大学课件数字通信技术

1、1第二章第二章 数字通信技术数字通信技术-2-2数字通信技术数字通信技术-1 -1 主要内容主要内容1、差错控制编码的基本思想。、差错控制编码的基本思想。2、pcm的三个基本过程。的三个基本过程。3、抽样定理。、抽样定理。4、语音信号的抽样周期。、语音信号的抽样周期。5、量化的基本思想。、量化的基本思想。6、均匀量化的弊端。、均匀量化的弊端。http:/ .2.2 量化量化非均匀量化非均匀量化关于非均匀量化的主要内容：关于非均匀量化的主要内容：1 1、掌握其基本思想、掌握其基本思想2 2、了解、了解a a律律1313折线量化方法，分级情况折线量化方法，分级情况（2 2）非均匀量化）非均匀量化基

2、本思想：基本思想：使信号辐度小时，量化间隔使信号辐度小时，量化间隔u小些，小些，信号幅度区间大时，量化间隔信号幅度区间大时，量化间隔u大些，以使大大些，以使大小信号相对量化误差（量化信噪比）趋于一致。小信号相对量化误差（量化信噪比）趋于一致。http:/ .2.2 量化量化实现方法：实现方法：为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，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可采取一种等效途径：首先通过人为变换，对样值进行处理首先通过人为变换，对样值进行处理y， 以增大小信号样值，减小大信号的样值。以增大小信号样值，减小大信号的样值。然后再对处理后的然后再对处理后的y样值区间

3、进行均匀量化样值区间进行均匀量化以保证量化间隔以保证量化间隔u一致（一致（u变为变为u）。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。http:/ y均匀量化等效于对均匀量化等效于对x x非均匀量化非均匀量化因此，压缩器的功能，加上均匀量化的因此，压缩器的功能，加上均匀量化的功能，等效于非均匀量化。功能，等效于非均匀量化。压缩处理压缩处理+均匀量化均匀量化=非均匀量化非均匀量化http:/ .2.2 量化量化目前数字压扩特性国际上有目前数字压扩特性国际上有两种不同的标准：两种不同的标准：a律十三折线压扩特性律十三折线压扩特性13折线折线a律主要用于英、法、德等欧

4、洲各国的律主要用于英、法、德等欧洲各国的pcm设备中，设备中，我国也采用我国也采用a律律13折线折线。律十五折线压扩特性律十五折线压扩特性15折线折线律主要用于美国、日本和加拿大等律主要用于美国、日本和加拿大等国的国的pcm设备中。设备中。http:/ .2.2 量化量化13折线折线a律压扩曲线律压扩曲线http:/ .2.2 量化量化a律律13折线的生成：折线的生成：13折线折线a律是从非均匀量化的基点出发，设法用律是从非均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近许多折线来逼近a律对数压扩特性的。律对数压扩特性的。设在直角坐标系中，设在直角坐标系中，x轴和轴和y轴分别表示输入信轴分别表示输入信

5、号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是大取值范围都是11，即都是归一化的。，即都是归一化的。为达到非均匀量化的目的，为达到非均匀量化的目的，a a律律1313折线分两步生成：折线分两步生成：第一步，把第一步，把x轴的区间轴的区间1，1不均匀地分不均匀地分成成16大段，正半轴大段，正半轴8大段，负半轴大段，负半轴8大段。大段。http:/ .2.2 量化量化其具体分法如下其具体分法如下:将区间将区间0，1一分为二，其中点为一分为二，其中点为1/2,取区间取区间1/2,1作为第八段作为第八段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/2再一分为二，

6、其中点为再一分为二，其中点为1/4,取取区间区间1/4,1/2作为第七段作为第七段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/4再一分为二，其中点为再一分为二，其中点为1/8,取取区间区间1/8,1/4作为第六段作为第六段;将剩下的区间将剩下的区间0,1/8再一分为二，其中点为再一分为二，其中点为1/16,取区间取区间1/16,1/8作为第五段作为第五段;.最后剩下的区间最后剩下的区间0,1/128作为第一段。作为第一段。其中第一、第二两段长度相等，都是其中第一、第二两段长度相等，都是1128。http:/ .2.2 量化量化第二步，将以上第二步，将以上8个不均匀大段的每一段，个不均匀大段的每一段，再均

7、匀地分成再均匀地分成16等份，每一等份代表一等份，每一等份代表一个量化级。个量化级。http:/ .2.2 量化量化因此，将因此，将x轴的轴的01的变化域分成了的变化域分成了168128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非均匀量化；行非均匀量化；另外，对另外，对-x轴也作同样的分段处理，则轴也作同样的分段处理，则x轴共有轴共有256个非均匀量化级。个非均匀量化级。对于对于y（或（或-y）轴的）轴的01的变化域被均匀地分成的变化域被均匀地分成8大段，每大段再均匀地分成大段，每大段再均匀地分成16等份，故等份，故y轴同轴同样也被分成样也被分成128225

8、6个量化级，不过它是个量化级，不过它是均匀量化级。均匀量化级。http:/ 2、编码的位数、编码的位数和码位的安排和码位的安排量化级数量化级数n2（正负极性）（正负极性）8（段）（段）16（等份）（等份）256，所以，所以需需8位二进制码位二进制码。用用1位二进制码（称为极性码）表示正负（如位二进制码（称为极性码）表示正负（如“1”表示正，表示正，“0”表示负）、表示负）、3位二进制码（称位二进制码（称为段落码）表示为段落码）表示8大段落、大段落、4位二进制码（称为位二进制码（称为段内码）表示每一大段的段内码）表示每一大段的16等份等份 a1， a2a3a4， a5a6a7a8极性码极性码 段

9、落码段落码 段内码段内码http:/ :相邻码之间只有一个码字不同，这样误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特点使得在传输过程中若产循环码在排列上的这一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。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，但这种码与其所表示的数值之间无直接联系，如如每每位码没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编位码没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编译

10、码，因而它不具有自然二进制码的优点。译码，因而它不具有自然二进制码的优点。 所以所以编码电路比较复杂编码电路比较复杂，一般较少采用。，一般较少采用。http:/ 3、码型的选取、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。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。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：设传输中错一位，可有三种情况：001、010、1

11、00http:/ 进进 码码循循 环环 码码折折 叠叠 码码误误 码码情情 况况量量 化化 级级 1 1量量 化化 级级 2 2 量量 化化 级级 4 4量量 化化 级级 0 0实实 际际 码码 ： 0 0 0 0 0 0平平 均均误误 差差差差 3 3差差 1 1差差 7 7差差 1 1差差 2 2差差 1 1差差 4 4差差 2 2差差 1 17 73 31 12 21 14 47 7 3 31 11 1 3 34 4 3 30 03 30 0 0 0 1 10 0 1 1 0 01 1 0 0 0 0http:/ 8=64 k 8=64 khttp:/ 2.3 数字传输技术数字传输技术数

12、字基带传输数字基带传输数字频带传输数字频带传输http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输1 1、数字基带信号、数字基带信号数字终端设备直接产生数字终端设备直接产生a/da/d转换后转换后从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性（如（如5v或或5v）表示的矩形脉冲）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。述数字信号又统称为数字基带信号。http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输2、基带传输、基带传输将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；将基带信号直接

13、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:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输3、基带传输码型、基带传输码型选码原则选码原则（1）不应含有直流分量）不应含有直流分量和只有很小的低频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；）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；）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）对任何信源具有透明性，解决长连1和长和长连连0问题问

14、题 ；（5）编译码的设备应尽量简单。）编译码的设备应尽量简单。http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输常用码型常用码型曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）传号交替反转码（传号交替反转码（ami码）码）传号反转码（传号反转码（cmi码）码）三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（hdb3码）码）http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输曼彻斯特码曼彻斯特码001 110 常用于计算机通信网络中常用于计算机通信网络中101100高 h低 l“ 1”高电 平“ 0”低电 平中 间 跳“ 0”上跳“ 1”下跳中 间 总 有跳 变“ 0”开头 跳高

15、h低 l高 h低 l（ a） 不归 零 制编 码（ b） 曼 彻 斯 特 编码（ c） 差 分 曼 彻斯 特 编码http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输传号交替反转码（传号交替反转码（ami:alternate mark inversion code）0 不变，不变，1交替变为交替变为+1和和-1北美系列一、二、三次群的线路码型北美系列一、二、三次群的线路码型http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（hdb3码：码：high density bipolar）ami码中没有四个连码中没有四个连0时，时， ami码就是码就是hdb3码码a

16、mi码中有四个连码中有四个连0时：时：第四个第四个0用用v代表，代表，v的极性与这四个的极性与这四个0的前一个非的前一个非0码极性相同。码极性相同。为保证为保证v的极性不同（若径上面变换出现相同情的极性不同（若径上面变换出现相同情况），则第一个况），则第一个0用用b代表，代表，b的极性与前一非的极性与前一非0符符号极性相反。号极性相反。http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输消息带码：消息带码： 1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1ami码：码：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 1 000 0 +1hdb3码码-1 000-v 0 +1 1 +b0

17、0+v -1 +1-b00+v +1hdb3码是码是ccitt建议建议pcm30/32标准系标准系列的基群、二次群、三次群的线路码型。列的基群、二次群、三次群的线路码型。http:/ 2.3.1 数字基带传输数字基带传输传号反转码（传号反转码（cmi码：码：code mark inversion）001 100/11交替。交替。ccitt建议四次群接口码型。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 00http:/ 2.3.2 数字频带传输数字频带传输1、定义、定义利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信利用数字基带信号去控制载波，

18、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。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道传输，称之为数字信号的频带传输。http:/ 2.3.2 数字频带传输数字频带传输2、常用调制方法、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调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化而变化。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”。载波载波s(t)=asin( t+)a：振幅：振幅 ：角频率：角频率 ：相位：相位http:/ 2.3.2 数字频带传输数字频带传输（1 1）幅移键控方式（）幅移键控方式（askask，amplitude-shift amplitude-shi