第二章通信基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容通信的基本概念與基本問(wèn)題通信中的調(diào)制技術(shù)通信中的編碼技術(shù)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)通信中的復(fù)用和多址技術(shù)通信中的同步重點(diǎn)內(nèi)容通信系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)及其基本概念（模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)）調(diào)制的概念、定義、作用、分類模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制的各種調(diào)制技術(shù)特性及其應(yīng)該范圍第一節(jié)通信的基本概念與基本問(wèn)題一、通信系統(tǒng)模型1、模擬通信系統(tǒng)模型信道中傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)信息源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿噪聲圖21模擬通信系統(tǒng)模型2、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)信息源信源編碼信道編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼信源譯碼信宿噪聲圖22數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題信源編碼/譯碼；信道編碼/譯碼；數(shù)字調(diào)制/解調(diào)；數(shù)字復(fù)接；同步以及加密信源編碼的作用一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率二是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換信道編碼的作用為了降低誤碼率，提高數(shù)字通信的可靠性而采取得編碼?；舅枷胧峭ㄟ^(guò)對(duì)信息序列作某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立，相關(guān)性極小的信息碼元產(chǎn)生某種相關(guān)性，從而在接收端利用這種規(guī)律檢查或糾正信息碼元在信道傳輸中所造成的差錯(cuò)。數(shù)字調(diào)制把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)于這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字信號(hào)可以再生從而消除噪聲累積便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理便于實(shí)現(xiàn)集成化便于加密處理便于綜合傳遞各種信息，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。3、信息、消息與信號(hào)信息是一種不確定度的描述，是語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等所包含的人們想知道的內(nèi)容，是內(nèi)在地實(shí)質(zhì)的東西。具有兩個(gè)明顯的特征廣泛性與抽象性消息消息是具體的，有不同的形式。消息中包含了信息，如符號(hào)、文字、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信號(hào)信號(hào)為信息的表示形式，在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)膶?shí)質(zhì)是表現(xiàn)為各種消息形式的電信號(hào)。二、通信方式1、單工、半雙工及全雙工通信單工通信指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一共信道。發(fā)送端信道接送端圖23（A）單工通信半雙工通信指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式發(fā)送端信道接送端發(fā)送端接送端圖23（B）半雙工通信全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向通道發(fā)送端信道接送端發(fā)送端接送端信道圖23（C）全雙工通信2、并行傳輸和串行傳輸并行傳輸并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用串行傳輸串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式三、信息及其度量1、信息量消息攜帶的信息量大小與消息出現(xiàn)的可能性有關(guān)，而可能性可以由消息的統(tǒng)計(jì)特性概率描述，離散消息XI攜帶的信息量為L(zhǎng)OG1LOGIAIAIXPXXI信息量的單位由對(duì)數(shù)的底來(lái)確定（1）對(duì)數(shù)以2為底時(shí)，信息量的單位為比特（BIT，簡(jiǎn)稱B）；（2）對(duì)數(shù)以E為底時(shí)，信息量的單位為奈特（NIT）；（3）對(duì)數(shù)以10為底時(shí)，信息量的單位為哈萊特（HARTLEY）；2、平均信息量（信源熵）離散信源的平均信息量為L(zhǎng)IIIXPXH12LOG對(duì)于連續(xù)信源，其信源熵為DXFXFXL2式中為消息出現(xiàn)的概率密度XF四、通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1、模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性有效性指標(biāo)用傳輸頻帶來(lái)衡量，不同調(diào)制方式需要的頻帶寬度（簡(jiǎn)稱帶寬B）也不同，信號(hào)的帶寬越小，占用信道帶寬越少，在給定信道時(shí)容納的傳輸路數(shù)越多，有效性越好?？煽啃钥煽啃灾笜?biāo)用接收端的最終輸出信號(hào)噪聲功率比（簡(jiǎn)稱信噪比S/N或SNRSIGNALNOISERATIO）來(lái)衡量，不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)輸出信噪比也不同，如跳頻系統(tǒng)的輸出信噪比大于調(diào)幅系統(tǒng)，故可靠性比調(diào)幅系統(tǒng)好，但調(diào)配信號(hào)所需傳輸帶寬高于調(diào)幅。2、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性有效性指標(biāo)用于傳輸速率衡量，傳輸速率又分為碼元傳輸速率和信息傳輸速率。碼元傳輸速率（RB），簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率，指單位時(shí)間能夠傳送的碼元數(shù)，單位為波特BAVD，簡(jiǎn)稱B）。信息傳輸率（RB），簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率，指單位時(shí)間能夠傳送的平均信息量，單位為B/S。可靠性可靠性指標(biāo)用差錯(cuò)概率衡量，差錯(cuò)概率又分為誤碼率和誤信率。誤碼率（碼元差錯(cuò)概率）PE。誤碼率指接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，即碼元在通信系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，傳輸總碼元數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)EP誤信率（信息差錯(cuò)概率）PB。誤信率指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占地比例傳輸總比特?cái)?shù)錯(cuò)誤比特?cái)?shù)BP五、信道容量與香農(nóng)公式信道容量C指信道中無(wú)差錯(cuò)傳輸信息的最大速率，分為連續(xù)信道的信道容量和離散信道的信道容量。對(duì)于連續(xù)信道的信道容量，有著名的香農(nóng)公式1LOG/1LOG022BNSNSB式中，S為信號(hào)的功率；B為信道帶寬S/N為信道信噪比；N0為噪聲功率譜密度。關(guān)于香農(nóng)公式，作如下說(shuō)明1CN則,0,/2但B無(wú)限增加時(shí)，信道容量趨于定值C041LIMNSCB3信道容量C一定時(shí)，帶寬B與信噪比S/N可以互換。第三節(jié)通信中的調(diào)制技術(shù)一、調(diào)制的概念調(diào)制，就是安裝調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過(guò)程。調(diào)制信號(hào)M（T）為包含信息的原始信號(hào)，具有較低的頻譜分量，在許多信道中不適宜直接傳輸；載波信號(hào)C（T）為參數(shù)受調(diào)制信號(hào)控制、用來(lái)承載信息的特定信號(hào)。1、調(diào)制的作用進(jìn)行頻譜搬移。把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高信道的頻帶利用率。通過(guò)選擇不同的調(diào)制方式改善系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?、調(diào)制的分類按照調(diào)制信號(hào)M（T）分類根據(jù)調(diào)制信號(hào)M（T）取值是連續(xù)的還是離散的，可將調(diào)制分為兩種類型模擬調(diào)制在模擬調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)的取值是連續(xù)的，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM數(shù)字調(diào)制在數(shù)字調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)的取值是離散的，如ASK、FSK、PSK等。按照載波信號(hào)C（T）分類根據(jù)載波信號(hào)C（T）是連續(xù)的正弦波還是脈沖波，又可將調(diào)制分為兩種類型連續(xù)波調(diào)制。C（T）為連續(xù)正弦波，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM、FSK、PSK等脈沖調(diào)制。C（T）為周期性脈沖波，如PCM、PAM、PDM、PPM等按照M（T）對(duì)C（T）不同參數(shù)的控制分類根據(jù)M（T）對(duì)C（T）不同參數(shù)的控制還可將調(diào)制分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本的調(diào)制方式。幅度調(diào)制載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)線性變化的過(guò)程，如AM、DSB、SSB、VSB、ASK頻率調(diào)制如FM、FSK相位調(diào)制如PM、PSK、DPSK二、模擬調(diào)制（一）線性調(diào)制AM、DSB、SSB、VSB1、常規(guī)調(diào)幅（AMAMPLITUDEMODULATION）AM信號(hào)表達(dá)式為COS0TTMATSM要求稱為包絡(luò)檢波不失真條件0MAX|AT由頻譜圖可知，AM信號(hào)的帶寬為MFB2AM調(diào)制的解調(diào)技術(shù)包絡(luò)檢波、相干解調(diào)AM調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾能力差A(yù)M調(diào)制的應(yīng)用場(chǎng)合中波和短波的調(diào)幅廣播2、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSBSC）DSBSC信號(hào)表達(dá)式為TTMCDSBOS由頻譜圖可知，DSBSC信號(hào)的帶寬為F2DSBSC調(diào)制的解調(diào)技術(shù)相干解調(diào)DSBSC調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了載波功率，提高功率利用率，缺點(diǎn)是它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的2倍DSBSC調(diào)制的應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用較少3、單邊帶調(diào)制（SSB）SSB信號(hào)的帶寬為MFB產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法一是濾波法二是相移法SSB調(diào)制的解調(diào)方法相干解調(diào)SSB調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。SSB調(diào)制的應(yīng)用場(chǎng)合用于頻帶比較擁擠的場(chǎng)合，如頻分多路復(fù)用的載波通信系統(tǒng)中。4、殘留邊帶調(diào)制（V（VESTIGIAL）SB）VSB信號(hào)的帶寬介于與之間MF2VSB調(diào)制的解調(diào)方法相干解調(diào)VSB調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)綜合了AM、SSB和VSB三者的優(yōu)點(diǎn)VSB調(diào)制的應(yīng)用場(chǎng)合商用電視廣播系統(tǒng)（二）非線性調(diào)制調(diào)頻FM和調(diào)相PM調(diào)頻的特點(diǎn)調(diào)頻波比調(diào)幅波占用的帶寬大在高調(diào)頻指數(shù)時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)的輸出信噪比（即抗干擾能力）遠(yuǎn)大于調(diào)幅系統(tǒng)調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比的互換寬帶調(diào)頻的缺點(diǎn)頻帶利用率低，存在門限效應(yīng)調(diào)頻的應(yīng)用場(chǎng)合寬帶調(diào)頻廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中；窄帶調(diào)頻主要用在接收信號(hào)弱、干擾大的情況下。三、數(shù)字調(diào)制分類調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相鍵控的定義由于調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，是離散狀態(tài)，在狀態(tài)切換時(shí)，類似于對(duì)載波進(jìn)行開關(guān)控制，故稱鍵控。（一）二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1、二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。NCSASKTTTGATSOS22ASK信號(hào)帶寬BS2RB2ASK應(yīng)用于早期電報(bào)通信，但抗噪性能力差（對(duì)信道衰減敏感），數(shù)字通信中很少用，但它是研究其他數(shù)字調(diào)制方式的基礎(chǔ)。2、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）正弦載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號(hào)在和兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制移1F頻鍵控信號(hào)。COSCOS21F2NNSNSSKTTTGATTTGATS2FSK信號(hào)帶寬|R2B12BFKF2FSK方式頻帶利用率低，只適用于中低速數(shù)據(jù)傳輸，在話帶內(nèi)進(jìn)行2FSK數(shù)據(jù)傳輸，速率1200B/S。3、二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）信號(hào)。TNTTGATSCNSPSKOS2在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180度的相位模糊，所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒”現(xiàn)象和“反向”現(xiàn)象，從而使得2PSK方式很少在實(shí)際中應(yīng)用。4、二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系，表示數(shù)字信息“0”；0，表示數(shù)字信息“1”。或，表示數(shù)字信息“0”；，表示數(shù)字信息“1”。0則一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的載波相位關(guān)系如下二進(jìn)制數(shù)字信息11010011102DPSK信號(hào)相位000000或0000022DPSK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法可以先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，將絕對(duì)碼表示二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為用相對(duì)碼表示的二進(jìn)制信息，然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào)。2DPSK的應(yīng)用范圍2DPSK廣泛應(yīng)用于中高速率數(shù)據(jù)傳輸（二）其他數(shù)字調(diào)制方式1、正交振幅調(diào)制QAM（QUADRATUREAMPLITUDEMODULATION）正交振幅調(diào)制是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用這種已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。正交振幅調(diào)制就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2、最小移頻鍵控MSK（MINIMUMFREQUENCYSHIFTKEYING）最小移頻鍵控MSK是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK的一種特殊形式，它比2PSK有更高的頻譜利用率，并且有更強(qiáng)的抗噪聲性能，從而得到了廣泛的應(yīng)用。3、高斯最小移頻鍵控（GMSK）GMSK調(diào)制方式能滿足移動(dòng)通信環(huán)境下對(duì)鄰道干擾的嚴(yán)格要求，它以良好的性能而被泛歐數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）所采用。4、正交頻分復(fù)用（OFDM）其基本原理是將發(fā)送的數(shù)據(jù)流分散到許多個(gè)子載波上，使各子載波的信號(hào)速率大為降低，從而能夠提高抗多徑和抗衰落的能力。正交頻分復(fù)用的特性具有較強(qiáng)的抗多徑傳播和頻率選擇性衰落的能力以及較高的頻譜利用率正交頻分復(fù)用的應(yīng)用應(yīng)用于接入網(wǎng)中的高速數(shù)字環(huán)路HDSL、非對(duì)稱數(shù)字環(huán)路ADSL，高清晰度電視HDTV的地面廣播系統(tǒng)。在移動(dòng)通信領(lǐng)域，OFDM是第三代、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)準(zhǔn)備采用的技術(shù)之一。5、擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)抗干擾和抗衰落、抗阻塞能力強(qiáng)；多址通信時(shí)頻譜利用率高；信號(hào)的功率譜密度很低，有利于信號(hào)的隱蔽。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作方式直接序列擴(kuò)頻跳變頻率擴(kuò)頻跳變時(shí)間擴(kuò)頻混合擴(kuò)頻第四節(jié)通信中的編碼技術(shù)通信中的編碼技術(shù)主要有信源編碼和信道編碼信源編碼的作用一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。二是當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸信道編碼的作用是為了降低誤碼率，提高數(shù)字通信的可靠性一、信源編碼1、模擬信號(hào)在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)牟襟E（1）把模擬信號(hào)數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）（2）進(jìn)行數(shù)字方式傳輸；（3）把數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，即數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）。2、模擬信號(hào)數(shù)字化的方法波形編碼是直接把時(shí)域波形變換為數(shù)字代碼序列，比特率通常在1664KB/S范圍內(nèi)，接收端重建信號(hào)的質(zhì)量好，典型方法有脈沖編碼調(diào)制（PCM）、自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）、增量調(diào)制（DM）。參數(shù)編碼是利用信號(hào)處理技術(shù)，提取語(yǔ)音信號(hào)的特征參數(shù)，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，其比特率在16KB/S以下，但接收端重建（恢復(fù)）信號(hào)的質(zhì)量不好，如線性預(yù)測(cè)編碼LP。（一）PCM原理1、概念脈沖編碼調(diào)制是一種用一組二進(jìn)制數(shù)字代碼來(lái)代替連續(xù)信號(hào)的抽樣值，從而實(shí)現(xiàn)通信的方式。A/DTM抽樣LPF譯碼量化編碼信道TMTQ干擾PCM系統(tǒng)原理框圖2、基本原理在發(fā)送端進(jìn)行波形編碼（主要包括抽樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程），把模擬信號(hào)變換為二進(jìn)制碼組。編碼后的PCM碼組的數(shù)字傳輸方式可以是直接的基帶傳輸，也可以是對(duì)微波、光波等載波調(diào)制后的調(diào)制傳輸。在接收端，二進(jìn)制碼組經(jīng)譯碼后還原為量化后的樣值脈沖序列，然后經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，便可得到重建信號(hào)。3、抽樣定義抽樣是按抽樣定理把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列時(shí)間上離散的抽樣值的過(guò)程抽樣定理如果對(duì)一個(gè)頻帶有限的時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)抽樣，當(dāng)抽樣速率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，則根據(jù)他的抽樣值就能重建原信號(hào)低通抽樣定理一個(gè)頻帶限制在（0，HF）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，如果以的時(shí)間間隔TM2/1HSFT對(duì)它進(jìn)行等間隔（均勻）抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。T抽樣定理告訴我們?nèi)舻念l譜在某一頻率以上為零，則中的全部信息MHT完全包含在其間隔不大于的均勻抽樣序列里。換句話說(shuō)，在信號(hào)最高頻率分量的每一個(gè)周期內(nèi)起碼應(yīng)抽樣兩次。或者說(shuō)抽樣速率（每秒內(nèi)的抽樣點(diǎn)數(shù)）應(yīng)不小于，即SFHF2。其中，是最大允許抽樣間隔，稱為奈奎斯特間隔，相對(duì)應(yīng)的最低HSF2HSFT2/1抽樣速率稱為奈奎斯特速率。SF若抽樣速率，則會(huì)產(chǎn)生失真，這種失真稱作混疊失真。HS帶通抽樣定理一個(gè)帶通信號(hào)，其頻率限制在與之間，帶寬為，若最高頻率TMLFHLHFB為帶寬的整數(shù)倍，即NB，則最小抽樣速率2B；若最高頻率不為帶寬的整HFHFSF數(shù)倍，即KNFH式中，N是一個(gè)不超過(guò)的最大整數(shù)，。BFH/10此時(shí)，最小抽樣速率為2NKFS當(dāng)時(shí)，趨近于2B。所以當(dāng)時(shí)，不論是否為帶寬的整數(shù)倍，BFLSFBLHF都可簡(jiǎn)化為。S24、量化定義是把幅度上仍連續(xù)（無(wú)窮多個(gè)取值）的抽樣信號(hào)進(jìn)行幅度離散，即利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示模擬信號(hào)抽樣值的過(guò)程量化的物理過(guò)程可以看出，量化后的信號(hào)是對(duì)原來(lái)信號(hào)的近似，當(dāng)抽樣速率一定，量化級(jí)TMQTM數(shù)（量化電平數(shù)）增加并且量化電平選擇適當(dāng)時(shí)，可以使與的近似程度提高。TQ與之間的誤差稱為量化誤差。對(duì)于語(yǔ)音、圖像等隨機(jī)信號(hào)，量化誤SQKTMS差也是隨機(jī)的，它像噪聲一樣影響通信質(zhì)量，因此又稱為量化噪聲。量化誤差的平均功率與量化間隔的分割有關(guān)，如何使量化誤差的平均功率最小或符合一定規(guī)律，是量化的理論所要研究的問(wèn)題。均勻量化的量化信噪比為2MNSQ量化信噪比隨量化電平數(shù)M的增加而提高，系統(tǒng)質(zhì)量越好。通常量化電平數(shù)應(yīng)根據(jù)對(duì)量化信噪比的要求來(lái)確定，量化方法有兩種。（1）均勻量化把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平平均取在各區(qū)間的中點(diǎn)，其量化間隔取決于輸入信號(hào)的I變化范圍和量化電平數(shù)。均勻量化廣泛應(yīng)用于線性A/D變換接口，例如在計(jì)算機(jī)的A/D變換中；另外，在遙測(cè)遙控系統(tǒng)、儀表、圖像信號(hào)等的數(shù)字化接口中，也都使用均勻量化。（2）非均勻量化。非均勻量化是一種在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)量化間隔不相等的量化。換言之，非均勻量化根據(jù)輸入信號(hào)的概率密度函數(shù)來(lái)分布量化電平，以改善量化性能。實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是把輸入量化器的信號(hào)X先進(jìn)行壓縮處理，再把壓縮的信號(hào)Y進(jìn)行均勻量化。所謂壓縮器就是一個(gè)非線性變換電路，微弱的信號(hào)被放大，強(qiáng)的信號(hào)被壓縮。接收端采用一個(gè)與壓縮特性相反的擴(kuò)張器來(lái)恢復(fù)。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮，即YLNX。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性是U律壓擴(kuò)特性和A律壓擴(kuò)特性。美國(guó)采用U律壓擴(kuò)，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A律壓擴(kuò)。早期的A律和U律壓擴(kuò)特性是用非線性模擬電路獲得的。由于對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線，且隨壓擴(kuò)參數(shù)的不同而不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的，因而精度和穩(wěn)定度都受到限制。隨著數(shù)字電路特別是大規(guī)模集成電路的發(fā)展，另一種壓擴(kuò)技術(shù)數(shù)字壓擴(kuò)，日益獲得廣泛的應(yīng)用。它是利用數(shù)字電路形成許多折線來(lái)逼近對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性。在實(shí)際中常采用的方法有兩種一種是采用13折線近似A律壓縮特性；另一種是采用15折線近似U律壓縮特性。A律13折線壓縮特性主要用于英、法、德等歐洲各國(guó)德PCM30/32路基群中，我國(guó)的PCM30/32路基群也采用A律13折線壓縮特性。U律15折線壓縮特性主要用于美國(guó)、加拿大和日本等國(guó)的PCM24路基群中。CCITT建議G711規(guī)定上述兩種折線近似壓縮律為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且在國(guó)際間數(shù)字系統(tǒng)相互連接時(shí)，要以A律為標(biāo)準(zhǔn)。5、編碼和譯碼把量化后的信號(hào)電平值變換成二進(jìn)制碼組的過(guò)程稱為編碼，其逆過(guò)程稱為解碼或譯碼編碼需要考慮以下兩個(gè)問(wèn)題碼字和碼型的選擇自然二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼格雷二進(jìn)碼碼位的選擇與安排碼位數(shù)的多少，決定了量化分層的多少，反之，若信號(hào)量化分層數(shù)一定，則編碼位數(shù)也被確定8位碼的安排分為極性碼、段落碼、段內(nèi)碼三部分極性碼段落碼段內(nèi)碼C1C2C3C4C5C6C7C8其中第一位碼C1的數(shù)值“1”或“0”分別表示信號(hào)的正、負(fù)極性，稱為極性碼。第2至第4位碼C2C3C4位段落碼，表示信號(hào)絕對(duì)值處在那個(gè)段落。C5C6C7C8表示信號(hào)絕對(duì)值處在那個(gè)量化區(qū)間。（二）增量調(diào)制增量調(diào)制簡(jiǎn)稱M或DM，它是繼PCM后出現(xiàn)的又一種模擬信號(hào)數(shù)字傳輸?shù)姆椒?，其目的在于?jiǎn)化語(yǔ)音編碼方法增量調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)具有編譯碼設(shè)備簡(jiǎn)單低比特率時(shí)的量化信噪比高抗誤碼特性好增量調(diào)制的缺點(diǎn)傳輸語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，M在語(yǔ)音清晰度和自然度方面都不如PCM（三）自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）是語(yǔ)音壓縮中復(fù)雜度較低的一種編碼方法，它可在32KB/S的比特率上達(dá)到64KB/S的PCM數(shù)字電話質(zhì)量。二、信道編碼（一）概述信道編碼技術(shù)的基本思想是通過(guò)對(duì)信息序列作某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立，相關(guān)性極小的信息碼元產(chǎn)生某種相關(guān)性，從而在接收端利用這種規(guī)律檢查或糾正信息碼元在信道傳輸中所造成的差錯(cuò)1、差錯(cuò)類型隨機(jī)差錯(cuò)隨機(jī)差錯(cuò)由隨機(jī)噪聲的干擾引起，差錯(cuò)互相獨(dú)立、互不相關(guān)，恒參高斯白噪聲信道是典型的隨機(jī)信道突發(fā)差錯(cuò)突發(fā)差錯(cuò)由突發(fā)噪聲的干擾引起，錯(cuò)誤通常成串出現(xiàn)，錯(cuò)誤之間具有相關(guān)性，具有脈沖干擾的信道是典型的突發(fā)信道2、差錯(cuò)控制方式檢錯(cuò)重發(fā)方式其特點(diǎn)是需要反饋信道，譯碼設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤和信道干擾較嚴(yán)重時(shí)有效，但實(shí)時(shí)性差，主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信中前向糾錯(cuò)方式其特點(diǎn)是單向傳輸，實(shí)時(shí)性好，但譯碼設(shè)備較復(fù)雜混合糾錯(cuò)方式具有自動(dòng)糾錯(cuò)和檢錯(cuò)重發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)到較低的誤碼率3、糾錯(cuò)碼的分類線性碼和非線性碼根據(jù)糾錯(cuò)碼各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系，可分為線性碼和非線性碼。如果函數(shù)關(guān)系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼分組碼和卷積碼根據(jù)碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系涉及的范圍，可分為分組碼和卷積碼。分組碼的各碼元僅與本組的信息元有關(guān)；卷積碼中的碼元不僅與本組的信息元有關(guān)，而且還與前面若干組的信息元有關(guān)檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼根據(jù)碼的用途，可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼。檢錯(cuò)碼以檢錯(cuò)為目的，不一定糾錯(cuò)；而糾錯(cuò)碼以糾錯(cuò)為目的，一定能檢錯(cuò)4、糾錯(cuò)編碼的基本原理碼距與最小碼距碼長(zhǎng)分組碼一般可用（N，K）表示，其中，K是每組二進(jìn)制信息碼元的數(shù)目，N是碼組的碼元總位數(shù)，又稱為碼組長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱碼長(zhǎng)碼重在分組碼中，非零碼元的數(shù)目稱為碼字的漢明重量，簡(jiǎn)稱碼重。例如，碼字10110，碼重W3碼距兩個(gè)等長(zhǎng)碼組之間相應(yīng)位取值不同的數(shù)目稱為這兩個(gè)碼組的漢明距離，簡(jiǎn)稱碼距。例如11000與10011之間的距離D3。碼組集中任意兩個(gè)碼字之間距離的最小值稱為碼的最小距離，用D0表示檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力碼的最小距離D0直接關(guān)系著碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力；任一（N，K）分組碼，在碼字內(nèi)應(yīng)滿足檢測(cè)E個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離10ED糾正T個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離2T糾正T個(gè)同時(shí)檢測(cè)E（）個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離T10D5、編碼效率定義衡量有效性的編碼效率RNK對(duì)糾錯(cuò)碼的基本要求檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力盡量強(qiáng)編碼效率盡量高編碼規(guī)律盡量簡(jiǎn)單（二）常用的幾種簡(jiǎn)單編碼1、奇偶監(jiān)督碼奇偶監(jiān)督碼是在原信息碼后面附加一個(gè)監(jiān)督元，使得碼組中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)?；蛘哒f(shuō)，它是含一個(gè)監(jiān)督元，碼重為奇數(shù)或偶數(shù)的（N，N1）系統(tǒng)分組碼。奇偶監(jiān)督碼又分為奇監(jiān)督碼和偶監(jiān)督碼。2、恒比碼碼字中1的數(shù)目與0的數(shù)目保持恒定比例的碼稱為恒比碼。由于恒比碼中，每個(gè)碼組均含有相同數(shù)目的1和0，因此恒比碼又稱為等重碼，定1碼。這種碼在檢測(cè)時(shí)，只要計(jì)算接收碼元中1的數(shù)目是否正確，就知道有無(wú)錯(cuò)誤。目前我國(guó)電傳通信中普遍采用32碼，又稱“5中取3”的恒比碼，即每個(gè)碼組的長(zhǎng)度為5，其中3個(gè)“1”。這時(shí)可編成的不同碼組數(shù)目等于從5中取3的組合數(shù)。實(shí)踐證明，采用這種碼后，我國(guó)漢字電報(bào)的差錯(cuò)率大為降低。第五節(jié)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)與數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸研究基帶傳輸系統(tǒng)的意義在采用對(duì)稱電纜構(gòu)成的近距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用了這種傳輸方式；數(shù)字基帶傳輸包含頻帶傳輸?shù)脑S多基本問(wèn)題任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)可等效為基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。（一）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成信道信號(hào)形成器同步提取信道接收濾波器抽樣判決器數(shù)字基帶信號(hào)CRTN數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)圖中各部分的作用如下信道信號(hào)形成器基帶傳輸系統(tǒng)的輸入是由終端設(shè)備或編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，往往不適合直接送到信道中傳輸。信道信號(hào)形成器的作用就是把原始基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。這種變換主要是通過(guò)碼型變換和波形變換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串?dāng)_，利于同步提取和抽樣判決。信道它是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機(jī)變換的。另外信道還會(huì)進(jìn)入噪聲。在通信系統(tǒng)的分析中，常常把噪聲N（T）等效，集中在信道中引入。接收濾波器它的主要作用是濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。而用來(lái)抽樣的位定時(shí)脈沖則依靠同步提取電路從接收信號(hào)中提取，位定時(shí)的準(zhǔn)確與否將直接影響判決效果。（二）數(shù)字基帶信號(hào)1、單極性不歸零波形E000011112、雙極性不歸零波形EE00011113、單極性歸零波形E000011114、雙極性歸零波形EE00011115、差分波形EE00011116、多電平波形00000101011011113EEE3E（三）數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜特性二進(jìn)制基帶信號(hào)的功率譜密度可表示為|1|2212SMSSSSSMFFGPFPFFP數(shù)字基帶信號(hào)功率譜集中在低頻部分。隨機(jī)序列的帶寬主要依賴單個(gè)碼元波形的頻譜函數(shù)或，兩者之中應(yīng)取1F2F較大帶寬的一個(gè)作為序列帶寬。時(shí)間波形的占空比越小，頻帶越寬。二、數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型1、對(duì)基帶信號(hào)的要求原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型。電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。2、選擇碼型需要考慮的因素相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且低頻分量少；便于從信號(hào)中提取定時(shí)信息。信號(hào)中高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串?dāng)_。具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，傳輸碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)。編碼譯碼設(shè)備要盡可能簡(jiǎn)單。（一）AMI碼傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼1、編碼規(guī)則將二進(jìn)制消息代碼“1”（傳號(hào)）交替地變換為傳輸碼的“1”和“1”，而“0”（空號(hào)）保持不變例如消息代碼1001100000001100AMI碼1001100000001100AMI碼對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)是正負(fù)極性交替的脈沖序列，而0電平保持不變的規(guī)律2、AMI碼的優(yōu)點(diǎn)AMI碼的功率譜中不含直流分量，高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處AMI碼的編譯碼電路簡(jiǎn)單，便于利用傳號(hào)極性交替歸零觀察誤碼情況3、AMI碼的缺點(diǎn)當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難4、應(yīng)用AMI碼是CCITT建議采用的傳輸碼型之一（二）HDB3碼3階高密度雙極性碼1、編碼規(guī)則當(dāng)信碼的連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3時(shí)，仍按AMI碼的規(guī)則編，即傳號(hào)極性交替；當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3時(shí)，則將第4個(gè)“0”改為非“0”脈沖，記為V或V，稱之為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無(wú)直流。為了便于識(shí)別，V碼的極性應(yīng)與其前一個(gè)非“0”脈沖的極性相同，否則，將四連“0”的第一個(gè)“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為B或B；破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極性也要交替。消息代碼100001000011000011AMI碼100001000011000011HDB3碼1000V1000V11B00V112、HDB3碼的優(yōu)點(diǎn)HDB3碼保持了AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還將連“0”碼限制在3個(gè)以內(nèi)，故有利于位定時(shí)信號(hào)的提取3、應(yīng)用A律PCM四次群以下的接口碼型均為HDB3碼（三）數(shù)字雙相碼曼徹斯特碼1、編碼規(guī)則“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示例如信息代碼1100101雙相碼101001011001102、應(yīng)用范圍計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)中常采用這種碼型（四）CMI碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼1、編碼規(guī)則“1”碼交替用“11”和“00”兩位碼表示；“0”碼固定地用“01”表示例如信息代碼1100101雙相碼101001011001102、應(yīng)用CCITT推薦的PCM高次群采用的接口碼型（五）NBMB碼1、編碼規(guī)則NBMB碼是把原信息碼流的N位二進(jìn)制碼作為一組，編成M位二進(jìn)制碼的新碼2、應(yīng)用光纖傳輸系統(tǒng)中第六節(jié)通信中的復(fù)用和多址技術(shù)一、復(fù)用技術(shù)1、復(fù)用“復(fù)用”是將若干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可以在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法目前采用的復(fù)用方法有頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）和波分復(fù)用（WDM）。其中頻分復(fù)用主要用于傳統(tǒng)的模擬通信，時(shí)分復(fù)用廣泛用于數(shù)字微波通信等，碼分復(fù)用主要用于移動(dòng)通信，波分復(fù)用主要用于光纖通信，衛(wèi)星通信中還有空分復(fù)用（SDM）。（一）頻分復(fù)用（FREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING）1、概念頻分復(fù)用（FDMFREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING）是指按照頻率的不同來(lái)復(fù)用多路信號(hào)的方法2、原理信道的帶寬被分成若干互相不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻帶，因而在接收端可以采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開，從而恢復(fù)出所需要的信號(hào)（二）時(shí)分復(fù)用（TIMEDIVISIONMULTIPLEXING）1、概念時(shí)分復(fù)用是利用各信號(hào)的抽樣值在時(shí)間上不相互重疊來(lái)達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號(hào)的一種方法2、原理時(shí)分復(fù)用（TDM）將時(shí)間幀劃分成若干時(shí)隙和各路信號(hào)占有各自時(shí)隙3、優(yōu)點(diǎn)采用數(shù)字方式處理多路信號(hào)的復(fù)接和分路，通用性和一致性好對(duì)信道的非線性失真要求低4、時(shí)分復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字系列）SDH（同步數(shù)字系列）5、PCM基群幀結(jié)構(gòu)PCM30/32路（A律壓擴(kuò)特性）制式、PCM24路（U律壓擴(kuò)特性）制式PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)共由32路組成，其中30路用來(lái)傳輸用戶話語(yǔ)，2路用作同步和信令。每路語(yǔ)音信號(hào)的抽樣速率FS8000HZ，故對(duì)應(yīng)的每幀時(shí)間間隔為125US。一幀共有32個(gè)時(shí)間間隔，稱為時(shí)隙。6、PCM高次群7、數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接實(shí)質(zhì)上是對(duì)數(shù)字信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用碼速調(diào)整復(fù)接定時(shí)1234分接恢復(fù)定時(shí)1234同步復(fù)接器分接器合路支路支路數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)組成原理圖（三）碼分復(fù)用（CODEDIVISIONMULTIPLEXING）碼分復(fù)用（CDM）系統(tǒng)的全部用戶共享一個(gè)無(wú)線信道，用戶信號(hào)的區(qū)分靠所用碼型的不同，目前移動(dòng)通信中采用的CDMA蜂窩系統(tǒng)具有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾、抗多徑衰落和具有保密性等，碼分多址（CDMA）是最具有競(jìng)爭(zhēng)力的多址方式。（四）波分復(fù)用（WAVELENGTHDIVISIONMULTIPLEXING）波分復(fù)用的特點(diǎn)充分利用光纖的巨大帶寬資源同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)節(jié)省線路投資降低器件的超高速要求高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性二、多址技術(shù)1、多址通信系統(tǒng)在同一通信網(wǎng)內(nèi)各個(gè)通