數據通信基礎知識培訓

第二章數據通信基礎知識結束放映學習目錄學習要求內容簡介主講教師：劉興順內容簡介數據可靠傳輸將涉及很多內容和具體技術，本章將介紹信號帶寬的概念、調制解調的基本概念、傳輸信道的性質、信道復用技術、數據編碼標準、語言編碼及IP電話原理，數據壓縮編碼以及數據通信系統的同步技術等內容。返回結束學習要求1.了解信號分類方式，掌握信號頻譜與帶寬的概念。2.了解調制解調的基本原理3.了解信道噪聲的種類及特點，掌握信道容量公式。4.了解各種信道的特點。5.了解話音信道傳輸數據信號的基本要求。6.掌握頻分復用、時分復用技術的基本原理。7.掌握語音壓縮比編碼和數據壓縮編碼的基礎知識。8.掌握數據通信系統同步類型及其實現方式返回結束學習目錄返回2.1信號與調制解調2.2傳輸信道2.3多路復用2.4數據編碼2.5數據通信的同步結束2.1信號與調制解調本節(jié)內容提要：信號分類：模擬信號與數字信號基帶信號與頻帶信號周期信號與非周期信號確知信號與隨機信號能量信號與功率信號信號x(t)的能量E焦耳(J)信號x(t)平均功率S瓦特(W)本節(jié)將介紹信號的頻譜、帶寬以及調制解調的基本概念。2.1.1信號的頻譜確值信號的頻譜為其傅氏變換：或隨機信號的頻譜常用其功率普密度表示：功率普密度與信號平均功率的關系：2.1.2信號的帶寬信號的絕對帶寬(B)通常是指信號頻譜正頻域非零部分對應的頻率范圍，如下圖所示：

基帶數據信號的一般都具有無窮大的絕對帶寬，如下圖所示：2.1.2信號的帶寬實際應用中依據信號功率譜定義了以下幾種等效帶寬。

(1)零點帶寬數據信號頻譜主要能量是集中在第一個零點之內的，當其旁瓣不足以引起信號失真時，定義fb為信號的零點帶寬。

2.1.2信號的帶寬

(2)百分比帶寬

百分比帶寬由下式來定義：其中fr稱為百分比帶寬，可以取96%、98%、99%等值，其含義是，在該帶寬范圍內信號的功率占總功率2.1.2信號的帶寬

(3)矩形等效帶寬

對于具有在零點或中心頻率處取最大值頻譜結構的信號，如下圖所示，可以定義矩形等效帶寬BC。其含義為：2.1.2信號的帶寬(4)3dB帶寬3dB帶寬又稱半功功率帶寬，如如下圖所示：：

信號頻譜在f0處取最大值，且2.1.3調制解調的基基本概念1.調制解解調定義時域定義：調制就是用基基帶信號去控控制載波信號號的某個或幾幾個參量的變變化，將信息息荷載在其上上形成已調信信號傳輸，而而解調是調制制的反過程，，通過具體的的方法從已調調信號的參量量變化中將恢恢復原始的基基帶信號。頻域定義：調制就是將基基帶信號的頻頻譜搬移到信信道通帶中或或者其中的某某個頻段上的的過程，而解解調是將信道道中來的頻帶帶信號恢復為為基帶信號的的反過程。調制解調器(Modem)就是調制制和解調的統統稱2.1.3調制解調的基基本概念x(t)調制信號號，即數據終終端產生的基基帶信號C(t)是載波，AC是載波幅度，，fC是載波頻率簡簡稱載頻,θ0是載波的初始始相位。s(t)是已調信號，即調制后的頻帶信號，其中包含了x(t)的全部信息，信道中傳輸的就是該信號。2.調制器模型2.1.3調制解調的基基本概念按照調制信號號x(t)的類型按照載波類型型3.調制分分類按照調制器功功能模擬調制：x(t)是模擬基帶帶信號，例如如AM、FM等數字調制：x(t)是數字基帶帶信號，例如如FSK、PSK等連續(xù)載波調制制：載波是連連續(xù)波形信號號，例如正弦弦高頻信號脈沖載波調制制：載波是脈脈沖序列，常常用的是矩形形脈沖序列幅度調制：調調制信號控制制載波幅度變變化，例如AM、ASK等頻率調制：調調制信號控制制載波瞬時頻頻率變化，例例如FM、FSK等相位調制：調調制信號控制制載波瞬時相相位變化，例例如PM、PSK等。2.1.3調制解調的基基本概念相干解調：通通過本地相干干載波進行相相干運算，從從已調信號的的相位變化中中恢復原始信信號的方法。。其模型如下下圖所示：4.解調分分類假設初始相位位是0，則：：所以經理向低低通濾波器LPF之后，，輸出信號為為：2.1.3調制解調的基基本概念非相干解調：：其原理是從從已調信號的的幅度變化中中提取調制信信號，因為其不需要要同步載波，，所以又稱之之為非同步解解調。和相干解調相相比，非相干干解調設備更更簡單，實現現更容易，例如常用的包包絡檢波器，，非相干解調器器通常存在門門限效應，故故小信噪比輸輸入時并不適適用。所謂門限效應應是指當解調調器輸入信噪噪比下降到一一定程度時，，輸出信噪比急劇惡化化的現象。輸出信噪比是是輸出信號與與輸出噪聲平平均功率之比比，是衡量通通信可靠性的一個指標標，與誤碼率率有直接關系系。2.1.3調制解調的基基本概念實現無線發(fā)射射實現頻分復用用5.調制解解調的功能選擇合適的調調制解調方式式可以提高傳傳輸的有效性性選擇合適的調調制解調方式式可以提高傳傳輸的可靠性性2.2傳傳輸信道本節(jié)內容提要要：傳輸信道是任任何通信系統統中必不可少少的組成部分分，信道的傳傳輸性如何將直接接影響系統的的信能。本節(jié)將介紹通通信信道的基基本概念、各各種傳輸介質質的特性、信信道噪聲、信道容量量以及話音信信道傳輸數據據信號時的要要求與性能等等內容。2.2.1傳傳輸信道道分類2.2.2傳傳輸介質質2.2.3信信道噪聲聲2.2.4信信道容量量2.2.5話話音信道道傳輸數據信信號2.2.1傳輸信道分類類廣義信道狹義信道信道調制信道編碼信道有線信道無線信道恒參信道變參信道無記憶編碼信道有記憶編碼信道雙絞線同軸電纜光纖長波信道短波信道微波信道…1.狹義信道和廣廣義信道狹義信道即傳傳輸媒介廣義信道由傳傳輸媒介和部部分收發(fā)端的的通信設備組組成2.2.1傳輸信道分類類2.調制信道和編編碼信道調制信道：從從調制器出發(fā)發(fā)到解調器為為至的所有通通信設備和傳傳輸媒介編碼信道：從從編碼器出發(fā)發(fā)到譯碼器為為至的所有通通信設備和傳傳輸媒介2.2.1傳輸信道分類類3.恒參信道和變變參信道恒參信道是指指在信號傳輸輸過程中，信信道傳輸特性性對信號的影影響是確定的或者是變變化極其緩慢慢的，可將其其視為一個非非時變的線性性網絡。變參信道：其其傳輸特性隨隨時間變化而而變化，一般般將其等效成成時變線性網絡或者時時變非線性網網絡來分析。。典型的恒參信信道如如雙絞絞線、同軸電電纜、光纖等等有線信道以以及微波信道、衛(wèi)星信信道等。典型的變參信信道如電離層層反射信道、、對流層散射射信道以及移移動通信信道等。2.2.1傳輸信道分類類4.無記憶編碼信信道和有記憶憶編碼信道無記憶信道是是指傳輸過程程中錯誤碼元元相互統計獨獨立的信道有記憶信道是是指錯誤碼元元之間具有某某種統計相關關性的信道實例分析：二二進制無記憶憶信道模型如如下圖所示其對應的誤碼率公式為:2.2.2傳輸介質1.雙絞線雙絞線由兩根根相互絕緣的的銅線以均勻勻的扭矩對稱稱扭絞在一起起形成。絞合的目的:(1)減少線對之間間的相互干擾擾，(2)同時還增強了了機械和電氣氣穩(wěn)定性分類2.2.2傳輸介質2.同軸電纜同軸電纜由內內導體，絕緣緣層外導體和和塑料保護外外套組成，如如下圖示：分類內外導體組成成一組線對，，外導體同時時起到屏蔽外外界電磁干擾擾的作用基帶同軸電纜纜：阻抗為50歐姆，用用于局域網數數據傳輸10Base-2等寬帶同軸電纜纜：阻抗為75歐姆，CATV網以以及PSTN局間傳輸2.2.2傳輸介質3.光纖光纖可以由超超純硅、合成成玻璃甚至塑塑料制造，其其結構如下圖圖示：光纖有單模光光纖和多模光光纖兩類，前前者具有較寬寬的頻帶，傳傳輸損耗小，后者頻帶帶較窄、傳輸輸衰減也比較較大。光傳輸系統2.2.2傳輸介質4.無線信道長波信道：30Hz~300KHz，用帶寬小小，天線尺寸寸大，常用于于電報、電話、水下通通信、海上導導航等領域中波信道：0.3~3MHz，用于于廣播，業(yè)余余無線電以及及海上無線電電通信等領域，其中中500~1500KHz是標準民民用調幅廣播播短波信道：3~30MHz，信道干干擾大，但其其投資少，建建設快，常用用于軍用通信和國國際定點通信信等微波信道：3~300GHz，天線線方向性通信信容量大，可可用于微波、、衛(wèi)星通信，射電天天文，科學研研究等超短波信道：：30MHz~3GHz，天線尺寸寸小，可用于于移動通信，，雷達，航天航空，衛(wèi)衛(wèi)星通信等2.2.3信道噪聲1.起伏噪聲起伏噪聲是以以熱噪聲、散散彈噪聲和宇宇宙噪聲為代代表的噪聲。。起伏噪聲的特特點是時域和和頻域表現平平穩(wěn)，在所有有通信系統中中普遍存在且不可避免免。起伏噪聲對數數據通信的影影響是產生隨隨機錯誤，隨隨機錯誤表現現為錯誤碼元隨機出現現，彼此無相相關性。起伏噪聲是無無記憶信道中中噪聲的主要要表現形式。。2.2.3信道噪聲2.脈沖噪聲脈沖噪聲在時時域表現為無無規(guī)則突發(fā)的的短促噪聲，，從頻域來看看，脈沖噪聲通常有較較寬的頻帶，，但頻率越高高，頻譜強度度越小。脈沖噪聲特點點在于突發(fā)性性、幅度大、、持續(xù)時間短短，且相鄰脈脈沖之間有較長的寂靜區(qū)區(qū)，脈沖噪聲聲是記憶信道道中噪聲的主主要表現形式式。脈沖噪聲對數數據通信的影影響是產生的的突發(fā)錯誤，，錯誤碼元比比較集中，且相互之間具具有某種相關關性2.2.3信道噪聲3.高斯白噪聲可以從以下兩兩方面對高斯斯白噪聲下定定義：其任意維概率率密度函數都都服從高斯分分布(即正態(tài)態(tài)分布)———高斯噪聲在整個頻域具具有均勻分布布的功率譜密密度——白噪聲2.2.4信道容量1.奈奎斯特特信道容量公公式奈奎斯特研究究了理想信道道(無噪聲、、無碼間干擾擾)時帶寬與與速率的關系系，并得到以以下結論：其中B為帶寬單位是是Hz，M為傳輸時數據據信號的取值值狀態(tài)，即采采用M進制傳輸2.香農信信道容量公式式香農研究了用用模擬信道傳傳輸數字信號號時的信道容容量問題，并并得出了著名名的香農公式式：其中B為帶寬，單位位是Hz，S/N為信噪功率比比。2.2.5話音信道傳輸輸數據信號1.線性性系統分析時域分析（卷卷積）頻域分析（乘積）Y(f)=X(f)H(f)2.2.5話音信道傳輸輸數據信號2.信號號無失真?zhèn)鬏斴斝盘枱o失真?zhèn)鱾鬏數亩x信號無失真?zhèn)鱾鬏斒侵感盘柼柦涍^線性系系統后只有幅幅度的衰減或或放大，以及及時延，而無無波形失真。。對應的頻域信號為：對應的時域信號為：2.2.5話音信道傳輸輸數據信號即系統的幅頻頻特性和相頻頻特性滿足下下式，就可以以實現信號無無失真?zhèn)鬏斝盘枱o失真?zhèn)鱾鬏數臈l件定義群時延特特性為所以信號無失失真?zhèn)鬏敃r，，群時延特性性需滿足2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號由以上分析析可知若要要實現信號號無失真?zhèn)鱾鬏敚到y統特性必須須如下圖所所示無失真?zhèn)鬏斴斕匦苑l特性相頻特性群時延特性性2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號3.話話音信道傳傳輸數據信信號的要求求衰減與電平平信號在傳輸輸過程中由由于傳輸媒媒介的阻抗抗特性會出出現衰減，，同時又可以在一一些設備中中得到放大大對于數據傳傳輸CCITTH.12建議規(guī)規(guī)定信號的的最大凈損損耗不得超超過28dBCCITTH.51規(guī)定了了在模擬話話音信道上上傳輸數據據信號的功功率一般情況下下功率最大大值為-13dBm0，即在零測試試電平點測測得的數據據信號的平平均功率不不應超過-13dBm。信號的傳輸輸衰減通常常使用絕對對電平來表表示，其常常用單位是是dBmdBm0表表示零測試試電平點，，當使用測測試單音進進行線路調調整時，那里的功率率是0dBm，即1mW2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號幅頻失真若幅頻特性性不理想，，信號經過過信道傳輸輸后各個頻頻率分量獲獲得的增益益不相同，，此時對應應的時域信信號波形就就會出現波波形畸變。。原始波形基波：二次次諧波=2：1失真波形基波：二次次諧波=1：1波形失真示示意圖2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號CCITTM.1020建建議對幅頻頻特性的要要求如下圖圖所示：：2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號群時延失真真群時延特性性的失真反反映了相位位頻率特性性的失真程程度，它將將對信號的的各個頻率率分量產生生不同的時時延量，從從而引起時時域信號波波形失真。。CCITTM.1020建建議對群時時延特性的的要求如下下圖所示2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號噪聲影響話音信道對對噪聲的要要求已達到到數據通信信的要求話音通信中中，要求系系統的輸出出信噪比至至少應大于于26dB，數據通信中中一般要求求輸出信噪噪比在25dB左右右話音通信中中部沒有特特別關注脈脈沖噪聲的的影響，但但脈沖噪聲聲對數據通信的影響響很大，甚甚至會導致致通信失敗敗。例如用56Kbit/s的的V.90Modem傳輸數數據，若有有一個強度度較大的脈脈沖噪聲，持持續(xù)時間為為1ms，，則其將影影響到56個比特的的判決結果果。CCITT建議對不不同的傳輸輸速率有不不同的規(guī)定定，一般規(guī)規(guī)定，在限限定的時間內，，超過門限限電平的脈脈沖數目不不能超過某某個閾值。。2.2.5話音信道傳傳輸數據信信號3.數數字話音信信道傳輸數數據數字話音信信道是指PCM(脈沖編碼碼調制)電電話信道，，每條信道道的速率都是64Kbit/s。PCM通信信基本原理理是:在在發(fā)送端將將用戶話音音信號經過過A/D轉轉換后在信道中傳輸輸，接收端端再經過D/A轉換換后恢復發(fā)發(fā)端話音信信號PCM30/32每每幀有32條時分復復用信道，，所以總速速率為：32×64Kbit/s=2048Kbit/s（2Mbit/s），稱稱其為基群群速率或E-1信道道PCM24是由24條時分復復用信道組組成，另外外每幀加1bit的的同步信息息，所以總速率率為8000×(24×8+1)=1544Kbit/s，稱其其為T-1信道。使用數字話話音信道傳傳輸數據信信號時首先先經過數據據業(yè)務單元元進行電平平轉換，一條條數字電話話信道可以以傳輸一路路數據信號號，也可以以傳輸多路路低中速數據據信號，視視速率而定定。2.3多多路復用用本節(jié)內容提提要：多路復用是是提高系統統傳輸有效效性的一項項有效措施施。多路路復用用指多路信信號共享同同一條信道道的資源(頻率、占占用時間等等)傳輸信號，，多路信號號在某一個個參量加以以區(qū)別，以以便接收，，本節(jié)將介紹紹頻分復用用、時分復復用、波分分復用等常常用復用方方式，以及復用器的基本概念2.3.1頻分分復用（FDM）2.3.2時分分復用（TDM）2.3.3碼分分復用（WDM）2.3.4多路路復用器與與集中器2.3.1頻分復用（（FDM））所謂頻分復復用是指將將傳輸信道道在頻率域域分割成若若干個字信信道，每條條字信道傳輸輸一路信號號的復用方方式，如下下圖所示：：頻分復用的的關鍵是通通過調制將將各路信號號的頻譜搬搬移到信道道的不同的的子信道上，，位置由副副載波頻率率決定，接接收端再經經過解調將將其恢復，，為減小信號號頻譜搬移移過程中對對信號的損損傷，一般般采用線性性調制技術術2.3.1頻分復用（（FDM））實例分析若假設信道帶寬是B，n路信號帶寬分別為fi，保護間隔為Bg，則有：2.3.2時分復用（（TDM））時分復用原原理是將信信道占用時時間分成若若干個小的的時間片，，稱之為時時隙，每個時時隙就是一一條時分復復用信道，，可以傳輸輸一個用戶戶的信號。。時分復用的的理論基礎礎是奈奎斯斯特抽樣定定理；奈奎斯特抽抽樣定理：：對于帶限限低通信號號，若以大大于其最高高頻率2倍倍的速率對其抽抽樣，就可可以通過低低通濾波器器從樣值信信號(PAM信號)中恢復出原始信信號。2.3.2時分復用（（TDM））基于PAM的TDM2.3.2時分復用（（TDM））基于PCM的TDM以上兩種TDM方式式都是同步步時分復用用，而數據據通信的一一個重要特特點是數據據的突發(fā)性性，若采用用同步TDM會有下下述情況出出現，某個個數據終端端無數據發(fā)發(fā)送，但其其占用的時時隙其它終終端卻無法法使用，同同時其它終終端可能有有大量數據據需要發(fā)送送卻只能使使用自己的的一個時隙隙，從而造造成信道利利用率低，，通信的有有效性下降降。2.3.2時分復用（（TDM））統計是分復復用統計是分多多路復用又又稱為異步步時分復用用，其基本本原理是復復用器具有有一定容量量的緩存，，數據終端端的數據首首先進入緩緩存，復用用器再根據據先進先出出的原則和和優(yōu)先級高高低，動態(tài)態(tài)地給各終終端分配時時隙，如下下圖所示：：2.3.3波分復用（（WDM））波分復用是是指在一根根光纖上，，同時傳送送多個波長長不同的光光載波，其基本原理理與頻分復復用相同，，區(qū)別僅在在于FDM使用的是是電載波，，而WDM使用的是是光載波。。利用波分復復用技術可可以在不增增建光纜線線路或不改改建原有光光纜的基礎礎上，使光纜纜傳輸容量量擴大幾倍倍甚至幾十十倍、上百百倍。WDM能夠夠復用的光光波數目與與相鄰兩波波長之間的的間隔有關關，間隔越越小，復用的的波長個數數就越多。。相鄰兩峰峰值波長的的間隔為50~100nm時，稱為WDM系統統。而當相相鄰兩峰值值波長間隔隔為1~10nm時時稱之為密集的波分分復用(DWDM)系統。DWDM是是目前市場場最熱的產產品之一，，40波長長的DWDM已經進進入商用。隨著““IPoverWDM””、“IPoverDWDM”技技術的產生生，WDM與DWDM更更加備受矚矚目。WDM及DWDM在建建設中的全全光網上必必然占據重要的地地位。2.3.4多路復用器器與集中器器1.多多路復用器器根據多路復復用原理，，復用器有有頻分復用用器、時分分復用器等等。前者主要用于多多路載波通通信，這里里將主要介介紹時分復復用器R.101和R.111用于于復用電報報和非同步步數據信號號，前者最最終的復用用信號速率為2400bit/s，后者的的復用速率率有2.4Kbit/s、4.8Kbit/s、9.6Kbit/s和64Kbit/s四種。。X.50和和X.51用于將同同步數據信信號復用成成64Kbit/s，兩者區(qū)區(qū)別在于采采用的數據封裝裝格式不同同，前者采采用(6+2)比特特格式，后后者采用(8+2)比特格式，通常常將按照此此格式封裝裝的比特組組稱為包封封，如下圖圖所示：其中F比比特用來實實現同步，，S比特為為狀態(tài)指示示比特。2.3.4多路復用器器與集中器器2.集集中器復用系統舉舉例集中器可以以進一步改改善線路利利用率，只只有當終端端有信息要要發(fā)送且已已提出請求時時，才把傳傳輸線分配配給它，一一旦把傳輸輸線分配給給某終端后，便讓它它傳輸較長長的時間。。前端處理機機負責完成成通信功能能，使主機機能夠集中中資源進行行數據處理理。2.4數數據編碼碼本節(jié)內容提提要：各種國際編編碼標準，，NO.5、NO.2、EBCDIC等。波形編碼、、參量編碼碼和混合編編碼三種語語音編碼(A/D轉轉換)原理理、國際標準以及及IP電話話的基本原原理。哈夫曼編碼碼、LZW編碼以及及游程編編碼的數據據壓縮編碼碼原理。2.4.1數據據編碼標準準2.4.2語音音編碼與IP電話2.4.3數據據壓縮編碼碼2.4.1數據編碼標標準1.國際5號碼國際5號碼碼在由美國國標準化協協會于1963年提提出的ASCII碼碼，被國際際標準化組組織ISO和原國際際電報電話話咨詢委員員會CCITT采納納后發(fā)展而而來的，現現已成為國國際通用的的信息交換換標準代碼碼。國際5號碼是7單位碼，，能夠表示示128個個字符，其其編碼表見見課本表2-3。2.國際2號碼國際2號碼碼是5單位位碼，是由由博多發(fā)明明的，所以以又稱為博博多碼。5單位碼能能表示32個字符，，但是在博博多碼中定定義了一個個轉義字符符“數字/字母”，，該字符功功能類似于于計算機鍵鍵盤上的““Shift”鍵，，使得每個個編碼可以以表示兩種種字符，這這樣5單位位碼就能最最多表示64個字符符，國際2號碼使用用了其中的的58個，，其編碼表表見課本表表2-5。。2.4.1數據編碼標標準3.EBCDIC碼EBCDIC碼是由由IBM公公司開發(fā)的的一種數據據編碼方案案，全稱叫叫做擴展二二—十進制制交換碼，，該編碼方方案主要用用于IBM大型機及及其外圍設設備中。EBCDIC碼是8單位碼，，所以最多多可以表示示256個個字符，但但實際中只只定義了143種，，剩余113個可以以自主定義義，其編碼碼表見課本本表2-6。4.信息交交換用用漢字字編碼碼漢字轉轉換成成二進進制編編碼需需要分分兩步步實現現，首首先把把漢字字轉換換成字字符編編碼，，稱為為漢字字“外外碼””，然然后再再將外外碼轉轉換成成二進進制代代碼，，稱其其為漢漢字““內碼碼”。。漢字字外碼碼用于于數據據終端端與人人之間間的交交互，，而內內碼是是最終終進入入機器器內部部用來來存儲儲、處處理的的二進進制代代碼。。2.4.2語音編編碼與與IP電話話1.數字電電話通通信一一般模模型IP電電話，，利用用Internet資源源提供供實時時的語語音傳傳輸服服務，，與傳傳統的的電話話通信相相比，，雖然然通話話質量量稍有有降低低，但但其具具有資資費更更低廉廉、和和數據據業(yè)務的的兼容容性更更強等等優(yōu)點點，所所以近近年來來得到到了廣廣泛應應用語音編編碼就就是指指模擬擬話音音信號號模數數轉換換過程程，其其主要要有波波形編編碼、、參量編編碼和和混合合編碼碼三種種方式式，并并且通通常把把速率率小于于64Kbit/s的編編碼方式成成為語語音壓壓縮編編碼。。2.4.2語音編編碼與與IP電話話2.波波形編編碼波形形編編碼碼的的理理論論基基礎礎是是奈奈奎奎斯斯特特低低通通信信號號抽抽樣樣定定理理，，對對于于帶帶限限低低通通信號號使使用用2倍倍于于信信號號最最高高頻頻率率的的頻頻率率抽抽樣樣，，則則可可以以由由樣樣值值信信號號通通過過低低通濾濾波波器器重重建建原原始始信信號號，，話話音音信信號號常常用用8000Hz的的抽抽樣樣頻頻率率。。波形形編編碼碼的的基基本本原原理理是是將將話話音音信信號號經經抽抽樣樣、、量量化化、、編編碼碼后后傳傳輸輸，，接接收端端將將接接收收到到的的信信號號譯譯碼碼后后經經低低通通濾濾波波器器即即可可恢恢復復原原始始話話音音信信號號，，因為為這這種種方方式式是是以以重重建建信信號號波波形形為為目目的的，，故故稱稱之之為為波波形形編編碼碼。。波形形編編碼碼通通常常的的編編碼碼技技術術有有脈脈沖沖編編碼碼調調制制(PCM),增增量量調調制制(ΔΔM),差差分脈脈沖沖編編碼碼調調制制(DPCM)和和自自適適應應差差分分脈脈沖沖編編碼碼調調制制(ADPCM)等等。。2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話PCM原原理理2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話PCM每每條條話話路路的的速速率率為為64Kbit/s，，可可以以保保證證良良好好的的通通信信質質量量，，但但卻卻占占用了了過過多多的的傳傳輸輸帶帶寬寬，，因因此此人人們們又又找找到到其其它它的的低低速速率率波波形形編編碼碼方方式式,ADPCM是是其其中中一一種種。。ADPCM本本質質是是消消除除樣樣值值之之間間的的相相關關性性來來壓壓縮縮編編碼碼速速率率，，其其基基本本思思想是是對對相相鄰鄰樣樣值值的的差差值值進進行行量量化化編編碼碼，，這這樣樣接接收收端端在在前前一一信信號號的的基基礎上上就就可可恢恢復復后后一一樣樣值值，，而而其其中中的的自自適適應應體體現現在在自自適適應應預預測測和和量量化化間隔隔的的自自適適應應調調節(jié)節(jié)兩兩方方面面。。ADPCM速速率率可可以以降降到到32Kbit/s，，并并且且具具有有與與64Kbit/s的的PCM系系統統相相當當的質質量量，，也也可可以以降降到到16Kbit/s，，但但此此時時通通信信質質量量較較差差2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話參量量編編碼碼技技術術是是以以語語音音信信號號產產生生的的數數學學模模型型為為基基礎礎，，從從輸輸入入語語音音信信號分分析析出出模模型型參參數數（（主主要要是是指指表表征征聲聲門門振振動動的的激激勵勵參參數數和和表表征征聲聲道道特性性的的聲聲道道參參數數）），，然然后后在在解解碼碼端端根根據據這這些些模模型型參參數數來來恢恢復復語語音音。。聲碼碼器器模模型型3.參參量量編編碼碼2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話混合合編編碼碼是是在在保保留留參參數數模模型型技技術術精精華華的的基基礎礎上上，，應應用用波波形形編編碼碼準準則則優(yōu)化化激激勵勵信信號號在在4.8~9.6Knit/s的的數數碼碼率率上上獲獲得得較較高高質質量量的的合合成成語語音音。。4.混混合合編編碼碼5.MOS分分與與語語音音質質量量的的關關系系2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話6.語音音編編碼碼標標準準2.4.2語音音編編碼碼與與IP電電話話IP電電話話是是在在互互聯聯網網上上提提供供電電話話服服務務，，其其原原理理是是把把語語音音、、壓壓縮縮編編碼碼、、打包包分分組組、、分分配配路路由由、、存存儲儲交交換換、、解解包包解解壓壓等等各各種種交交換換處處理理，，在在數數據通通信信網網或或互互聯聯網網上上實實現現語語音音通通信信，，其其系系統統結結構構如如下下圖圖所所示示：：7.IP電電話話原原理理從技技術術的的角角度度看看IP電電話話中中語語音音處處理理主主要要需需要要解解決決以以下下兩兩個個問問題題：：在保保證證話話音音質質量量的的前前提提下下盡盡可可能能降降低低語語音音編編碼碼速速率率在數據通信信的網絡環(huán)環(huán)境下保證證通話質量量2.4.3數據壓縮編編碼Huffman編碼碼基本思想想是：出現現概率大的的字符編長長度較短的的碼，反之出現概率率小的字符符對應的編編碼長度較較大。其編編碼冗余最最小，理論論上能夠達到到8：1的的壓縮比。。1.哈夫曼曼編碼其編碼過程程實際上是是在依概率率從樹葉到到樹根構造造二叉樹，，具體如下下：為每個字符符指定1個個只包含1個節(jié)點二二叉樹，把把字符出現現的概率作作為對應樹的的權值；；尋找權值最最小的兩棵棵樹(若多多于兩棵則則隨機選取取)，將其其作為子樹樹，合并成一棵棵帶有新的的根節(jié)點樹樹，新樹的的權值為前前兩者之和和；重復上述兩兩步直至只只剩一棵樹樹。2.4.3數據壓縮編編碼舉例分析2.4.3數據壓縮編編碼2.LZW編碼：基于碼本本的數據壓壓縮編碼方方式(1)在在滑動窗口口中找出未未編碼的數數據的最長長匹配字符符串,如果果找到,則則進行步驟(2),否則則進行步驟驟(3)；；(2)輸輸出三元符符號組（off,len,C）,調解窗窗口長度,繼續(xù)步驟驟(1),(3)輸輸出三元符符號組（0,0,C）,調解窗窗口長度,繼續(xù)步驟驟(1)LZ算法的的滑動窗口口編碼模型型2.4.3數據壓縮編編碼實例分析：：假設窗口口的大小為為10個字字符,已經經編碼過的的10個字字符是：abcdbbccaa，即將編碼碼的字符為為：abaeaaabaee，其編碼過過程如下示示：2.4.3數據壓縮編編碼LZW算法法是通過對對LZ算法法修正得到到的，二者者的區(qū)別在在于LZW中的字符串字典典的大小是是在不斷增增大的，我我們把這個個字典稱為為串表或編編碼轉換表。。放入串表中中的每一個個字符串是是串表的一一個表項，，且都有一一個數字代代碼指明其位位置，最初初將整個字字符集作為為串表的256個單單獨的表項項，每個表項有8比特編碼碼指明其位位置。編碼過程中中串表是不不斷增大的的，隨著表表項的增多多，編碼位位數也要相相應地增大，，當表項超超過4096條時，，就放棄這這個串表，，重新初始始化串表，并在這這個新的串串表上繼續(xù)續(xù)編碼。串表沒有必必要保存并并發(fā)送給接接收端，因因為解碼時時接收端可可以再生這這個串表。。2.4.3數據壓縮縮編碼LZW算算法可以以按照以以下兩個個步驟進進行：(1)如如果輸輸入字符符在串表表中，則則取下一一個字符符(2)如如果輸輸入字符符不在串串表中，，則輸出出最后一一個已知知的字符符串(對對應的表項)的的代碼，，并將新新字符串串加入串串表中若把前一一次讀入入的字符符串稱為為前綴，，則上述述算法中中的新字字符串為為新字符串串=前綴+當前輸入入實例分析析：假設輸入入字符串串為ababc，在LZW算法法中總假假定第一一個字符符的前綴綴為空字符符串，用用“NULL””表示，，其編碼碼過程如如下圖所所示：2.4.3數據壓縮縮編碼2.4.3數據壓縮縮編碼游程：數數據流流流中連續(xù)續(xù)出現同同一字符符的字符符串；游程編碼碼：針對對游程長長度進行行壓縮編編碼的方方法。。游程編碼碼就是把把每個游游程用一一個符號號再加上上游程長長度來取取代，其其實現很很容易，，而且對對于具有有長重復復值的串串的壓縮縮編碼很很有效。。例如對對于圖像像信號，，很多位位圖文件件格式都都用行程程長度編編碼，如如TIFF，PCX等等。2.游游程編碼2.5同同步步本節(jié)內容容提要：：所謂同步步，就是是指收發(fā)發(fā)雙方在在時間上上步調一一致。按照同步步的功能能可以分分為：載波同步步、位同同步、群群同步和和網同步步。按照獲取取同步信信息的不不同可以以分為：：外同步和和自同步步。2.5.1概概述2.5.2載載波同同步2.5.3位位同步步2.5.4群群同步步2.5.5網網同步步2.5.1概述1.載波波同步在接收端端采用相相干解調調時，收收端需要要提供一一個與接接收信號號的調制制載波同同步的本本地參考考載波，，該載波波的獲取取稱之為為載波提提取或載載波同步步。2.位同同步在數據通通信中任任何消息息都是通通過一串串碼元序序列傳輸輸的，所所以接收收時需要要知道每每個碼元元的起止止時刻，，這就要要求接收收端必須須提供一一個位定定時脈沖沖序列，，要求該該序列的的重復頻頻率與碼碼元速率率相同，，相位與與最佳取取樣判決決時刻一一致，將將提取這這種定時時脈沖序序列的過過程稱為為位同步步。3.群同同步在數據通通信中，，所傳輸輸的數據據信息按按照字符符或一定定的數據據格式(幀)傳輸，接接收端必必須正確確地區(qū)分分出字符符與幀，，即群同同步，包包括字同同步、句句同步、、幀同步步等2.5.1概述4.網同同步在數字通通信網或或數據通通信網中中，多個個用戶之之間進行行數據傳傳輸與交交換時，，為保證證網內各各用戶之之間可靠靠地通信信和數據據交換，，全網必必須有一一個統一一的式中中標準，，即網同同步問題題。5.外同同步由發(fā)送端端發(fā)送專專門的同同步信息息（常稱稱為導頻頻），接接收端將將導頻信信號提取取出來作作為同步步信號的的方法。。6.內同同步發(fā)送端不不專門發(fā)發(fā)送同步步信息，，接收端端設法從從收到的的信號中中直接提提取同步步信息的的方法。。2.5.2載波同步步1.自同同步法適用于PSK等等抑制載載波調制制的通信信系統，，雖然已已調信號號本身不不含載波波分量，但但經過某某種非線線性變換換后將具具有載波波的諧波波成分。。常用的方方法有平平方變換換法、平平方環(huán)法法、科斯