大學課件數(shù)字通信技術

1、1第二章第二章 數(shù)字通信技術數(shù)字通信技術-2-2數(shù)字通信技術數(shù)字通信技術-1 -1 主要內容主要內容1、差錯控制編碼的基本思想。、差錯控制編碼的基本思想。2、pcm的三個基本過程。的三個基本過程。3、抽樣定理。、抽樣定理。4、語音信號的抽樣周期。、語音信號的抽樣周期。5、量化的基本思想。、量化的基本思想。6、均勻量化的弊端。、均勻量化的弊端。http:/ .2.2 量化量化非均勻量化非均勻量化關于非均勻量化的主要內容：關于非均勻量化的主要內容：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折線量化方法，分級情況折線量化方法，分級情況（2 2）非均勻量化）非均勻量化基

2、本思想：基本思想：使信號輻度小時，量化間隔使信號輻度小時，量化間隔u小些，小些，信號幅度區(qū)間大時，量化間隔信號幅度區(qū)間大時，量化間隔u大些，以使大大些，以使大小信號相對量化誤差（量化信噪比）趨于一致。小信號相對量化誤差（量化信噪比）趨于一致。http:/ .2.2 量化量化實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：為達到使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，為達到使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，可采取一種等效途徑可采取一種等效途徑：首先通過人為變換，對樣值進行處理首先通過人為變換，對樣值進行處理y， 以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。然后再對處理后的然后再對處理后的y樣值區(qū)間

3、進行均勻量化樣值區(qū)間進行均勻量化以保證量化間隔以保證量化間隔u一致（一致（u變?yōu)樽優(yōu)閡）。達到大小信號量化信噪比趨于一致的目的。達到大小信號量化信噪比趨于一致的目的。http:/ y均勻量化等效于對均勻量化等效于對x x非均勻量化非均勻量化因此，壓縮器的功能，加上均勻量化的因此，壓縮器的功能，加上均勻量化的功能，等效于非均勻量化。功能，等效于非均勻量化。壓縮處理壓縮處理+均勻量化均勻量化=非均勻量化非均勻量化http:/ .2.2 量化量化目前數(shù)字壓擴特性國際上有目前數(shù)字壓擴特性國際上有兩種不同的標準：兩種不同的標準：a律十三折線壓擴特性律十三折線壓擴特性13折線折線a律主要用于英、法、德等歐

4、洲各國的律主要用于英、法、德等歐洲各國的pcm設備中，設備中，我國也采用我國也采用a律律13折線折線。律十五折線壓擴特性律十五折線壓擴特性15折線折線律主要用于美國、日本和加拿大等律主要用于美國、日本和加拿大等國的國的pcm設備中。設備中。http:/ .2.2 量化量化13折線折線a律壓擴曲線律壓擴曲線http:/ .2.2 量化量化a律律13折線的生成：折線的生成：13折線折線a律是從非均勻量化的基點出發(fā)，設法用律是從非均勻量化的基點出發(fā)，設法用許多折線來逼近許多折線來逼近a律對數(shù)壓擴特性的。律對數(shù)壓擴特性的。設在直角坐標系中，設在直角坐標系中，x軸和軸和y軸分別表示輸入信軸分別表示輸入信

5、號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最大取值范圍都是大取值范圍都是11，即都是歸一化的。，即都是歸一化的。為達到非均勻量化的目的，為達到非均勻量化的目的，a a律律1313折線分兩步生成：折線分兩步生成：第一步，把第一步，把x軸的區(qū)間軸的區(qū)間1，1不均勻地分不均勻地分成成16大段，正半軸大段，正半軸8大段，負半軸大段，負半軸8大段。大段。http:/ .2.2 量化量化其具體分法如下其具體分法如下:將區(qū)間將區(qū)間0，1一分為二，其中點為一分為二，其中點為1/2,取區(qū)間取區(qū)間1/2,1作為第八段作為第八段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/2再一分為二，

6、其中點為再一分為二，其中點為1/4,取取區(qū)間區(qū)間1/4,1/2作為第七段作為第七段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/4再一分為二，其中點為再一分為二，其中點為1/8,取取區(qū)間區(qū)間1/8,1/4作為第六段作為第六段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/8再一分為二，其中點為再一分為二，其中點為1/16,取區(qū)間取區(qū)間1/16,1/8作為第五段作為第五段;.最后剩下的區(qū)間最后剩下的區(qū)間0,1/128作為第一段。作為第一段。其中第一、第二兩段長度相等，都是其中第一、第二兩段長度相等，都是1128。http:/ .2.2 量化量化第二步，將以上第二步，將以上8個不均勻大段的每一段，個不均勻大段的每一段，再均

7、勻地分成再均勻地分成16等份，每一等份代表一等份，每一等份代表一個量化級。個量化級。http:/ .2.2 量化量化因此，將因此，將x軸的軸的01的變化域分成了的變化域分成了168128個非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進個非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進行非均勻量化；行非均勻量化；另外，對另外，對-x軸也作同樣的分段處理，則軸也作同樣的分段處理，則x軸共有軸共有256個非均勻量化級。個非均勻量化級。對于對于y（或（或-y）軸的）軸的01的變化域被均勻地分成的變化域被均勻地分成8大段，每大段再均勻地分成大段，每大段再均勻地分成16等份，故等份，故y軸同軸同樣也被分成樣也被分成128225

8、6個量化級，不過它是個量化級，不過它是均勻量化級。均勻量化級。http:/ 2、編碼的位數(shù)、編碼的位數(shù)和碼位的安排和碼位的安排量化級數(shù)量化級數(shù)n2（正負極性）（正負極性）8（段）（段）16（等份）（等份）256，所以，所以需需8位二進制碼位二進制碼。用用1位二進制碼（稱為極性碼）表示正負（如位二進制碼（稱為極性碼）表示正負（如“1”表示正，表示正，“0”表示負）、表示負）、3位二進制碼（稱位二進制碼（稱為段落碼）表示為段落碼）表示8大段落、大段落、4位二進制碼（稱為位二進制碼（稱為段內碼）表示每一大段的段內碼）表示每一大段的16等份等份 a1， a2a3a4， a5a6a7a8極性碼極性碼 段

9、落碼段落碼 段內碼段內碼http:/ :相鄰碼之間只有一個碼字不同，這樣誤相鄰碼之間只有一個碼字不同，這樣誤一位碼造成的偏差的平均值小一些一位碼造成的偏差的平均值小一些。循環(huán)碼在排列上的這一特點使得在傳輸過程中若產(chǎn)循環(huán)碼在排列上的這一特點使得在傳輸過程中若產(chǎn)生一位誤碼，錯到相鄰量化級時，因僅差一個量化生一位誤碼，錯到相鄰量化級時，因僅差一個量化臺階，不致于影響聽覺上的感覺相差很大。臺階，不致于影響聽覺上的感覺相差很大。但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)系，但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)系，如如每每位碼沒有固定的權值，它不能逐個碼元獨立進行編位碼沒有固定的權值，它不能逐個碼元獨立進行編譯

10、碼，因而它不具有自然二進制碼的優(yōu)點。譯碼，因而它不具有自然二進制碼的優(yōu)點。 所以所以編碼電路比較復雜編碼電路比較復雜，一般較少采用。，一般較少采用。http:/ 3、碼型的選取、碼型的選取 選取碼型主要考慮的是各種碼型傳輸時的效果。選取碼型主要考慮的是各種碼型傳輸時的效果。語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)的概率大，所以我們更關心小信號傳輸?shù)男Ч５母怕蚀?，所以我們更關心小信號傳輸?shù)男Ч＠缧⌒盘柷闆r時，有一樣值量化編碼為例如小信號情況時，有一樣值量化編碼為000，設傳輸中錯一位，可有三種情況：設傳輸中錯一位，可有三種情況：001、010、1

11、00http:/ 進進 碼碼循循 環(huán)環(huán) 碼碼折折 疊疊 碼碼誤誤 碼碼情情 況況量量 化化 級級 1 1量量 化化 級級 2 2 量量 化化 級級 4 4量量 化化 級級 0 0實實 際際 碼碼 ： 0 0 0 0 0 0平平 均均誤誤 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 0http:/ 8=64 k 8=64 khttp:/ 2.3 數(shù)字傳輸技術數(shù)字傳輸技術數(shù)

12、字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸1 1、數(shù)字基帶信號、數(shù)字基帶信號數(shù)字終端設備直接產(chǎn)生數(shù)字終端設備直接產(chǎn)生a/da/d轉換后轉換后從波形上看，數(shù)字信號一般是由不同電壓極性從波形上看，數(shù)字信號一般是由不同電壓極性（如（如5v或或5v）表示的矩形脈沖）表示的矩形脈沖矩形脈沖的固有頻寬稱做基本頻帶，即基帶，上矩形脈沖的固有頻寬稱做基本頻帶，即基帶，上述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸2、基帶傳輸、基帶傳輸將基帶信號直接送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞?；將基帶信號直?/p>

13、送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞?；簡單說來，就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。如短距離的脈沖編碼調制（pcm）局間中繼、局域網(wǎng)計算機間的數(shù)據(jù)傳送常采用基帶傳輸方式。 http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸3、基帶傳輸碼型、基帶傳輸碼型選碼原則選碼原則（1）不應含有直流分量）不應含有直流分量和只有很小的低頻分量和只有很小的低頻分量 ；（2）便于從信號中提取位同步定時信息；）便于從信號中提取位同步定時信息；（3）傳輸碼型應具有誤碼檢測功能；）傳輸碼型應具有誤碼檢測功能；（4）對任何信源具有透明性，解決長連）對任何信源具有透明性，解決長連1和長和長連連0問題問

14、題 ；（5）編譯碼的設備應盡量簡單。）編譯碼的設備應盡量簡單。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸常用碼型常用碼型曼徹斯特碼（又稱分相碼、數(shù)字雙相碼）曼徹斯特碼（又稱分相碼、數(shù)字雙相碼）傳號交替反轉碼（傳號交替反轉碼（ami碼）碼）傳號反轉碼（傳號反轉碼（cmi碼）碼）三階高密度雙極性碼（三階高密度雙極性碼（hdb3碼）碼）http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸曼徹斯特碼曼徹斯特碼001 110 常用于計算機通信網(wǎng)絡中常用于計算機通信網(wǎng)絡中101100高 h低 l“ 1”高電 平“ 0”低電 平中 間 跳“ 0”上跳“ 1”下跳中 間 總 有跳 變“ 0”開頭 跳高

15、h低 l高 h低 l（ a） 不歸 零 制編 碼（ b） 曼 徹 斯 特 編碼（ c） 差 分 曼 徹斯 特 編碼http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號交替反轉碼（傳號交替反轉碼（ami:alternate mark inversion code）0 不變，不變，1交替變?yōu)榻惶孀優(yōu)?1和和-1北美系列一、二、三次群的線路碼型北美系列一、二、三次群的線路碼型http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸三階高密度雙極性碼（三階高密度雙極性碼（hdb3碼：碼：high density bipolar）ami碼中沒有四個連碼中沒有四個連0時，時， ami碼就是碼就是hdb3碼碼a

16、mi碼中有四個連碼中有四個連0時：時：第四個第四個0用用v代表，代表，v的極性與這四個的極性與這四個0的前一個非的前一個非0碼極性相同。碼極性相同。為保證為保證v的極性不同（若徑上面變換出現(xiàn)相同情的極性不同（若徑上面變換出現(xiàn)相同情況），則第一個況），則第一個0用用b代表，代表，b的極性與前一非的極性與前一非0符符號極性相反。號極性相反。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸消息帶碼：消息帶碼： 1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1ami碼：碼：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 1 000 0 +1hdb3碼碼-1 000-v 0 +1 1 +b0

17、0+v -1 +1-b00+v +1hdb3碼是碼是ccitt建議建議pcm30/32標準系標準系列的基群、二次群、三次群的線路碼型。列的基群、二次群、三次群的線路碼型。http:/ 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號反轉碼（傳號反轉碼（cmi碼：碼：code mark inversion）001 100/11交替。交替。ccitt建議四次群接口碼型。建議四次群接口碼型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 00http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸1、定義、定義利用數(shù)字基帶信號去控制載波，從而實現(xiàn)數(shù)字信利用數(shù)字基帶信號去控制載波，

18、從而實現(xiàn)數(shù)字信號對載波的調制，以形成數(shù)字信號的載波傳輸。號對載波的調制，以形成數(shù)字信號的載波傳輸。必須經(jīng)過調制器（頻帶調制器），將數(shù)字信號調制成模擬信號后再送往信道傳輸，稱之為數(shù)字信號的頻帶傳輸。http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸2、常用調制方法、常用調制方法調制：使載波信號的某個參量隨即帶信號的變化調制：使載波信號的某個參量隨即帶信號的變化而變化。而變化。由于數(shù)字調制方式中調制信號是“1”或“0”，對載波參數(shù)的控制相當于開關，所以數(shù)字調制方式通常稱之為“鍵控法”。載波載波s(t)=asin( t+)a：振幅：振幅 ：角頻率：角頻率 ：相位：相位http:/ 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸（1 1）幅移鍵控方式（）幅移鍵控方式（askask，amplitude-shift amplitude-shi