的一个函数。这是因为，一方面平稳随机过程的统计特性，比如数字特征等，可通过相关函数来描述；另一方面，相关函数还揭示了随机过程的频谱特性。设ξ（t）为实平稳随机过程，那么它的自相关函数有如下主要性质。①

R（0）=E［ξ

2（t）］=s（ξ（t）的平均功率）点击此处结束放映这是因为，平稳随机过程的总能量往往是无限的，而其平均功率却是有限的。②

R（τ）=R（-τ）（R（τ）是偶函数）这一点直接可由定义式得到证实。③

｜R（τ）｜≤R（0）（R（τ）的上界）点击此处结束放映这可由非负式E[ξ（t）±ξ（t+τ）]2

≥0推演而得，表示同一点的相关性最强。④

R（∞）=E2[ξ（t）]（ξ（t）⑤

R（0）-R（∞）=σ2（3）平稳随机过程的频谱特性2.6

通信中常见的几种噪声点击此处结束放映ý1.高斯噪声

定义及特性

正态概率分布函数和误差函数高斯噪声在后边章节中计算系统抗噪声性能时要反复用到，常用正态概率分布函数F（x）来表示某种概率ý2.

白噪声

点击此处结束放映理想的白噪声

在通信系统中，经常用到的噪声之一就是白噪声。白噪声是指它的功率谱密度函数在整个频率域（－∞＜ω＜＋∞）内是常数的噪声，因为它类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。带限白噪声

ý3.

高斯白噪声

ý4.

窄带高斯噪声

点击此处结束放映（1）一个均值为零的窄带高斯

噪声n（t），假定它是平稳随机过程，则它的同相分量nI（t）和正交分量nQ也是平稳随机过程，为高斯分布，且均值也都为零，方差也相同。窄带高斯噪声的随机包络服从瑞利分布。窄带高斯噪声的相位服从均匀分布。ý5.余弦信号加窄带高斯噪声点击此处结束放映余弦信号和窄带高斯噪声的随机包络服从广义瑞利分布（也称莱斯分

布）。若信号幅度A→0时，其随机包络服从瑞利分布。余弦信号加窄带高斯噪声的随机相位分布与信道中的信噪比有关，当信噪比很小时，它接近于均匀分布。2.7

随机过程通过线性系统点击此处结束放映先确定输出过程的数学期望、方差及相关函数与功率谱密度，然后再讨论输出过程的概率分布问题。ξ0（t）的数学期望E[ξ0（t）]ξ0（t）的自相关函数R0（t1，t1+τ）（3）ξ0（t）的功率谱密度Pξ

0（ω）

点击此处结束放映（4）输出过程ξ0（t）的分布原理上，在给定输入过程的分布的情况下，可以确定输出过程的分布。其中一个十分有用的情形是：如果线性系统的输入过程是高斯型的，则系统的输出过程也是高斯型的。2.8

信道容量及香农公式点击此处结束放映ý1.

离散信道的信道容量

设离散信道模型如图2-23所示。图（a）是无噪声信道，P（xi）表示发送符号xi的概率，P（yi）表示收到符号yi的概率，P（yi/xi）是转移概率，这里i=1，2，3，…，n。由于信道无噪声，所以它的输入与输出

一一对应，即P（xi）与P（yj）相同。图（b）是有噪声信道，P（xi）点击此处结束放映表示发送符号xi的概率，这里i=1，2，3，…，n

，P（yj）表示收到符号y

j的概率，这里j=1，2，3，…，m，P（yj/xi）或P（xi/yj）是转移概率。图2-23离散信道模型点击此处结束放映ý2.

连续信道的信道容量

假设信道的带宽为B（Hz），信道输出的信号功率为S（W）及输出加性高斯白噪声功率为N（W），根据香农（Shannon）信息论可以得出，受到高斯干扰的连续信道的信道容量为点击此处结束放映第三章模拟信号的数字化传输点击此处结束放映模拟信号数字化的基本原理脉冲编码调制（PCM）增量调制（ΔM）语音压缩编码技术简介时分复用原理数字复接技术小

结3.1模拟信号数字化的基本原理点击此处结束放映ý1．

模拟信号的抽样

（1）

抽样定理

抽样定理告诉我们：一个频带限制在Fm赫以内的时间连续函数f（t），如果以T≤1/2Fm的等间隔时间抽样，则所得的样值可以完全地确定原信号f（t）

。上述定理因抽样时间间隔相等，故称为均匀抽样定理。T=1/2Fm是不失真抽样的最大时间间

隔，称之为奈奎斯特间隔或奈奎斯特周期。第一，在抽样之前加截止频率为Fm的低通滤波器，滤除Fm赫以上的频谱成分，从而消除折叠现象和避免由此引起的失真。点击此处结束放映第二，由于收端的低通滤波器不可能做成理想的，特别是在截止频率附近，与理想的特性相差甚大。第三，实际的抽样频率不可能是单位冲激脉冲，只能是高度为A，宽度为Δt，重复频率为1/T的矩形窄脉冲序列s（t）,其表示式为式中fs=1/T点击此处结束放映（2）

带通信号的抽样

点击此处结束放映带通信号的带宽限制在［fL，fH］，fL为最低频率分量，fH为最高频率分量，其频率带宽为B=fH－fL。任何带通信号都可以通过混频将其频谱转换成低通型的基带信号。ý2.

信号的量化

点击此处结束放映（1）

量化的基本原理

模拟信号经抽样得到的时间离散，幅度连续的信号，通常叫PAM信号（脉冲调幅信号）。量化便是使PAM信号的幅度离散化，量化通常由量化器完成。（2）

量化噪声

点击此处结束放映量化是用量化电平值yk来代替x。显然这种替代是存在误差的，这个误差是由于量化产生的，故叫量化误差，表示为e（t）=x

－

y量化噪声的大小常用它的均方值e2（t），即量化噪声功率表示。它对通信质量的影响程度用量化器输出的信号功率与量化噪声功率的比SNR（dB）表示。Ê①

均匀量化

点击此处结束放映均匀量化的特点是量化级的间距d为常数，落入每个量化级（也叫量化区间）的PAM信号幅值x通常是随机变量，为分

析方便设其概率密度函数为p（x），如果量化级数N足够多，在量化器工作范围\[－V，V]一定时，d=2V/N就足够的小，可以认为每一层间隔内的信号分布均可用量化电平值处的概率密度函数p（yk）表示，yk一般为量化区间的中间值，所以对于PAM信号幅度在量化器工作范围以内的情况，每个量化级的量化噪声功率为点击此处结束放映Ê②

非均匀量化

点击此处结束放映均匀量化因量化阶距d为常数，所以有直观、量化设备简单的优点。3.

编码理论

模拟信号在抽样量化后，变成了时间离散、幅度离散的数字信号。通常为了减

少量化误差，量化级数设置很多，也就是

说量化后得到的数字信号的取值仍然很多，用这样的信号传输，收端复制很困难。已知l个二电平码可以构成2l个组合，所以一般量化级数都取N=2l，这样各个量化值便可由l个二电平码来表示，通常把量化后的多电平信号变成二电平信号的过程叫编码。点击此处结束放映①自然二进码，就是人们熟悉的二进码，用（an，an-1，…a1）表示，每个码元只有二种状态，取“1”或“0”，一组自然二进码代表的量化电平为点击此处结束放映Ｑ=an2n-1+an-1

2n-2+…+a120式中n为二进码位数。②反射二进码也称格雷（Grag）码。它的特点是相邻两组代码间的码距为1，因此如果传输中出了一位错产生的误差较小。设反射二进码为（cn，cn-1，…，c1），且各码元取“1”或“0”，则对应的量化电平值为Ｑ=cn（2n-1）±cn-1（2n-1－1）±…±c1（21－1）点击此处结束放映③折叠二进码，用（bn，bn-1，…点击此处结束放映b1）表示，它可由自然二进码变换而得。3.2 脉冲编码调制（PCM）点击此处结束放映ý1.

PCM调制系统

话音通信中的PCM调制系统的原理方框图如图3-12所示。图3-12PCM系统原理方框图点击此处结束放映ý2.

信号的压缩与扩张

话音信号通常是小信号出现的概率大，大信号出现的概率小。通常使用的压缩器

中，多采用对数式压缩，广泛采用的对数

压缩律是μ律和A律，归一化μ律特性为式中Y——归一化压缩器输出电压

X——归一化压缩器输入电压

μ——压缩参数，表示压缩程度点击此处结束放映ý3.

PCM编码器、译码器

点击此处结束放映（1）编码器

实现将样值脉冲变成二进制代码的编码器种类很多，例如有计数型、直读型、逐次比较型、折叠级联型及混合型等。整流器用来判别输入样值脉冲的极性，编出第一位码D1（极性码），同时将双极

性脉冲变换成单极性脉冲。比较器是编码器的核心，它通过对输入的样值电流I信和标准电流I权进行比较，从而对输入信号的抽样值实现非线性量化编码。点击此处结束放映保持电路的作用是保持输入信号的抽样值在整个比较过程中具有一定的幅度。点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映所以确定D5选标准电流I权4

=段落起始电平+8

Δk点击此处结束放映=

1024+8×64=1536个量化单位I信﹤I权4，D5=0，I信处于第八段中1～8级。同理确定D6选标准电流I权5

=段落起始电平+4

Δk=1024+4×64=1280个量化单位I信﹤I权5，D6=0，I信处于第八段中1～4级。确定D7选标准电流I权6

=1024+2Δk点击此处结束放映=1024+2×64=1152个量化单位I信﹥I权6，D7=1，I信处于第八段中3～8级。确定D8选标准电流I权7

=1024+3Δk=1024+3×64=1216个量化单位I信﹥I权7，D8=1，说明输入信号处在第八段中第三量化级。经上述七次比较，编出的八位码为11110011。它表示输入抽样值处于第八段第三量化级，其量化后的电平值为1216个量化单位，故量化误差等于

54个量化单位。点击此处结束放映（2）

译码器

点击此处结束放映电阻网络型译码器的原理框图如图3-19所示，它与逐次比较型编码中的局部译码器类似，从原理上说，两者都是用来译码，但编码器中的译码，只译出信号的幅度，不译出极性。图3-19电阻网络型译码器原理框图点击此处结束放映（3）

PCM编码和译码器集成电路

随着大规模集成技术的发展，由大规模集成电路制成的PCM编码器已广泛应用。这种集成电路大致可分为两类：一类是把编码器和译码器分别单独制造；另一类是把二者合并在同一块基片上。编译码器合在一起的又分两种实施方案：一种是多路公用编译器，另一种是单路编译码器。点击此处结束放映ý4.PCM系统的抗噪声性能点击此处结束放映模拟信号通过数字系统传输时，除了所传输的信号外，还存在着失真和干扰。失真主要来自模数和数模变换过程。现以D（t）代表接收端输出中由系统本身在信号变换过程中所引入的失真分量，

n（t）代表干扰所引起的输出失真分量，g点击此处结束放映（t）代表输出的有用信号分量，则接收端的输出电压x（t）可用下式表示x（t）=g（t）+D（t）+n（t）ý5.差分脉冲编码调制（DPCM）点击此处结束放映PCM系统之所以能够提供高的通信质量，在于它采用了大的编码位数，为此在频带方面付出了很大的代价。如图3-21所示可看出，在大多数情况下，模拟信号在相邻间隔上的抽样值都比较接近，而其变化的规律与前几个抽样点上的取值有密切关系，并且多数具有单调变化的趋势。图3-21用阶梯或锯齿波逼近模拟信号点击此处结束放映单纯的DPCM已用得不多，更多的是采用自适应差分脉冲编码调制（AD—PCM）。自适应是指能自动地改变量化间隔，使预测误差电平大时增大量化阶距，误差电平小时缩短量化阶距，从而有助于进一步降低量化噪声。点击此处结束放映3.3 增量调制（ΔM）点击此处结束放映ý1.

增量调制的基本原理

（1）

编码的基本思想

假设一个模拟信号f（t）（为作图方便起见，令f（t）≥0），可以用一时间间隔为Δt、幅度差为±σ的阶梯波形f′（t）去逼近它，如图3-23所示。只要Δt足够小，即抽样频率fs=1/Δt足够高，且σ足够小，则f（t）可以相当近似于f（t）。我们把σ称作量阶，Δt=Ts称为抽样间隔。（2）

译码的基本思想

与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到“1”码上升一个量阶σ（跳

变），收到“0”码下降一个量阶σ（跳

变），这样把二进制代码经过译码变成f′点击此处结束放映（t）这样的阶梯波。另一种是收到“1”码后产生一个正斜变电压，在Δt时间内上升一个量阶σ，收到一个“0”码产生一个负斜变电压，在Δt时间内均匀下降一个量阶σ。ý2.

简单增量调制

点击此处结束放映（1）

过载特性

前面已经得知，增量调制实际上是用一个阶梯波f’(t)来逼近模拟信号f(t)。在译码器采用RC积分电路时，这个阶梯波实际上是一个斜变波。点击此处结束放映点击此处结束放映图3-29ΔM的量化失真点击此处结束放映实验表明，话音信号的能量主要集中在较低的频率范围内，随着频率的升高，功率谱密度很快下降。因而，在传输话音的ΔM系统中，信号频率f一般并不取话音的最高频率，而是取800Hz。点击此处结束放映（3）

动态范围

电话信号从用户到长途台时，依其距离远近而衰耗不同，近者小些，远者大些。根据长途台测得的数据看，一般动态范围

为35～40dB。点击此处结束放映但是，由前面已经分析结果可知，用

13折线A律的PCM系统在码速率为64kbit/s点击此处结束放映（一路数字电话）SNR（dB）min=20dB时，动态范围可达40dB以上。可见简单增量调制系统在fs较低时的动态范围是很低的，很难与信源动态范围相适应。（4）

编码范围

点击此处结束放映增量调制器不可能对任何幅值的信号都进行编码。当输入信号小于某一幅值Ak时就不能编码了。这个刚能开始编码的正弦信号幅值就叫做最小编码电平。（5）

加性噪声对系统的影响

当被传输的数字信号由于叠加了加性噪声而出现了误码。对于双极性二进码，

误码就是使原来的码改变了极性，如图3-33所示，它可看成是原码与一个极性相反、幅值加倍（2E）的错码迭加的结果。点击此处结束放映图3-33ΔM发生误码时的ý3.

改进型增量调制

点击此处结束放映常用的有增量总和（Δ-∑）调制，自适应增量调制等。下面简要介绍它们的工作原理。（1）增量总和（Δ-∑）调制简单增量调制的过载特性（图3-28）是一条按每倍频程下降6dB的特性。Δ-∑调制与简单增量调制明显不同。在简单增量调制器中，输出的信码脉冲p点击此处结束放映（t）表示的是相邻抽样值变化量的极性，这个变化量也称为增量，增量又有“微分”之意，所以这里的p（t）携带的是波形的微分信息或斜率信息。简单增量调制实际上是斜率跟踪器，而Δ-∑调制却不同，它输出的信码脉冲是将变化量积分加判决形成的脉冲，所以p（t）携带的是积分后的微分信息，由于微分和积分作用相互抵消了，故系统输出的信码脉冲p（t）只携带信号的幅度信息。点击此处结束放映因为积分即有求和的意思，故把图3-

36的增量调制方式称为增量总和Δ-∑调制。据上述分析，Δ-∑调制适合于传输具有近

似平坦功率谱的信号，例如经预加重的电

话信号。（2）

自适应增量调制

自适应增量调制（ADM）的关键是如何控制σ，围绕着这个问题提出了很多具体方法，例如有离散控制的ADM，高信息Δ

M，连续音节压扩ΔM及数字音节压扩ΔM点击此处结束放映等。由于目前用于电话通信的主要是音节压扩ΔM，并已制出大量的商品集成电路芯片，故只介绍这一类ADM技术。Ê①连续音节压扩增量调制

这是一种利用话音信号在一个音节内的平均幅度来控制量化阶距σ，使σ随平均幅度作连续变化的技术。点击此处结束放映Ê②

数字音节压扩增量调制

图3-39所示为数字音节压扩ΔM的方框图，它与连续压扩ΔM的框图3-38比较，取消了由微分、整流、平滑三个单元组成的前向控制电路，而仅在反馈电路中，多加了一个连“1”连“0”检测电路，稳定性比前者好。图3-39数字音节压扩ΔM框图点击此处结束放映ý4.

几种调制性能比较

点击此处结束放映（1）

PCM与ΔM系统性能比较在误码可以忽略以及信道传输速率相同的条件下，PCM与ΔM系统的性能曲线

如图3-40所示。在考虑误码时，由于每一位误码仅表示造成±σ的误差，而PCM的每一位误码会造成较大的误差（例如，处于最高位的码元将代表2n-1个量化级的数值），所以误码对PCM系统的影响要比ΔM系统严重些。（2）数字压扩ΔM和简单ΔM及Δ点击此处结束放映-∑调制性能比较

图3-40画出了数字压扩ΔM和简单ΔM

及Δ-∑调制的信噪比及幅度变化的关系特性，这里纵座标是SNR/SNRmax，横坐标是

A/Amax，从曲线可以看出数字压扩比简单ΔM和Δ-∑调制都在动态范围上有了很大的改进。3.4

语音压缩编码技术简介点击此处结束放映ý1.

概述

通常把低于64kbit/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术，其方法很多，如自适应差分脉码调制ADPCM、自适应增量调制（ADM），子带编码（SBC），矢量量化编码（VQ），变换域编码ATC，参量编码（声码器）等。语音编码基本上分为两类，一类为波形编码如PCM、ΔM、ADPCM、SBC、点击此处结束放映VQ等，一类为参量编码（声码器）。ý2.

子带编码

子带编码（SBC）首先用一组带通滤波器将输入频谱分成若干个频带，称为子带，然后每个子带再分别利用自适应脉冲编码调制（APCM）进行编码。编码后再将各个比特流复接，传到收端再将它们分接、解码、组合恢复原始信号。ý3.

矢量量化编码(VQ)

点击此处结束放映前面介绍的量化是对每个抽样值单独进行量化，也称为标量量化。而矢量量化是把信号序列中的每K个样值作为一组，形成Rk空间中的一个K维矢量，再对此矢量进行量化。矢量量化编码的基本原理是将信源s的K个相关联的值（如时间相邻的几个幅度值，变换域中的一组参数）构成一个K维矢量。ý4.

参量编码和声码器

点击此处结束放映（1）语音产生过程的物理模型整个发音过程可分为两个步骤建立模型。第一步为激励。由横膈膜压迫肺部产生气流，通过声带振动产生周期性的有声音或由湍流产生无声音。第二步为响应。由舌、唇、齿等口部器官来控制口、鼻腔构成的时变有损谐振器，产生不同的频率响应，可由线性时变滤波器来模拟。（2）

线性预测编码（LPC）

点击此处结束放映线性预测分析法可以十分精确地估计语音参数，而且计算速度快，获得了广泛的应用。线性预测是指一个语音抽样值可用该样值以前若干语音抽样值的线性组合来逼近。浊音由周期性脉冲串激励产生，清音由随机噪声激励产生，在运行中由浊音/清音判别来转换开关。（3）具有长期预测的规则码激励（RPE－LTP）的LPC编解码器点击此处结束放映上述LPC编解码能够在保证一定可懂度的情况下使数码率降低到2.4～4.8kbit/s。但也存在缺点，主要是：损失了语音的自然度，减少了抗干扰的能力，谱包络的估值可产生很大的失真。①采用较复杂的激励模型代替简单的清/浊音判决模型。②利用一部分余数信息。目前，GSM系统就是采用RPE-LTP的线性预测编码方式。其在13kbit/s码上得到相当好的语音编码质量，同时抗误码性能

也较好，在不加任何纠错措施情况下，对点击此处结束放映于10-3误码率，编解码质量基本不下降。加纠错措施后，总比特率为22.8kbit/s，误码率为10-1的情况下，语音质量下降不多。它采用了分帧处理，编解码延时约为30ms。（4）矢量和激励线性预测编码（VSELP）

点击此处结束放映Ê①码激励线性预测编码（CELP）图3-49所示为CELP的基本原理方框图。由于它只传送码字序号而不传送样值序列本身，因而可以大大压缩数据率。这就是CELP可以进行低码率编码的基本原理。图3-49

CELP基本原理方框图点击此处结束放映图3-50为CELP编解码器的方框图。点击此处结束放映编码器基本的分析过程是在码本中根据某些主观的差错判据去搜寻最佳码字（矢量）Ck。图3-50

CELP编码器点击此处结束放映Ê②

美国IS－54标准的VSELP

点击此处结束放映VSELP是CELP中的一种。但它采用

的码本为事先确定好的结构，从而避免了全搜索过程，大大减小了寻找最佳码字的时间。美国IS-54选用的VSELP编码方案由于采用了矢量和激励的方法，并将码本矢量分解成基矢量叠加的方法不仅使运算量下降，而且抗误码性能得到了提高。3.5

时分复用原理点击此处结束放映这种按一定时间次序循环地传输各路消息，以实现多路通信的方式叫做时分多路通信。这种方式叫做时分复用。ý1.PAM，PCM时分复用原理首先各路信号通过相应的低通变为带

限信号,然后送到抽样开关（或旋转开关）。多路复用信号可以直接送入信道传输，或者加到调制器上变换成适于信道传输的

形式再送入信道。在接收端，合成的时分复用信号由分路开关依次送入各路相应的重建低通，恢复出原来的连续信号。点击此处结束放映图3-54（a）画出了发端方框图。话音信号经过放大和低通滤波后得x1（t），x2（t），x3（t）；然后经过抽样得3路PAM

信号xs1（t），xs2（t），xs3（t）它们在时间上是分开的，由各路发定时取样脉冲控

制。点击此处结束放映图3-54（b）为接收端的方框图，收端收到信码后首先经过码型反变换，然后加到译码器进行译码，译码后是3路合在一起的PAM信号，再经过分离电路把各路PAM

信号区分出来，最后经过放大和低通滤波还原为话音信号。点击此处结束放映图3-54 3路TDM-PCMý2.

PCM

30/32路终端设备

点击此处结束放映PCM30/32路端机在脉冲调制多路通信中是一个基群设备。（1）

基本特性

话路数目：30。抽样频率：8kHz。压扩特性：A＝87.6/13折线压扩律，编码位数l=8，采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码。每帧时隙数：32。总数码率：8×32×8000＝2048kbit/s。点击此处结束放映（2）

帧与复帧结构

Ê①时隙分配。在PCM

30/32路的制式中，抽样周期为1/8000=125μs，它被称为一个帧周期，即125μs为一帧。a.TS1～TS，TS17～TS31为30个话路时点击此处结束放映隙。b.TS0为帧同步码，监视码时隙。c.TS16为信令（振铃、占线、摘机等各种标志信号）时隙。②话路比特的安排。每个话路时隙内

要将样值编为8位二元码，每个码元占3.9/8μs＝488ns，称为一比特，编号为1～8。第1比特为极性码，第2～4比特为段落码，第5～8比特为段内码。点击此处结束放映③TS0时隙比特分配。为了使收发两端严格同步，每帧都要传送一组特定的帧同步码组或监视码组。Ê④TS16时隙的比特分配。点击此处结束放映若将TS16时隙的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要用16帧组成一个复帧，分别用F0、F1……F15表示，复帧周期为2ms，复帧频率为500Hz。（3）

PCM

30/32路设备方框图

图3-56给出了PCM30/32路设备方框图。它是群路编译码方式画出的。基本工作过

程是将30路抽样序列合成后再由一个编码

器进行编码。点击此处结束放映图3-56

PCM30/32路3.6

数字复接技术点击此处结束放映在数字通信系统中，为了使终端设备标准化和系列化，同时又能适应不同传输

媒体和不同业务的需求，通常用各种等级

的终端设备进行组合配置，把若干个低速

的数码流按一定格式合并成为高速数码流，以满足上述需要。ý1.

PCM复用与数字复接

点击此处结束放映从已学过的PCM

30/32路设备对30路话音信号的复用知识，自然想到，将路数增大便能实现更多路的复用。抽样量化编码是一个较为复杂的过程，PCM复用的路数越多，对编解码器件的速度和精度的要求就越高。ý2.

数字复接设备及复接等级

点击此处结束放映图3-59所示的是数字复接系统的方框图。从图中可见，数字复接设备包括数字复接器和数字分接器，数字复接器是把两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号的设备。图3-59数字复接系统方框图点击此处结束放映ý3.

PCM二次群异步复接

点击此处结束放映准同步复接包括码速调整与同步复接。码速调整技术可分为正码速调整、正/负码速调整和正/零/负码速调整三种。其中正码速调整应用最为普遍。正码速调整的含义

是使调整以后的速率比任一支路可能出现

的最高速率还要高。正码速调整的具体实施，是按规定的帧结构进行的。目前复接、分接器采用了先进的通信专用的超大规模集成芯片ASIC，所有数字

处理均由ASIC完成，其优点是设备体积小，功耗低（每系统功耗仅13W），增加了可点击此处结束放映靠性，减少了故障率，同时具有计算机监测接口，便于集中维护。ý4.同步数字系列（SDH）简介点击此处结束放映数字通信技术的应用首先是从市话中继传输开始的，当时为适应非同步支路的灵活复接，采用塞入脉冲技术将准同步的低速支路信号复接为高速数码流。（1）

PDH的缺陷

以往的准同步（PDH）系统已越来越不适应电信网的发展。PDH体制存在以下固有的缺点。①标准不统一。②没有世界性的标准光接口规范，导致各厂家自行开发的专用接口（包括码型）在光路上无法实现互通。③复用结构复杂。④系统运营、管理与维护能力受到限制。点击此处结束放映（2）

SDH和SONET

点击此处结束放映为了克服PDH的上述缺点，20世纪80年代中期美国贝尔公司首先提出同步光网络（SONET），美国国家标准协会于20世纪80年代制定了有关SONET的国家标准，CCITT采纳了SONET的概念，进行了一些修改和扩充，重新命名为同步数字系列（SDH），并制定了一系列的国家标准。（3）

SDH的特点

点击此处结束放映①具有全世界统一的网络节点接口（NNI）。②有一套标准化的信息结构的等级，称为同步传输模块（STM—1，STM—4和STM—16）。③帧结构为页面式，具有丰富的用于维护管理的比特。④所有网络单元都有标准光接口。⑤有一套灵活的复用结构和指针调整技术，允许现有的准同步数字体系、同步数字体系和B—ISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性。⑥大量采用软件进行网络配置和控制，使得功能开发、性能改变较为方便，适应

将来的不断发展。点击此处结束放映（4）

SDH的传输系统

一个传输网络由传输设备和网络节点组成。传输设备可以是光纤系统或是无线接力系统，网络节点也有多种，如64kbit/s的电路节点或者大于64kbit/s的宽带节点。点击此处结束放映3.7

小

结点击此处结束放映本章主要介绍数字终端技术，以PCM系统为主，介绍单一信号、多路信号传输所涉及的基本理论。抽样定理是实现各种脉冲调制的理论基础。对低通信号进行抽样时，抽样频率fs≥αfm，这时接收端有可能无失真地恢复原来信号。脉冲编码调制是目前最常用的模拟信号数字化传输方法之一，它将模拟信号变换为编码的数字信号。增量调制实际上是仅保留一位码的脉冲编码调制，这一位码反映信号的增量是正还是负，也就是说，增量调制是斜率跟踪编码。点击此处结束放映简单增量调制存在着动态范围小和平均信噪比小的问题，为了克服这些缺点，出现了总和增量调制（Δ-∑）和数字音节压扩增量调制等改进方式。点击此处结束放映时分复用是一种实现多路通信的方式，它提供了实现经济传输的可能性。在数字通信网中，为扩大传输容量，提高传输效率，常常需要把若干个低速信号合并成为一个高速数字信号，这就是数字复接。第四章 数字基带传输系统点击此处结束放映数字基带信号基带脉冲传输过程与码间串扰无码间串扰的基带传输系统特性部分响应技术无码间串扰时噪声对传输性能的影响眼

图均

衡

技

术4.1

数字基带信号点击此处结束放映数字基带信号是数字消息序列的一种电信号表示形式，它是用不同的电位或脉冲来表示相应的数字消息的，它的主要特点是功率谱集中在零频率附近。ý1.

数字基带信号的波形

点击此处结束放映（1）单极性不归零（NRZ）码单极性不归零码如图4-2（a）所示。它是用一个脉冲宽度等于码元间隔的矩形脉冲的有无表示信息，有脉冲表示“1”，无脉冲表示“0”。图4-2数字基带信号波形点击此处结束放映（2）双极性不归零（NRZ）码点击此处结束放映双极性不归零码如图4-2（b）所示。脉冲宽度等于码元间隔，正脉冲表示“1”，负脉冲表示“0”，通常数字信息“0”、“1”近似等概出现，因此，这种信号的直流分量近似为零。（3）

单极性归零（RZ）码

单极性归零码如图4-2（c）所示。（4）

双极性归零（RZ）码

点击此处结束放映双极性归零码如图4-2（d）所示。（5）

差分码

差分码是利用前后码元电平的相对极性来传送信息，而不是用电平或极性本身代表信息，是一种相对码。ý2.数字基带信号的功率谱假设随机脉冲序列为其中点击此处结束放映【例4-1】己知某单极性NRZ随机脉冲序列，其码元速率为f

B=1000B/S，“1”码为幅度是A的矩形脉冲，“0”码为0，点击此处结束放映且“0”码概率为0.6，求该随机序列的带宽及直流和频率为fB的成分的幅度。点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映通过讨论可知，分析随机脉冲序列的功率谱可以知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，便可确定信号带宽，进而考虑信道带宽和传输网络（滤波器、均衡器等）的传输函数等。同时利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量，以便在接收端用这些成份作位同步定时等。点击此处结束放映ý3.数字基带传输的常用码型点击此处结束放映数字基带信号通常是在电缆线路中传输，为了克服传输损耗，每隔一段距离需

设立一个中继站，通常采用的是自定时再

生式中继器，这样对传输码型的要求如下。①传输信号的频谱中不应有直流分量，低频分量和高频分量也要小。②码型中应包含定时信息，有利于定时信息的提取，尽量减小定时抖动。③码型变换设备要简单可靠。④码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动检测。⑤编码方案对发送消息类型不应有任何限制，适合于所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无关的特性称为对信源具有透明性。点击此处结束放映（1）传号交替反转码（AMI）点击此处结束放映AMI码，又称双极方式码、平衡对称码、交替极性码等。其编码方法是把单极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而

“1”码对应发送极性交替的正、负电平。（2）三阶高密度双极性码（HDB3码）点击此处结束放映HDB3码是在AMI码基础上为克服长连“0”码难以提取定时信息而改进的一种码型，HDB3码改进的基本思想是：不让AMI码连“0”码太多，当连续出现4个“0”码时，则人为添加脉冲，称为破坏脉冲，

用V表示；为保证无直流，V脉冲应正负交

替插入；同时人为添加的破坏脉冲还应与

信码严格区别，以便接收端能正确恢复原

信息。（3）

分相码

点击此处结束放映分相码又称数字双相码或曼彻斯特码。它的特点是每个码元用两个连续极性相反的码来表示。如“1”码用正、负脉冲表示，

“0”码用负、正脉冲表示。该码的优点是

无直流分量，最长连“0”、连“1”数为2，定时信息丰富，编译码电路简单。（4）

传号反转码（CMI）

点击此处结束放映CMI码的编码规则是：当为“0”码

时，用“01”表示，当出现“1”码时，交替用“00”和“11”表示。它的优点是没有直流分量，且频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力。ý4.传输码型的误码增殖误码增殖现象可用误码增殖比（ε）来表示，定义为ý5.

单片HDB3编译码器

近年来出现的HDB3编码器采用了

CMOS型大规模集成电路CD22103，该器

件可同时实现HDB3编、译码，误码检测及

AIS码检测等功能。点击此处结束放映4.2基带脉冲传输过程与码间串扰点击此处结束放映ý1.基带脉冲传输的基本特点在图4-1所示的基带传输系统中，系统基带波形被脉冲形成器变换成适应信道传输的码型后，就被送入信道，信号通过信道传输，一方面受到信道特性的影响，使信号产生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随机畸变。图4-1数字基带传输系统基本结构点击此处结束放映ý2.

基带脉冲传输过程

点击此处结束放映我们可以把基带传输系统用图4-5所示的简化模型来概括，发送滤波器传输特性

GT（ω），信道传输特性为C（ω），接收滤波器传输特性为GR（ω）。根据基带脉

冲传输的特点和基带传输系统组成，用定量的关系式表达脉冲传输的过程。图4-5基带传输系统简化模型点击此处结束放映ý3.码间串扰与清除要消除码间串扰，从式（4-17）看，只要即可消除码间串扰，但bn是随机变化的，要想通过各项互相抵消使码间串扰为0是不

行的。点击此处结束放映4.3

无码间串扰的基带传输系统特性点击此处结束放映研究基带脉冲传输的基本出发点，就是使基带脉冲传输获得足够小的误码率，必须最大限度地减小码间串扰和随机噪声的影响。码间串扰的大小取决于bn和系统输出波形gR(t)在抽样时刻上的取值。ý1.无码间串扰的传输条件从理论上说，我们并不满足于有最小码间串扰，而期望能做到无码间串扰,即若对h（t）在时刻kTB抽样，则下式成立接收波形满足抽样值无码间串扰的充要条件是仅在本码元的抽样时刻上有最大值，而对其他码元抽样时刻信号值无影响（在抽样点上不存在码间串扰）。点击此处结束放映ý2.无码间串扰频谱形状及频带利用率点击此处结束放映如果不考虑系统的频带，而从消除码间串扰来说，基带传输特性H（ω）的形式并不是惟一的。（1）

理想基带传输特性

理想基带传输系统的传输特性具有理想低通特性，其传输函数为点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映基带传输系统的H（ω）和h（t）（2）

升余弦滚降传输特性

点击此处结束放映升余弦滚降传输特性H（ω）可表示为H（ω）=H0（ω）+H1（ω）①当α＝0时，无“滚降”，即为理想基带传输系统，“尾巴”按1/t的规律衰减。②当α≠0，即采用升余弦滚降时，对应的h（t）仍旧保持在t=±TB开始，向右和向左每隔TB出现一个零点，满足抽样瞬间无点击此处结束放映码间串扰的条件，而式（4-28）中第二个因子对波形的衰减速度是有影响的。点击此处结束放映4.4

部分响应技术点击此处结束放映Ê1.

部分响应波形

为了阐明一般部分响应波形的概念，这里用一个实例加以说明。让两个时间上相隔一个码元TB的sinx/x波形相加，如图4-13（a）所示，则相加后的波形g（t）为图4-13

g（t）及其频谱点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映由此看出，第一，g（t）的尾巴幅度按1t2变化，即g（t）的尾巴幅度与t2成反比，这说明它比由理想低通形成的h（t）衰减点击此处结束放映大，收敛也快。第二，若用g（t）作为传送波形，且传送码元间隔为TB，则在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元相互干扰，而与其他码元不发生干扰，如图4-14所示。图4-14码间发生干扰的示意图点击此处结束放映ý2.错误传播现象点击此处结束放映设输入二进制码元序列｛ak｝，并设

ak在抽样点上取值为+1和-1。当发送ak时，接收波形g（t）在抽样时刻取值为ck，则ck=ak+ak-1因此ck将可能有-2，0及+2三种取值，因而成为一种伪三元序列。如果ak-1已经判定，则可从下式确定发送码元ak=ck-ak-1点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映4.5无码间串扰时噪声对传输性能的影响点击此处结束放映假设基带传输系统中的噪声n（t）为平稳的，均值为零，方差为σ2

的加性高斯n白噪声，单边功率谱密度为n0，接收滤波器是一个线性网络，其传输特性为GR（ω），则判决器输入端的噪声特性nR(t)n确定，nR（t）也是均值为零，方差为σ2

高斯平稳随机噪声。功率谱密度是n0/2|GR（ω）|2，其瞬时值V的统计特性由一维高斯概率密度描述点击此处结束放映4.6

眼

图点击此处结束放映具体的做法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期严格同步，并适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，这样在示波器屏幕上看到的图形像“眼睛”，故称为

“眼图”。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度，并借助眼图对电路进行调整。眼图对于数字信号传输系统性能分析很有用，它能直观地表明码间串扰和噪声的影响，能评价一个基带系统的性能优劣。因此可把眼睛理想化，简化为一个模型，如图4-19所示，该图表示如下意义。点击此处结束放映（1）最佳抽样时刻应选择在眼图中眼睛张开的最大处。图4-19点击此处结束放映眼图的模型对定时误差的灵敏度，由斜边斜率决定。斜率越大，对定时信号误差应越灵敏。在抽样时刻上，眼图上下两分支的垂直宽度，表示了最大信号畸变。在抽样时刻上，上、下两分支离门限最近的一根迹线至门限的距离表示各自相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生判决差错。点击此处结束放映（5）对于信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要影响。点击此处结束放映4.7

均

衡

技

术点击此处结束放映ý1.

时域均衡原理

时域均衡的基本思想可用图4-20所示波形来简单说明。它是利用波形补偿的方法将失真的波形直接加以校正，这可以利用观察波形的方法直接调节。图4-20时域均衡基本波形点击此处结束放映时域均衡最常用的方法是在基带信号接收滤波器后插入一个横向滤波

器，又称横截滤波器，如图4-21所示。点击此处结束放映图4-21线性横向滤波器结构点击此处结束放映点击此处结束放映点击此处结束放映虽然相邻近抽样点的码间串扰已校正为零，但相隔稍远的抽样点却出现了新的干扰。产生这种情况的原因是抽头太少，尽管一般来说有限抽头的横向滤波器不可能完全消除串扰，但当抽头数较多时，可以将串扰减小到相当小的程度。那么在极限情况下，无穷多抽头横向滤波器，可完全消除串扰。点击此处结束放映ý2.

抽头系数的确定

点击此处结束放映横向滤波器设计最重要的问题就是确定各抽头系数，抽头系数应根据信道特性的改变进行设计，使输出序列抽样点码间串扰为零。横向滤波器由一系列带抽头的延时电路组成。当它的输入为δ（t）时，它的输出为一系列分别经不同时延和加权的冲激之和，此时的输出也就是横向滤波器的冲激响应，记为hT（t），且设横向滤波器的频谱为T（ω），信道的传递函数为H（ω），插入横向滤波器后总的频率响