《数字通信原理》课程论文.docx

数字通信原理课程论文数字通信原理的课程已经结束。这本书共有六个章节。其主要章节有：第一章 概述，第二章 语音信号编码脉冲编码调制(PCM)，第三章 语音信号压缩编码，第四章 时分多路复用及PCM30/32路系统，第五章 数字信号复接PDH与SDH，第六章 数字信号传输。 学了数字通信原理这本书的课程，让我对数字通信有了一点了解。第一章 概述（一） 消息指报道事情的概貌而不讲述详细的经过和细节，以简要的语言文字迅速传播新近事实的新闻体裁，也是最广泛、最经常采用的新闻基本体裁。（二） 信息从信息的观点来看，本体论层次（无条件约束的层次，纯客观角度）信息的定义是事物运动的状态和方式；认识论层次（站在人类主体的立场上来定义信息）信息的定义是主体表述的相应事物的运动状态和运动方式。（三） 信号信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。但在很多情况下，这些表达信息的语言文字不便于直接传输。因此在近代科学技术中，常用电信号来传送各种信息，即利用一种变换设备把各种信息转换为随时间作相应变化的电流或电压进行传输。这种随信息作相应变化的电压或电流就是电信号。由消息转换成的电信号可分为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号是指时间和幅度都连续的信号。数字信号是指时间和幅度都离散的信号。如下图（a）模拟信号 （b）数字信号模拟信号及数字信号的模型（四） 通信系统模型信息传递和交换的过程称为通信。 我们知道信息可以有多种表现形式，如语音、文字、数据、图像等。近代通信系统也是种类繁多、形式各异，但可以把通信系统概括为一个统一的模型。这一模型包括：（1）信源：信息的发出者。（2）变换器：将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。（3）信道：信号的传输通道。（4）反变换器：与变换器的功能相反。（5）信宿：信息传送的终点。（6）噪声源：在终端和通信过过程中的噪声的总和。其通信系统的模型如下图（五） 数字通信系统1、数字通信信源发出的信息经变换处理后，送往信道上的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。典型的数字通信系统的组成如图数字通信系统的结构模型2、数字通信系统的主要性能指标（1）信息传输速率：用每秒传输的信息量来衡量。单位：bit/s。（2）符号传输速率：单位时间内所传输的码元的数目。单位：波特。（3）频带利用率：单位频带内的传输速率。 在比较不同通信系统的传输效率时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的频带宽度。即：或第二章 语音信号编码目前通信业务主要有电话业务和图像（传真、电视）业务等，这两种通信业务的信源信息都是在时间和幅度上均匀连续的模拟信号，要实现数字化的传输和交换，首先要把模拟信号转换为数字信号。电话信号的数字化称为语音编码，图像信号的数字化称为图像编码。（一） 语音信号编码的基本概念所谓语音信号的编码指的就是模拟语音信号的数字化，即信源编码。根据语音信号的特点及编码实现的方法，语音信号的编码可以分为三大类，1、波形编码：对信号的波形进行的编码。2、参量编码：提取语声信号的一些特征参量，对其进行的编码。3、混合编码：介于波形编码和参量编码之间的一种编码。既在参量编码的基础上，引入了一定的波形编码的特征，以达到改善自然度的目的。 （二） 脉冲编码调制（PCM）通信系统 脉冲编码调制是实现模拟信号数字化的一种方式，脉冲编码调制系统中的信号变换和处理过程如图所示。PCM通信系统的构成方框图由PCM通信系统的构成方框图可知，PCM通信系统由3个部分构成。1、 模/数变换图中的A/D变换包含三个部分：（1）抽样：将模拟信号在时间上离散化的过程。（2）量化：将模拟在幅度上离散化的过程。（3）编码：将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。2、 通道部分3、 数/模变换（三） 量化量化是把信号在幅度域上连续取值变化为幅度域上离散取值的过程。量化可以分为：1、 均匀量化量化分级间隔相等的量化方式为均匀量化，均匀量化也称线性量化，它把输入的取样值的范围划分为若干等距离的小间隔，每个小间隔叫做一个量化级。当某一输入的取样值落在某一间隔内时，就用这个间隔内的中间值来近似地表示这个取样值的大小，并以此值输出。这样大信号和小信号的绝对误差相同，而对小信号来说，相对误差（噪声）很大，也就是说信噪比小，不能满足语音信号的传输要求。（注：信噪比为输出的信号功率与噪声功率之比。信噪比越大，说明通信质量越好）2、 非均匀量化非均匀量化（又称非线性量化）就是使用不等的量化级差（间隔），小信号分级密，量化级差小；大信号分级疏，量化级差大。或者说量化间隔随着信号幅值的减小而缩小，使信号幅值在较宽的动态范围内的信噪比都能达到指标规定的要求。非均匀量化是利用压缩和扩展的方法来实现的。不同幅值的信号经过具有压缩特性的放大器后对小信号的幅度有较大的放大作用，而对大信号的幅度则有压缩作用。这样在对经过放大后的取样小信号进行量化时，就使小信号的量化误差相对减少，信噪比得到改善，如果放大作用大，则改善的程度也大；至于大信号经压缩、量化后，信噪比将降低，结果使话音信号在整个动态范围内的信噪比基本上相差不多，且都能满足规定的要求。国际上允许采用两种折线形压扩特性：13折线A律压扩特性和15折线u律压扩特性，美采用u律，我国与欧洲规定采用A律。（四） A律13折线编码、解码1、 编码的概念编码是将模拟信号样值变换成对应的二进制码组。从概念上讲，编码过程可以用天平称量物体重量的过程来类比。2、 A律13折线编码方法PCM编码的方法类似于天平称物体重量。首先要提供一套大小不等的判定值，既各段起始电平和段内标准权值，以便与抽样值进行比较。判定值的确定规律和提供方法：（1） 极性码 is0 a1=1； is0 a1=0。取绝对值：（2） 幅度码编码规则：若IsIRi,则ai=1 若IsIRi,则ai=0判定值的确定:IR2, IR3, IR4第一次对分点是128 ；第二次对分点是：512 （a2=1)和32 (a2=0) ；第三次对分点是： 1024 (a2=1,a3=1) 、256 (a2=1,a3=0)、64 (a2=0,a3=1)、16 (a2=0,a3=0) 。IsIRi,编为1码；IsIRi，编为0码。经过3次比较，完成段落码的编码。根据段落码编码，确定了段落起始电平IBi和段落的量化间隔i3、 A律13折线解码解码的作用是把接收到的PCM信码还原成解码电平。 接收到的PCM串行码通过串/并变换记忆电路变为并行码，并由记忆电路记忆，通过7/12变换，寄存读出和线性解码网络输出相应的PAM量化信号。第三章 语音信号压缩编码（一） 语音压缩编码的概念语音压缩编码研究的基本问题是在给定编码质量、编码延时及算法复杂的条件下，如何降低语音编码所需的比特率。（二） 语音压缩编码的分类：波形编码、参数编码、混合编码。其中波形编码是出现较早且成熟的语音编码技术，波形编码包括：自适应增量调制（ADM）、自适应差分编码调制（ADPCM）、自适应预测编码（APC）、自适应子带编码（ASBC）自适应变换编码等。（三） DPCM系统原理框图自适应差分编码调制（ADPCM）是用预测编码的方法来压缩数据的，它结合了ADM的差分信号与PCM二进制码的方法，是一种性能比较好的编码方式。要想了解ADPCM,首先就要了解DPCM。DPCM就是考虑利用语音信号的相关性找出看反映信号变化特征的一个差值进行编码的。其DPCM的系统原理图如图DPCM的系统原理图（四） ADPCM前面学了DPCM的工作原理，但为了进一步提高DPCM方式的质量，还需采取一些辅助措施，即自适应措施。语音信号的变化是因人、因时而不同的，为了能再相当宽的变化范围内得到最佳的性能，DPCM也需要自适应系统，在这里的自适应包括自适应预测和自适应量化，即ADPCM。（五） 参量编码参量编码根据对语音形成的机理分析，着眼于构成语音生成模型。（六） 混合编码混合编码多以线性预测编码（LPC）为基础，依据对激励信息的不同处理，混合编码方法主要有：多脉冲线性预测编码（MPLPC）、规则脉冲激励线性预测编码（RPELPC）、码激励线性预测编码（CELPC）、低时延的码激励线性预测编码（LD-CELPC）；混合编码结合了波形编码和参量编码的优点，采用线性技术构成声道模型。它不只传输预测参数和清浊音信息，而且也同时传输预测误差信息。第四章 时分多路复用及PCM30/32路系统数字通信在实现多路通信时是采用时分制多路方式，如何实现时分制多路通信是非常重要的。（一） 时分多路复用所谓的时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来区分各路信号的。其PCM时分多路复用通信系统的构成为：PCM时分多路复用通信系统的构成（二） PCM30/32路系统帧结构帧：抽样时个路信号每轮一次抽样的总时间， 也就是一个抽样周期。一帧码流中含有帧同步码、复帧同步码、各路信息码、信令码、警告码等。其PCM30/32路系统帧结构图如下其中（1） 30个话路时隙：TS1TS15； TS17TS31。（2）帧同步时隙：TS0 偶帧TS0：发送帧同步码，0011011； 奇帧TS0：发送帧失步对告。第五章 数字信号复接根据不同的需要和不同的传输介质的传输能力，要有不同的话路数和不同速率复接，形成一个系列，由低到高 逐级复接，这就是数字复接（一） 数字复接的方法及系统构成（1）数字复接的方法分为同步复接和异步复接。（2）数字复接系统的构成第六章 数字信号传输（一） 传输码型不同的码型具有不同的功率谱结构，码型的功率谱结构应适合于给定信道的传输特性和对定时时钟提取的要求。1、 常见的传输码型（1） 单极性不归零码（NRZ)（2） 单极性归零码（3） 传号交替反转码（AMI)（4） 三阶高密度双极性码（HDB3)（5） 传号反转码（CMI码）（二） 数字基带传输数字基带传输，一种不搬移基带信号频谱的传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。很老的一种数据传输方式，一般用于工业生产中。服务器终端服务器电话线基带终端，ISO中属于物理层设备。（三） 数字频带传输所谓数字信号的频带传输是对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。数字信号的频带传输系统主要有光纤数字传输系统、数字微波传输系统和数字卫星传输系统。（1）频带传输系统