宽带接入技术及应用2QJ

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1、宽带接入技术及应用编著 ：郭世满 马蕴颖 郭苏宁北京邮电大学出版社 2.1 信息与通信2.2 音频信源编码2.3 视频信源编码2.4 电视基础知识2.5 多载波技术第2章 接入网中的基础技术2.6 二线数字双工传输2.7 V5接口及其协议2.8 接入网的概念2.9 Y.1231定义的IP接入网第2章 接入网中的基础技术2.1 信息与通信o信息技术就是感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术。2.1.1 信息o信息是现实世界现象之间建立联系的一种特殊形式。它反映了物质和能量在实践和空间上分布的不均匀程度以及宇宙中一切过程发生变化的程度。信息的特点o信息与物质密切联系，但不是物质本身。o信息与精神

2、密切相关，人类思维活动基本是 跟信息相关的。o信息与能量相辅相存o信息是一切知识和智能的原材料。o信息普遍存在，而且永不枯竭，不断更新。o信息可被感知、传递、处理和共享。2.1.2 信息量与熵o通常信息源是由一系列符号构成的，假设一个信息源所产生的符号序列中的符号取自一个有限符号集，符号集中的符号Si发生的概率为p(si),则其所携带的信息量定义为：o如果信息源某一符号的出现概率大小不受前面符号出现与否的影响，则该信息源称为离散无记忆信源，此时信息量又称自信息量，离散无记忆信源中一个符号所携带的平均信息量定义为：2.1.3 互信息量与条件熵o假定信源符号x出现的概率为P(x)，而信源符号y出现

3、之后，出现x符号的条件概率为P(xy),则定义信息量为：o根据shannon的证明，消息通过有扰信道后，收到的平均信息量等于信源发出的平均信息量减去由干扰带来的条件平均信息量：2.1.4 冗余量、编码效率与压缩比o设原始图像的实际熵为H(x),编码后的平均码长为 ，经压缩后的平均码长为 ，则定义压缩比为o如果最大熵为Hmax(x)，则编码效率为冗余度为o信道是从发送输出端到接收输入端之间传送的信道。在信息理论中一般从编码器输出到解码器的输入之间的整个变换部分，称为信道。2.1.5 信道及信道容量o通信速度相对于码符出现的概率存在某一个最大值Rm，这一最大的通信速度称为信道容量或编码容量，单位为

4、比特秒dB，dBi, dBd, dBc，dBm，dBw释 义odB dB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位 ，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10log（甲功率/ 乙功率），如果采用两者的电压比计算，要用20log（甲电压/乙电压）。例 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是 说，甲的功率比乙的功率大3 dB。反之，如果甲的功率是乙的功率的一半，则甲的功 率比乙的功率小3 dB。odBi 和dBd dBi和dBd是表示天线功率增益的量，两者都是一个相对值，但参考基准不一样。 dBi的参考

5、基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认 为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。例 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（ 一般忽略小数位，为18dBi）。例 0dBd=2.15dBi。odBc dBc也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值， 如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的 相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。

6、dB，dBi, dBd, dBc，dBm，dBw释 义odBm dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个 比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。 例 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。例 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为： 10log（40W/1mw）=10log（40000）=10log4+10log10000=46dBm。odBw 与dBm一样，dBw是一个表示功率绝对值的单位（也可以认为是以1W功率 为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1w）。dBw与dBm之间的 换算关系为：0 dBw = 10log1

7、 W = 10log1000 mw = 30 dBm。例 如果功率P为1w，折算为dBw后为0dBw。 o总之，dB，dBi, dBd, dBc是两个量之间的比值，表示两个量间的相对大小 ，而dBm、dBw则是表示功率绝对大小的值。在dB，dBm，dBw计算中，要注意 基本概念，用一个dBm（或dBw）减另外一个dBm（dBw）时，得到的结果是dB ，如：30dBm - 0dBm = 30dB。 一般来讲，在工程中，dBm（或dBw）和dBm（或dBw）之间只有加减，没 有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信 号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm

8、加 dBm 实际上是两个功 率相乘 o理论分析表明：在线性无失真、只有信号和噪声的系统中，传输频带从0B的信道，当信号是总功率为S的正态分布、噪声是总功率为N的正态分布时，其信道容量为o每个信道都有确定的容量C，只要信道传输速度R不超过信道容量，就一定存在一种速率为R的编码方法，在采用最大似然译码时，随着码长的增加，其译码错误的概率pe可任意小2.1.6 编码定理o在变字的长码中，对于出现概率大的信息符号编以短字长的码，对于出现概率小的信息符号编以长字长的码，如果码字长度严格按照符号概率的大小的相反顺序排列，则平均码字长度一定小于按任何其他符号顺序排列方式得到的码字长度。2.2 音频信源编码o

9、信源编码就是将来自模拟信源的信号变换为适合在数字通信系统中传输的数字信号。话音编码属于信源编码，主要有波形编码、参量编码和混合编码三大类。2.2.1 编码质量的评价o评价语音编码质量经常采用主观评定方法，采用的方法有平均意见得分、判断韵字测试、判断满意度测试等。2.2.2 线性预测编码图2.2.1线性预测语音产生模型图2.2.2LPC语音、编码器原理2.2.3 激励信号源o激励信号是Abs-LPC模型的输入，也是这个模型中最重要的部分，它包含了不能由时变滤波器谱模型表征的所有残差结构。Abs-LPC不同的激励类型Abs-LPC不同的激励类型o规则脉冲激励长时预测编码（图链接）o矢量和激励线性预

10、测编码（图链接）o残差激励线性预测编码（图链接）o多脉冲线性预测编码器（图链接）图2.2.4 RPE-LTP（规则）话音编码器原理图2.2.5 VSELP（矢量激励）的编译码示意图图2.2.6 RELP（残差）编译码器原理图图2.2.7 MPLPC（多脉冲）语音编码器原理图2.3 视频信源编码o2.3.1信息压缩的必要性o信息的压缩技术是多媒体通信领域中的关键技术之一，不能对多媒体数据进行有效的压缩，就难以保证通信的顺利进行。2.3.2 信息压缩的可行性o数据中通常包含很大的冗余。数据的大小与所携带的信息量的关系下式给出：I=D-r2.3.3 常用的数据压缩技术o数据压缩方法一般分为两类：o可

11、逆编码o不可逆编码根据压缩的原理进行划分o预测编码o变换编码o量化与矢量量化编码o信息熵编码o子带编码o模型编码预测编码o预测编码有线性预测和非线性预测两类。图2.3.1 DPCM原理图变换编码o预测编码主要是在时域上进行，变换编码则利用频域中能量较集中的特点，在频域上进行图2.3.2 变换编码原理信息熵编码o信息熵编码又称为统计编码，它是根据信源符号出现概率的分布特性而进行的压缩编码。其目的在于在信源符号和码字之间建立明确的一一对应关系，以便在恢复时能准确地再现原信号，同时要使平均码长或码率尽量小。（1）Huffman编码o人们总以Huffman编码来概括D.A.Huffman个人对计算机领

12、域，特别是数据压缩领域的杰出贡献。二叉树o为了使用不固定的码长表示单个字符，编码必须符合较短的编码决不能是较长编码的前缀。图2.3.3 码树代码的基本性质o当用某种代码把人意的符号序列编成码时，接收端必须能从这种码恢复成原来的符号序列。这样的码称为唯一可解码。唯一可解码还可以进一步分为瞬时可解码和非瞬时可解码。o瞬时可解码的存在条件是克拉夫特不等式。（2）算术编码o基本原理是将编码的信息编成实数0和1之间的一个间隔，信息越长，编码表示他的间隔就越小，表示这一间隔所需的二进制位就越多。算术编码的特点o不必预先定义概率模式，自适应模式具有独特的优点；o信源符号概率接近时，建议使用算术编码，这种情况

13、下其效率高于Huffman编码。算术编码过程表示（3）基于DPCM的无失真编码无失真编码器简化框图（3）基于DCT的有失真压缩编 码o基于DCT压缩编码算法包括两种不同的系统，即基本系统和增强系统。增强系统是基本系统的扩充。基于DCT编码过程解码过程2.4 电视基础知识o电视是利用光电和电光转换原理，将光学图像转换为电信号进行远距离传输，然后再还原为光图像的一门技术。整个电视系统主要由成像、电视信号形成、信号处理、传输系统、电视信号接收与显示等部分组成。2.4 .1 电视信号与图像扫描o电视技术是利用光电转换原理实现光学图像到电视信号变换的，这一转换过程通常是在摄像机中完成的。o景物图像中的任

14、意一个像素P可以用8个物理量来表示：P=f(x,y,z,L,H,S,R,t)电视系统扫描原理2.4.2 彩色电视系统o彩色电视系统是按照三基色的原理设计和工作的。三基色原理指出，任何一种彩色都可由另外的三种彩色按不同的比例混合而成的。o电视系统的亮度方程：Y=0.229R+0.587G+0.114B亮度信号、色差信号及其组成原理o恒定亮度原理与高频混合原理o亮度信号和色差信号2.4.3 电视信号的频谱特点与分 配o电视系统是通过行、场扫描来完成图像的分解与合成的，尽管图像内容是随机的，但电视信号仍具有行、场或祯的准确周期性。活动图像电视信号频谱广播电信号频谱结构2.4.4 电视信号的数字化数字

15、电视技术是在将模拟电视信号转化为数字电视信号的基础上对其处理、存储、传输的技术。电视信号的数字化需要三个步骤：取样、量化和编码。数字复合视频编码是利用四倍副载波取样频率直接对模拟复合视频信号数字化的结果。2.4.5 数字视频压缩编码o使用数字视频压缩技术，借助目前的干线通信网和同轴电缆网，可经济地传输多路电视节目或传输高清晰度电视节目。数字视频压缩编码系统系统运用的主要技术o压缩编码o复合视频信号的解码o统计复用2.5 多载波技术o随着数字信号处理技术的发展，现在采用多载波技术已成为可能。目前采用的多载波技术主要有：正交频分多路复用和离散多音频。正交频分复用的基本思想o正交频分复用的基本思想是

16、将一段高速串行的数据流变成若干组低速并行的数据流并分别调制到不同的载波上进行并行传输。正交频分多路复用信号频谱OFDM发送系统原理图2.6 二线数字双工传输o所谓二线数字双工传输，是指在二线用户环路上实现收、发双向数字传输，这是一种信道收发复用技术，最常用的有两种：频分双工和时分双工。1.时间压缩法乒乓法系统结构TDM方案工作原理图2.回波抵消法o该法允许收发双方同时把发送信号送到二线用户环路上，这样，线路上将同时存在手法两端的发送信号。接收端根据信道的传输特性和本短的信号发送特性，自动估算出接收信号中包含的本端发送信号分量，并将其从接收信号中减去。即得到对端发来的信号。回波抵消器工作原理近代回波抵消器 2.7 V5接口及其协议oV5接口是一个在接入网中适用范围广、标准化程度高的新型数字接口，对于设备的开发应用、各种业务的发展和网络的更新起着重要作用。V5带来的好处o标准接口促进接入网的发展o使接入网配置灵活，业务提供快捷便利o降低成本o增强网管能力，提高服务质量。V5接口的接入