數(shù)字通信原理1.1數(shù)字通信系統(tǒng)的基本概念1.1.1信息、信號及分類1.信息的概念（1）信息的定義“用來消除不定性的東西”。（2）信息的基本特征

a.可度量性b.可識別性

c.可轉換性d.可存儲性

e.可處理性f.可傳遞性

g.可再生性h.可壓縮性

i.可利用性j.可共享性2.信號的感念信號是信息的載體，信息是其信號載體所攜帶的內(nèi)容。3、信號的分類（1）根據(jù)信源發(fā)出的信息形式不同分類語音信號、圖像信號、數(shù)據(jù)信號等。（2）根據(jù)信號物理參數(shù)基本特征不同分類模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：信號強度隨時間連續(xù)變化。數(shù)字信號：信號強度的取值是離散的。連續(xù)信號離散信號模擬信號數(shù)字信號信源變換器

信道反變換器噪聲源

信宿圖1.4通信系統(tǒng)模型1.1.2通信系統(tǒng)的組成信息傳遞和交換的過程稱為通信。通信系統(tǒng)模型：（1）信源：信息的發(fā)出者。（2）變換器：將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枴＃?）信道：信號的傳輸通道。（4）反變換器：與變換器的功能相反。（5）信宿：信息傳送的終點。（6）噪聲源：在終端和通信過過程中的噪聲的總和。信道：雙絞線電纜同軸電纜

光纖光纖結構光纖種類無線信道微波：300MHz~300GHz

電波傳播模式：空間波、地表面波、天波光纖的結構：光纖的種類：折射率、傳輸模式、材料的劃分按折射率分：階躍型光纖、漸變型光纖按傳輸模式分：單模光纖、多模光纖按材料分：石英系光纖、石英芯和塑料包層光纖、多成分玻璃纖維、塑料光纖1.1.3模擬通信和數(shù)字通信1、模擬通信：信源發(fā)出的信息經(jīng)變換器變換和處理后，送往信道上的是模擬信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。2、數(shù)字通信：基本概念：信源發(fā)出的信息經(jīng)變換處理后，送往信道上的是數(shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)構成模型：1.2、數(shù)字通信的特點1、抗干擾能力強，無噪聲積累2、便于加密處理3、利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信4、設備便于小型化5、占用頻帶寬1.3數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標1.3.1有效性指標：（1）信息傳輸速率：用每秒傳輸?shù)男畔⒘縼砗饬?。單位：bit/s。（2）符號傳輸速率：單位時間內(nèi)所傳輸?shù)拇a元的數(shù)目。單位：波特。信息傳輸速率和符號傳輸速率的關系：為符號傳輸速率。為信息傳輸速率。為碼元的進制數(shù)。（3）頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。在比較不同通信系統(tǒng)的傳輸效率時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應看在這樣的傳輸速率下所占的頻帶寬度。即：或：

誤碼率是多次統(tǒng)計結果的平均值，所以這里指的是平均誤碼率。誤碼率的大小由傳輸系統(tǒng)特性、信道質量及系統(tǒng)噪聲等因素決定。2、可靠性指標（1）誤碼率t

圖1.13信號抖動示意圖（2）信號抖動在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號的抖動是數(shù)字信號碼相對于標準位置的隨機偏移，其示意圖如圖1.13所示。1.4數(shù)字通信技術的發(fā)展概況向著小型化、智能化方向發(fā)展向著數(shù)字處理技術的開發(fā)應用發(fā)展向著用戶數(shù)字化發(fā)展向著高速大容量發(fā)展

第2章語音信號編碼（PCM）2.1語聲信號編碼的基本概念2.2脈沖編碼調(diào)制（ＰＣＭ）通信系統(tǒng)的構成181、波形編碼：對信號的波形進行的編碼。2、參量編碼：提取語聲信號的一些特征參量，對其進行的編碼。3、混合編碼：介于波形編碼和參量編碼之間的一種編碼。既在參量編碼的基礎上，引入了一定的波形編碼的特征，以達到改善自然度的目的。19再生中繼器

碼型正變換調(diào)制編碼量化抽樣非電/電變換信源信宿電/非電變換低通譯碼

碼型反變換解調(diào)再生中繼器噪聲A/DD/A

圖2.1PCM編解碼框圖20圖中的A/D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。（1）抽樣：將模擬信號在時間上離散化的過程。（2）量化：將模擬在幅度上離散化的過程。（3）編碼：將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。

編碼后的數(shù)字信號攜帶的是原始信號的信息，就相當于將模擬信號信息“調(diào)制”到了代碼上，而代碼是由信號抽樣得到的脈沖序列再量化編碼得到的，因此，稱此數(shù)字通信為脈沖編碼調(diào)制（PCM）通信。21第二節(jié)脈沖編碼調(diào)制--------PCM一、概述脈沖編碼調(diào)制是實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化的一種方式。脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)中的信號變換和處理過程如圖所示。傳輸抽樣量化編碼解碼濾波輸入信號輸出信號圖2.2PCM系統(tǒng)的信號處理過程22２．３抽樣的概念及分類1、抽樣的概念連續(xù)信號在時間上的離散化的抽樣過程如圖。ttf(t)fs(t)圖2.3連續(xù)信號抽樣示意圖232、抽樣的分類２．３．２低通型信號抽樣信號頻率，并且。

設時間連續(xù)信號，其最高截止頻率為。如果用時間間隔為的開關信號對進行抽樣，則就可被樣值信號來唯一的表示。或者說，要從樣值序列無失真的恢復原時間連續(xù)信號，其抽樣頻率應選為。這就是著名的奈奎斯特抽樣定理。

將抽樣的開關函數(shù)用理想的單位沖擊脈沖來代替，我們來看一下抽樣以后的信號頻譜。24上式表明：一個頻帶受限的信號經(jīng)抽樣后其樣值序列的頻譜將展寬，既產(chǎn)生了一系列的上、下邊帶。也可用圖來表示。圖2.8理想抽樣值序列頻譜25對式（2.10），可以畫出與三種不同取值的情況。即、和。如圖2.9所示。從圖中可以看出，對于和的情況，兩個相鄰頻帶之間都是不產(chǎn)生重疊的，而對于的情況，兩個相鄰邊帶之間有一部分要相互重疊。因此對于前兩種情況，都可以用一個適當?shù)牡屯V波器取出一個完整的不受干擾的原信號頻譜。語音信號的最高頻率限制在3400Hz，這時滿足抽樣定理的最低抽樣頻率應為：Hz。為了留有一定的防衛(wèi)帶，規(guī)定的抽樣頻率為8000Hz。２．低通信號的抽樣定理一個頻帶限制在以下的連續(xù)信號，可以唯一的用間隔秒的抽樣序列來確定。26２．３．３帶通型信號的抽樣以帶通信號為例，頻帶范圍12.5~17.5kHz2728（1），即（2）既對帶通型信號抽樣時，抽樣頻率不一定要大于。抽樣頻率可以在下述的范圍內(nèi)：故：如果要求原始信號頻帶與其相鄰的頻帶相等，可有：292.4、量化量化定義及描述2.4.1、均勻量化及量化噪聲計算語聲信號的幅度概率分布特點是：幅值小時，出現(xiàn)的概率大；幅值大時出現(xiàn)的概率小，其概率密度服從指數(shù)規(guī)律。可近似表示為：均勻量化特性和量化誤差特性：圖2.1730312.4.2、非均勻量化及壓縮擴張技術1、模擬壓擴法壓縮均勻量化編碼解碼擴張uvvq信道發(fā)端收端vquq非均勻量化圖2.22非均勻量化實現(xiàn)框圖322.直接非均勻編解碼法

發(fā)端根據(jù)非均勻量化間隔的劃分直接將樣值編碼（非均勻編碼），在編碼過程中相當于實現(xiàn)了非均勻量化，收端進行非均勻編碼。舉例：332.4.3量化信噪比量化信噪比的定義：

為信號平均功率；為總量化噪聲功率。34

根據(jù)對語聲信號的統(tǒng)計結果，對通信系統(tǒng)提出了如下要求：在信號動態(tài)范圍大于等于40dB條件下，量化信噪比不低于26dB。小信號時：大信號時：35362、非均勻量化信噪比3738(/1)A律壓縮特性

為了改善小信號的量化信噪比，通常選A=87.6。按A律壓縮特性實現(xiàn)的非均勻量化信噪比為：39（2）A律13折線壓擴特性以數(shù)字電路方式實現(xiàn)的A律13折線：對X軸在0~1范圍內(nèi)以1/2遞減規(guī)律分成8個不均勻段，其分段點是1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128。對軸在0~1范圍內(nèi)以均勻分段方式分成8個均勻段，其分段點為：7/8、6/8、5/8、4/8、3/8、2/8、1/8。將X軸和Y軸對應的分段在x~y平面上的相交點連接的的折線就是有8個線段的折線。如圖所示。40yx17/86/85/84/83/82/81/8011/21/41/81/161/321/641/128(8)(7)(6)(5)(4)(3)(2)(1)N=2×8×16=256均勻等分1641段號斜率1234567816161684211/21/4

計算結果表明，按1/2遞減規(guī)律進行的非均勻分段折線與A=87.6的A律特性是十分逼近的。422.5、編碼與解碼2.5.1二進制碼組及編碼的基本概念1.二進制碼組二進制碼組的碼位數(shù)和所能表示的數(shù)值個數(shù)N的關系可表示為：43常使用的二進制碼組有以下3種：

·

一般二進碼

·

格雷二進碼

·

折疊二進碼表2-6是以四位碼構成的碼組為例來說明各自特點（1）一般二進碼一個碼字與其所表示數(shù)值的對應關系是：對于雙極性信號來說，不如折疊二進碼方便44（2）折疊二進碼統(tǒng)計的觀點來看，折疊二進碼的抗誤碼性能比一般二進碼強。（3）格雷二進碼實際應用中多采用折疊二進制碼。452.編碼的基本概念（1）編碼的概念編碼是將模擬信號樣值變換成對應的二進制碼組。從概念上講，編碼過程可以用天平稱量物體重量的過程來類比。46（2）編碼的分類線性編碼：具有均勻量化特性的編碼，即根據(jù)均勻量化間隔的劃分直接對樣值編碼。非線性編碼：具有非均勻量化特性的編碼，即根據(jù)非均勻量化間隔的劃分直接對樣值編碼。472.5.3非線性編碼與解碼1、A律13折線編碼的碼字安排

a1a2a3a4a5a6a7a8a1：極性碼。0、1。a2a3a4：段落碼。000~111。a5a6a7a8：段內(nèi)碼。0000~1111。48表2-8量化段序號電平范圍（△）段落碼a2a3a4段落起始電平IBi（△）量化間隔(△I)段內(nèi)碼對應權值a5a6a7a881024~2048111102464512256128647512~10241105123225612864326256~512101256161286432165128~25610012886432168464~128011644321684332~6401032216842216～32001161842110～16000018421492、A律13折線編碼方法

PCM編碼的方法類似于天平稱物體重量。首先要提供一套大小不等的判定值，既各段起始電平和段內(nèi)標準權值，以便與抽樣值進行比較。a.判定值的確定規(guī)律和提供方法：（1）極性碼a1=1;a1=0;

取絕對值：50

（2）幅度碼編碼規(guī)則：判定值的確定：第一次對分點是128△，；第二次對分點是512△（a2=1)和32△(a2=0)；第三次對分點是：

1024△(a2=1,a3=1)、256△(a2=1,a3=0)、

64△(a2=0,a3=1)、16△(a2=0,a3=0)。51編為1碼；

編為0碼；

經(jīng)過3次比較，完成段落碼的編碼。根據(jù)段落碼編碼，確定了段落起始電平和段落的量化間隔。52段落碼判定值的確定過程53

段內(nèi)碼判定值：

段內(nèi)碼編碼：編碼：編為1碼編為0碼54b.編碼方法：例題P38

例題：假設輸入樣值，按A律13折線編8位碼，求具體碼字。第一次比較：，故。判定值為0。第二次比較：判定值，是1～4段和5～8段的對分點。，則，信號在5～8段。55第三次比較：判定值，是5～6段和7～8段的對分點。

則，信號在5～6段。第四次比較：判定值，是第5段和第6段的對分點。，則，信號在第6段。比較結果，段落碼為101，說明信號在第6段，第6段的起始電平，量化間隔。56第5次比較：判定值，則第6次比較：判定值

，則57第7次比較：判定值

，則第8次比較：判定值，則則最后的編碼碼字為：1101101158例題2-43.碼字的對應電平（1）編碼電平與編碼誤差編碼電平（碼字電平）編碼誤差：例題2-559（2）解碼電平與解碼誤差解碼電平：解碼誤差：例題2-6604.逐次漸進型編碼器圖見P49（圖2.32）其基本電路結構由兩大部分組成：（1）比較判決和碼形成電路（2）判定值的提供電路－－本地解碼器6162（1）碼字判決與碼形成電路極性判決全波整流比較碼形成（2）本地解碼器串并變換記憶電路

7/11變換63表2-9幅度碼B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11權值（?）10245122561286432168421線性碼的碼字電平可表示為：按變2.4和表2.5，7/11變換的碼字對應關系舉例為：000101100000001011111001110011000000645、A律13折線解碼解碼的作用是把接收到的PCM信碼還原成解碼電平。接收到的PCM串行碼通過串/并變換記憶電路變?yōu)椴⑿写a，并由記憶電路記憶，通過7/12變換，寄存讀出和線性解碼網(wǎng)絡輸出相應的PAM量化信號。6566A律13折線解碼器和逐次漸進型編碼器中的本地解碼器的不同點如下：1、串/并變換記憶電路的輸出Mi與ai一一對應。2、增加了極性控制部分3、數(shù)字擴張部分由7/11變換變?yōu)?/12