数字通信总复习(第3版教材)2023春

第1章概述一、模拟信号与数字信号的特点模拟信号——幅度取值是连续的数字信号——幅度取值是离散的二、模拟通信与数字通信模拟通信——以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用实现多路通信）。数字通信——以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实现多路通信）。三、数字通信的构成各部分的作用分别是什么？例如：发端低通、收端低通。四、数字通信的特点1、抗干扰能力强，无噪声积累2、便于加密处理3、采用时分复用实现多路通信4、设备便于集成化、小型化5、占用频带较宽五、数字通信系统的主要性能指标有效性指标信息传输速率、符号传输速率、频带利用率可靠性指标误码率、信号抖动例1、设信号码元时间长度为，当（1）采用4电平传输时，求信息传输速率和符号传输速率。（2）若系统的带宽为2000,求频带利用率为多少。解：（1）符号传输速率为数据传信速率为（2）例2、接上题，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率（误比特率）。解：误码率（误比特率）＝差错比特数／传输总比特数第2章语音信号编码——脉冲编码调制(PCM)2.1语音信号编码的基本概念一、语声信号编码的概念语声信号编码——模拟语音信号的数字化二、语声信号编码的分类波形编码——根据语音信号波形的特点，将其转换为数字信号。常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。参量编码——提取语音信号的一些特征参量，对其进行编码。LPC等声码器属于参量编码。混合编码——介于波形编码和参量编码之间的一种编码。子带编码属于混合编码。2.2脉冲编码调制(PCM)一、脉冲编码调制(PCM)通信系统的构成PCM的概念——对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信号。PCM通信系统的构成二、抽样1、抽样的概念：模拟信号在时间上离散化PAM信号2、低通型信号（）的抽样抽样定理留有一定宽度的防卫带不满足抽样定理的后果——不满足抽样定理的后果是PAM信号产生折叠噪声，收端就无法用低通滤波器准确地恢复原模拟语音信号。语音信号的抽样频率为＝8000，抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。例一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的频谱（设）。解：∴此信号为低通型信号满足抽样定理时，应有（一次下边带：-原始频带=12-（2∽6）=6∽10一次上边带：+原始频带=12+（2∽6）=14∽18二次下边带：-原始频带=24-（2∽6）=18∽22二次上边带：+原始频带=24+（2∽6）=26∽30）3、带通型信号（）的抽样抽样定理若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等，则抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。三、量化量化的概念：PAM信号（样值）在幅度上离散化量化值量化分为均匀量化非均匀量化1、均匀量化量化特性：量化器的输出（量化值）与量化输入（样值）之间是一个均匀的阶梯关系。即在量化区内（即从一U～十U）均分为N等份。均匀量化的特点——大小信号的量化间隔相等（）均匀量化的缺点——在N（或）大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求为了解决这个问题，若仍采用均匀量化，则编码复杂、信道利用率下降。解决方法——采用非均匀量化2、非均匀量化非均匀量化的宗旨——在不增大量化级数N的前提下，利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比。非均匀量化的特点——小信号的量化间隔小，大信号的量化间隔大。实现非均匀量化的方法·模拟压扩法·直接非均匀编解码法——概念（一般采用）3、量化信噪比（1）定义式：（2）均匀量化信噪比（忽略过载区内的量化噪声功率）曲线例、画出的均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。解：（3）非均匀量化信噪比（忽略过载区内的量化噪声功率）①A律压缩特性oa+ab——A律压缩特性②A律压缩特性的非均匀量化信噪比例、画出的A律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。解：(oa段：ab段：)（4）A律13折线压缩特性P37图2-23四、编码与解码1、二进制码组及编码的基本概念（1）二进制码组：一般二进制码、循环二进制码（格雷码）、折叠二进制码（2）编码的基本概念编码是把模拟信号样值变换成对应的二进制码组。2、A律13折线的码字安排（采用折叠二进码编码）各量化段的电平范围、起始电平、量化间隔P38表2-5过载电压码字安排（段落码与段内码合在一起称为幅度码）极性码段落码段内码（非线性码）（线性码）3、A律13折线编码方法例1：A律13折线编码器，，一个样值为，试将其编成相应的码字。例2：某A律13折线编码器，，一个样值为，试将其编成相应的码字。（注：样值写成，取绝对值后为）4、码字的对应电平（绝对值）码字电平(编码电平)——编码器输出的码字所对应的电平。解码电平——解码器的输出电平。编码误差解码误差例：接上题求其编码误差与解码误差。编码电平：编码误差：解码电平：解码误差：5、逐次渐近型编码器（1）基本结构由两部分组成：码字判决与码形成电路——编各位码本地解码器——产生判定值（2）本地解码器①串／并变换记忆电路——将先行码（～）的状态反馈回来，并行输出～。～与反馈码的对应关系：对于先行码(已编好的码)：对于当前码(正准备编的码)：对于后续码(尚未编的码)：②7／11变换7/11变换的作用——将7位非线性幅度码～转换为11位线性幅度码∽。7/11变换的目的——为了产生判定值（若干个恒流源相加），要得到11个恒流源，所以要7/11变换。7/11变换的方法例1、某7位非线性幅度码为1101010，将其转换为11位线性幅度码。解：11位线性幅度码为01101000000B2（）6、A律13折线解码器7/12变换的目的——编码电平等于11个恒流源中的若干个恒流源相加,为了保证收端解码后的量化误差不超过，在收端应加入的补差项,即解码电平等于编码电平加。而第1、2两段的不在11个恒流源范围内，要增加一个恒流源，所以应进行7/12变换。7/12变换的方法——在7/11变换的基础上增加一个“1”A律13折线解码器输出的是解码电平，它约等于PAM信号。例1、某7位非线性幅度码为1101010，将其转换为12位线性幅度码。解：12位线性幅度码为011010100000第4章时分多路复用及PCM30/32路系统4.1时分多路复用通信一、时分多路复用的概念利用各路信号在信道上占有不同时间间隔的特征来分开各路信号的。二、PCM时分多路复用通信系统的构成P100发端低通滤波器的作用保持的目的抽样门的作用——抽样、合路。分路门的作用——分路。接收低通滤波器的作用——重建或近似地恢复原模拟语音信号。几个概念：1帧、路时隙()、位时隙()4.2PCM30/32路系统PCM30/32路系统帧结构P106图4-9位同步的目的——保证收端正确识别每一位码元。帧同步的目的——保证收发两端相应各话路要对准。复帧同步的目的——保证收发两端各路信令码在时间上对准。各时隙的作用帧同步码型及传输位置、复帧同步码型及传输位置、30路信令码的传输（标志信号的抽样频率、抽样周期）[标志信号抽样后，编4位码{abcd}]信令码{abcd}不能同时编为0000码，否则就无法与复帧同步码区分开。例1、计算PCM30/32路系统（）的路时隙、位时隙和数码率。解：路时隙位时隙数码率例2、PCM30/32路系统中，第25话路在哪一时隙中传输？第25路信令码的传输位置在什么地方？解：第25话路在帧结构中的传输位置为TS26第25路信令码在帧结构中的传输位置为F10帧TS16后4位码二、PCM30/32路定时系统发端定时系统时钟CP、位脉冲、路脉冲、复帧脉冲的频率及作用收端定时系统收端时钟的获得——定时钟提取三、PCM30/32路帧同步系统1、帧同步的实现方法P112对帧同步系统的要求帧同步建立的时间要短帧同步系统的稳定性要好2、前、后方保护（1）前方保护·作用P112·保护时间（公式）·前提状态——同步状态（2）后方保护·作用·保护时间（公式）·前提状态——捕捉状态3、帧同步系统的工作原理P113图4-15四、PCM30/32路系统的构成P119图4-20差动变量器(差动系统)的作用——2/4线转换标志信号发输出的有：30路信令码、复帧同步码和复帧对告码第5章数字信号复接5.1准同步体系-PDH5.1.1数字复接的基本概念准同步数字体系（PDH）基本概念二、PCM复用和数字复接形成二以上的高次群的方法PCM复用——概念P123（高次群的形成一般不用——原因)数字复接——概念三、数字复接的实现按位复接按字复接PDH大多采用按位复接。四、数字复接的同步数字复接要解决两个问题：·同步·复接五、数字复接的方法及系统构成数字复接的方法·同步复接·异步复接——概念P129PDH大多采用异步复接5.1.2同步复接与异步复接一、同步复接（需要码速变换）概念P127二、异步复接（需要码速调整）码速调整与恢复码速调整和码速变换的区别P1312、异步复接二次群帧结构异步复接二次群的帧周期为100．38μs帧长度为848bit4×205＝820bit（最少）为信息码28bit的插入码（最多）28bit插入码具体安排P131表5-2各一次群在内插入码及信息码分配情况第一个基群支路插入码及信息码分配情况如P131图5-9(a)所示。帧结构图图5-9(b)一次群码速调整后100.38μs内插入码有6～7个码速调整用的插入码有0～1个（最多1个）插入标志码有3个二次群1帧内插入码有24～28个（最多28个）码速调整用的插入码有0～4个（最多4个）插入标志码有12个信息码最少为820个插入标志码的作用P132每个支路采用三位插入标志码的目的5.1.3PCM零次群和PCM高次群一、PCM零次群概念——64kbit／s速率的复接数字信号。用途——一既可传送语音亦可传送数据。二、PCM高次群PCM高次群的形成4个二次群异步复接三次群4个三次群按位复接四次群高次群的接口码型PCM一、二、三次群的接口码型为HDB3码PCM四次群的接口码型为CMI码5.2同步数字体系(SDH)5.2.1SDH的基本概念1、SDH的概念P1402、SDH的特点P140——最核心的特点5.2.2SDH的速率体系P141表5-45.2.3SDH的基本网络单元终端复用器（TM）分插复用器（ADM）数字交叉连接设备（DXC）SDH网元单元在SDH网中的连接方式，P145图5-22，几个概念：再生段、复用段、通道5.2.4SDH的帧结构P146图5-24帧周期为125μs帧长度为9×270×N个字节或9×270×N×8个比特STM-N的速率=三个主要区域及作用P147SOH、AU-PTR等的容量（速率）的计算例、由STM-1帧结构计算出①STM-1的速率。②SOH的速率。③AU-PTR的速率。解：①STM-1的帧周期为125μs帧长度为9×270×8比特，②SOH的速率为③AU-PTR的速率为第6章数字信号传输6.1数字信号传输基本理论基带传输——未经调制变换的基带数字信号直接在电缆信道上传输。频带传输——P1816.2传输码型一、对基带传输码型的要求P189二、常见的传输码型1、单极性不归零码（即NRZ码）——不适合基带传输2、单极性归零码（即RZ码）——不适合基带传输3、AMI码AMI码基本符合要求，适合作为基带传输码型。AMI码的缺点——如果长连“0”为了克服这一缺点，引出了HDB3码。二进码AMI码例、二进码序列如下，将其转换为AMI码。二进码序列：1101010011101AMI码：+1-10+10-100+1-1+10-14、HDB3码二进码HDB3码HDB3码码型变换规则P192HDB3码码型反变换的原则193例1、二进码序列如下，将其转换为HDB3码。二进码序列：10100001110000000001HDB3码：V+解：二进码序列10100001110000000001HDB3码：V+-10+1B-00V-+1-1+1000V+B-00V-0+1例2、设接收到的HDB3码如下（不包括参考点），将其还原为二进码序列。HDB3码：+1000+10-1+100-1000-1+100+10-1解：HDB3码+1000+10–1+100–1000–1+100+10-1二进码序列1000001100100000000015、CMI码二进码CMI码CMI码变换规则P193表6-1例1、二进码序列如下，将其转换为CMI码。二进码序列：1101010011101解：二进码序列1101010011101CMI码0011000111010001011100110100解：CMI码1100010111010