1、 目 录模块一 通信技术概述模块二 通信系统信号的传输和处理模块三 数字基带传输技术模块四 数字频带传输技术模块五 典型通信系统课题二 对通信的要求及通信业务课题一 什么是通信课题一课题一 什么是通什么是通信信模块一 通信技术概述学习目标学习目标1 1了解通信系统的组成。了解通信系统的组成。2 2了解通信系统的分类。了解通信系统的分类。3 3了解通信网络的转接与信号交换技术。了解通信网络的转接与信号交换技术。4 4了解通信标准。了解通信标准。模块一 通信技术概述相关知识相关知识广义上，通信是指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下采用任意方法、任意媒质，将信息从某一方准确、安全地传送到另
2、一方。狭义上，通信就是信息的传输和交换，即信息的传递。为实现通信采用的技术就是通信技术。各类通信方式中应用最多的是电通信。通信系统的一般模型通信系统的一般模型模块一 通信技术概述一、通信系统的组成一、通信系统的组成1信源信源信源是信息产生的“源泉”。2发送设备发送设备发送设备对信源发出的电信号进行适当的处理，使其方便在信道中传输。模块一 通信技术概述常见的信源设备常见的信源设备a)a)话筒话筒b)b)数码摄像机数码摄像机c)c)数码相机数码相机d)d)计算机计算机e)e)扫描仪扫描仪f)f)摄摄像头像头模块一 通信技术概述3信道信道信道是信号传输的通道，又称传输媒介。电信号以电流、电磁波的形式
3、在信道中传播，光信号以光波的形式在光纤中传输。(1)有线信道常用的有线信道有双绞线、同轴电缆和光缆等。1)双绞线。双绞线双绞线a)a)实物图实物图 b b）结构图）结构图模块一 通信技术概述 电缆电缆a)a)实心绝缘非填充型电缆实心绝缘非填充型电缆 b b）实心绝缘填充型电缆）实心绝缘填充型电缆 c c）高频屏蔽型电缆高频屏蔽型电缆d)d)自承式电缆自承式电缆 e e）钢带铠装型电缆）钢带铠装型电缆模块一 通信技术概述2)同轴电缆。同轴电缆的结构同轴电缆的结构a)a)实物图实物图 b b）结构图）结构图模块一 通信技术概述3)光缆。光纤的结构光纤的结构a a）实物图）实物图 b)b)结构图结构
4、图模块一 通信技术概述(2)无线信道无线信道由无形的空间构成，信号以电磁波的形式在无线信道中传播。信号的无线传输信号的无线传输模块一 通信技术概述4接收设备接收设备接收设备的作用与发送设备的作用相反，通常是把接收到的信号经过放大、滤波选择、解调后恢复成原来的基带信号，也就是把经过信道传输的信号恢复成原来的信源产生的信号。5信宿信宿信宿，顾名思义是信息的归宿。信宿的作用是将来自于接收设备的基带信号恢复成原始信号。一般来说，信源的输出和信宿的输入是相同的，两个设备是对应的。在双向通信中，信源和信宿构成通信终端设备。模块一 通信技术概述6噪声噪声/干扰干扰在通信过程中，噪声和干扰是不可避免的。噪声是
5、信道中的噪声以及分散在通信系统各组成部分中的噪声的集中表现。噪声主要来自信道。噪声的来源很多，有人为噪声、自然噪声和内部噪声等。噪声按其性质不同可分为加性噪声和乘性噪声。（1）加性噪声通过功率直接叠加的方式作用于有用信号，它的存在独立于有用信号，不管有没有信号，加性噪声都存在。（2）乘性噪声是由于无线环境或者射频器件的非线性，伴随着无线信号的传输过程而产生的噪声。模块一 通信技术概述在无线通信中所说的噪声就是指相对于有用信号而言人们不需要的那部分信号。因此，可以用分析信号的方法来理解噪声，这时根据噪声功率谱密度和幅度分布的特性又可将其分为白噪声和高斯噪声。1）白噪声是指功率谱密度在整个频域内均
6、匀分布的噪声。2）高斯噪声是指其概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。模块一 通信技术概述二、通信系统与通信网络二、通信系统与通信网络1.通信系统通信系统通信是将信号从一个地方向另一个地方传输的过程。用于完成信号的传递与处理的系统称为通信系统(Communication System)。常用通信系统的分类方法有以下几种。（1）按传输媒介不同分类按传输媒介不同，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统。（2）按信道中所传递的信号不同分类按信道中所传递的信号不同，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。模块一 通信技术概述（3）按工作频段不同分类按工作频段不同，通信系统可分为长波通信
7、系统、中波通信系统、短波通信系统、微波通信系统等。各类通信系统使用的频段各类通信系统使用的频段模块一 通信技术概述（4）按调制方式不同分类按调制方式不同，通信系统可分为基带传输系统和频带传输系统。（5）按业务不同分类按业务不同，通信系统可分为电报、电话、传真、数据传输、可视电话、无线寻呼等系统。（6）按收信者是否运动分类按收信者是否运动来分，通信系统可分为移动通信系统和固定通信系统。模块一 通信技术概述2.通信网络通信网络现代通信要实现多个用户之间的相互连接，就需要将不同的通信系统连接起来。由多个通信系统互连而形成的通信体系称为通信网络(Communication Network)。固定电话网
8、就是一个通信网络。固定电话网的组成示意图固定电话网的组成示意图模块一 通信技术概述三、通信网络的转接与信号交换技术三、通信网络的转接与信号交换技术通常情况下通信业务是不均匀的，有时很忙，有时却很空。这对于安排信道容量和转接设备的容量，提出了不易解决的问题。最好能有一种方法将这种忙、空状态平均一下，因此使用到信息转接技术。信息转接的主要原理是将待传送的信息存储起来，等到信道一有空就发出去。模块一 通信技术概述为了进行通信，需要将通信双方的终端用传输信道连接起来。要使多个用户所使用的点对点通信系统构成通信网，必须在用户终端之间适当位置上设立交换局及相应的交换设备。常用的信号交换技术按局内处理信号的
9、方式可分为电路交换、信息交换和分组交换三种方式。新的交换方式还有异步转换模式（ATM）交换和光交换等。将终端之间通过交换设备连接将终端之间通过交换设备连接模块一 通信技术概述四、通信标准四、通信标准按照级别不同，标准可分为企业标准、行业标准、国家标准和国际标准。一般来说，企业标准的要求最高，国际标准要求最低，表所示为部分标准代号。部分标准代号部分标准代号课题二课题二对通信的要求及通对通信的要求及通信业务信业务模块一 通信技术概述学习目标学习目标1.1.了解通信系统的质量指标。了解通信系统的质量指标。2.2.了解信道容量的概念。了解信道容量的概念。3.3.了解通信的基本业务。了解通信的基本业务。
10、模块一 通信技术概述相关知识相关知识一、通信系统的质量指标一、通信系统的质量指标在设计、衡量、比较和评价一个通信系统的优劣时，必然要涉及通信系统的各种性能指标。对于数字通信系统，衡量其优劣的性能指标很多，但归纳起来主要有以下几点。模块一 通信技术概述1.有效性指标有效性指标在数字通信系统中，有效性指标主要用信息传输速率和符号传输速率来描述，传输速率越高，表示系统的有效性越好。（1）信息传输速率（Rb）信息传输速率又称比特率、传信率，是指数字通信系统在单位时间内传输的比特数。模块一 通信技术概述(2)符号传输速率(RB)符号传输速率又称码元速率，是指数字通信系统在单位时间内传输的码元数，用RB表
11、示，单位为Baud或Bd（波特）。数字信号的一个波形就是一个码元，码元宽度（或码元周期）为T秒时，RB=1/T，如果一个数字通信系统传输的是M进制码元，则该系统的码元速率RB和比特率Rb之间的关系为Rb=RBH(x)模块一 通信技术概述(3)频带利用率()在数字通信系统中，系统效率单从信道的信息传输速率来评价是不够的，还要用系统信道中单位频带内所实现的信息传输速率来衡量。单位频带内的信息传输速率称为频带利用率，用表示，单位为bps/Hz。设B为信道所需的传输带宽，Rb为信道的信息传输速率，则频带利用率为=Rb/B根据比特率与码元速率（波特率）的关系，进一步可推得=RBlog2M/B模块一 通信
12、技术概述2.可靠性指标可靠性指标数字通信系统的可靠性指标主要用传输的差错率来描述。差错率通常用误码率和误比特率来表示。差错率越大表示系统可靠性越差。(1)误码率（Pe）误码率是指在传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例，用Pe表示。模块一 通信技术概述(2)误比特率(Pb)误比特率又称误信率、比特差错率，是指在传输中发生差错的比特数占传输总比特数的比例，用Pb表示。模块一 通信技术概述二、信道容量二、信道容量信道容量是指信道极限传输信息的能力，即信道无差错传输信息的最大信息速率，记为C。信道容量一般分为编码信道容量和调制信道容量，在实际通信中主要研究调制信道容量。在调制信道中，研究的是模拟
13、信号的传输。在加性高斯白噪声背景下，调制信道的参量是调制信道的带宽、信号功率和高斯白噪声功率。著名的香农(Shannon)公式指出了调制信道容量的定量计算方法。在高斯白噪声干扰下，调制信道容量采用香农公式计算：模块一 通信技术概述三、通信的基本业务三、通信的基本业务由传统的电话业务发展为下列业务：传真、可视图文、电子邮件、智能用户电报、电缆电视、图文电视、可视电话、会议电视、多媒体图像通信、高清晰度电视(HDTV)、移动通信等。通信从专门业务转向综合业务，出现了综合业务数字网(ISDN)，从单一业务到多样化业务，通过与计算机网络互连，为用户提供上网、发送电子邮件、网络电话等多种业务。课题二 将
14、模拟信号转换为数字信号课题一 信号传输方式课题三 让信号传输得更快、更准确课题四 传输线路的高效使用方法 课题一课题一 信号传输信号传输方式方式模块二 通信系统信号的传输和处理学习目标学习目标1.1.掌握模拟传输和数字传输的概念。掌握模拟传输和数字传输的概念。2.2.掌握串行传输和并行传输的概念。掌握串行传输和并行传输的概念。3.3.掌握信号发送和接收方式。掌握信号发送和接收方式。模块二 通信系统信号的传输和处理相关知识相关知识在通信系统中，利用信号将消息传输给接收者。随着通信技术的发展，信号的传输方式越来越多，对信号的处理也有多种方法。按信号的形式不同可以将信号传输方式分为模拟传输和数字传输
15、。一、模拟传输和数字传输一、模拟传输和数字传输根据信道中传送的是模拟信号还是数字信号，可以将通信传输方式分为模拟传输方式和数字传输方式,由此也可将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模块二 通信系统信号的传输和处理1模拟传输模拟传输代表信息的信号及其参数（幅度、频率或相位）随信息连续变化的信号称为模拟信号，模拟信号在幅度上连续，在时间上可以连续也可以不连续。模拟信号模拟信号a)a)时间上连续的模拟信号时间上连续的模拟信号 b b）时间上不连续）时间上不连续的模拟信号的模拟信号模块二 通信系统信号的传输和处理在模拟传输中，对信号要进行调制处理，将信号变换为适合在线路中传输的形式。模拟传输主要
16、应用在模拟通信系统中，常见的模拟调制方式有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)，这三种模拟调制的波形如图所示模拟调制波形模拟调制波形模块二 通信系统信号的传输和处理2数字传输数字传输在时间上和幅度上均取有限离散数值的信号称为数字信号。数字信号幅度离散，在时间上也是离散的。数字信号数字信号a)a)二进制数字信号二进制数字信号 b b）四进制数字信号）四进制数字信号模块二 通信系统信号的传输和处理如果信道上传输的信号是数字信号，则这种信号传输方式称为数字传输。模拟传输与数字传输之间是可以相互转换的，如图所示。模拟传输与数字传输之间的转换模拟传输与数字传输之间的转换模块二 通信系统信号的传输和处
17、理数字信号也可以经过数字调制在模拟传输系统中传输。模拟信号它携带有数字信息。常见的数字调制方式有幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)，这三种数字调制的波形如图所示。与模拟传输相比，数字传输具有抗噪声和不易失真的特点。数字调制波形数字调制波形模块二 通信系统信号的传输和处理3模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信根据信道传输信号的差异，通信系统的分类如图所示。通信系统的分类通信系统的分类利用模拟基带信号传递信息的系统称为模拟基带传输系统，如麦克风和放大器之间的信息传输。模块二 通信系统信号的传输和处理利用模拟频带信号传递信息的系统称为模拟调制传输系统，如模拟电视、广播等系统。
18、利用数字基带信号传递信息的系统称为数字基带传输系统，如计算机和外围设备（如打印机等）之间的信息传输。利用数字频带信号传递信息的系统称为数字调制传输系统，如高清数字电视、光纤通信系统等。信道中传输的是模拟基带信号或模拟频带信号的通信系统称为模拟通信系统。信道中传输的是数字基带信号或数字频带信号的通信系统称为数字通信系统。模块二 通信系统信号的传输和处理与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术的要求，这是因为数字通信具有一系列模拟通信无法比拟的优点。(1)抗干扰能力强模拟通信与数字通信的抗干扰性能比较模拟通信与数字通信的抗干扰性能比较a)a)模拟通信模拟通信 b b）数字通信）数字通信模
19、块二 通信系统信号的传输和处理(2)便于加密处理(3)易于实现集成化，使通信设备体积小、功耗低(4)利于采用时分复用实现多路通信当然，数字通信系统的许多优点是用比模拟信号占用更宽的频带而得到的。模块二 通信系统信号的传输和处理二、串行传输和并行传输二、串行传输和并行传输1串行传输串行传输将多位二进制码的各位码在时间轴上排列成一行，在一条传输线路上一位一位地传输的方式称为串行传输方式，如图a所示。这种传输方式只需要1条信号线和1条地线。2并行传输并行传输用多条传输线路同时传送多位二进制码的传输方式称为并行传输方式，如图b所示。在这种传输方式中，传输线路的数量一般等于二进制码的位数。模块二 通信系
20、统信号的传输和处理数据的串行传输和并行传输数据的串行传输和并行传输a)a)串行传输串行传输 b b）并行传输）并行传输模块二 通信系统信号的传输和处理 串行传输与并行传输之间的比较串行传输与并行传输之间的比较模块二 通信系统信号的传输和处理 串行接口标准及主要技术指标串行接口标准及主要技术指标模块二 通信系统信号的传输和处理三、信号发送和接收方式三、信号发送和接收方式在通信系统中，最典型、最基本的通信方式是点对点通信，它是研究点对多点、多点对多点通信的基础。在现实生活中，两部手机之间的通话就属于点对点通信。无线WIFI路由器与多部手机之间的通信就属于点对多点通信，移动应用“多视”支持多对多视频
21、通话，就是多点对多点通信的应用。在点对点通信方式中，按照信号的流向和时间关系，可以将信号的发送和接收方式分为单工、半双工和全双工三种类型。模块二 通信系统信号的传输和处理 单工、半双工和全双工通信方式单工、半双工和全双工通信方式a)a)单工通信单工通信 b b）半双工通信）半双工通信 c c）全）全双工通信双工通信模块二 通信系统信号的传输和处理1单工通信单工通信信号只能单方向传送，在任何时候都不能进行反向传输的通信方式称为单工传输。2半双工通信半双工通信在半双工传输方式中，信号可以在两个方向上传输，但在时间上不能重叠，即通信双方不能同时既发送信号又接收信号，而只能交替进行。即同一时间内不允许
22、在两个方向上传送，只能有一个发送方，一个接收方。3全双工通信全双工通信这是应用最广的通信方式。在全双工通信方式中，信号可以同时在两个方向上传输。这种方案使用的也是双向信道。课题二课题二将模拟信号转换为将模拟信号转换为数字信号数字信号模块二 通信系统信号的传输和处理学习目标学习目标掌握采样、量化、编码的概念和原理。掌握采样、量化、编码的概念和原理。模块二 通信系统信号的传输和处理相关知识相关知识一、采样一、采样1.采样的概念及电路模型采样的概念及电路模型将时间上连续的模拟信号转换为时间上离散的模拟信号，这个过程可以通过对模拟信号的采样来实现。采样也称取样、抽样，采样通常是以一定的时间间隔T提取信
23、号的大小（幅度）,其工作过程如图所示。采样过程示意图采样过程示意图模块二 通信系统信号的传输和处理实现采样的电路模型如图所示。采样电路模型及采样波形示意图采样电路模型及采样波形示意图模块二 通信系统信号的传输和处理2.采样定理采样定理提取信号样值的时间间隔越短就能越准确地恢复原始信号。缩短时间间隔会导致数据量增加，所以缩短时间间隔必须适可而止。理论证明，若时间连续信号f(t)的最高频率为fm，只要采样频率fs大于或等于fm的2倍，即fs2fm，就能够无失真地恢复原时间连续信号。这就是著名的奈奎斯特定理，也称采样定理（抽样定理或取样定理）。模块二 通信系统信号的传输和处理正确理解采样定理需要注意
24、以下两个问题：(1)只有在 fs2fm的情况下，接收端才能将采样信号无失真地恢复成原来的模拟信号，信息才不丢失。(2)fs也不是越大越好，一方面，fs 越大，时间间隔越小，数据量就会增加；另一方面，在数字通信系统中，为了提高系统的有效性指标，必然要采用时分多路复用，时间间隔越小，则复用的路数就越少，信道利用率就会下降。模块二 通信系统信号的传输和处理3.采样保持采样保持采样时，输入的模拟信号的值是连续变化的；采样后，输出的脉冲顶部是变化的。为了获得近似不变的准确的采样值，要求采样脉冲的脉冲宽度尽可能窄。另外，在后面的量化过程中，为了满足量化、编码的要求，采样值必须保持一段时间，这一过程称为采样
25、保持，然后再进行量化、编码。模块二 通信系统信号的传输和处理二、量化二、量化采样后的信号虽然在时间上是离散的采样值，但采样值的幅度仍然是连续的，即幅度的取值有无限多个，因而系统不能直接对它进行编码，还需要对采样信号进行幅度上的离散化，这个过程就是量化。量化的过程就是将采样信号的幅度变化范围划分为若干个小间隔，每个小间隔称为一个量化级，每个量化级的电平称为一个量化电平。当采样信号的值处于某一量化级附近时，就用这个量化电平（用表示）来代替实际的采样值。相邻的两个量化电平之差称为量化级差或量化台阶。模块二 通信系统信号的传输和处理量化过程示意图量化过程示意图在图中，M个量化区间是等间隔划分的，这种量
26、化方式称为均匀量化；M个量化间隔也可以是不相等的，这种量化方式称为非均匀量化。模块二 通信系统信号的传输和处理1均匀量化均匀量化均匀量化的量化级差在整个信号的电平范围内是均匀分布的，不管信号是大是小，量化级差都相同，见表。均匀量化均匀量化模块二 通信系统信号的传输和处理量化是一种有损变换。量化前和量化后信号的差值表现为量化噪声，这是数字通信系统中最主要的噪声来源。为了保证话音信号经过数字化编码及解码之后有一个可以令人接受的清晰度，平均量化信噪比应达到26 dB。通信系统为了提高系统的有效性指标，要求编码速率尽可能地降低。编码速率采样频率码组长度。在采样频率已确定的情况下，减小码组长度就可以降低
27、编码速率。在均匀量化情况下，无论信号多大，量化噪声都是相同的，所以大信号的量化信噪比大，小信号的量化信噪比小。模块二 通信系统信号的传输和处理2非均匀量化非均匀量化非均匀量化对大小信号采用不同的量化级差，大信号时量化级差大一些，小信号时量化级差小一些，见表。非均匀量化非均匀量化模块二 通信系统信号的传输和处理实现非均匀量化的方法之一是采用压缩扩张技术。非均匀量化的原理非均匀量化的原理模块二 通信系统信号的传输和处理压缩和扩张特性曲线压缩和扩张特性曲线a)a)压缩特性压缩特性 b)b)扩张特性扩张特性模块二 通信系统信号的传输和处理对话音信号的压缩特性，ITUT(国际电信联盟电信标准分局)的建议
28、有两个标准，一个是A律，另一个是律。A律主要用于英国、法国、德国等欧洲国家和我国，而律主要用于美国、加拿大和日本等国。设压缩器（能实现压缩功能）的输入信号为x，输出信号为y，x、y均为归一化值（相对值，无量纲），最大值为1，则A律压缩特性公式为式中，A为压缩系数，表示压缩程度。A=1时，y=x，表示无压缩，即为均匀量化。A值越大，在小信号处斜率越大，表示压缩程度越大，对提高小信号的信噪比有利。通常取A=87.6。模块二 通信系统信号的传输和处理3量化噪声量化噪声采样值一旦进行了量化，以后不管如何处理，只能恢复成量化电平，无法再精确地恢复到原信号的值，量化前的信号幅度与量化后的信号幅度出现了误差
29、，这一差值在恢复信号时将会以噪声的形式表现出来，所以将此差值称为量化噪声，其在通信中表现为加性噪声。模块二 通信系统信号的传输和处理三、编码三、编码将每个量化电平用一组二进制代码表示的过程称为编码。在实际设备中，量化和编码是同时完成的。脉冲编码调制是通信领域应用最广的波形编码方式，其标准是ITUT G.711。PCM编码器的组成框图如图所示。逐次反馈比较型逐次反馈比较型PCMPCM编码器的组成框编码器的组成框图图模块二 通信系统信号的传输和处理1码型选择码型选择每一个采样值用8位二进制码表示。8位二进制码共有256种组合，分别代表256个量化电平，常见的码型有普通二进制码、循环二进制码和折叠二
30、进制码等。4 4位码构成的码组与所表示数值的对位码构成的码组与所表示数值的对应关系应关系模块二 通信系统信号的传输和处理4 4位码构成的码组与所表示数值的对位码构成的码组与所表示数值的对应关系（续）应关系（续）模块二 通信系统信号的传输和处理2A律律13折线压缩特性曲线折线压缩特性曲线要进行编码就要求量化间隔能成为简单的整数倍关系。在二进制编码中，这种关系为2n倍，其中n为整数。对于这一要求，直接采用A律或律的压缩和扩张特性曲线是做不到的（连续压扩特性，需无穷多个量化级）。若采用若干段折线组成的非均匀压缩和扩张特性曲线就能实现，但要求折线的压扩特性要近似A律或律。压缩特性曲线压缩特性曲线模块二
31、 通信系统信号的传输和处理各段之间的量化级差是不相同的，而在各段之内的量化级差是相同的，最大的量化级差为(1/2)16=1/32，最小的量化级差为(1/128)16=1/2 048，设=1/2048为量化级差的一个基本单位。x轴上各量化电平值见表。各段起始电平与量化台阶各段起始电平与量化台阶 单位：单位：=1/2 048=1/2 048模块二 通信系统信号的传输和处理各段起始电平与量化台阶（续）各段起始电平与量化台阶（续）单位：单位：=1/2 048=1/2 048模块二 通信系统信号的传输和处理A A律律1313折线压缩特性曲线折线压缩特性曲线模块二 通信系统信号的传输和处理3编码过程编码过
32、程编码的方法很多，可以通过查编码表的方法进行编码，也可以通过逐次反馈比较的方法进行编码，本书重点介绍通过逐次反馈比较的方法进行编码。由于A律13折线压缩特性将整个信号电平范围分为256个量化级，所以需要采用8位二进制码组来表示每一个量化级。这8位码的安排如下：模块二 通信系统信号的传输和处理其中，X1称为极性码，表示信号采样值的极性。采样值为正，则X11；采样值为负，则X1=0。段落码的编码规则段落码的编码规则模块二 通信系统信号的传输和处理段内码的编码规则段内码的编码规则模块二 通信系统信号的传输和处理信号电平与信号电平与PCMPCM码组的对应关系码组的对应关系模块二 通信系统信号的传输和处
33、理信号电平与信号电平与PCMPCM码组的对应关系码组的对应关系(续）续）模块二 通信系统信号的传输和处理段落码的编码过程段落码的编码过程模块二 通信系统信号的传输和处理4解码过程解码过程从前面的编码过程中可以发现，本地译码器在确定X8时输出的比较电平已经很接近信号的采样值，它是根据X2X7的结果而得到的。对于编码器来说，X8产生后，一个采样值的编码就结束了，本地编码器的输出回到128，准备下一个采样值的编码。而对于接收端的译码器来说，还要考虑X8。PCMPCM译码器原理框图译码器原理框图课题三课题三让信号传输得更快、让信号传输得更快、更准确更准确模块二 通信系统信号的传输和处理学习目标学习目标
34、1.1.掌握信源编码的概念。掌握信源编码的概念。2.2.掌握信道编码的概念。掌握信道编码的概念。3.3.了解信道编码在长期演进（了解信道编码在长期演进（LTELTE）中的）中的应用。应用。模块二 通信系统信号的传输和处理一、信源编码一、信源编码在数字通信系统中，为了提高数字信号传输的有效性而采取的编码称为信源编码。信源编码有两个作用：一是模/数转换；二是尽可能减少信号中的冗余度，使在单位时间内单位系统带宽上所传输的信息量最大。信源包括话音、图像、字符等，本书主要以话音信源来讲解编码技术。话音编码技术通常分为波形编码、声源编码和混合编码三类。按编码后传输所需的数据速率可分为高速率(32 kbps
35、以上)、中高速率(1632 kbps)、中速率(4.816kbps)、低速率(1.24.8 kbps)和极低速率（1.2 kbps以下）五大类。模块二 通信系统信号的传输和处理1波形编码波形编码波形编码是将时间域信号波形直接转换为数字代码，其目的是尽可能精确地再现原来的话音波形。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，再用代码来表示。最典型的波形编码是PCM（脉冲编码调制）。波形编码具有低复杂度、低时延的特点。模块二 通信系统信号的传输和处理2声源编码声源编码声源编码又称参量编码，它是指对信源信号在频域或其他正交变换域提取特征参量，并将特征参量
36、转换为数字代码进行传输。其反过程为解码，即将收到的数字序列转换后恢复成特征参量，再依据此特征参量产生发送端语音信号。这种编码技术可实现低速率语音编码，比特率可压缩至24.8 kbps，线性预测编码(LPC)及其各种改进型都属于参量编码技术。声源编码技术的缺点是话音质量较差，对噪声较为敏感，不适合在公用移动通信网等对话音质量要求较高的场合使用。模块二 通信系统信号的传输和处理3混合编码混合编码混合编码由波形编码和声源编码结合而成，以达到波形编码的高质量和声源编码的低速率等优点。混合编码数字语音信号中包括若干语音特征参量，又包括部分波形编码信息，它可将比特率压缩到416 kbps，其中在816 k
37、bps内能够达到良好的话音质量和自然度，因此，这种编码技术最适合于数字移动通信环境。目前研制的符合发展目标的信源编码技术均为混合编码。模块二 通信系统信号的传输和处理二、信道编码二、信道编码为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为信道编码，信道编码又称差错控制编码或纠错编码。提高系统传输的可靠性，降低误码率的常用方法有以下两类。1.降低数字信道本身引起的误码降低数字信道本身引起的误码2采用差错控制编码（即信道编码）采用差错控制编码（即信道编码）模块二 通信系统信号的传输和处理从差错控制角度来看，按加性干扰引起的错码分布规律不同，可将信道分为三类，即随机信道、突发信道和混合信道。对于不同的信道应
38、采用不同的差错控制技术。常用的差错控制方式有以下几种。(1)检错重发(ARQ)(2)前向纠错(FEC)(3)混合差错控制(HEC)模块二 通信系统信号的传输和处理三种差错控制方式示意图三种差错控制方式示意图a)a)检错重发检错重发(ARQ)b(ARQ)b）前向纠错）前向纠错(FEC)c(FEC)c）混合）混合差错控制差错控制(HEC)(HEC)模块二 通信系统信号的传输和处理三、信道编码在长期演进中的应用三、信道编码在长期演进中的应用长期演进（Long Term Evolution，LTE）是由3GPP组织制定的通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunicati
39、ons System，UMTS）技术标准的长期演进。在LTE中有三种基本的信道编码，即CRC纠错编码、咬尾卷积编码和Turbo码。1.CRC纠错编码纠错编码CRC称为循环冗余码，它是在信息码右边加上几位校验码，以增加整个编码系统的码距和查错、纠错能力。模块二 通信系统信号的传输和处理2.咬尾卷积编码咬尾卷积编码通常卷积码编码器开始工作时都要进行初始化，常常将编码器的所有寄存器单元都进行清零处理。而在编码结束时，还要使用尾比特进行归零的结尾操作（Tailed Termination）。相对于编码比特而言，尾比特增加了编码开销。码率为码率为1/31/3的咬尾卷积编码器的咬尾卷积编码器模块二 通信系
40、统信号的传输和处理3.Turbo码码来自MAC层的传输块，经过CRC校验后，被分割成LTE Turbo码能够编码的码块，并进行Turbo编码和速率匹配，然后进行比特加扰，最后进行调制和天线映射发射出去。TurboTurbo编码器原理图编码器原理图课题四课题四传输线路的高效使传输线路的高效使用方法用方法模块二 通信系统信号的传输和处理学习目标学习目标1.1.掌握频分多路复用掌握频分多路复用(FDM)(FDM)的概念。的概念。2.2.掌握时分多路复用掌握时分多路复用(TDM)(TDM)的概念。的概念。3.3.了解数字复接技术。了解数字复接技术。4.4.了解多址技术。了解多址技术。模块二 通信系统信
41、号的传输和处理一、多路复用一、多路复用为了提高信道利用率，增大信道的传输容量，需要使多路信号沿同一信道传输且不相互干扰，这就是多路复用。拨号上网最常用的电话线就采取了多路复用技术，如图所示，这样在上网的同时也不影响电话的接入与拨出。目前，多路复用方法中应用最广泛的有四大类：频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)、码分多路复用（CDM）和波分多路复用（WDM），许多多路复用技术都是以这四种技术为基础的。模块二 通信系统信号的传输和处理模拟电话用户线的多路复用模拟电话用户线的多路复用模块二 通信系统信号的传输和处理所谓信道复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术，如图所示
42、。信道复用信道复用a a）不使用复用技术）不使用复用技术 b b）使用复用技）使用复用技术术模块二 通信系统信号的传输和处理1频分多路复用（频分多路复用（FDM）（1）概念频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在时间上重叠，但在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。模块二 通信系统信号的传输和处理(2)原理经过调制的各路信号，在频率位置上被分开。频分复用信号原则上可以直接在信道中传输，但在某些应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。频分复用系统的主要优点是
43、信道复用路数多、分路方便。频分复用系统的主要缺点是设备庞大复杂，成本较高，还会因为滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而出现路间干扰，已经逐步被更为先进的时分复用技术所取代。模块二 通信系统信号的传输和处理频分多路复用系统组成框图频分多路复用系统组成框图模块二 通信系统信号的传输和处理2.时分多路复用（时分多路复用（TDM）（1）概念时分复用就是借助“把时间帧划分成若干时隙和各路消息占有各自时隙”的方法来实现在同一条公共信道上传输多路信号。这种按照一定时间次序依次循环地传输各路消息以实现多路通信的方式称为时分多路通信。模块二 通信系统信号的传输和处理与频分复用相比，时分复用具有以下优点：1）
44、TDM多路信号的合路和分路都是数字电路，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。2）信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和多次谐波，引起路间干扰，因此FDM对信道的非线性失真要求很高。相反，TDM系统对信道的非线性失真要求可适当降低。模块二 通信系统信号的传输和处理（2）原理三路三路PAMPAM信号时分复用原理信号时分复用原理模块二 通信系统信号的传输和处理通信系统中语音信号采用最多的编码方式是PCM和DPCM。如图所示为一个只有三路PCM复用的发送端方框图。三路三路PAMPAM信号时分复用波形图信号时分复用波形图a a）第）第1 1路路 b b）第）第2 2路路 c c）第）第3 3路路 d
45、 d）合路信号合路信号模块二 通信系统信号的传输和处理时分复用系统框图（发送端）时分复用系统框图（发送端）模块二 通信系统信号的传输和处理时分复用系统框图（接收端）时分复用系统框图（接收端）模块二 通信系统信号的传输和处理3.PCM 30/32路通信系统路通信系统为了提高信道利用率和适应不同介质的传输，根据时分多路复用的原理和各种传输媒介的特点，数字通信中常将多路信源编码输出组合成不同数码率的群路（集合）信号。在PCM中最基本的支路就是PCM 30/32路(30路，2 048 kbps)，它与另一制式PCM 24路(24路，1 544 kbps)被称为PCM基群（一次群）。PCM 30/32路
46、端机在脉冲调制多路通信中是一个基群设备，它可以独立使用，与市话电缆、长途电缆、数字微波系统、光纤等传输信道连接，作为有线或无线电话的时分多路终端设备。模块二 通信系统信号的传输和处理PCM 30/32路端机除提供电话外，通过适当接口，可以传输数据、载波电报等其他数字信息业务。（1）PCM 30/32路通信系统的基本特性话路数目：30。采样频率：8 kHz。压扩特性：A=87.6/13折线压扩律，编码位数L=8，采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码。每帧时隙数：32。总数码率：8328 000=2 048 kbps。模块二 通信系统信号的传输和处理（2）帧与复帧结构PCM 30/32路通信
47、系统的帧与复帧结构如图所示。PCM 30/32PCM 30/32路通信系统的帧与复帧结路通信系统的帧与复帧结构构模块二 通信系统信号的传输和处理（3）PCM 30/32路通信系统框图路通信系统框图如图所示为PCM 30/32路通信系统框图，它是以群路编译码方式画出来的。PCM 30/32PCM 30/32路通信系统框图路通信系统框图模块二 通信系统信号的传输和处理由于大规模集成电路的发展，编码和译码可以做在一个芯片上，称为单路编译码器。目前，厂家生产的PCM 30/32路系统几乎都是用单路编译码器构成的。单路编译码片构成的单路编译码片构成的PCM 30/32PCM 30/32路通路通信系统框图
48、信系统框图模块二 通信系统信号的传输和处理二、数字复接技术二、数字复接技术在数字通信中，为了扩大通信系统的传输容量，提高通信系统的传输效率，通常需要把若干个小容量低速数字流合并成一个大容量高速数字流，再通过高速信道传输，接收端将高速数字流分解成低速数字流，这就是数字复接技术。模块二 通信系统信号的传输和处理1.PCM复用与数字复接复用与数字复接如要实现120路话音信号复用，则需将120路话音信号经采样、合路、量化编码发送到线路上去，在接收端进行相应的反变换，如图所示。这种将多路模拟信号采样、合路、量化编码的复用方式称为PCM复用。数字复接是将两个或两个以上的支路数字信号按时分复用的方法汇接成一
49、个单一的复合数字信号。数字复接将多个支路码字合并为一路，必须按一定的排列方式。码字排列方式主要有按位复接、按字复接和按帧复接。模块二 通信系统信号的传输和处理PCMPCM复用示意图复用示意图模块二 通信系统信号的传输和处理(1)按位复接按位复接是轮流将各支路的一位码发送到线路上。按位复接又称比特复接。(2)按字复接对于基群来说，一个时隙有8位码，代表1个采样值，称为一个码字。按字复接也称按路复接。按字复接是轮流将各支路的一个字发送到线路上。(3)按帧复接这种复接方式是对各个复接支路每次复接1帧。它不破坏原支路的帧结构，有利于交换，但要求有更大容量的存储器，目前很少采用。模块二 通信系统信号的传
50、输和处理2.数字复接设备与复接等级数字复接设备与复接等级数字复接系统由数字复接器和数字分接器组成，如图所示。数字复接系统框图数字复接系统框图模块二 通信系统信号的传输和处理数字复接器是将两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号的设备，由定时单元、调整单元和同步复接单元组成。数字分接器是将高速数字信号分解成相应的低速数字信号的设备，由同步、定时、分接和支路码速恢复单元组成。模块二 通信系统信号的传输和处理ITUTITUT推荐的两大系列复接等级推荐的两大系列复接等级模块二 通信系统信号的传输和处理数字通信系统除了传输电话外，也可传输其他相同速率的数字信号，如可视电话、频分制载波信号以及电视信号
