数字通信技术基础知识概述(PPT-56页)课件

1、第二章数字通信技术基础参考教材第二章提纲模拟信号数字化模拟信号和数字信号数字通信的特点脉冲编码技术时分复用数字复接技术模拟信号模拟信号：波形模拟着信息的变化而编号特点：幅度连续数字信号数字信号：幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。数字信号的特点抗干扰能力强、无噪声积累便于加密处理、保密性强便于存储、处理、交换采用时分复用实现多路通信设备便于集成化、微型化便于构成综合数字网和综合业务数字网模拟信号与数字信号的转换模拟信号转换成数字信号：A/D转换经过抽样、量化、编码3个处理步骤数字信号转换成模拟信号：D/A转换2022/7/21通信网基础7提纲模拟信号数字化模拟信号和数字信号数字

2、通信的特点脉冲编码技术时分复用数字复接技术脉冲编码调制技术脉冲编码调制：Pulse Code Modulation，简称PCM。对信号进行抽样，并对每个样值独立地加以量化，通过编码转换为数字信号的过程。PCM包括下述三个过程：抽样量化编码与解码1抽样（sampling） 定义：将在时间和幅度上都是连续的话音信号在时间上离散化的过程实现：由抽样门完成抽样速率？由抽样定理确定图2-9 抽样过程图2-10 正弦波的抽样抽样定理的作用 近年来通信系统向数字化发展，模拟数字的转换的基础：抽样定理； 作用：在一定条件下，一个连续时间信号完全可以用该信号在等时间间隔点上样本来表示，并且可用这些样本值把信号全

3、部恢复出来 电影（24帧/秒）：感觉是连续活动的景象； 印刷照片：由很多细小的网点组成，看起来空间连续；抽样定理的提出 是不是所有时间间隔的理想取样都能反映原连续信号的基本特征呢？ 抽样的时间间隔取多大合适？ 目标：在保留原连续时间信号的全部信息的条件下抽取尽可能少的数据 方法：时域抽样定理抽样定理一个在 频谱区间( )以外为零的频带有限信号(带限信号) ，可以唯一地由其均匀时间间隔 上的取样值 确定。 当取样频率 大于或等于信号带宽的两倍时，即 时，可以从 中恢复原信号。 定义 为奈奎斯特取样率。抽样定理根据抽样定理可知，要无失真地恢复原始信号应满足；（3）需通过理想滤波器恢复原始信号（1）

4、模拟信号为带限信号。（ 2）抽样函数为周期函数序列抽样过程中的失真 实用的低通滤波器都有一定的过渡带，因此在实际应用中必须满足 ，并使各相邻边带间有一定的防卫间隔即防卫带 如：话音信号限制在0.33.4khz频率范围之内，因此，若只传送语音的有效成份，必须把0.33.4khz以外的频率成份去掉，否则会产生折叠失真 ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）建议话音信号的抽样频率为8kHz 2量化（Quantizing）将幅度连续变化的信号变成离散信号的处理过程称为量化实质：一个化零取整的过程方法：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个固定

5、值来表示两种量化方法：均匀量化和非均匀量化把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化 ，也称线性量化。任何一个量化器都有一定的量化范围，通常取-u+u。量化级数N与量化间隔的关系：=2u/N取量化间隔的中间值为量化值，量化最大误差为/2。均匀量化图 量化过程及量化误差量化噪声和信噪比量化过程一定会产生误差。量化误差就是指量化前后信号之差，通常用功率来表示，称之为量化噪声。量化误差一旦产生，在接收端就无法消除克服量化噪声的方法：增加量化级数，使量化间隔相对于信号幅值的大小可以忽略不计。均匀量化信噪比：信号平均功率与量化噪音平均功率之比。均匀量化的特点 量化器的量化噪声随着量化级数M的增加而

6、提高，量化级数的选取是根据量化器的量化信噪比的要求确定的。 无论信号大小，若量化间隔相等，量化的噪声功率不变。= （幅度）小信号的量化信噪比太小，不能满足通信质量要求，大信号的信躁大，远远满足要求。 为解决小信号的量化信噪比太小，需要加大量化级数M；M过大，大信号的信噪比过大，同时编码复杂，信道利用率过低。非均匀量化 非均匀量化的量化原理是量化级间隔随信号幅度的大小自动调整。相对来说，在不增大量化级数的条件下，非均匀量化能使信号在较宽的动态范围内的信噪比达到要求。非均匀量化的特点 信号幅度小时，量化幅度小，量化误差也小； 信号幅度大时，量化间隔大，量化误差也大3编码和解码编码：把量化后的信号样

7、值变换成对应的二进制码组，又称模数变换自然二进制码：简单易行；缺点：由3变成4的时候每一位都要变；格雷码：相邻电平间转换，只有一位发生变化；缺点：每一位码没有确定大小；折叠二进制码：沿中心电平上下对称，适于表示正负对称的双极性码；解码：在收信端将收到的二进制码序列还原成相应幅度的量化值，又称数模变换二进制码、格雷码、折叠二进制码量化电平自然二进制码格雷码折叠二进制码00000000111001001010201001100130110100004100110100510111110161101011107111100111PCM信号形成过程示意图2022/7/21通信网基础28提纲模拟信号数字

8、化时分复用时分复用的基本概念PCM30/32路系统时分复用的同步技术数字复接技术时分复用的基本概念复用：为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相步干扰，这种通信方式称为复用复用方式：时分复用、频分复用、空分复用等时分复用：各路信号在同一信道上占有不同时间间隙的通信方式时隙：每一路所占有的时间间隔量化编码解码信道1路2路n路n路2路1路低通滤波分配器抽样(合路门)分路门低通重建1n221n时分多路通信模型发 端收 端分配器K1K2PCM30/32路系统的帧结构完成数字通信全过程，除对各个话路进行编、解码外，还必须有定时、同步等措施。在数字通信系统中，各种信号（包括加入的定时、同步等信号

9、）都是严格按时间关系进行的。在数字通信中把这种严格的时间关系称为帧结构。一个采样周期（125us）内，每个话路的PCM信号按时分复用方式顺序出现一次所形成的时分复用信号称为帧。图2-18 PCM30/32路系统帧结构PCM30/32帧结构PCM 30/32的帧周期为125us，每一帧有32时隙，每个时隙为：125/32=3.9us。其中TS0是传送帧同步信号，TS16传送信令，其他30路是话音信号。PCM 30/32系统每个话路语言信号抽样频率为：40002hz，每个样值经过量化后编为8位码，每个话路的码速率为64kbit/s；PCM30/32D 总码速率为：2.048Mbit/s，一般记为2

10、M，也称一次群速率，基群速率。PCM30/32帧结构复帧： 每一路语音信号都需要信令的支持才能进行通信，PCM 30/32系统有30个话路，因此必须传输30路信令；一路信令信号只需要4bit，1个TS16 可以传送两路信令，15个TS16（15帧）可以传送30路信令；信令信号每隔16帧传送一次，16帧称为1复帧。同步是数字通信的基本要求之一。如果收端和发端不能很好的同步，数字通信是无法进行的。同步包括位同步、帧同步、复帧同步和网同步。时分复用的同步技术位同步的基本含义是收发两端的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。数字通信系统中消息是一串相继的信号码元序

11、列，接收端必须知道每个码元的出现时刻，从而对码元进行判别。 同频就是要求发送端发送了多少个码元，接收端必须产生同样多的判决脉冲。位同步位同步示意图帧同步的作用是实现语音信号的正确分路。接收端不仅需要正确的区分哪8路比特是一组，代表一个抽样值，而且还要正确区分出它是代表哪路话音信号的。常用方法：同步码*PCM帧通过TS0时隙传送同步码：10011011，收端一旦识别出帧同步码10011011 ：便可知随后的8位码为一个码字且是第一话路的，以此类推可以正确接收每一路信号。帧同步复帧同步：实现信令信号的正确分路。发送端在F0帧TS16时隙的前4比特插入特殊码0000，接收端只要识别出这一码型，判断出

12、是F0帧，以后依次为F1,F2。 F0帧TS16时隙第6位码A2为复帧失步对告码，A2=1表示复帧失步，A2=0表示复帧同步。复帧同步网同步现代通信系统往往在多点之间实现互连，从而构成通信网。为了保证在通信网中各点之间可靠通信，则必须在网内建立一个统一的时间标准，即实现网同步。2022/7/21通信网基础41提纲模拟信号数字化时分复用时分复用的基本概念时分复用的同步技术PCM30/32路系统数字复接技术数字复接技术定义 数字复接技术就是把两个或两个以上分支数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号的过程。具体来说，通过数字复接技术把PCM数字信号由低次群逐级合成为高次群以适应在高速线路中

13、传输。为什么使用数字复接代替PCM复用？ PCM复用瓶颈在PCM 30/32路系统中，将30路话音信号分别用8kHz抽样频率进行抽样，然后对每个抽样值编8位码，其数码率为30880001920kbit/s，若传送120路话路，其数码率将达到120880007680kbit/s。 平均到每个样值的编码时间仅1s多一点，对编码电路速度及对元器件的精度 要求很高，不太容易实现。克服瓶颈的技术数字复接把若干个经过PCM复用的信号（如30/32路机群系统）进行时分复用以形成更多路数的数字通信，这一过程称为数字复接。ITUT两类数字速率和复接等级为促进数字通信设备的通用化，ITU-T推荐了两类数字速率和复

14、用等级，下表显示出北美，日本，欧洲和中国一次群、二次群、三次群、四次群的速率。我国一、二、三、四次群（分别称为E1、E2、E3、E4）的速率常简称为2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。北美和日本一次群（以T1表示）的速率简称为1.5Mbit/s。表2-1 数字复接系列注意：二次群的标准速率：8448K2048*4，其他高次群的复接速率也存在类似问题。多出来的码元是用来解决帧同步，业务联络和控制等。地区 二次群 三次群四次群北美244=96路6.312Mbit/s967=672路44.736Mbit/s6726=4032路274.176Mbit/s 日本244=

15、96路6.312Mbit/s965=480路32.064Mbit/s4803=1440路 97.728Mbit/s 欧洲 中国304=120路 8.448Mbit/s1204=480路34.368Mbit/s4804=1920路139.264Mbit/s定 时调整复接外部时钟恢复分接定 时同步 外线高次群分支3分支4分支1分支2分支3分支4复接器分接器数字复接系统方框图分支1分支2数字复接原理 数字复接系统由数字复接器和数字分接器 组成。其中数字复接器由调整、定时、复接三个单元组成，完成数码流的合路。数字分接器由同步、定时、分接和恢复单元组成，在接收端把收到的高 次群分离到各分支路中去。供给时

16、钟频率使分接器与复接器基准时钟保持同步。调整单元的作用是把各输入支路信号的码速调整到与定时信号信号完全一致，由复接单元对各支路复接形成一个合路数码流，称为高次群。接收端的分接、恢复单元则实现复接、调整的反过程。数字复接方式 按位复接依照被复接支路的顺序，每次只取一个支路的一位码进行复接 按字复接按字复接是每次复接一个支路的一个码字 按帧复接 按帧复接是每路每次插入一个帧的复接方式 同步复接与异步复接同步复接：被复接的各输入支路之间，以及同复接器之间均是同步的，此时复接器便可直接将低支路数字信号复接成高速的数字信号 异步复接：被复接的各输入支路之间及与复接器的定时信号之间均是异步的，其频率变化范

17、围不在允许的变化范围之内，也不满足复接条件，必须进行码速调整方可进行复接。各支路瞬时数码率不稳定产生的重叠由于各分支路码流的速率可能存在着微小的差异，所以在进行复接后数码之间就有可能在某一段发生重叠，数码重叠让接收端无法分辨出支路信号。 数码率不同产生的数码重叠解决方法正码速调整法完成从较低速的数码率到较高速数码率调整的过程称为正码数调整。正数码率调整一般采用缓冲存储器低速入高速出的原则，对每一个支路分别进行调整，各支路码流分别进入各自的缓冲存储器，各缓冲存储器的读入码速率稍有不同，但读出速率保持相同。本章小结 脉冲编码调制PCM抽样定理的内容 均匀量化，非均匀量化 同步技术 PCM30/32

18、帧结构 复接技术（同步和异步）模拟信号数字化的三个步骤非均匀量化的非均匀是指的_的不均匀。量化噪声的产生是由_。一次群PCM30/32（即E1帧）结构中，一个复帧包含（ ）个单帧，其中奇帧（ ）个，偶帧 （ ）个，如何鉴定是奇帧还是偶帧，由（ ）确定。每一个单帧一共包含（ ）个时隙，传输每一个单帧一共需要多少时间 （ ）？每一单帧中第一个时隙起什么作用？信令时隙是哪一个时隙？每一个单帧包含多少个用户时隙？E1，E2，E4的速率是多少？ 数字通信的最大的缺点是什么？首先解释一下“调制”的含义，然后论述数字通信系统中基带传输和频带传输的含义？电话通信中采用8Khz作为采样频率的原因是什么？请解释一

19、下。一次群E1速率是多少，如何计算出来的，要描述过程。名词解释：时分多路复用TDM；频分复用FDM；作业（第14讲）考场作文开拓文路能力分解层次(网友来稿)江苏省镇江中学 陈乃香说明：本系列稿共24讲，20XX年1月6日开始在资源上连载【要义解说】文章主旨确立以后，就应该恰当地分解层次，使几个层次构成一个有机的整体，形成一篇完整的文章。如何分解层次主要取决于表现主旨的需要。【策略解读】一般说来，记人叙事的文章常按时间顺序分解层次，写景状物的文章常按时间顺序、空间顺序分解层次；说明文根据说明对象的特点，可按时间顺序、空间顺序或逻辑顺序分解层次；议论文主要根据“提出问题分析问题解决问题”顺序来分解

20、层次。当然，分解层次不是一层不变的固定模式，而应该富于变化。文章的层次，也常常有些外在的形式：1小标题式。即围绕话题把一篇文章划分为几个相对独立的部分，再给它们加上一个简洁、恰当的小标题。如世界改变了模样四个小标题：寿命变“长”了、世界变“小”了、劳动变“轻”了、文明变“绿”了。 2序号式。序号式作文与小标题作文有相同的特点。序号可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”从全文看，序号式干净、明快；但从题目上看，却看不出文章内容，只是标明了层次与部分。有时序号式作文，也适用于叙述性文章，为故事情节的展开，提供了明晰的层次。 3总分式。如高考佳作人生也是一张答卷。开头：“

21、人生就是一张答卷。它上面有选择题、填空题、判断题和问答题，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手来书写，人生的答卷却要用行动来书写。”主体部分每段首句分别为：选择题是对人生进行正确的取舍，填空题是充实自己的人生，判断题是表明自己的人生态度，问答题是考验自己解决问题的能力。这份“试卷”设计得合理而且实在，每个人的人生都是不同的，这就意味着这份人生试卷的“答案是丰富多彩的”。分解层次，应追求作文美学的三个价值取向：一要匀称美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料详写，什么材料略写，要通盘考虑。自然段是构成文章的基本单位，恰当划分自然段，自然就成为分解层次的基本要求。该分段处就分段，不要

22、老是开头、正文、结尾“三段式”，这种老套的层次显得呆板。二要波澜美。文章内容应该有张有弛，有起有伏，如波如澜。只有这样才能使文章起伏错落，一波三折，吸引读者。三要圆合美。文章的开头与结尾要遥相照应，把开头描写的事物或提出的问题，在结尾处用各种方式加以深化或回答，给人首尾圆合的感觉。【例文解剖】 话题：忙忙，不亦乐乎 忙，是人生中一个个步骤，每个人所忙的事务不同，但是不能是碌碌无为地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦乐乎。 忙是问号。忙看似简单，但其中却大有学问。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦乐乎，却并不简单。人生如同一张地图，我们一直在自己的地图上行走，时不时我们眼前就

23、出现一个十字路口，我们该向哪儿，面对那纵轴横轴相交的十字路口，我们该怎样选择?不急，静下心来分析一下，选择适合自己的坐标轴才是最重要的。忙就是如此，选择自己该忙的才能忙得有意义。忙是问号，这个问号一直提醒我们要忙得有意义，忙得不亦乐乎。 忙是省略号。四季在有规律地进行着冷暖交替，大自然就一直按照这样的规律不停地忙，人们亦如此。为自己找一个目标，为目标而不停地忙，让这种忙一直忙下去。当目标已达成，那么再找一个目标，继续这样忙，就像省略号一样，毫无休止地忙下去，翻开历史的长卷，我们看到牛顿在忙着他的实验；爱迪生在忙着思考；徐霞客在忙着记载游玩；李时珍在忙着编写本草纲目。再看那位以笔为刀枪的充满着朝

24、气与力量的文学泰斗鲁迅，他正忙着用他独有的刀和枪在不停地奋斗。忙是省略号，确定了一个目标那么就一直忙下去吧!这样的忙一定会忙出生命灵动的色彩。 忙是惊叹号。世界上的人都在忙着自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜为回报。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的发现而得到了圆满的休止符；爱因斯坦在忙，以相对论的问世而画上了惊叹号；李白的忙，以那豪放的诗歌而有了很大的成功；张衡的忙，因为那地动仪的问世而让世人仰慕。每个人都应该有效率的忙，而不是整天碌碌无为地白忙。人生是有限的、短暂的，因此，每个人都应该在有限的生命里忙出属于他的惊叹号；都应在有限的生命里忙出他的人生精彩篇章。 忙是万物、世界、人生中都不可缺少的一部分。作为这世上最高级动物的我们，我们在忙什么呢?我们要忙得有意义，有价值，我们要忙出属于我们的精彩。我们的忙不能永远是问号，而应是省略号和感叹号。忙就要忙得精彩