数字通信技术ppt课件.ppt

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1、第一节 信源编码,l信源编码的任务 （1）将输入信号变换成适于数字通信系统处理和传输的数字信号 （2）通过信源编码提高数字信号的有效性，尽可能减少信号中的冗度，进行压缩信号带宽的编码，使单位时间单位系统频带上所传输的信息量最大,一、脉冲编码调制（PCM）,lPulse Code Modulation l脉码调制的基本概念（1）脉码调制通信：把时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输（2）抽样：对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号（3）量化：把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散（指定一组电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值表示）（4）编码

2、：用二进制码组表示每个有固定电平的量化值,（一）抽样,（1）取样过程 脉冲的调制过程，也称抽样、采样。取样脉冲为载波信号，模拟信号为调制信号，称脉冲振幅调制（PAM）。它把时间连续的模拟信号变换为时间离散的信号,（2）取样定理（奈奎斯特取样定理） l对于上限频率为 的限带信号，如果取样脉冲频率 ，则原信号将被取样得到的离散信号完全地确定 l这样的离散信号经过截止频率为 的理想低通滤波器后，能完全地恢复原信号。取样脉冲频率 通常称为奈奎斯特频率 l取样定理是数字通信原理中十分重要的定理之一，是模拟信号数字化、时分多路复用、信号分析处理等技术的理论基础之一,正弦波信号抽样的例子,定理的正确性说明,

3、l理想抽样方框图，数学关系式，各点波形,考察低通信号 ，频谱在0 范围，抽样函数为周期性冲激函数：,抽样后输出信号为 ，见图示： （时域表示式） （ 其它时刻均为0）,l频谱关系,H,（3）保持 l 模拟信号被抽样后，得到一系列脉冲幅度调制信号。要完成信号的数字化，还必须进行量化、编码，这需要一定的时间。在该时间内，要求PAM样值的幅度保持不变，而宽度所占的时间足以满足编码过程。 l 保持指将脉冲宽度展宽，目的是为了编码。 l 在通常的电路中，抽样和保持多连在一起，称抽样保持，开关电路实现抽样，储能元件实现保持。抽样保持电路的方式有电压抽样保持、电流抽样保持、电压电流结合的高速抽样保持等，在一

4、般的高速高精度抽样中多采用电压抽样保持方式。,问 题,1、简述脉码调制的基本过程2、何谓限带抽样定理？3、简述信源编码的任务,（二）量化,l 取样后的PAM信号幅度是连续变化的，不能进行编码。必须进行幅度的离散化处理，即量化，才能实现模拟信号的数字化 l 将幅度连续变化的信号用有限个电平表示的过程称为量化，即把抽样后的PAM信号在幅度上进行离散化的过程 l 量化的方法就是将样值的最大变化范围划分为若干个相邻的段落，当样值落在某一间隔内，其输出数值就用此间隔内的某一固定值来表示l 根据量化过程中量化器的输入和输出的关系，或根据量化的间隔相等与否，可以分为均匀量化和非均匀量化两种方式,l 无论量化

5、间隔多么小，量化总是存在误差的，其影响等效于噪声，亦称为量化噪声 l 虽然量化间隔小、量化级数多可以减少量化误差，但同时增加了数码率，提高了编码设备的复杂程度，且需要较宽的传输信道 例如：语音信号的抽样速率为8kHz，每个样值8位编码，量化共有256个间隔，每路语音PCM编码后的数码率为8*8=64 kbit/s，每个样值10位编码的数码率为80kbit/s l 如何能提高量化信噪比，又不至于提高数码率呢？ l 采用压缩的量化特性进行量化是改善小信号信噪比而又不致占用更宽频带的一种有效方法,1、均匀量化,l 将输入信号在取值范围内按等距离分割的量化称为均匀量化 l 量化器输出uk(t)与输入u

6、(t)间的量化特性是一均匀的阶梯关系（1）将信号幅度的动态范围（-ukmukm ）等分为N个量化级，即：=2ukm/N（ ukm为过载点电压） N个量化级反映了抽样幅度值的变化，量化后，每一个抽样值被N个量化级对应的离散值取代，对应的电平称为量化电平（2）量化误差：e(t)=uk(t)-u(t)（3）过载区和非过载区,（4）均匀量化的噪声功率 实际分析中，使用均方根值表示量化噪声功率 设未过载量化范围（-ukmukm ）等分为N个量化级，编为nbit，则=2ukm/N= 2ukm/2n，因此 说明：均匀量化噪声功率与量化级数、编码比特数、输入信号最大幅度有关,（5）均匀量化的信噪比 分为双极性

7、信号和单极性信号两种情况讨论 a)双极性信号的信噪比 在测量时往往使用正弦信号判断信噪比，如果正弦信号的峰值幅度为过载幅度ukm，即信号幅度的有效值为 ，信号最大功率为 ，则信噪比为,b)单极性信号的信噪比 对单极性信号，常用信号的峰峰值与量化误差的均方根值之比表示量化信噪比 c)讨论取样信号量化后的信噪比与量化比特数n成正比随输入信号幅度的下降，信噪比将严重恶化；或输入小信号时，信噪比严重恶化，恢复小信号困难对于正弦信号，当 时，有最大的信噪比，实用中常常用来确定n的取值,l 均匀量化的问题：量化信噪比随信号电平的减少而下降，因为量化间隔 为固定值，量化噪声功率 的大小与信号无关，当小信号时

8、，量化信噪比明显下降 对于语音信号来说，小信号的出现概率大于大信号的出现概率，这就使平均信噪比下降 解决的办法可以利用非均匀量化，在信号幅度小时，量化间隔划分得小；信号幅度大时，量化间隔划分得大，以提高小信号的信噪比，适当减小大信号的信噪比，使平均信噪比提高，获得较好的小信号接收效果 l 均匀量化器常用于遥控遥测、仪表等方面,问题六,1、什么是量化？量化有哪些方式？什么是均匀量化？2、 从 式中，你能体会到什么？3、简述 的物理意义。,l 不均等地划分量化级 （1）基本思想：在均匀量化之前，放大小信号，压缩大信号，克服了均匀量化的缺点。非均匀量化是依据信号的不同区间来确定量化间隔，即信号小的区

9、间量化间隔小，信号大的区间选取的量化间隔大（2）模拟非均匀量化器的工作原理： 输入信号在所选择的电平范围先经过一个具有非线性特性的压缩器变换，经压缩后的信号再进行均匀量化与编码；在接收端译码输出的量化值，经过与压缩器具有相反非线性特性的扩张器，还原出未经压缩扩张的PAM信号，再经低通滤波器重建原始信号,2、非均匀量化,l 所谓压缩，就是用一个非线性变换电路将输入x变换成另一变量y，即 y=f（x） 非均匀量化实际上变成对压缩后的变量y进行均匀量化。接收端只要采用一个传输特性为 x=f-1（y）的扩张器来恢复x即可l 通常使用的压缩器，一般是对数式压缩，即y = ln x。广泛采用的两种对数压缩

10、律是u压缩律和A压缩律l 非均匀量化器用于波形编码器、语声的矢量编码器、声码器等方面,3、压缩率,非均匀量化的原理引出了很多压扩方法，目前常用的是A律（以A为参量）和u律（以u为参量） 13折线A律主要用于英、法、德等欧洲各国的PCM 30/32路基群中，我国的PCM 30/32路基群也采用A律13折线压缩律 15折线律主要用于美国、加拿大和日本等国的PCM-24路基群中 CCITT建议G.711规定上述两种折线近似压缩律为国际标准，且在国际间数字系统相互联接时，要以A律为标准。因此重点介绍13折线A律压缩特性,l u压缩律 （1）所谓u压缩律就是压缩器的压缩特性为： 式中，y归一化的压缩器输

11、出电压，x归一化的压缩器输入电压，u压扩参数，表示压缩程度,（2） u压缩律的斜率 对小信号： 则,对大信号： 则,说明，当u取值较大时，小信号斜率大，大信号斜率小，改善了小信号的量化信噪比,u律压缩特性曲线示意图,l A律压缩律曲线： （1）所谓A压缩律就是压缩器的压缩特性为： 式中，y归一化的压缩器输出电压，x归一化的压缩器输入电压，A压扩参数，表示压缩程度 讨论：（1）A=1时，y=x，为均匀量化。 （2）A值由压缩量、编码位数等确定。,（2） A压缩律的斜率 对小信号，即 有,对大信号，即 有,说明，小信号斜率大，大信号斜率小，改善了小信号的量化信噪比,A律压缩特性曲线示意图,A律压缩

12、与u律压缩非常类似，现比较如图：通常，A律压缩取A=87.6，u律压缩取u=255,l 对数压缩特性的折线近似实现 早期的A律和u律压缩特性是用非线性模拟电路实现的（二极管的非线性特性），稳定性和一致性很差，且不利于用数字技术实现 后来采用折线代替匀滑曲线，可用数字技术实现，又实现了大规模集成化，质量及可靠性得到了保证 采用折线法逼近A律和u律已形成国际标准： （1）A律采用13折线近似 （2）u律采用15折线近似,画出正向部分8段，负向还有8段，由于正负1、2段的斜率相同，合成一段，故得到13段折线近似法,画出正向部分8段，负向还有8段，由于正负1段的斜率相同，合成一段，故得到15段折线近似

13、法,（三）编码,1、编码的码字和码型 l 二进制码可以经受较高的噪声电平的干扰，并易于再生，因此PCM中一般采用二进制码l 每个量化级用若干位比特的二进制码组表示，该二进制码组称为码字l 编码位数n与量化级数N的关系：N=2n,l 编码中码位数确定的考虑因素（1）通信质量 nNNqS/Nq通信质量（2）信道利用率 n数码率（nfs）占用带宽传输容量信道利用率l 码型指的是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码(又称格雷码),2、A律13折线编码方法,返回,l A律13

14、折线图形说明（1） 13折线A律是从不均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近A律对数压扩特性的（2）归一化处理，对应输入输出的最大范围（-1+1）（3）将输入正向取值区间（0 +1 ）不均匀分成8段，原则是：前一段的起始电平是后一段的1/2，则这8段长度由小到大依次为1/128，1/128， 1/64，1/32，1/16，1/8， 1/4和1/2，其中第一、第二两段长度相等，都是1/128（4）将得到的8段之中每一段都要再均匀地分成16等份，每一等份就是一个量化级,（5）由（2）（3）知，在每一段内，这些等份之间(即16个量化级之间)长度是相等的；但是，在不同的段内，这些量化级又是不相等的。

15、因此， 输入信号的取值范围0至1总共被划分为168=128个不均匀的量化级（6）可见，用这种分段方法就可对输入信号形成一种不均匀量化分级，它对小信号分得细，最小量化级(第一、二段的量化级)为(1/128)(1/16)=1/2048，对大信号的量化级分得粗，最大量化级为1/(216)=1/32（7）为提供一个统一的量度量化台阶（用表示），选择最小的量化台阶为基本量化单位，即可以计算出输入信号的取值范围0至1总共被划分为2 04,（8）将输出正向取值区间（0 +1 ）均匀分成8段，每段在均匀分为16等份，每一等份就是一个量化级。于是y轴的区间(0，1)就被分为128个均匀量化级， 每个量化级均为1

16、/128。 （9）将x轴的8段和y轴的8段各相应段的交点连接起来，于是就得到由8段直线组成的折线。由于y轴是均匀分为8段的，每段长度为1/8，而x轴是不均匀分成8段的，每段长度不同，因此，可分别求出8段直线线段的斜率,返回,问 题,1、简述非均匀量化的基本原理/思想。2、何谓码字？PCM选用的码型是什么？,l 码位安排（1）极性码A1：信号样值正负，1位。（2）段落码A2A3A4：信号样值所属段落，3位。（3）段内码A5A6A7A8：不同段落的均匀量化级，4位。（表示对各码段再进行16等分，且以第1段的16等分中的一段作为一个）极性码段落码段内码 A1 A2A3A4 A5A6A7A8,段落电平

17、关系表,段内码,A律13折线幅度码与其对应电平,0,返回,l 编码方法,方法一,方法二,l 解码（1）解码：根据A87.6/13折线压扩律将输入并行PCM码进行数-模变换还原为PAM信号（2）解码原理 l 与编码部分介绍的PCM码求抽样值方法相同 l 实际中应加1/2i以补偿修正（使量化误差小于1/2i）,例：将接收到的317对应的11010011进行译码。解：由题知：A1=1，说明信号为正。段落码为101，说明为第6段信号，查表知其起点电平为256。1）不加1/2i补偿有：Is=256+32+16=304量化误差为：317-304=132）加1/2i补偿有：Is=256+32+16+1/21

18、6=312（i=a8）量化误差为：317-312=58=1/2i,二、预测编码,1、预测编码的基本原理 l 通过选择合适的编码方法，用较小的信号功率、频带宽度和持续时间进行信息的传输，能有效提高数字信号传输的有效性,l 提高数字信号有效性的问题可归结为如何降低数码率或压缩频带的问题,l 提高消息传输效率的根本途径是设法压缩消息的多余度 eg:“家里有急事，请你尽快回家”，“急事，快回家”,l 为提高消息的传输效率，必须减少信息之间的相关性，主要的方法之一是预测编码,l 预测编码根据上一时刻的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值与当前的实际样值之差（预测误差）加以量化、编码后进行传输的方式 l

19、预测编码利用信号的相关性，根据当前和过去的信号值来预测未来的信号值的方法 l 显然，预测误差信号与原信号相比，功率减少，幅度范围减少，但原信号所包含的信息仍保持完整 l 解调时，在量化误差相同条件下，传输预测误差所需的量化比特数将比PCM少，有效去除了多余的信息，达到了压缩频带、提高效率的目的,2、增量调制,l 增量调制是继PCM后出现的又一种语音信号的编码方法，是对当前样值与前面样值的差值进行编码的通信方式 l 增量调制的优点 编解码简单、抗误码性能好、在比特率较低时有较高的信噪比。在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用l 增量调制原理 尽管一位二进制码只能表示两种状态，不能

20、表示抽样值的大小，但是用一位码可以表示相邻抽样值的相对大小，可以表征模拟信号的变化趋势,（1）简单增量调制（只编一位码的增量调制（M） l 在PCM系统中，模拟信号的抽样值被量化为N=2n个电平之一，然后编为n位二进制代码，代码直接由抽样值的大小确定，这是模拟信号数字化的主要方式之一。但PCM系统编译码器比较复杂，收发要严格同步，为此研究出了各种改进的形式 l M是其中一种最主要的改进形式。M最主要的特点是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别（增加还是减少），而不是代表抽样值本身的大小，因此称为增量调制 M将模拟信号变换成仅仅由一位二进制码组成的数字信号序列，接收端仅需要用一个

21、线性网络还原原模拟信号，设备简单,l 基本思想 把刚过去的一个信号样值作为预测值，反映相邻两个样值的差或增量。增量为正，编码“1”；增量为负，编码“0” 在接收端解码时，收到“1”码时，在前一个样值的基础上增加一个固定的台阶；反之，减少一个固定的台阶,增量调制例题,l 简单增量调制的缺点 由于量化台阶是固定的，必须减少量化噪声 方法是减小量化台阶，当信号快速变化时，此时会使接收端恢复的阶梯波跟不上信号的变化速度而产生过载失真 过载失真：当信号变化太快时，预测信号跟踪不上输入信号，从而引起解调信号的严重失真，又称斜率过载 过载特性差，动态范围窄是简单增量调制的严重缺点，实际应用中必须进行改进才能

22、使用,（2）总和增量调制（-M）,l 总和增量调制能一定程度上解决简单增量调制的缺点,l 不发生过载失真的条件为 即只要信号的最大斜率满足上式要求，就不会发生过载失真的情况,l 过载失真或简单增量调制问题的根本原因在于信号的变化速度与信号频率成正比,l 设编码器的输入电压为 ，则该信号最大斜率为 可见，信号幅度变化的最大速率与信号峰值、最高频率成正比,只要Afs就不会发生过载现象，所以临界过载输入电压Amax为：,最大信号幅度与频率成反比（当信号斜率一定时，输入信号频率越高，允许的幅度越小） 增量调制的过载具有频率特性（如模拟信号是均匀频谱，则高频段将容易出现过载）,l 解决过载失真的方法就是

23、降低输入信号的高频分量,l 总和增量调制 对输入信号先进行预处理，即加一个积分器（完成输入信号高频分量按每倍频程6dB下降），然后再加到简单增量调制器的输入端，从而构成总和增量调制 在接收端，进行与预处理相反的过程，即增加一个与预处理积分 特性相反的微分，完成原输入信号的恢复,（3）自适应增量调制（ADM） l 在简单增量调制和总和增量调制中，量化台阶是固定的，所以量化噪声也是固定的 量化台阶小，产生过载噪声；量化台阶大，产生量化噪声 l 为兼顾过载噪声和量化噪声，采用自适应增量调制。 基本思想：量化台阶能自适应的随输入信号的统计特性而变化，大信号时，量化台阶大；小信号时，量化台阶小 基本方法

24、：检测输入信号的斜率变化，自动改变预测信号和量化台阶，使预测信号总能跟踪上输入信号的变化,自适应阶距控制器按信号变化速率调整阶距的控制电路。它按输入信号变化的快慢输出相应的控制信号，控制积分器输出阶梯波的大小（或称数字检测电路）,l PCM编码对模拟信号的每个样值的编码独立进行，与其他样值无关l 对多数信号而言，取样值之间都有一定关联，在两次取样之间，信号波形不会有太大的变化，即样值之间具有一定的相关性，这种相关性使得PCM编码产生多余度l DPCM能有效减小这种多余度 l DPCM利用信号前后的相关性，根据过去信号的样值预测后面信号的样值，然后将预测值与现有样值之差进行编码,3、差值脉码调制

25、(DPCM),l 定义：将信号差值量化成多电平传输，编成n位二进码进行传输 l M及其改进型均为一位比编码，对语音信号的传输具有较好效果，但是如果要求更高的通信质量，如电视信号，就不适用l 结合M和PCM，即对M量化后的差值进行多位编码的方式称为DPCMl DPCM系统的误差来源于发送端的量化器，而与接收端无关l DPCM系统不会产生量化误差积累,4、自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）,l 基本原理：用自适应量化取代固定量化，量化阶随输入信号变化而变化，使量化误差减小，即：使预测器的形式及其参数能够随信号的统计规律而自动调整 l 实现：DPCM系统+阶距自适应系统+预测自适应系统 l 阶距自

26、适应系统：量化阶距随输入信号的方差变化而变化 l 预测自适应系统：利用数字信号处理技术，用线性预测方法使输入信号的预测值能更好的匹配信号的变化，或者使预测器的形式及其参数随信号的统计规律而自动调整,问 题,1、何谓预测编码？预测编码的优点是什么？2、简单增量调制、总和增量调制、自适应增量调制的区别是什么？3、何谓差值脉冲编码调制？它和增量调制的区别是什么？,学习进程,时分复用/复接技术,第二节 时分多路复用,一、时分多路复用的基本原理 l 各路信号轮流在不同的时隙传输，每一路占用的频带相同，实现多路信号在同一信道上传输，称为时分多路复用l 原理：建立在抽样定理基础上，抽样定理使连续的模拟信号被

27、在时间上离散的抽样脉冲取代；当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这些空隙可以传输其它信号的抽样值，从而实现一条信道传输若干路信号,3 路时分复用波形(a) 第 1 路； (b) 第 2 路； (c) 第 3 路； (d) 3路合成的波形,l 优点：充分利用设备，提高了通信系统的传输能力，降低了每一路信号的费用l 每路信号脉冲重复出现的周期称为帧，包含了每路信号的一个样值脉冲,l N路的时间复用信号的时间分配关系，见图示。时隙1分配给第1路，时隙N分配给第N路，N个时隙称为1帧l 每1帧的时间必须符合抽样定理的要求。通常由于单路话音信号的抽样频率规定为8000HZ，故一

28、帧时间为125us,TDMPCM方框图,二、 PCM 30/32路通信系统介绍,l 为适应各种传输条件和不同介质的传输，根据时分多路复用的原理和各种传输媒介的 特点，数字通信中常将多路信源信码组合成不同数码率的群路信号 l CCITT（International Telephone and Telegraph Consultative Committee）国际电报电话咨询委员会推荐了两类群路数码率系列和数字复接等级，并建议以24路或30/32路为基础群（基群或一次群） l 基群可独立使用，也可组成更多路数的高次群和市话电缆、数字微波、光缆等传输线路联接 l 30/32路PCM系统中依次传送32

29、路消息的码字，每帧划分为32个时隙（TS），每个时隙宽度为3.9微妙，每一路的码组均只在一帧中占用一个时隙，如果每一路均采用字长为8的码组，每位码元的宽度不大于0.49微妙,（1）基本特性话路数目： 30。抽样频率： 8 kHz。 压扩特性： A=87.6/13折线压扩律，编码位数k=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： 8328 000=2 048 kb/s,（2）帧与复帧结构,TS16,TS0,信令习题,时隙分配,在PCM 30/32路的制式中，抽样周期为1/8000=125s，它被称为一个帧周期，即125 s为一帧 一帧内要时分复用32路，每路占

30、用的时隙为125/32=3.9s，称为一个时隙。因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS0、TS1、 TS31。 时隙的使用分配为 TS1TS15, TS17TS31为30个话路时隙 TS0为帧同步码，监视码时隙 TS16为信令(振铃、占线、摘机等各种标志信号)时隙,第1比特为极性码 第24比特为段落码 第58比特为段内码,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 s/8=488 ns，称为一比特，编号为18，安排如下：,TS0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标志的帧同步码组或监视码组（ TS0 ） 帧同步码组为“0011011”， 占用偶

31、帧TS0的第28码位。第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。 奇帧比特分配为第3位为帧失步告警用，以A1表示，同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇帧TS0的第28码位出现假同步码组，第2位码规定为监视码， 固定为“1”， 第48位码为国内通信用，目前暂定为“1”,奇帧：11A111111（A1-帧失步告警码，为0或1）,偶帧：1（国际通信）0011011,TS16时隙的比特分配,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500 Hz，复帧中各子帧的TS16分配为 F0帧 14码位传送复

32、帧同步信号“0000” 第6码位传送复帧失步对局告警信号A2，同步为“0”，失 步为“1” 5、7、8码位传送“1”码 F1F15各帧的TS16 前4比特传115话路信令信号，后4比特传1630话路的信令信号,时分复用小结,1、时分复用的原理及其定义、优点2、时分复用的应用及其分析PCM30/32路系统、复接技术3、PCM30/32路系统要掌握的内容包括：基本特性、时隙分配、话路比特安排、 TS0时隙比特分配、 TS16时隙的比特分配,例 题,1、PCM30/32路系统中第23话路信令码的传输时隙位置是( ) A.F7帧TS16的前4位码 B.F7帧TS16的后4位码 C.F8帧TS16的前4

33、位码 D.F8帧TS16的后4位码2、PCM30/32路系统的复帧同步码型是( ) A.0011011 B.1110010 C.0000 D.10103、若PCM30/32路系统的编码位数为7，则1帧中含有的比特数为( ) A.256 B.512 C.128 D.224,例 题,4、PCM一次群一个复帧的时间是( ) A.250s B.500s C.1000s D.2000s 5、PCM30/32路系统的帧同步码型是_。 6、在PCM 30/32路的制式中，帧长度是多少？每路信号占用的时隙是多少？每个码元宽度是多少？,PCM30/32路设备方框图,单路编译码片构成的PCM30/32路方框图,F

34、DMA and TDMA 原理,FDMA,frequency,time,TDMA,frequency,time,4 users,Example:,思考题,已知32路时分复用PCM数字电话系统，每个话路取样速率是8000HZ，每个样值编成8位二进制代码。 试求： 路时隙 ； 输出码流速率 ； 信道的最小传输带宽 Bmin ； 平均每路电占用的带宽 。,解： s 平均每路电话占用带宽： 1024KHZ32 = 32KHZ * FDM的载波电话系统中，4KHZ/每路（8倍）,s,实际语音信号传输方法,话路 复合成标准数据流（基群） 采用同步、准同步数字复接技术 汇合成高速数据信号标准。,第三节 数字

35、复接技术,l 数字复接设备类似载波机，目的都是扩大通信容量，但后者按频率分隔信号的原理实现多路通信，前者按时间分隔的复用方式实现多路通信l 定义：将两个或两个以上的低速（它们的速率可以不等）数字流合并成单一的较高速率数字流的处理技术称为数字信号的复接技术，简称数字复接技术，实现这种处理技术的设备就是数字复接设备,l 意义： 数字复接（复用）技术研究如何将多路数字信号复用成更高速率的单一数字流的专门技术，是提高线路利用率的有效方法，也是实现现代数字通信建设高效数字通信网的基础 数字通信中，为了扩大传输容量和提高传输效率，常将若干各低速数字信号合并成一个高速数字信号，以便在高速信道中传输 数字通信

36、中，数字复接技术、信源编码、数字信号传输、数字信号交换等技术具有同等重要的作用,PCM复用,l 基群编码方法l 对各路话音信号直接编码的方法称为PCM复用（或称基群编码复用）l 特点能扩大数字通信系统的容量要求编码速度非常快，对电路及元器件精度要求很高，实现困难,例 子,【答案】将120路话音信号分别用8kHz抽样频率抽样，然后对每个 抽样值编8位码，其数码率为80008120=7680kbit/s。每个路 时隙的时间只有1微秒左右，每个抽样值编8位码的时间 ，其编码速度非 常 ，对编码电路及元器件的速度和精度要求很高，实现起来非常困难。,【问题】传送120路电话，如何实现？,问题如何解决？,

37、对于一定路数的信号（比如电话）， 直接采用时分复用是可行的但对于大路数的信号而言，时分复用在理论上是可行的， 而实际上难以实现如何实现大路数信号的多路复用呢？或者说， 如何利用分时传输提高通信系统的通信容量或线路利用率？数字复接是解决这一问题的“良方” 它是提高线路利用率的一种有效方法， 也是实现现代数字通信网的基础,一、数字复接,数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个高速率数字流的过程、方法或技术。 数字复用采用数字复接（合成）的方法实现，故称数字复接l 特点（1）能扩大数字通信系统的容量（2）总的数码率提高了，但每一路话音的抽样值编码速度没有提高，实现容易,应用例子,对30路电话进

38、行PCM复用（采用8位编码）后， 通信系统的信息传输速率为80008322048 kb/s， 即形成速率2048 kb/s的数字流（比特流）。 现在要对 120 路电话进行时分复用， 即把4个这样的2048 kb/s的数字流合成为一个高速数字流， 就采用数字复接技术完成,PCM复用,64kbps,基群,数字复接,数字复接,数字复接,数字复接,二次群,二次群,三次群,三次群,四次群,1、数字复接系统方框图组成,数字复接系统主要由复接器和分接器组成,数字复接器,l 将两个或两个以上的低次群按时分复用方式合并成一个单一的高次群数字信号的设备，由定时、码速调整和复接单元组成l 定时单元提供一个统一的基

39、准时钟l 码速调整单元把速率不同的各支路信息调整成与复接设备定时信号完全同步的数字信号，以便由复接单元把各支路信号复接成一个数字流 l 复接时，需要插入帧同步信号，以便接收端正确接收各支路信号,数字分接器,l 把已经合成的高次群数字信号分解成原来的低次群数字信号，由同步、定时和码速恢复等单元组成l 分接器的定时单元在接收信号中提取时钟，并分送给各个支路进行分接用 l 复接后的高次群数码率并不等于对应低次群数码率的整数倍，因为在复接过程中，需要加入帧同步码、对端告警码等,数字信号的复接与分接示意图,2、CCITT推荐的数码率序列,T系列,E系列,根据不同传输介质的传输能力和已有电路情况，在数字通

40、信中将数码率划分成不同等级，其计量基本单元为PCM信号比特率64kb/s,96,4次和4次以下的高次群，都是采用准同步复接方式，称为准同步数字序列（PDH）。4次以上的高次群，CCITT又制定了同步数字序列（SDH），以适应宽带综合业务数字网（B-ISDN）的传输需求。SDH的第一级比特率（STM-1）：155.52Mb/s，4个STM-1复接得到STM-4，比特率：622.08Mb/s,采用2Mb/s基群数字速率系列和复接等级具有如下一些好处： (1)复接性能好，对传输数字信号结构没有任何限制，即比特独立性较好； (2)信令通道容量大； (3)同步电路搜捕性能较好（同步码集中插入）； (4)

41、复接方式灵活，可采用N（N+1）和N（N+2）两种方式复接； (5)2Mb/s系列的帧结构与数字交换用的帧结构是统一的，便于向数字交换统一化方向发展。,3、数字信号的复接方式,l 主要有逐位复接、按字复接、按帧复接三种方法。我国采用的复接方式为逐位复接方式，但同步数字序列SDH等复用传输交换中以一个字节为单位进行复接 （1）逐位复接 又称按比特复接，即复接时，每次每支路依次复接一个比特。按位复接方法简单易行，设备简单，存储器容量小；缺点是不利信号交换 （2）按字复接 复接时，每次每支路依次复接一个字。对基群而言，一个码字为8位，先将8位码存储起来，在规定时间一次复接，每个支路轮流复接。利于数字

42、交换，但要求存储器容量大。（3）按帧复接 复接时，每次每支路依次复接一个帧。优点是复接时不破坏原有的帧结构，有利交换，但要求更大的存储容量，目前很少采用,问题,1、什么是数字复接技术？2、PCM复用与数字复接有何区别？为何普遍采用数字复接？3、数字复接有哪几种复接方式？我国采用的复接方式是什么？,二、 数字复接中的码速变换,l 由于几个低次群直接复接后数码会产生重叠和错位，这样直接复接合成后的数字信号流在接收端无法分接恢复成原来的低次群信号,l 数码率不同的低次群信号是不能直接复接的，要完成复接，在复接前必须进行码速调整（即对各输入支路数字信号进行频率和相位的调整），使各低次群的数码率同步并与

43、复接器的定时信号同步，同时使复接后的数码率符合高次群帧结构要求,复接条件,复接条件：被复接的各支路数字信号彼此之间必须同步并与复接器的同步信号同步 这种同步指系统与系统间的同步，称为系统同步。根据复接条件可以将复接分为三类，即同步复接、异源（准同步）复接、异步复接,l 码速调整分为正码速调整、负码速调整、正零负码速调整三种方法，主流是正码速调整 l 正码速调整：把被复接的低次群码速调高，使其与复接器定时信号要求的速率相同 l 举例 二次群的速率为8448kb/s，则基群经码速调整后的速率应该为2112 kb/s，而基群速率为2048 kb/s。 因此必须在基群码流中插入调整频率用的脉冲，显然插

44、入脉冲的个数总大于零，即插入脉冲个数总为正数，故称为正码速调整,三、 复接分类,l 根据复接条件可以将复接分为三类，即同步复接、异源（准同步）复接、异步复接 ，我国采用异源复接方法。（1）同步复接 被复接的各输入支路相互之间，以及同复接器之间都是同步的，此时复接器可直接将低速支路数字信号复接成高速的数字信号。它使用一高稳定的主时钟控制被复接的各个低次群，使各个低次群的码速统一在主时钟频率上，从而达到系统同步。缺点是主时钟出现故障，相关的通信系统就全部中断 有时只需进行相位调整或根本不需进行任何调整便可复接,（2）异源（准同步）复接 被复接的各输入支路相互之间不同步并与复接器的定时信号也不同步；

45、但是各输入支路的标称速率相同，也与复接器要求的标称速率相同（标称速率：速率的变化范围在规定的容差范围内）。但不满足复接条件，复接之前需要进行码速调整（3）异步复接 被复接的各输入支路之间、与复接器的定时信号之间均是异步的，其频率变化范围不在允许的变化范围之内。各低次群使用各自的时钟，这样各低次群的时钟频率就不一定相同，复接时必须先进行码速调整，使各低次群同步,（4）复接系统的相位抖动 l 表示数字信号的各有效瞬间相对于其理想位置的瞬时偏离 l 原因：码速调整 l 解决方法：锁相环 l 扣除帧同步码、塞入标志码引入的抖动 l 扣除塞入脉冲引起的相位抖动（基本抖动） l 脉冲塞入等候时间引入的抖动

46、 （等候抖动，复接设备输出抖动的主要成分）,问题,数字复接的条件是什么？根据复接条件，数字复接分为哪几类？我国采用的是哪种？,时分复用/复接技术,第四节 信道编码,l 在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和信道编码 l 信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码 l 信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码,纠错检错编码的引入,数字通信中必然存在干扰、噪声和码间串扰，要实现可靠传输必须对它们进行控制，手段主要是： l 乘性噪声引起的码间串扰通过均衡的方法加以消除 l 加性噪声引起的干扰、噪声可以加大发射功率，降低接收设备本身的噪声，以

47、及合理选择调制、解调方法 l 上述两种方法还不足以解决问题时，可以使用差错控制编码作为辅助控制手段 。 采用不同的编码方法和形式，检错的能力不同，由于差错控制编码的基本思想是在被传输的信息中附加一些监督位而实现的，因此检错和纠错能力是用信息量的冗余度来换取的,一、信道编码的基本原理,l 由于数字信号在传输过程中会受到干扰的影响，使信号码元波形发生变化，故传输到接收端后可能发生错误的判决，从而增加了数字信号传输的误比特率l 为了降低由于信道而产生的误比特率，可以采用根据一定的规律在待发的信息码流中加入一些附加码元（监督码元）而进行编码，从而可以有效地达到降低信息传输误比特率的目的l 从数字通信系

48、统性能指标上看，差错控制编码可以提高数字通信系统的可靠性l 差错控制编码的基本思路是将原信息码流作某种变换，使得原来彼此独立、相关性小的信息码元产生某种相关性，从而在接收端利用这一相关性来检错甚至进而纠正信息码元在信道中传输而造成的差错,二、差错控制方式,前向纠错方式,前向纠错方式记作FEC(Forword ErrorCorrection)。发端发送能够纠正错误的码，收端收到信码后自动地纠正传输中的错误。其特点是单向传输，实时性好，但译码设备较复杂,检错重发方式,检错重发又称自动请求重传方式，记作ARQ(Automatic Repeat Request)。 由发端送出能够发现错误的码，由收端判

49、决传输中有无错误产生，如果发现错误，则通过反向信道把这一判决结果反馈给发端，然后，发端把收端认为错误的信息再次重发，从而达到正确传输的目的。其特点是需要反馈信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有效， 但实时性差，主要在计算机数据通信中得到应用,混合纠错方式,混合纠错方式记作HEC(Hybrid ErrorCorrection)是FEC和ARQ方式的结合。发端发送具有自动纠错同时又具有检错能力的码。收端收到码后，检查差错情况，如果错误在码的纠错能力范围以内，则自动纠错，如果超过了码的纠错能力， 但能检测出来，则经过反馈信道请求发端重发。这种方式具有自动纠错和检错重发的优点，可达到较低

50、的误码率，因此， 近年来得到广泛应用,三、信道编码的几个重要概念,分组码码重、码距、最小码距最小码距和检错、纠错能力的关系编码效率,分组码,l 将码组分段：分成信息位段和监督位段，称为分组码，记为（n, k） n 编码组的总位数，简称码长（码组的长度） k 每组二进制信息码元数目，（信息位段） n-k=r 监督码元数目，（监督位段） l 分组码是对每段k位长的信息组以一定的规则增加r个监督元， 组成长为n的码字。在二进制情况下，共有2k个不同的信息组，相应地可得到2k个不同的码字，称为许用码组。其余 2n-2k个码字未被选用，称为禁用码组,k,r,n,码重、码距、最小码距,l 在分组码中，非零