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1、数字通信系统一、 通信系统、通信系统的组成传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。通信系统的一般模型如下图。收信者接收设备传输媒介发送设备信息源干扰通信系统由以下几部分组成： 1、 信息源和收信者，根据信息源输出信号的不同可分为模拟信源和离散信源。模拟信源输出连续幅度的信号；离散信源输出离散的符号序列或文字。模拟信源可通过抽样和量化变换为离散信源。 由于信息源产生信息的种类和速率不同，因而对传输系统的要求也各不相同。2、 发送设备，发送设备的基本功能是将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的消息信号变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。变换方式多种多样，在需要频谱搬移的场合，调制是最常
2、见的变换方法。对于数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信道编码和信源编码。信源编码是把连续消息变换为数字信号；而信道编码则是是数字信号与传输媒介匹配，提高传输的可靠性或有效性。发送设备还包括为达到某些特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、保密处理、纠错编码处理等。 3、 传输媒介，从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。有线和无线均有多种传输媒介。传输过程必然引入干扰。媒介的固有特性和干扰特性直接关系到变换方式的选取。 4、 接收设备，接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始消息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复
3、用，实现正确分路。 、通信系统的分类1、 按消息的物理特征分类电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。2、 按调制方式分类基带传输和调制传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送，调制传输是对各种信号变换方式后传输的总称。3、 按传输信号的特征分类按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应的将通信系统分为两类，即模拟通信系统和数字通信系统。4、 按传送信号的复用方式分类传送多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用、码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用则是用一组正交的脉冲
4、序列分别携带不同信号。传统的模拟通信中都采用频分复用。随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广泛。码分复用主要用于卫星通信的扩展通信系统中。5、 按传输媒介分类按传输媒介通信系统可分为有线和无线两类。二、 信源编码、抽样抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。抽样定理是任何模拟信号（语音、图像、以及生物医学信号等等）数字化的理论基础。1、 低通抽样定理一个频带限制在（0，fH）内的连续信号x（t），如果抽样频率fs大于或等 于2fH，则可以由抽样序列x（nTs）无失真的重建恢复原始信号x（t） 若抽样频率fs2fH，则会产生失真，这种失真称为混叠失真。若任意信号x(
5、t )的最高频率分量是fH，以fs fH 的速率对x(t )进行等间隔采样后得到xn=x(nTs ) ，其中Ts=1/fs是采样间隔，则用xn 可以完全恢复出x(t )，恢复方法是 X（t）= xksin（2fHt-k）或者 X（t）= xksin（fst-k）这个恢复方法也就是：将理想抽样信号xs（t）=x（t）（t-kTs）=xk （t-kTs） 通过一个冲激相应为sin(2fHt)或者sin(fst)的线性系统。也就是：将理想抽样信号xs(t)加到一个截止频率为fH或者fs/2的理想低通滤波器（注意fs/2有可能比fH大）。从频域来看，xs（t）的频谱是Xs（f）=X（f-mfs），如果
6、fs2fH，就可以用LPF滤出X(f)，否则就会发生频谱混叠失真。2、 带通抽样定理设有任意信号x(t )，其频率分量在区间( fL,fH )内，带宽是 B = fH fL 。选取整数n 满足n fH/B，选取实数fs满足2fH/n fs 2fL/（n-1）。以fs的速率对x(t )进行等间隔采样后得到xn=x (nTs ),Ts=1/fs是采样间隔，则用 xn可以完全恢复出x(t )，恢复方法是将理想抽样信号 Xs(t)=x(t) （t-kTs）=xk （t-kTs）通 过 一 个 理想带通滤波器， 此带通滤波器的通带范围是(fL ,fH )或者(nfs-fs-fL,nfs-fH)。最小采样
7、率是fsmin=2fH/n，其中n 是满足nfH/B的最大整数，即n=。用B 去整除fH，设若得商为整数n，得余为小数r（0 r 1 时输入电平落在第k 层内的概率量化噪声功率对数量化器而信号功率S=SNR=对于电话信号，国际电信联盟（ITU)制定了两种非线性压缩建议，即A律压缩和u律压缩。我国和欧洲采用A律，而北美、日本采用u律。（）A 律对数压缩特性归一化信号(x/V)，过载电压为1，（）律对数压缩特性 下图为，不同A值时的A律压缩特性，不同u值的u律压缩特性；A律压缩的近似实现13折线近似（1） 数字压扩法 x 轴：输入信号归一化后，范围按1/2 递减规律分为8 段。y 轴：输出信号归一
8、化后，均匀地分为8 段。3、 最佳非均匀量化最佳非均匀量化是指在最佳玉缩特性f(x)的情况下，其量化噪声取最小值。下面图中给出了非均匀量化中f(x)及量化间隔的关系。由图可见，z信号是均匀量化间隔，而相应的输入x信号是非均匀量化间隔。最佳压缩特性fx)与信号方差有关。在给定压缩特性fx)的情况下，当信号方差变动时，就会偏离最小值而增加，从而使下降，这种情况称为量化器的方差失配。当输入信号均方差偏离变动时，急剧下降。尽管最佳压缩特性下，信噪比最大值可达3 5. 5dB.但信噪比大于20dB的动态范围还不到20dB，远远不能满足长途电话45dB动态范围的要求。因此、最佳压缩特性并没有获得实际应用与
9、推广。、编码PCM编码原理在数字通信中，一般都采用二进制码。PCM原理图可表示为图：PCM原理图把量化后信号电平值转换成二进制码组的过程为编码，其逆过程称为解码或译码。模拟信号经过取样和量化以后，在时间上和幅度取值上都变成了离散的数字信号。如果量化级数为N，则信号幅度上有N个取值，形成有N个电平值的多电平码。但这种具有N个电平值的多电平码信号在传输过程中会受到各种干扰，并会产生畸变和衰减，接收端难以正确识别和接收。如果信号是二进制码，则只要接收端能识别出是“1”码还是“0”码即可。所以二进制码具有抗干扰能力强的优点，且容易产生， PCM常用的二进制码组是折叠码。当信道传输中有误码时，折叠码由此
10、产生的失真误差最小。量化级为N时，则量化离散值共有N个。将每个离散值用一组二进制码表示。这一组二进制码的位数为L，则有2LN。L为码字位， N为量化级数。以位码为例其中第一位码为极性码，第二、三、四位为段落码，最后四位为段内码，如图所示 极性码 段落码 段内码图1-4 PCM 码字的分配为符合语音信号的传送，现有的PCM编码需采用Kb/s的律或律压扩方法，所以最小频带理论值为kHz。因此在保持相同质量指标的条件下，降低数字化语音数码率，可以有效的提高数字通信系统的频带利用率。通常把低于Kb/s数码率的语音编码方法称为语音压缩编码技术，常用的是差分脉码调制（DPCM）,而这种方法经过发展形成了自适应差分脉码调制（ADPCM），它能在Kb/s数码率上达到符合Kb/s数码率的语音质量要求。DPCM(Differential Pulse Code Modulation)简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式。
