《现代通信技术基础》第2章.ppt

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1、Introduction to Modern Communication Technology,第二版,第2章 通信网基础技术,本章学习目标,理解数字通信系统的基本概念。理解信源编码中的信号处理过程。了解信道编码中多路复用、复接与同步等技术应用。了解数字信号传输的主要内容。了解数字调制技术基本类型及应用。了解差错控制编码技术应用。,内容简介,2.1 概 述 2.2 信源编码 2.3 信道复用 2.4 数字信号的基带传输 2.5 调制技术 2.6 差错控制技术,放映结束,内容简介,2.1 概 述 2.1.1 通信系统研究的主要问题 2.1.2 数字通信系统的基本概念,返回主目录,内容简介,2.2

2、 信源编码 2.2.1 模拟信号的数字化处理 2.2.2 语音编码技术 2.2.3 图像编码技术,返回主目录,内容简介,2.3 信道复用 2.3.1 信道复用概述 2.3.2 多路复用技术2.3.3 同步技术2.3.4 数字复接技术2.3.5 同步数字系列（SDH）,返回主目录,内容简介,2.4 数字信号的基带传输 2.4.1 数字信号传输的基本概念2.4.2 再生中继与均衡技术2.4.3 数字传输的常用码型,返回主目录,内容简介,2.5 调制技术2.5.1 调制的基本概念 2.5.2 模拟调制技术2.5.3 基本数字调制技术2.5.4 现代数字调制技术,返回主目录,内容简介,2.6 差错控制

3、技术 2.6.1 差错控制的概念2.6.2 差错控制编码,返回主目录,2.1 概 述,通信系统是构成各种通信网的基础。数字通信已成为现代通信技术的主流。数字通信系统中融合了计算机软硬件技术，是构成现代通信网的基础。按照信道传送信号的不同，通信可以分为模拟通信和数字通信。,返回,2.1.1 通信系统研究的主要问题,模拟通信系统研究的主要问题：收发两端的变换过程以及基带信号的特性。调制与解调原理。信道与噪声的特性及其对信号传输的影响。噪声存在条件下的系统性能。,通信系统研究的主要问题,数字通信系统研究的主要问题：收发信端的变换过程、模拟信号数字化以及数字基带信号的 特性。数字调制与解调原理。信道与

4、噪声的特性及其对信号传输的影响。抗干扰编码与解码，即差错控制编码问题。保密通信问题。同步问题。,返回,数字通信系统的基本概念,数字通信的特点：传输质量高、抗噪声性能强抗干扰能力强保密性好易于与现代技术相结合数字信号可压缩设备体积小、重量轻,数字通信系统的基本概念,数字通信系统模型如图2-1所示。信源：把消息转换成电信号的设备。信源编码：基本部分是压缩编码，用以减小数字信号的冗余度，提高数字信号的有效性；部分系统还包含加密功能，即在压缩后再进行保密编码。,数字通信系统的基本概念,信道编码：在经过信源编码的信号中增加一些多余的字符，以求自动发现或纠正传输中发生的错误，其目的是提高信号传输的可靠性。

5、调制：目的是使经过编码的信号特性与信道的特性相适应，使信号经过调制后能顺利通过信道传输。多路复用：多路信号重复使用一条信道。,数字通信系统的基本概念,信道与噪声：按信道的传输频带区分，各种信道可归入基带信道和带通信道两类。数字信号经过信道传输时，信道的传输特性以及进入信道的外部加性噪声都将对数字信号加以影响。同步：数字通信系统中发送端和接收端之间需有共同的时间标准，使接收端获知所收数字信号中每个符号（码元）的准确起止时刻，从而同步地进行接收。,返回,2.2 信源编码,信源编码：针对信源发送信息所进行的压缩编码。信源编码处理的前提：模拟信号的数字化。压缩编码技术：为提高传输效率，在保证一定信号质

6、量的前提下，尽可能地去除或降低信号中冗余信息，以减小传输所用带宽。,返回,模拟信号的数字化处理,对时间连续和取值连续的原始语音和图像等模拟信号，若以数字方式进行传输，在发送端应先进行模数（AD）变换，将原始信号转换为时间离散和取值离散的数字信号,模拟信号的数字化处理,模拟信号数字化过程：抽样：用时间间隔确定的信号样值序列来代替原在时间上连续的信号，在时间上将模拟信号离散化。量化：用有限个幅度值来近似原连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量且有一定间隔的散值。编码：按一定规律，把量化后的信号编码形成一个二进制数字码组输出。,模拟信号的数字化处理,1.抽样 抽样过程：将时间和幅度上都是

7、连续的模拟信号在时间上离散化。抽样目的：实现信号的时分多路复用。如图2-2所示。,模拟信号的数字化处理,2.量化量化过程：抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍是连续的，还需进行离散化处理（即对幅值进行化零取整的处理），才能最终用数字来表示。量化方法：把样值的最大变化范围划分成若干个相邻的间隔。当某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。,模拟信号的数字化处理,（1）均匀量化 采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化。实际信号可看成量化输出信号与量化误差之和，量化失真率与最小量化间隔的平方成正比。量化失真在信号中的表现类似于噪声，也有很宽的频谱，被称为量

8、化噪声，并用信噪比来衡量。均匀量化方式会造成大信号时的信噪比有余而小信号时的信噪比不足，且编码位数多（语音信号需编11位码），加大了编码的复杂性，并对传输信道有更高的要求。,模拟信号的数字化处理,（2）非均匀量化 实现：采用压缩、扩张的方法，即在发送端对输入信号先进行压缩，再均匀量化；在接收端则进行相应的扩张处理。原理：量化级间隔随信号幅度的大小自动调整。在不增大量 化级数的条件下，非均匀量化能使信号在较宽动态范围内的信噪比达到要求。标准化的非均匀量化特性：A律13折线压缩特性（我国采用，如图2-3所示）和律15折线压缩特性。,模拟信号的数字化处理,3.编码编码：将抽样、量化后的信号转换成数字

9、编码脉冲的过程。解码：编码的逆过程，将数字信号变为模拟信号（即把一个8位码字恢复为一个样值信号）的过程。,模拟信号的数字化处理,编码的基本形式：线性编码：与均匀量化特性对应的编码码组中各码位的权值 固定，不随输入信号的幅度变化。非线性编码：具有非均匀量化特性的编码码组中各码位的权值随着输入信号的幅度变化。,模拟信号的数字化处理,4.脉冲编码调制（PCM）模拟信号经过抽样、量化、编码完成A/D 变换，称为脉冲编码调制（PCM）。标准化的PCM 码组（电话语音）由8位码组代表一个抽样值。语音模拟信号在发送端经过抽样、量化和编码后得到PCM 信号，并经过数字信道传输。在接收端，将收到的PCM 码（二

10、进制码组）通过滤波器滤去大量的高频分量，还原成 模拟语音信号。PCM原理如图2-4所示。,返回,语音编码技术,信源编码:将信号源中的多余信息去除，形成适合传输的信号，以提高数字通信传输的有效性。语音编码:在保持一定算法复杂度和通信延时的前提下，利用尽可能少的信道容量，传送质量尽可能高的话音。方法的优化：在算法复杂度和时延之间找到平衡点，并向更低比特率方移动该平衡点。,语音编码技术,语音编码的性能指标：语音质量编码速率信号延时算法复杂度,语音编码技术,语音编码方法：（1）波形编码从语音信号波形出发，对波形的采样值、预测值或预测误差值进行编码。以重建语音波形为目的，尽可能使重建波形接近原信号波形适

11、应能力强，重建语音质量好，但对编码速率要求较高。能在64 kbit/s至16 kbit/s的速率上获得较为满意的语音质量。,语音编码技术,脉冲编码调制（PCM）PCM是固定电话、长途中继和光纤传输的标准码型，速率为64 kbit/s，采用压扩技术，即非均匀量化。增量调制（DM）用一位编码反映信号的增量是正或负的一种脉冲编码调制，并出现了总和增量调制、数字音节压扩增量调制和差分脉码调制等改进方法。,语音编码技术,自适应差分编码调制（ADPCM）综合脉冲编码调制和增量调制的特点，依据相邻样值的差值编码的方式，有效地消除了语音信号中的冗余度，提高了编码的有效性，速率为32 kbit/s。子带编码（S

12、BC）对输入模拟信号进行频域分割的一种编码方式，其优点是各子带可选择不同的量化参数以分别控制它们的量化噪声。,语音编码技术,自适应变换编码（ATC）将语音在时间上分段，每段取样后经数字正交变换转至频域（时域频域变换），取相应各组频域系数，然后对系数进行量化、编码和传输；对接收端则进行相反处理，以恢复时域信号，再将各时段信号连成语音，速率为1216 kbit/s。,语音编码技术,（2）参量编码在语音信号某特征空间抽取特征参量，构造语音信号模型，利用参量量化过程生成码字进行传输，在接收端利用码字重建语音信号一种编码方式。根据从语音段中提取的参数，在接收端合成一个新的声音相似（但波形不尽相同）的语音

13、信号，实现该过程的系统称声码器。,语音编码技术,参量编码应用于利用无线信道的移动通信等设备：RPE-LTP（规则脉冲激励长时预测编码）-用于GSM移动通信CELP（码本激励线性预测编码）-用于CDMA（IS-95）移动通信,返回,图像编码技术,图像通信的特点:通信效率高形象逼真便于记录功能齐全信息量大，占用频带宽,图像编码技术,图像信息量大而所需传输带宽和存储空间多，压缩数字图像信号编码速率为图像处理首要任务。模拟方式下传输一路电话信号，需一条带宽为4kHz的模拟话路；而一路标准电视信号的带宽是6 MHz，需要1000条以上的模拟话路。数字方式下传输一路电话信号，只需一条64 kbit/s的数

14、字话路，而采用8位线性码的一路数字电视信号的编码速率为261068=96 Mbit/s，需要1000条以上的数字话路。,图像编码技术,模拟图像通信的特点：占用的频带宽。需采用相位均衡器解决模拟信道中传输时线性相位特性问题图像信号在相邻帧的对应位置间及在同一帧的相邻位置间，具有很强的相关性。图像信息量大，而模拟信号压缩方法的压缩率很小，且对图像质量的影响较大。模拟图像信号传输时有噪声积累效应，使图像传输劣化。,图像编码技术,数字图像通信的特点：可多次中继而不致引起噪声严重积累：适于多次中继的远距离图像通信，也适于在存储中的多次复制。有利于采用压缩编码技术：在一定的信道频带条件下可获得比模拟传输更

15、高的通信质量；可采用抗干扰编码技术，提高抗干扰性能；易于实现保密通信。体积小、功耗低。易与联网，便于综合业务的应用。占用信道频带较宽等缺点。,图像编码技术,图像信号及其数字化：平面运动图像信息首先表现为光的强度或灰度，其随着平面坐标、光的波长和时间而变化。若只考虑光的能量而不考虑光的波长，在视觉效果上只有黑白深浅之分而无色彩变化，该图像称黑白图像；对于彩色图像，任一彩色可分解成红、绿、蓝3种基色。,图像编码技术,在处理图像前，需先将代表图像的连续信号转变为离散信号，该过程称为图像信号的数字化。图像信号数字化处理过程：抽样 量化,图像编码技术,图像压缩编码原理：图像中存在信息冗余，是可以对其进行

16、压缩的前提条件；图像虽含有大量的数据，但这些数据是高度相关的。大量的冗余信息（空间冗余、时间冗余、结构冗余、编码冗余等）存在于一幅图像内部以及视频序列中，为图像压缩编码提供了依据。,图像编码技术,若能够去除这些冗余信息，使用尽量少的比特数来表示和重建图像，就可实现图像的压缩。图像压缩原理如图2-5所示。,图像编码技术,图像压缩编码的核心思想：消除像素点间数据的相关性。利用人眼的视觉生理特征和图像的概率统计模型进行自适应量化编码。,图像编码技术,数字图像压缩编码的主要国际标准：静止图像编码标准：JPEG、JPEG-2000等；活动图像编码标准：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-

17、7多媒体会议标准：H.261、H.263等；,返回,2.3 信道复用,信道复用：多个用户同时使用同一信道进行通信。为区分在一条链路上的多个用户的信号，理论上可采用正交划分的方法，即凡是在理论上正交的多个信号，在同一条链路上传输到接收端后，都可能利用其正交性完全区分开。,返回,信道复用概述,1.多路复用 频分复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）空分复用（SDM）波分复用（WDM）极化复用,信道复用概述,2.多路复接复接：每条链路的多个信道分配给不同用户使用，从而提高了链路的利用率，满足几个多路传输的网或链路间的互连。复接技术：为了解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。目前大容量

18、链路的复接基本为时分复用（TDM）信号的复接,信道复用概述,3.多址接入多路复用（复接）中，用户是固定接入（或半固定接入）的，网络资源预先分配给各用户共享。多址接入时，网络资源通常是动态分配的，且可由用户在远端随时提出共享要求。多址技术：频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、极化多址，以及其他利用信号统计特性复用的多址技术等。,返回,多路复用技术,多路复用技术：在同一信道中传递多路信号而互相不干扰，以提高信道利用率。根据信号在频率、时间、码型等参量上的不同，将各路信号复用在同一信道中进行传输。该技术含复用、传输和分离三个过程。多个复用系统的再复用和解复用称为复接和分接。常用多路复用技术：频分

19、复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）等如图2-6所示。,多路复用技术,1.频分复用频分复用将传输媒介的频带资源划分为多个子频带，分别分配给不同的用户形成各自的传输子通路。频分复用（FDM）适用于模拟信号的传输，主要用于长途载波电话、立体声调频、电视广播和空间遥测等方面。频分多路复用设备复杂，成本较高，目前正逐步被时分多路复用所替代。,多路复用技术,2.时分复用时分复用技术按规定的间隔在时间上相互错开，在一条公共通道上传输多路信号，其理论基础是抽样定理，必要条件是定时与同步。时分复用（TDM）是在固定电话网中被广泛采用的一种标准体制。,多路复用技术,（1）同步时分复用（TDM）同步

20、时分复用按时隙来发送和接收信息，各用户仅在被分配的时间段（时隙）使用传输媒介传送信息。收发两端的时分复用器应保持严格的同步。帧是指传输一段具有固定数据格式的数据所占用的时间。各种信号（包括加入的定时、同步等信号）严格按时间关系进行，该时间关系称为帧结构。,多路复用技术,时分复用的基本条件：各路信号必须组成帧；一帧应分为若干时隙；在帧结构中必须有帧同步码；允许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许误差。典型的时分复用系统如图2-7所示。,多路复用技术,例：PCM 3032 路系统的帧结构。为确保接收端能将离散的数字信号还原成连续的模拟信号，取样频率需采用 8 000 Hz，即每隔125s取样一次，

21、该时间间隔称为一帧。PCM 时分通信把125s时间分成许多小段，每一路占一段时间（时隙），路数越多，每路时隙就越小。PCM 3032 将整个系统分为32个路时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路话音信号，1个路时隙用来传送帧同步码，1个路时隙用来传送信令码。,多路复用技术,（2）统计时分复用（STDM）STDM是当用户有数据需要传输时，才分配线路资源；当该用户无数据传输时，信道资源可为其他用户所用。采用动态分配资源的方式，可克服预分配资源方式（TDM及FDM）的缺点。在STDM方式中，各用户数据在通信信道上随机地互相交织传输。为便于接收端能识别来自不同用户终端的数据，发送端需要在用户数据之前

22、加上终端号或子信道号，常称为标记,多路复用技术,3.码分多路复用 在频分复用或时分复用方式中，不同的用户分别占用不同的频带或时隙来进行通信。在码分复用方式中，依靠不同的地址码来区分不同的用户，所有的用户使用相同的频率和相同的时间在同一地区通信。,返回,同步技术,通信过程中信号处理和传输都在规定的时隙内进行，帧同步是实现时分多路通信必不可少的条件之一。1.同步使系统的收发两端在时间上和频率上保持步调一致。2.同步系统的基本要求同步误差小相位抖动小同步建立时间短保持时间长等,同步技术,3.同步技术分类载波同步 位同步（码元同步）帧同步（群同步）网同步4.同步方式（按传输同步信息方式）外同步法 自同

23、步法,返回,数字复接技术,数字复接技术在数字传输系统中，为了扩大传输容量和提高传输效率，常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输；在到达接收端后，再把这个高速数字信号流分解还原成为相应的各个低速数字信号。,数字复接技术,1.数字复接系统数字复接系统的组成框图如图2-8所示。（1）数字复接器 位于发送端，由定时、码速调整和复接单元组成。（2）数字分接器位于收信端，由同步、定时、分接和码速恢复等单元组成。,数字复接技术,2.数字复接方法（1）同步复接复接器各输入支路数字信号相对于本机定时信号是同步的，称同步复接，只需相位调整即可实施复接。（2）异步复接 若复接器各输

24、入支路数字信号相对于本机定时信号是异步的，称为异步复接；需要对各个支路进行频率和相位调整，使之成为同步的数字信号，然后实施同步复接。,数字复接技术,3.数字信号的复接方式数字信号的复接要解决的问题：同步：是把若干数码率不同的支路数字信号速率按一定规则，调整到一致且保持固定的相位关系。复接：把已同步的数字信号按时分复用方式，合并为一个高速数字信号序列。,数字复接技术,复接方式分类：按位复接：按位复接的方式每次复接一位码。按字复接：按字复接方式每次复接取一个支路的8位码，各个支路的码轮流被复接。按帧复接：按帧复接方式以帧为单位进行复接，即依次复接每个基群的一帧码。,数字复接技术,4.数字复接系列

25、数字复接按照一定的规定速率，从低速到高速分级进行，其中某一级的复接是把一定数目的具有较低规定速率的数字信号，合并成为一个具有较高规定速率的数字信号。该数字信号在更高一级的数字复接中，与具有同样速率的其他数字信号作进一步的合并，成为更高规定速率的数字信号。,数字复接技术,ITU推荐了两类数字速率系列和数字复接等级：中国、欧洲采用的2.048 Mbit/s（即3032路PCM）作基群的数字速率系列。北美和日本采用的1.544 Mbit/s（24路PCM）。,返回,2.3.5 同步数字系列（SDH）,1.准同步数字系列（PDH）脉冲编码调制（PCM）技术在复接成一次群时，采用同步复接。但在复接成二、

26、三、四次群时采用准同步（异步）复接。为复接方便，对各支路比特流之间的异步范围作了规定，这种对传输速率偏差的约束即为准同步工作。相应的传输速率称为准同步数字系列（PDH）。,PDH和SDH,2.同步数字系列（SDH）SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级。其不仅适于光纤通信，也适于微波通信和卫星通信传输的技术体制。在传送网中，SDH大大提高了网络资源利用率，并显著降低了管理和维护费用，实现了灵活、可靠和高效的网络运行与维护。,返回,2.4 数字信号的基带传输,基带是由消息转换而来的原始信号所固有的频带，不搬移基带信号的频谱而直接进行传输的方式称为基带传输。基

27、带传输系统所涉及的技术问题包括：信号类型（传输码型）、码间串扰、实现无串扰传输的理想条件以及如何克服和减少码间串扰的具体措施等。,返回,数字信号传输的基本概念,1.基带传输基带信号频率较低，很难实现远距离传输。基带信号包含的频谱成分很宽，而能用于基带传输的信道有限。2.数字基带传输系统组成数字信号基带传输系统的基本构成如图2-9所示。,数字信号传输的基本概念,3.数字信号传输的主要技术内容采用数字复接技术，以扩大传输容量，提高传输效率；选用合适的线路传输码型，以实现无失真传输。采用再生中继技术解决衰减、杂音、畸变、串音等问题，增长传输距离。扩大频带宽度，提高通信容量。,返回,再生中继与均衡技术

28、,1.再生中继对基带信号进行均衡和放大，对已失真信号进行判决，再生出与发送信号相同的标准波形。2.均衡对传输系统中的线性失真进行补偿或者校正的过程。频域均衡时域均衡,返回,基带传输的常用码型,对传输码型的要求：传输信号的频谱中不应有直流分量。码型中应包含定时信息（以利于定时信息的提取）。码型变换设备要简单可靠。码型应具有一定检错能力。编码方案对发送消息类型不应有任何限制（与信源统计特性无关的特性称为对信源具透明性）。如图2-10所示。,返回,2.5 调制技术,调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。调制的目的是将基带信号的频谱搬移到适合传输的频带上，并提高信号的抗

29、干扰能力。,返回,调制的基本概念,1.调制的作用将基带信号变为带通信号；提高信道传输时的抗干扰能力。调制的实质是进行频谱变换，一般过程如图2-11所示。,调制的基本概念,2.调制的种类调制过程中，频谱搬移以某正弦波为载波（其频率远高于调制信号频率），基带信号调制到载波上。载波是一个确知的周期性波形，有振幅、载波角频率和初始相位等参量，可被独立地调制。最基本的调制体制有调幅、调频和调相。,调制的基本概念,模拟调制：幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）数字调制：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控（PSK）、相对（差分）相移键控（DPSK）,调制的基本概念,3.解调

30、方式 非相干解调：不需要同步载波。相干解调：误码率比非相干解调低，其需要在接收端从信号中提取出相干载波（与发送端同频同相的载波），设备相对较复杂。,返回,模拟调制技术,模拟调制模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波。在模拟调制中，通常利用正弦高频信号作为传送消息的载体，称为载波信号。模拟调制系统分为：幅度调制（调幅）：载波信号的幅度随基带信号成比例地变化。角度调制（调频和调相）：载波信号的频率或相位随基带信号成比例地变化。,模拟调制技术,1.线性调制 已调信号的频谱结构是调制信号频谱的平移，或平移后再经过滤波除去不需要的频谱分量。线性调制主要包括：标准调幅（AM）单边带（SSB）调

31、幅双边带（DSB）调幅残留边带（VSB）调幅,模拟调制技术,（1）标准调幅（AM）在调幅体制中，基带调制信号电压峰值和被调载波峰值之比称为调幅度，调幅度最大为100%。标准调幅信号包络与其基带调制信号的波形相同，可用包络检波法解调调幅信号。标准调幅信号中载波分量不携带基带信号的信息，但占用信号中的大部分功率，传输效率低。如图2-12所示。,模拟调制技术,（2）双边带（DSB）调幅 若抑制调幅信号中的载波，已调信号频谱中含上下两个边带（无载波分量），得到双边带信号。DSB信号和AM信号相比，可节省大部分发送功率，但在接收端需恢复载频，增大了接收设备的复杂性。,模拟调制技术,（3）单边带（SSB）

32、调幅 在双边带信号中，上下两个边带携带相同的基带信息，形成重复传输，若仅传输上边带或下边带，可得到单边带信号。SSB信号在功率和频带利用率方面具有优越性，但在接收端解调时仍需恢复载频，此外，在发送端为了滤出单边带信号，要求滤波器的边缘很陡峭（有时较难实现）。,模拟调制技术,（4）残留边带（VSB）调幅残留边带调制信号的频谱介于双边带和单边带信号之间，并且含有载波分量。VSB能避免上述单边带调制的缺点，特别适合用于包含直流分量和很低频率分量的基带信号。,模拟调制技术,2.非线性调制（角度调制）高频载波的振幅保持不变，而载波信号的角度随基带信号而变化。频率调制（调频）：调频让瞬时频率偏移或随调制信

33、号而变化，即把调制信号调制到载波的瞬时频率上。相位调制（调相）：调相让瞬时相位偏移（t）随调制信号而变化，即把调制信号调制到载波的瞬时相位上。,模拟调制技术,角度调制与幅度调制的区别：基带信号频谱与已调信号频谱为非线性关系，对信号的运算不能应用叠加原理。已调信号比基带信号的带宽大。抗噪声性能比幅度调制强。,返回,基本数字调制技术,数字调制：用数字基带信号去改变高频载波的参数，实现基带信号变换为频带信号的过程，在该过程中，信号频谱由原来的低频信号搬移到高频段。数字解调：把数字频带信号恢复成原来数字基带信号的过程，该信号中的频谱由高频段恢复到原来的基带信号的低频段。,基本数字调制技术,1.数字调制

34、的基本概念数字调制（键控）：将数字信息码元的脉冲序列视为“电键”对载波的参数进行控制。幅度键控（ASK）频移键控（FSK）相移键控（PSK）正交幅度调制（QAM）等,基本数字调制技术,2.二进制数字调制 二进制振幅键控（2ASK）二进制频移键控（2FSK）二进制相移键控（2PSK）如图2-13所示。,基本数字调制技术,（1）二进制幅度键控（2ASK）属于线性调制，以基带数据信号控制一个载波的振幅，称幅度键控（或振幅键控），又称数字调幅，简写为ASK。（2）二进制频移键控（2FSK）利用载波的频率变换来传递数字信号。在二进制情况下，“1”对应于载波频率 f 1，“0”对应于载波频率 f 2。如图

35、2-14所示。,基本数字调制技术,（3）二进制相移键控（2PSK和2DPSK）利用载波振荡的相位变化来传递信息，分为绝对调相（PSK）和相对调相（DPSK）。2PSK用二进制数字信号控制载波的两个相位，即利用载波相位（指初相）的绝对值来表示数字信号。2DPSK指二进制相对调相（二进制差分相移键控），利用相邻码元载波相位的相对变化表示数字信号。如图2-15所示。,基本数字调制技术,3.多进制数字调制 用多进制数字调制是有效提高传输效率的有效方法。多进制数字调制信号：M进制幅度键控（MASK）M进制频移键控（MFSK）M进制相移键控（MPSK）,基本数字调制技术,（1）多进制数字调制的特点（与二进

36、制数字调制对比）码元速率相同时，可提高信息速率。信息速率相同时，可降低码元速率，提高传输可靠性。在接收机输入信噪比相同时，误码率高，设备复杂。在信噪比相同时，多相调制的相数越多，误码率越高。已调波相量点数相同时，正交幅度调制（MQAM）、相移键控（M-PSK）、幅度键控（M-ASK）的误码率依次增高。,基本数字调制技术,（2）多进制数字相位调制多进制数字相位调制又称多相制，相数愈多传输速率愈高，但相邻载波之间的相位差愈小，还将使得接收时的误码率增加，且增加了设备的复杂性。如图2-16所示。,返回,现代数字调制技术,1.正交幅度调制（QAM）QAM是利用多进制幅度键控（MASK）和正交载波调制相

37、结合产生的调制方法。QAM由两路独立的两个载波调制合成得到，即利用同相载波传送一路ASK信号、利用正交载波传送另一路ASK信号，然后合成信号，来提高频带利用率。,现代数字调制技术,MQAM信号是一种幅度、相位复合调制信号，M表示已调波的状态数（是信号电平数的平方），不同状态与不同的幅度和相位相对应。如图2-17所示。,现代数字调制技术,2.高斯最小频移键控（GMSK）调制 最小频移键控（MSK）是相位连续的二进制频移键控（2FSK）的一个改进。MSK具有正交信号的最小频差，调制指数h=0.5，相邻码元交界处的相位保持连续。MSK的频带利用率高，带外功率很小，抗噪声性能相当于2PSK，得到广泛应

38、用。,现代数字调制技术,MSK调制方式的主要优点：信号具有恒定的包络信号的功率谱在带外衰减快MSK调制信号如图2-18所示。,现代数字调制技术,3.正交频分复用（OFDM）一种采用多进制、多载波、并行传输的频分复用调制体制。（1）OFDM的基本概念 基本思想：其把一段串行的数据流变成 N 组低速并行的数据流，分别调制到不同的载频上并行传输，即把一个宽带信道上的整个频带分成 N 个子频带，每个数据流占用一个子带，每个子带有一个载波，各个子带完全独立，所有子带都可以独立调制。,现代数字调制技术,工作原理：输入数据信元的速率为R，经过串并转换后，分成M个并行的子数据流，每个子数据流的速率为R/M，在

39、每个子数据流中的若干个比特分成一组，每组的数目取决于对应子载波上的调制方式，如PSK、QAM等。,现代数字调制技术,（2）OFDM的主要特点 为提高频带利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号有部分重叠。各路已调信号严格正交，以便接收端能完全分离出各路信号；每路子载波的调制为多进制调制。每路子载波的调制体制可不同（如PSK、QAM等），并可为适应信道的变化而自适应地改变。,返回,2.6 差错控制技术,通信系统的主要质量指标是通信的有效性和可靠性。由于信道传输特性不理想以及加性噪声的影响，所接收到的信息不可避免地会发生错误，从而影响传输系统的可靠性。在数字通信系统中，编码器分为信源编码（解决通

40、信的有效性问题）和信道编码（解决通信的可靠性问题）。信道编码又称差错控制编码（或纠错编码），是针对传输信道不理想而采取的提高数字传输可靠性的一种措施。,返回,差错控制的概念,差错控制编码是针对传输信道不理想而采取的提高数字传输可靠性的一种措施。为了抑制信道噪声对信号的干扰，往往还需要对信号进行再编码，编码成在接收端不易为干扰所弄错的形式。所以，差错控制编码有时又称为纠错编码。,差错控制的概念,1.差错的分类：随机差错：由随机噪声导致，表现为独立的、稀疏的和互不相关发生的差错。突发差错：相对集中出现，即在短时段内有很多错码出现，而在其间有较长的无错码时间段，例如由脉冲干扰引起的错码。,差错控制的

41、概念,2.差错控制的概念在进行数据传输时，应采用一定的方法发现差错并纠正差错，该过程称为差错控制。在差错控制编码技术中，编码器根据输入信息码元产生相应的监督码元，实现对差错进行控制，而译码器主要是进行检错与纠错。差错控制编码具备检错和纠错能力，是因为在被传输的信息中附加了一些冗余码（即监督码元），在两者之间建立了某种校验关系。,差错控制的概念,3.差错控制方式前向纠错（FEC）检错重发（ARQ）反馈校验（IRQ）混合纠错（HEC）如图2-19所示。,返回,差错控制编码,1.差错控制编码分类（1）按编码的不同功能分类检错码纠错码纠删码,差错控制编码,（2）按信息码元和附加监督码元间的检验关系分类

42、线性码非线性码（3）按信息码元和附加监督码元间的约束关系分类分组码卷积码,差错控制编码,2.常用的差错控制编码 奇偶校验码：属于检错码，其编码规则是先将所要传输的数据码元进行分组，在分组数据后面附加一位监督位，使得该组码连同监督位在内的码组中的“1”的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。,差错控制编码,循环冗余校验（CRC）：常作为检错码，是一种通过多项式除法运算检测错误的方法。交织编码：常用于无线通信，其目的是把一个由衰落造成的较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码（FEC）技术消除随机差错。,差错控制编码,3.差错控制编码技术进展（1）网格编码调制其基本思想为：在带限信道中

43、，通信系统被设计成采用频带效率高的多电平多相位的调制方法；当编码用于带限信道时，通过增加符号数（相对于不编码系统）提供编码所需的冗余度，来达到不扩展带宽而取得编码增益的目标。,差错控制编码,（2）Turbo码Turbo码是一种采用重复迭代译码方式的并行级联码。Turbo码采用软输入软输出译码器，其编码（特别是解码）方法非常复杂。Turbo码在加性白噪声无记忆信道上及特定参数条件下，可达到接近误码率为零的极限传输性能。,返回,数字通信系统的基本概念,图2-1 数字通信系统的模型,返回,模拟信号的数字化处理,图2-2 模拟信号与其对应的样值序列,返回,模拟信号的数字化处理,图2-3 典型非均匀量化

44、特性（A律13折线压缩特性）,返回,模拟信号的数字化处理,图2-4 PCM 原理框图,返回,图像编码技术,图2-5 图像压缩系统的原理框图,返回,多路复用技术,(a)频分复用(b)时分复用 图2-6 频分多路复用和时分多路复用示意图,返回,多路复用技术,图2-7 典型的时分复用多路通信系统PCM通信,返回,数字复接技术,图2-8 数字复接系统的组成,返回,数字信号传输的基本概念,图2-9 数字基带传输系统方框图,返回,基带传输的常用码型,图2-10 常用的两电平传输码,返回,调制的基本概念,图2-11 调制的一般过程,返回,模拟调制技术,图2-12 振幅调制示意图,返回,基本数字调制技术,图2-13 二进制数字调制信号的基本波形,返回,基本数字调制技术,图2-14 2FSK信号的典型波形,返回,基本数字调制技术,图2-15 2DPSK的产生过程与基本波形,返回,基本数字调制技术,图2-16 数字相位调制的矢量图,返回,现代数字调制技术,图2-17 采用四相叠加法合成16QAM信号矢量图,返回,现代数字调制技术,图2-18 MSK调制信号 图中，P2FSK（f）为不同调制指数时的2FSK功率谱特性,返回,差错控制的概念,图2-19 常用的差错控制方式,返回,