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1、3 传输技术,模拟传输与数字传输 模拟信号的数字化编码 数字调制技术 数字信号的基带传输,3.1 模拟传输与数字传输,按照信道中所传输的信号不同，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。 模拟通信系统包含两种重要变换： 1. 原始消息变为电信号； 2. 将基带信号调制成频带信号。,3.3.1 模拟传输,调制解调器：信号变换设备。基带信号：调制前和解调后的信号，频率较低。放大器：放大产生畸变与衰减的信号。,3.1.2 数字传输,数字通信系统的优点与缺点,优点：1. 抗干扰，抗噪声能力强，无噪声积累；2. 便于加密处理，保密性高；3. 差错可控；4. 利用现代技术，便于对信息进行处理、存储、交换
2、；5. 便于集成化，使通信设备微型化。缺点：1. 数字信号占用频带宽；2. 对同步要求高，系统设备比较复杂。,3.2 模拟信号的数字化传输,数字通信系统中的信号源可以是模拟信源，所以模拟信号可以用数字通信系统来传输。 模拟信号数字化目前采用的最多的是波形编码，另外还有参量编码。 脉冲编码调制（PCM） 波形编码方法 增量调制（M）,3.2.1模拟信号数字化的基本原理,模拟信号的抽样（时间上的离散）信号的量化（幅度上的离散）编码（输出二进制编码）,模拟信号的抽样,采样定义：采样就是按一定的时间间隔采集测量模拟信号的幅值。抽样定理抽样定理告诉我们：一个频带限制在Fm赫以内的时间连续函数f（t），如
3、果以T1/2Fm的等间隔时间抽样，则所得的样值可以完全地确定原信号f（t）。,模拟信号的抽样,模拟信号的抽样,语声信号的抽样频率,语音信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足抽样定理的最低抽样频率应为fs=6800Hz,为了留有一定的防卫带，原CCITT规定语音信号的抽样频率为fs=8000Hz，这样，就留出了80006800=1200Hz作为滤波器的防卫带。,信号的量化,量化的基本原理模拟信号经抽样得到的时间离散，幅度连续的信号，通常叫PAM信号（脉冲调幅信号）。量化便是使PAM信号的幅度离散化，量化通常由量化器完成。,信号的量化,量化一般是由量化器来完成的。量化器允许的最大输入信号幅度称
4、为工作范围，它根据量化的具体要求，使工作范围的电压值分成N个量化级或量化区间，每个量化级用一个电平值表示，这个电平值叫量化电平值。落入每层的PAM信号将由该层的量化值表示，这样PAM信号的幅值就量化成了N个电平值，既由N个量化电平值来表示输入的PAM信号的各种幅度。,信号的量化,量化噪声,量化是用量化电平值yk来代替x。显然这种替代是存在误差的，这个误差是由于量化产生的，故叫量化误差，表示为e（t）=x yk量化噪声的大小常用它的均方值e2（t），即量化噪声功率表示。它对通信质量的影响程度用量化器输出的信号功率与量化噪声功率的比SNR（dB）表示。,均匀量化与非均匀量化,均匀量化均匀量化的特点
5、是量化级的间距d为常数均匀量化因量化阶距d为常数，所以有直观、量化设备简单的优点非均匀量化采用均匀分级量化时其量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因就是均匀量化的分级间隔是固定值，它不能随信号幅度的变化而变化，故大信号时信噪比大；小信号时信噪比小。解决这一问题的有效方法是要用非均匀分级，即非均匀量化。非均匀量化的特点是：信号幅度小时，量化间隔小其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。采用非均匀量化可以改善小信号的量化信噪比，可以做到在不增大量化级数N的条件下，使信号在较宽的动态范围内的（S/Nq) dB达到指标的要求。,编码理论,模拟信号在抽样量化后，变成了时间
6、离散、幅度离散的数字信号。通常为了减少量化误差，量化级数设置很多，也就是说量化后得到的数字信号的取值仍然很多，用这样的信号传输，收端复制很困难，所以我们通常把量化后的多电平信号变成二电平信号的过程叫编码。,自然二进码,用（an，an-1，a1）表示，每个码元只有二种状态，取“1”或“0”，一组自然二进码代表的量化电平为=an2n-1+an-12n-2+a120 式中n为二进码位数。,反射二进码（格雷Grag码）,它的特点是相邻两组代码间的码距为1，因此如果传输中出了一位错产生的误差较小。设反射二进码为（bn，bn-1，b1），且各码元取“1”或“0”，则对应的量化电平值为=bn（2n-1）bn
7、-1（2n-11）b1（211）,折叠二进码,用（cn，cn-1，c1）表示，它可由自然二进码变换而得。 他的编码规则是： cn=an ci=an ai,3.2.2 脉冲编码调制（PCM）,将模拟信号采用、量化再编码成数字代码，称为脉冲编码调制，简称脉码调制。它是将模拟信号变成数字信号的重要方法之一。它可对所有信号不受影响的进行编码传输，所以说PCM调制方式可保持原有话路的透明性。由于历史原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，一是E1标准，另一个是T1标准。,E1标准,标准电话的最高频率是3.4kHz根据奈奎斯定理，采样频率f=8kHzT=1/f=125s，即传输一帧的时间1S 传输8000帧
8、PCM采用8比特编码（256级量化）1路PCM传输速率=8*8000=64kbpsE1标准速率=32路PCM速率=32*64kbps=2.048Mbps,T1标准,T1系统有24话路每个话路用7比特编码+1比特信令码元帧同步码在24路之后加1比特每帧共8*24+1=193比特T1标准速率= 193比特*8000帧/s=1.544Mbps,多次群,脉冲编码调制系统（PCM）,压缩扩张技术,是实现非均匀量化的方法之一。压缩特性是：在最大信号时其增益系数为1，随着信号的减小增益系数逐渐变大。信号通过这种压缩电路处理后就改变了大信号和小信号之间的比例关系大信号时比例基本不变或变化较小，而小信号则相应按
9、比例增大。,PCM编码器,实现将样值脉冲变成二进制代码的编码器种类很多，例如有计数型、直读型、逐次比较型、折叠级联型及混合型等。,PCM译码器,常用的译码电路大致可以分为3种类型：电阻网络型、级联型和级联-网络混合型。下面是电阻网络型译码器，它由记忆电路、7/12变换电路、极性控制电路、寄存读出电路和恒流源组成。,电阻网络型译码器原理框图,差分脉冲编码调制（DPCM）,PCM系统之所以能够提供高的通信质量，在于它采用了大的编码位数，为此在频带方面付出了很大的代价。在大多数情况下，模拟信号在相邻间隔上的抽样值都比较接近，而其变化的规律与前几个抽样点上的取值有密切关系，并且多数具有单调变化的趋势。
10、DPCM就是考虑利用语音信号的相关性找出可反映信号变化特征的一个差值量进行编码的。根据相关性原理，这一差值的幅度范围一定小于原信号的幅度范围。因此，在保持相同量化误差的条件下，量化电平数就可以减少，也就是压缩了编码速率。,用阶梯或锯齿波逼近模拟信号,自适应差分脉冲编码调制ADPCM,单纯的DPCM已用得不多，更多的是采用自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）。自适应是指能自动地改变量化间隔，使预测误差电平大时增大量化阶距，误差电平小时缩短量化阶距，从而有助于进一步降低量化噪声。自适应量化的基本思想是：让量化间隔(t) 的变化，与输入信号方差相匹配，即量化器阶距随输入信号的方差而变化，它正比于量化
11、器输入信号的方差。,增量调制（M）,DPCM信号的编码位数最低为2，也就是2b量化。如果将编码位数降低为1，成为1b量化，这种方式就是增量调制。1b信息可以表示相邻采样值的相对大小，可以反映出模拟信号的变化规律，这样就可以进一步的降低码率。,3.2.3 语音压缩编码技术,通常将低于64kb/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术。期中包括：自适应差分脉码调制（ADPCM）、自适应增量调制（ADM）、子带编码（SBC）、矢量量化编码（VQ）、变换域编码（ATC）以及参量编码（声码器）等等。,1. 子带编码的基本概念及工作原理,子带编码是首先将输入信号分割成几个不同的频带分量，然后再分别每个子带进行
12、自适应脉码调制（APCM）进行编码。编码后再将各个比特流复接，传到接收端再将它们分接、解码、组合恢复成原始信号。,2. 矢量量化编码,对每个采样值单独进行量化成为标量量化，而对一组采样值进行量化成为矢量量化。矢量量化编码就是将信源s的K个相关联的值构成一个K维矢量，在预先设计好的码本里寻找与该矢量最接近的码字，将其代码编码后传输，接收端根据该代码恢复源矢量。,3. 参量编码,决定语音的特征参数有基音、共振峰频率和强度，以及清音/浊音判断。发送端只需将这些特征值传送到接收端，接收端根据这些参数合成语音信号，而不需传送整个信号波形。参量编码主要有线性预测编码（LPC）、具有长期预测的规律码激励（R
13、PE-LTP）的LPC编解码器、矢量和激励线性预测编码（VSELP）。,线性预测编码,线性预测是指一个语音采样值可以用该样值以前若干个语音采样值的线性组合来逼近。 优点：在保证一定可信度的情况下使码率降到2.4-2.8kb/s。 缺点：损失了语音的自然度，减少了抗干扰的能力。 产生原因：未将发送端的余数（误差）信号发送到接收端。 改进方法：采用较复杂的激励模型，利用一部分余数信息。,码激励线性预测编码（CELP）,码激励线性预测编码与LPC相比较，除激励部分不同外，其余相同。它在激励部分采用矢量量化，以降低码率。VSELP是CELP中的一种，它采用的码本为预先设计好的，避免了全搜索过程，大大减
14、少了寻找最佳码字的时间。,3.2.4 数字复接技术,数字复接就是依据时分复用基本原理完成数码合并的一种技术，完成该功能的设备成为数字复接器。 按位复接 （PDH） 数字复接方式 按字复接 （SDH） 按帧复接,3.3 数字调制技术,把数字信号转换成适合于在信道上传输的信号，这个转换过程成为调制；接收端反变换的过程就称之为解调。,数字信号的频带传输,载波调制是按基带信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。调制的载波可以分为两类：一类用正弦型信号，称为正弦载波调制；一类用脉冲串，称为脉冲调制。基带信号也可分为两类：一类是模拟信号，即基带信号的取值是连续的，称为模拟调制；另一类是数字信号，即基带信号
15、的取值是离散的，称为数字调制。,调制的目的,将消息变换为便于传输的形式。也就是说，变换为某种形式使信道容量达到最大，而且传输更可靠和有效。提高性能，特别是提高抗干扰性。有效的利用频带。,调制与解调原理,载波选用正弦型载波，设正弦型载波为s（t）=Asin（t+） 式中 A 载波的幅度 载波角频率 载波的初始相位,数字调制技术频带传输,数字数据的模拟信号编码通过调制振幅、频率和相位等载波特性或者这些特性的某种组合，来对数字数据进行编码。最基本的数字数据模拟信号调制方式有以下三种：幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying） 频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying） 相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）,基带数字信号的几种调制方法,3.3.1 数字幅度调制,以矩形数字基带脉冲控制正弦载波幅度，称为幅度键控（ASK）。,1. 调制信号及其形成,若基带信号为S（t），则幅度调制信号（已 调信号）一般可表示成 e（t）=S（t）Asin（t+） e1(t)= Asin（t+）当S（t）=1e2(t)= 0 当S（t）=0,
