【大学课件】数字通信技术.ppt

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1、,1,第二章 数字通信技术-2,数字通信技术-1 主要内容1、差错控制编码的基本思想。2、PCM的三个基本过程。3、抽样定理。4、语音信号的抽样周期。5、量化的基本思想。6、均匀量化的弊端。,http:/,2,2.2.2 量化非均匀量化,关于非均匀量化的主要内容：1、掌握其基本思想2、了解A律13折线量化方法，分级情况（2）非均匀量化基本思想：使信号辐度小时，量化间隔u小些，信号幅度区间大时，量化间隔u大些，以使大小信号相对量化误差（量化信噪比）趋于一致。,http:/,3,2.2.2 量化,实现方法：为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，可采取一种等效途径：首先通过人为变换，对样值进行处

2、理y，以增大小信号样值，减小大信号的样值。然后再对处理后的y样值区间进行均匀量化以保证量化间隔u一致（u变为u）。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。,http:/,4,压缩处理后，再对y均匀量化等效于对x非均匀量化因此，压缩器的功能，加上均匀量化的功能，等效于非均匀量化。压缩处理+均匀量化=非均匀量化,http:/,5,2.2.2 量化,目前数字压扩特性国际上有两种不同的标准：A律十三折线压扩特性13折线A律主要用于英、法、德等欧洲各国的PCM设备中，我国也采用A律13折线。律十五折线压扩特性15折线律主要用于美国、日本和加拿大等国的PCM设备中。,http:/,6,2.2.2 量化,13

3、折线A律压扩曲线,http:/,7,2.2.2 量化,A律13折线的生成：13折线A律是从非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。设在直角坐标系中，x轴和y轴分别表示输入信号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是11，即都是归一化的。为达到非均匀量化的目的，A律13折线分两步生成：第一步，把x轴的区间1，1不均匀地分成16大段，正半轴8大段，负半轴8大段。,http:/,8,2.2.2 量化,其具体分法如下:将区间0，1一分为二，其中点为1/2,取区间1/2,1作为第八段;将剩下的区间0,1/2再一分为二，其中点为1/4,取区间1/4,1/2作为第七段;将

4、剩下的区间0,1/4再一分为二，其中点为1/8,取区间1/8,1/4作为第六段;将剩下的区间0,1/8再一分为二，其中点为1/16,取区间1/16,1/8作为第五段;.最后剩下的区间0,1/128作为第一段。其中第一、第二两段长度相等，都是1128。,http:/,9,2.2.2 量化,第二步，将以上8个不均匀大段的每一段，再均匀地分成16等份，每一等份代表一个量化级。,http:/,10,2.2.2 量化,因此，将x轴的01的变化域分成了168128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非均匀量化；另外，对-x轴也作同样的分段处理，则x轴共有256个非均匀量化级。对于y（或-y）轴的01的

5、变化域被均匀地分成8大段，每大段再均匀地分成16等份，故y轴同样也被分成1282256个量化级，不过它是均匀量化级。,http:/,11,2.2.3编码,1、常用编码方法常用的编译码是根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码（在编码过程中实现了非均匀量化），接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。编码由编码器完成，译码由译码器完成。,http:/,12,2.2.3编码,2、编码的位数和码位的安排量化级数N2（正负极性）8（段）16（等份）256，所以需8位二进制码。用1位二进制码（称为极性码）表示正负（如“1”表示正，“0”表示负）、3位二进制码（称为段落码）表

6、示8大段落、4位二进制码（称为段内码）表示每一大段的16等份 a1，a2a3a4，a5a6a7a8极性码 段落码 段内码,http:/,13,2.2.3编码,3、常用码型指的是把模拟信号抽样值量化后的所有量化级，按其量化值的大小次序排列起来，并列出各自对应的码组，这个整体称为码型。PCM通常采用的码型一般二进码循环码（格雷码）折叠码,http:/,14,2.2.3编码,自然二进制码码组中每位码都代表一定数值，叫做权值。二进制码组和所对应的量化级之间的关系是：Aan2n-1+an-12n-2+a120。其中n表示码位，an、an-1a1表示每位二进制码的取值是“1”还是“0”。优点：译码器结构可

7、以简化，每位可单独译码缺点：编码电路复杂，正负极性码型完全不同,http:/,15,2.2.3编码,折叠二进制码特点是正、负两半部分，除去最高位后，呈倒影、折叠关系，最高位上半部分为“1”,下半部分为“0”。利用这种码编码时，对于双极性信号，可用最高位表示信号的正、负极性，叫做极性码用其余的码表示信号的绝对值，叫做幅度码优点：编码电路简单，只要加一个极性判别电路，则正、负极性信号可以共用一个编码电路。,http:/,16,2.2.3编码,循环码：又称格雷码是另外一种折叠码，也有极性码和幅度码两部分组成。特点:相邻码之间只有一个码字不同，这样误一位码造成的偏差的平均值小一些。循环码在排列上的这一

8、特点使得在传输过程中若产生一位误码，错到相邻量化级时，因仅差一个量化台阶，不致于影响听觉上的感觉相差很大。但这种码与其所表示的数值之间无直接联系，如每位码没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编译码，因而它不具有自然二进制码的优点。所以编码电路比较复杂，一般较少采用。,http:/,17,2.2.3编码,3、码型的选取 选取码型主要考虑的是各种码型传输时的效果。语声信号幅度大信号出现的概率小，小信号出现的概率大，所以我们更关心小信号传输的效果。例如小信号情况时，有一样值量化编码为000，设传输中错一位，可有三种情况：001、010、100,http:/,18,2.2.3编码,http:/,19

9、,2.2.3编码,结论：小信号情况选用折叠码，错一位引起的平均误差最小。所以在语音信号PCM通信系统中一般都采用折叠码二进制编码。,http:/,20,2.2.3编码,上述将模拟信号取样、量化、再将量化所得离散幅值用一组二进制码表示（即编码）的过程，就是所谓脉冲编码调制（PCM）过程。在PCM通信系统中，一路带宽为4kHz的模拟语音信号是如何变成64kbit/s的数字语音信号的？抽样：8kHz速率的取样；非均匀量化：每个样值又非均匀量化为256个不同量化级中的一个；编码：每个量化值再编码为8位折叠二进制码码速为：8000 8=64 K,http:/,21,2.3 数字传输技术,数字基带传输数字

10、频带传输,http:/,22,2.3.1 数字基带传输,1、数字基带信号数字终端设备直接产生A/D转换后从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性（如5V或5V）表示的矩形脉冲矩形脉冲的固有频宽称做基本频带，即基带，上述数字信号又统称为数字基带信号。,http:/,23,2.3.1 数字基带传输,2、基带传输将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；简单说来，就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。如短距离的脉冲编码调制（PCM）局间中继、局域网计算机间的数据传送常采用基带传输方式。,http:/,24,2.3.1 数字基带传输,3、基带传输码型选码原则（1）不应含有

11、直流分量和只有很小的低频分量；（2）便于从信号中提取位同步定时信息；（3）传输码型应具有误码检测功能；（4）对任何信源具有透明性，解决长连1和长连0问题；（5）编译码的设备应尽量简单。,http:/,25,2.3.1 数字基带传输,常用码型曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）传号交替反转码（AMI码）传号反转码（CMI码）三阶高密度双极性码（HDB3码）,http:/,26,2.3.1 数字基带传输,曼彻斯特码001 110 常用于计算机通信网络中,http:/,27,2.3.1 数字基带传输,传号交替反转码（AMI:Alternate Mark Inversion Code）0 不变，1交替

12、变为+1和-1北美系列一、二、三次群的线路码型,http:/,28,2.3.1 数字基带传输,三阶高密度双极性码（HDB3码：High Density Bipolar）AMI码中没有四个连0时，AMI码就是HDB3码AMI码中有四个连0时：第四个0用V代表，V的极性与这四个0的前一个非0码极性相同。为保证V的极性不同（若径上面变换出现相同情况），则第一个0用B代表，B的极性与前一非0符号极性相反。,http:/,29,2.3.1 数字基带传输,消息带码：1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1AMI码：-1 000 0+1-1 000 0+1 1 000 0+1HDB3码-1

13、 000-V 0+1 1+B00+V-1+1-B00+V+1HDB3码是CCITT建议PCM30/32标准系列的基群、二次群、三次群的线路码型。,http:/,30,2.3.1 数字基带传输,传号反转码（CMI码：Code Mark Inversion）001 100/11交替。CCITT建议四次群接口码型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 00,http:/,31,2.3.2 数字频带传输,1、定义利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信号对载波的调制，以形成数字信号的载波传输。必须经过调制器（频带调制器），将数字信号调制成模拟信号后再送往信

14、道传输，称之为数字信号的频带传输。,http:/,32,2.3.2 数字频带传输,2、常用调制方法调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化而变化。由于数字调制方式中调制信号是“1”或“0”，对载波参数的控制相当于开关，所以数字调制方式通常称之为“键控法”。载波S(t)=Asin(t+)A：振幅：角频率：相位,http:/,33,2.3.2 数字频带传输,（1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying）有载波代表“1”码，无载波代表“0”码实现容易，技术简单，抗干扰能力差。,http:/,34,2.3.2 数字频带传输,（2）频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying）用两种不同频率的载波分别代表数字“1”和数字“0”。主要应用于低速或中低速的数据传输中（是因为在相同传信率下，需要比数字调幅和数字调相更宽的传输频带）。,http:/,35,2.3.2 数字频带传输,（3）相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）载波的初相角为0代表“1”，初相角为180代表“0”码（或相反）主要用于中速和中高速(1200bit/s-4800bit/s)的数据传输系统中改进：DPSK 相对相移键控载波相位变化为0 代表“0”码，变化180代表“1”码（或相反）,http:/,