通信概论2章--数字通信
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第2章概述
4、数字通信的特点 （1）抗干扰能力强，无噪声积累
12
数字通信基本概念
(2)便于加密处理 (3)利于采用时分复用实现多路通信 (4)设备便于集成化、小型化 (5)占用频带较宽
1路模拟电话所占频带仅4kHz，而1路数字电话所 占频带64kHz，是前者的16倍。
13
数字通信系统的性能指标
1
有效性指标
定义：每秒所传输的信息量（比特数或二进制码元数）， 单位为bit/s。
33
数字通信系统的主要性能指标
（2）符号速率(N)（也叫码元速率） 定义：1秒所传输的码元数目(多进制的或二进制的)， 其单位为“波特”(Bd)。
●R与N的关系：
R N log2 M
R N,M 2 R N,M 4
用来衡量误码 多少的指标
21
数字通信系统的性能指标
（2）信号抖动 定义：是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。
22
数字通信系统的性能指标 例、某数字通信系统符号速率 2400Bd ，采用8电平
传输，假设1000秒误了8个比特，求： ①误码率。
②设系统的带宽 1200Hz ,频带利用率为多少 bit /(s Hz) 。
《数字通信原理》 数字通信基本概念
数字通信基本概念
1 模拟信号与数字信号 2 模拟通信与数字通信 3 数字通信系统的构成 4 数字通信的特点
2
数字通信基本概念
1、模拟信号与数字信号 （1）模拟信号
3
数字通信基本概念
模拟信号——幅度取值是连续的。
连续信号（时间上连续）
电话信号、 电视信号等
离散信号（时间上离散）
23
数字通信系统的性能指标
答：①信息传输速率为
R N log2 M 2400 log2 8 7200 bit / s 误码率＝接收出现差错的比特数／总的发送比特数
12
数字通信基本概念
(2)便于加密处理 (3)利于采用时分复用实现多路通信 (4)设备便于集成化、小型化 (5)占用频带较宽
1路模拟电话所占频带仅4kHz，而1路数字电话所 占频带64kHz，是前者的16倍。
13
数字通信系统的性能指标
1
有效性指标
定义：每秒所传输的信息量（比特数或二进制码元数）， 单位为bit/s。
33
数字通信系统的主要性能指标
（2）符号速率(N)（也叫码元速率） 定义：1秒所传输的码元数目(多进制的或二进制的)， 其单位为“波特”(Bd)。
●R与N的关系：
R N log2 M
R N,M 2 R N,M 4
用来衡量误码 多少的指标
21
数字通信系统的性能指标
（2）信号抖动 定义：是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。
22
数字通信系统的性能指标 例、某数字通信系统符号速率 2400Bd ，采用8电平
传输，假设1000秒误了8个比特，求： ①误码率。
②设系统的带宽 1200Hz ,频带利用率为多少 bit /(s Hz) 。
《数字通信原理》 数字通信基本概念
数字通信基本概念
1 模拟信号与数字信号 2 模拟通信与数字通信 3 数字通信系统的构成 4 数字通信的特点
2
数字通信基本概念
1、模拟信号与数字信号 （1）模拟信号
3
数字通信基本概念
模拟信号——幅度取值是连续的。
连续信号（时间上连续）
电话信号、 电视信号等
离散信号（时间上离散）
23
数字通信系统的性能指标
答：①信息传输速率为
R N log2 M 2400 log2 8 7200 bit / s 误码率＝接收出现差错的比特数／总的发送比特数
通信原理基础
第二节：数据通信研究的内容
一、传输
研究传输通路和所适应的信号形式。
二、通信接口
研究把发送端的信号变换为适合传输通路的 信号；把接收端的信号变换为终端设备可接 收的形式。
三、通信处理
通讯处理可分为三类
1．编辑：差错控制、格式化处理和编辑 2．转换：速度转换和代码转换 3．控制：网络控制、查询和路由
第三节：数据通信系统的组成
2．数字通信：是以数字信号方式传送消息 的通信方式。(图1-4)
信息源
信源 编码器
信道 编码器
调制器
传输媒质 噪声源
受信者
信源 译码器
信道 译码器
解调器
数字通信的优点：抗干扰性强、保密性好。
数字通信的缺点：信道频带比模拟信道宽， 信道利用率低。
3．数据通信：依据通信协议，利用数据传 输技术在两个功能单元之间传递信息。
的不确定性的一种信号。
确定信号是一种没有不确定值的信号。
• 周期信号和非周期信号 如果用时间函数表示的信号s(t)满足s(t+T)=s(t)
则该信号为周期信号。
T 为信号的周期。 如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。
重要特征：信号的幅值、频率、相位。 幅值是信号各个时刻的瞬时值。 频率是周期的倒数，用赫兹来表示。
一、制定标准的意义： 二、制定标准的不利因素： 三、制定标准的机构
第七节：数据通信的应用及发展前景
一、数据通信的 2．消息处理系统 3．分组无线网PRNET及分组卫星网PSNET 4．综合业务数字网ISDN 5．利用各种通信网络的消息系统 6．应用于计算机综合制造（CIM）
相位是描述周期信号在时间轴上的相对位置， 用弧度表示。
第2章数字通信解析
2-10
三、量化
均匀量化：量化间隔相等的量化
非均匀量化：量化间隔不相等的量化
2-11
四、脉冲编码调制（PCM)
——把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式
框图：话音通信中的PCM调制系统的原理方框图
2-12
四、脉冲编码调制（PCM)
特点：
量化电平数为2的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。
2-5
1. 数字通信系统模型 (2)数字基带传输系统模型
脉冲形成器：把单极性不规零码转换成适合信道传输码型， 并提供定时信息。
2-6
2.数字通信的特点 优点：
1. 抗干扰能力强，无噪声积累。
2. 差错可纠。 3. 保密性好。 ４．便于集成化、小型化、与现代技术结合。 缺点：
1. 占用频带宽。
2. 需要严格同步系统。
2-7
2.2 模拟信号数字化
一、模拟信号的数字传输的系统模型
2-8
一、模拟信号的数字传输的系统模型
(1)抽样（取样）：是指将模拟信号在时间上离散化的过程 (2)量化：是指将模拟信号在幅度上离散化的过程。 (3) 编码：编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代 码来表示。
2-9
二、 抽样定理
——对一个频带限制在(0，fH)内的时间连续 信号f(t),如果以不大于1/(2 fH)的间隔对 其进行等间隔抽样，则f(t)将被所得到的抽 样值完全确定。 奈奎斯特间隔：Ts=1/(2 fH) 奈奎斯特速率(频率）：fs ≥ 2fH
采用非均匀量化压缩与扩张技术来实现非均匀量化 压缩方法有13折线A律和15折线μ 律两种标准，国际通信中 多采用A律，我国采用13折线A律
如：+635△ ，采用13折线A律8位编码，编码为11100011。
数字通信概述
第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。
2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。
4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。
5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。
6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。
7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。
8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。
为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。
9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。
10。
数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。
二．数字通信系统的模型。
1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。
2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。
（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。
4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。
5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。
6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。
若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。
通信系统概论 第2章
2 f0
n1
s
n
（2－3）
只要满足上述关系式，就不会发生频谱重叠，x(t)可完全由 其抽样值来确定。
如果进一步要求原始信号频带与其相邻频带之间的频带
间隔相等，则可按如下公式选择抽样速率fs：
fs
2 2n
1（f0
f
）
m
（2－4）
图2－1 数字频带传输通信系统模型
2.1.2 数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，没有调制器/解调器的数字通
信系统称为数字基带传输通信系统，如图2－2所示。
图2－2 数字基带传输通信系统模型
2.1.3 模拟信号数字化传输通信系统 上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字
基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号(如语音信号) 为连续变化的模拟信号。要实现模拟信号在数字系统中的传 输，则必须在发送端将模拟信号数字化，即进行A/D转换； 在接收端须进行相反的转换，即D/A转换。实现模拟信号数 字化传输的系统如图2－3所示。
第2章 数字通信系统
2.1 数字通信系统模型 2.2 模拟信号的数字化 2.3 准同步数字体系 2.4 同步数字体系 2.5 数字基带传输系统 2.6 数字频带传输系统
2.1 数字通信系统模型
2.1.1 数字频带传输通信系统 数字通信的基本特征是消息或信号具有“离散”或“数
字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的问题。在数字 通信中，强调已调参量与代表消息的数字信号之间有一一对 应关系。
带通均匀抽样定理可描述为：一个带通信号x(t)，其频
率限制在f0与fm之间，带宽为B= fm – f0，则必需的最小抽样
速率
fs min
2 fm n 1
（2－2）
现代通信技术概论第2章
数码率不同产生的数码重叠
同步复接与异步复接
• 同步复接是用一个高稳定的主时钟来控 制被复接的几个低次群， 制被复接的几个低次群，使这几个低次 群的码速统一在主时钟的频率上， 群的码速统一在主时钟的频率上，这样 就达到系统同步的目的。 就达到系统同步的目的。 • 异步复接是各低次群使用各自的时钟。 异步复接是各低次群使用各自的时钟。 这样， 这样，各低次群的 时钟速率就不一定相 因而在复接时先要进行码速调整， 等，因而在复接时先要进行码速调整， 使各低次群同步后再复接。 使各低次群同步后再复接。
正码速调整
• 完成从较低速的数码率到较高速数码率调 整的过程称为正码数调整。 整的过程称为正码数调整。 • 正数码率调整一般采用缓冲存储器低速入 高速出的原则， 高速出的原则，对每一个支路分别进行调 整，各支路码流分别进入各自的缓冲存储 器，各缓冲存储器的读入码速率稍有不同 但读出速率保持相同。 ，但读出速率保持相同。
2.2 时分多路复用
• 时分多路复用的概念 • 同步技术 • PCM30/32路系统 路系统
一、概念
• 为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道 为了提高信道利用率， 传输而相互不干扰， 传输而相互不干扰，要用到多路复用 • 频分复用 频分复用——模拟通信 模拟通信 • 时分复用 时分复用——数字通信。 数字通信。 数字通信
数字复接系统方框图
外部 时钟
分支1 分支 分支2 分支 分支3 分支 分支4 分支
定时
同 步
定时
调 整
复 接
外线 高次群
分 接
恢 复 分接器
分支1 分支 分支2 分支 分支3 分支 分支4 分支
复接器
ITU－T两类数字速率和复接等级 － 两类数字速率和复接等级
数字通信
综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图2所示。
与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 /解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图3所 示。
图3数字基带通信系统模型 图3中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号（如语 音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化， 即进行 A/D转换；在接收端需进行相反的转换，即 D/A转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图4所示 。
系统的优点
1.抗干扰能力强
由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别 两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状 态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。而在模拟通信中，传输的信 号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。
系统分类
数字基带传输通信 系统
数字频带传输通信 系统
模拟信号数字化传 输通信系统
数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的 问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号 之间的比例特性；而在数字通信中，则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。
数字通信抗噪声性能好，还表现在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后， 只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多，数字通信仍具有良 好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量（对信号放大），而不能消除噪声。
与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 /解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图3所 示。
图3数字基带通信系统模型 图3中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号（如语 音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化， 即进行 A/D转换；在接收端需进行相反的转换，即 D/A转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图4所示 。
系统的优点
1.抗干扰能力强
由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别 两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状 态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。而在模拟通信中，传输的信 号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。
系统分类
数字基带传输通信 系统
数字频带传输通信 系统
模拟信号数字化传 输通信系统
数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的 问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号 之间的比例特性；而在数字通信中，则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。
数字通信抗噪声性能好，还表现在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后， 只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多，数字通信仍具有良 好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量（对信号放大），而不能消除噪声。
第02讲概论之二
相对于0而言，ri(t)和i(t)变化缓慢，故Xc(t), Xs(t)及V(t), (t) 也是缓慢变化的。 所以，R(t)可以视为一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号（随机过程）。
3/24/2020
第2讲 绪论之二
35
可见，
R(t) V(t) cos[0 t (t)]
原发送信号A cos 0t，经过传输后： * 恒定振幅A，变成慢变振幅V(t);
移动 交换 中心
电话
交换
第2讲 绪论之二
中心
19
平流层中继通信
HAPS(High Altitude Platform Station)
3/24/2020
第2讲 绪论之二
20
散射通信
电离层散射
频率: 30 ~ 60 MHz
对流层散射
频率: 100 ~ 4000 MHz
流星余迹散射
频率: 30 ~ 100 MHz
第2讲 绪论之二
4
调制信道与编码信道的关系
编码器 调 制
输出 器
发 转
媒
换 器
质
收 转 换 器
解 调
译码器
器 输入
（调 制） 信 道
广义（编码）信道
广义信道除媒质外，还包含一些设备。调制信道除了传输
媒质外还包含发、收转换器；编码信道除了包含整个调制信 道外还包含调制器和解调器。
3/24/2020
第2讲 绪论之二
其中k(t)表示时变线性网络的特性 ，称为乘性干扰。
k(t) － 一个复杂的函数，反映信道的衰减、线性失 真、非线性失真、延迟 … 等。最简单情况：k(t) = 常 数，表示衰减。
当k(t) =常数，称为恒(定)参(量)信道.例如，同轴电缆 当k(t)常数，称为随(机)参(量)信道.例如，移动蜂窝 网通信信道
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模拟通信系统：输出信噪比
输出端信号平均功率 输出信噪比＝ 输出端噪声平均功率
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
10
1.1.5 通信系统的质量要求（6/7）
可靠性
衡量通信可靠性的指标
数字通信系统：误码率
二进制系统误码率：
Pb =
出现错误的比特数 传输的总比特数
多进制系统误码率：
《现代通信概论》第2章 数字通信
18
2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（5/8）
量化
均匀量化（线性量化）
实现方法：设被量化信号u(t)的
电平幅值变化范围为±U，将 -U~+U均匀等分为N个量化间隔 每个间隔为△=2U/N，N为量化 级数，量化值通常取每个量化级 电压（或电流）的中间值。
解码
含义：在收信端将收到的二进码序列还原成相应幅度
的量化值，即数模变换。
实现方法：将串行PCM码流按位存储并分组转换为并
行输出，经过类似标准砝码的加权而得到PAM信号。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 22
2.4 时分多路复用（1/3）
时分多路复用的基本概念：利用各路信号占用时间有限 的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信号。 2.4.1 同步技术
15折线μ律：第1段是第2段的一半，在小信号时量化误差更小。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 21
2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（8/8）
编码和解码
编码
含义：在发信端对非均匀量化后的样值数字信号利用
给定的方案变换成串行的二进码序列，即模数变换。
实现方法：逐次反馈型编码
4
2.1 模拟通信和数字通信（3/3）
数字通信系统中的几个常用概念
信源编码：将信源产生的模拟信号转换成数字信号，以
便在数字通信系统传送，这个过程又称为模拟/数字变换。
信道编码：在发送端对信源编码后的信号按一定规则附
加一些监督码元，以便接收端检测误码。
基带传输：将编码后的数字脉冲信号直接送人传输媒介
15
2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（2/8）
PCM系统的组成
发送端：完成对模拟话音信号的抽样、量化、编码
三步处理，然后将信号直接送入信道进行传送，即
完成模/数变换过程；
接收端：收到数字脉冲信号后，通过再生、译码等
反变换，最后经低通滤波器平滑成原始的模拟语音 信号，即完成数/模变换过程；
系统中，若无限长的数字序列里，出现“1”和“0”的个 数大约相等，且前后码元彼此独立，则该数字序列中每 个码元所携带的信息量就称为1bit，即:
I = - log2 pi
其中 I 为信息量符号； pi 为每个码元出现的概率。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 7
1.1.5 通信系统的质量要求（3/7）
信道传输设备：当传输距离较长时，在信道中间每
隔一定距离需要设置再生中继设备。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 16
2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（3/8）
抽样
含义：将话音信号在时间上离散化
的过程。
实现方法：对话音信号s(t)按周期间
隔T抽取其瞬时幅值，得到一系列时 间上离散的样值序列s’(t)。
实现方法：在每一帧的一个固定时隙中插入特定码组（称为
帧同步码），在接收端接收判断是否收到了这一码组，并以 此为界区分一帧的首尾，即可区分出各路信号。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 25
2.4.2 PCM 30/32 路系图
中进行传输。
调制：将数字脉冲变换成适合于金属线路传输的正弦振
荡信号，或适合于光纤传送的光脉冲信号。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 5
2.2 数字通信的特点
抗干扰能力强，无噪声积累
便于加密处理
有利于采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、小型化 占用较宽信道频带（缺点）
量化噪声：当u(t)幅值高于或低于某个量化值时，会产生
量化误差，相当于在模拟信号上迭加了一个额外噪声。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 19
2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（6/8）
量化
非均匀量化
原理：量化级间隔随信号幅度的大小自动调整，当
信号幅度小时，量化级间隔变小，量化误差也小； 当信号幅度大时，量化级间隔变大，量化误差也大。
2.1 模拟通信和数字通信 2.2 数字通信特点 2.3 语声信号数字化编码
2.4 时分多路复用
2.5 数字复接技术
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
2
2.1 模拟通信和数字通信（1/3）
模拟通信
模拟通信系统框图
信 源
非电/电 变换器
调 制 器
信道
解 调 器
电/非电 变换器
有效性与可靠 性是一对相互 矛盾的指标。
Pe =
2013-7-13
出现错误的码元(符号)数
传输的总码元(符号)数
《现代通信概论》第2章 数字通信 11
1.1.5 通信系统的质量要求（7/7）
可靠性
衡量通信可靠性的指标
数字通信系统：信号抖动
在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元
相对于标准位置的随机偏移。
位同步是最基本的同步要求，是保证帧同步的必要条件。
实现方法：
发送端采用频率稳定的晶体振荡器； 接收端采用定时提取技术，从接收的PCM信号中得到发送端
的定时时钟脉冲；
传输线路上选择合适的传送码型，以利于定时提取时钟频率。
2013-7-13 《现代通信概论》第2章 数字通信 24
2.4 时分多路复用（3/3）
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
12
2.3 语声信号数字化编码
2.3.1 基本概念
电话信号的数字化称为语声编码，图像信号的数字化称为图 像编码。 语声信号编码示意图
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
13
2.3 语声信号数字化编码
A/D变化包含三个部分： (1)抽样：是指将模拟信号在时间上离散化的过程 (2)量化：是指将模拟信号在幅度上离散化的过程。 (3)编码：编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。 语声信号编码的分类： (1)波形编码：在发送端根据语声信号波形的特点把语声信号变换为数字信 号，而在接收端经解码再恢复发送端原语声的波形。 (2)参量编码：提取语声信号的特征参量，对其进行编码。 (3)混合编码：介于波形编码与参量编码之间，在参量编码的基础上引入一 定的波形编码的特征。
信 宿
变换器
噪声
反变换器
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
3
2.1 模拟通信和数字通信（2/3）
数字通信的含义：传送数字信号的通信称为数字通信。
数字通信系统框图
信 源
信源 编码
信道 编码
调 制 器
信道
解 调 器
信道 译码
信源 译码
信 宿
噪声
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
有效性
频带利用率是指单位频带内的传输速率，通信系统
占用的频带越宽，传输信息的能力应该越大。
单位频带内传输速率 符号传输速率 频带宽度
η=
或
η=
信息传输速率 频带宽度
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《现代通信概论》第2章 数字通信
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1.1.5 通信系统的质量要求（5/7）
可靠性
含义：在给定信道内接收到的信息的可靠程度。 衡量通信可靠性的指标
2.5 数字信号复接的概念（1/3）
数字复接的含义：把两个或两个以上分支数字信号按时分
复用方式汇接成单一的复合数字信号的过程。具体来说，通 过数字复接技术把PCM数字信号由低次群逐级合成为高次群 以适应在高速线路中传输。
帧包含32个路时隙，每个路时隙有8位二进码；
每帧当中，路时隙TS1～TS15、TS16～TS31用于传送
话路信息码；
每帧当中，TS0时隙用于传送帧同步码；
第F0帧的TS16时隙前四位码用于传送复帧同步码，每
16帧重复一次；第F1～F15帧的TS16时隙用于传送30个 话路的信令码。
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同步的必要性：在时分多路复用中，为了保证各路信号被准确
地分配到各路中去，要求收发两端的分路器与合路器必须严格 同步，否则就会造成接收端不能在相应的时间内收到该收的信
号而产生串音干扰。
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《现代通信概论》第2章 数字通信
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2.4 时分多路复用（2/3）
同步技术
位同步
含义：要求收、发端的时钟频率完全一致，达到 同频同相。
同步技术
帧同步
帧的含义：设有N个话路时分复用在同一传输线路上，则通
过对每个话路抽样一次后得到N个话路时隙，采用13折线A 律量化编码后得到8×N位二进码序列，该序列称为一帧， 即在一帧时间内，所有N个话路都有且仅有一次传输机会。
目的：使接收端与发送端以帧为单位对齐，以区分属于不同
话路的信号。
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1.1.5 通信系统的质量要求（1/7）
输出端信号平均功率 输出信噪比＝ 输出端噪声平均功率
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《现代通信概论》第2章 数字通信
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1.1.5 通信系统的质量要求（6/7）
可靠性
衡量通信可靠性的指标
数字通信系统：误码率
二进制系统误码率：
Pb =
出现错误的比特数 传输的总比特数
多进制系统误码率：
《现代通信概论》第2章 数字通信
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2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（5/8）
量化
均匀量化（线性量化）
实现方法：设被量化信号u(t)的
电平幅值变化范围为±U，将 -U~+U均匀等分为N个量化间隔 每个间隔为△=2U/N，N为量化 级数，量化值通常取每个量化级 电压（或电流）的中间值。
解码
含义：在收信端将收到的二进码序列还原成相应幅度
的量化值，即数模变换。
实现方法：将串行PCM码流按位存储并分组转换为并
行输出，经过类似标准砝码的加权而得到PAM信号。
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2.4 时分多路复用（1/3）
时分多路复用的基本概念：利用各路信号占用时间有限 的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信号。 2.4.1 同步技术
15折线μ律：第1段是第2段的一半，在小信号时量化误差更小。
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2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（8/8）
编码和解码
编码
含义：在发信端对非均匀量化后的样值数字信号利用
给定的方案变换成串行的二进码序列，即模数变换。
实现方法：逐次反馈型编码
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2.1 模拟通信和数字通信（3/3）
数字通信系统中的几个常用概念
信源编码：将信源产生的模拟信号转换成数字信号，以
便在数字通信系统传送，这个过程又称为模拟/数字变换。
信道编码：在发送端对信源编码后的信号按一定规则附
加一些监督码元，以便接收端检测误码。
基带传输：将编码后的数字脉冲信号直接送人传输媒介
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2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（2/8）
PCM系统的组成
发送端：完成对模拟话音信号的抽样、量化、编码
三步处理，然后将信号直接送入信道进行传送，即
完成模/数变换过程；
接收端：收到数字脉冲信号后，通过再生、译码等
反变换，最后经低通滤波器平滑成原始的模拟语音 信号，即完成数/模变换过程；
系统中，若无限长的数字序列里，出现“1”和“0”的个 数大约相等，且前后码元彼此独立，则该数字序列中每 个码元所携带的信息量就称为1bit，即:
I = - log2 pi
其中 I 为信息量符号； pi 为每个码元出现的概率。
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1.1.5 通信系统的质量要求（3/7）
信道传输设备：当传输距离较长时，在信道中间每
隔一定距离需要设置再生中继设备。
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2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（3/8）
抽样
含义：将话音信号在时间上离散化
的过程。
实现方法：对话音信号s(t)按周期间
隔T抽取其瞬时幅值，得到一系列时 间上离散的样值序列s’(t)。
实现方法：在每一帧的一个固定时隙中插入特定码组（称为
帧同步码），在接收端接收判断是否收到了这一码组，并以 此为界区分一帧的首尾，即可区分出各路信号。
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2.4.2 PCM 30/32 路系图
中进行传输。
调制：将数字脉冲变换成适合于金属线路传输的正弦振
荡信号，或适合于光纤传送的光脉冲信号。
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2.2 数字通信的特点
抗干扰能力强，无噪声积累
便于加密处理
有利于采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、小型化 占用较宽信道频带（缺点）
量化噪声：当u(t)幅值高于或低于某个量化值时，会产生
量化误差，相当于在模拟信号上迭加了一个额外噪声。
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2.3.2 脉冲编码调制（PCM）技术（6/8）
量化
非均匀量化
原理：量化级间隔随信号幅度的大小自动调整，当
信号幅度小时，量化级间隔变小，量化误差也小； 当信号幅度大时，量化级间隔变大，量化误差也大。
2.1 模拟通信和数字通信 2.2 数字通信特点 2.3 语声信号数字化编码
2.4 时分多路复用
2.5 数字复接技术
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《现代通信概论》第2章 数字通信
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2.1 模拟通信和数字通信（1/3）
模拟通信
模拟通信系统框图
信 源
非电/电 变换器
调 制 器
信道
解 调 器
电/非电 变换器
有效性与可靠 性是一对相互 矛盾的指标。
Pe =
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出现错误的码元(符号)数
传输的总码元(符号)数
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1.1.5 通信系统的质量要求（7/7）
可靠性
衡量通信可靠性的指标
数字通信系统：信号抖动
在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元
相对于标准位置的随机偏移。
位同步是最基本的同步要求，是保证帧同步的必要条件。
实现方法：
发送端采用频率稳定的晶体振荡器； 接收端采用定时提取技术，从接收的PCM信号中得到发送端
的定时时钟脉冲；
传输线路上选择合适的传送码型，以利于定时提取时钟频率。
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2.4 时分多路复用（3/3）
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2.3 语声信号数字化编码
2.3.1 基本概念
电话信号的数字化称为语声编码，图像信号的数字化称为图 像编码。 语声信号编码示意图
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《现代通信概论》第2章 数字通信
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2.3 语声信号数字化编码
A/D变化包含三个部分： (1)抽样：是指将模拟信号在时间上离散化的过程 (2)量化：是指将模拟信号在幅度上离散化的过程。 (3)编码：编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。 语声信号编码的分类： (1)波形编码：在发送端根据语声信号波形的特点把语声信号变换为数字信 号，而在接收端经解码再恢复发送端原语声的波形。 (2)参量编码：提取语声信号的特征参量，对其进行编码。 (3)混合编码：介于波形编码与参量编码之间，在参量编码的基础上引入一 定的波形编码的特征。
信 宿
变换器
噪声
反变换器
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2.1 模拟通信和数字通信（2/3）
数字通信的含义：传送数字信号的通信称为数字通信。
数字通信系统框图
信 源
信源 编码
信道 编码
调 制 器
信道
解 调 器
信道 译码
信源 译码
信 宿
噪声
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有效性
频带利用率是指单位频带内的传输速率，通信系统
占用的频带越宽，传输信息的能力应该越大。
单位频带内传输速率 符号传输速率 频带宽度
η=
或
η=
信息传输速率 频带宽度
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1.1.5 通信系统的质量要求（5/7）
可靠性
含义：在给定信道内接收到的信息的可靠程度。 衡量通信可靠性的指标
2.5 数字信号复接的概念（1/3）
数字复接的含义：把两个或两个以上分支数字信号按时分
复用方式汇接成单一的复合数字信号的过程。具体来说，通 过数字复接技术把PCM数字信号由低次群逐级合成为高次群 以适应在高速线路中传输。
帧包含32个路时隙，每个路时隙有8位二进码；
每帧当中，路时隙TS1～TS15、TS16～TS31用于传送
话路信息码；
每帧当中，TS0时隙用于传送帧同步码；
第F0帧的TS16时隙前四位码用于传送复帧同步码，每
16帧重复一次；第F1～F15帧的TS16时隙用于传送30个 话路的信令码。
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同步的必要性：在时分多路复用中，为了保证各路信号被准确
地分配到各路中去，要求收发两端的分路器与合路器必须严格 同步，否则就会造成接收端不能在相应的时间内收到该收的信
号而产生串音干扰。
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2.4 时分多路复用（2/3）
同步技术
位同步
含义：要求收、发端的时钟频率完全一致，达到 同频同相。
同步技术
帧同步
帧的含义：设有N个话路时分复用在同一传输线路上，则通
过对每个话路抽样一次后得到N个话路时隙，采用13折线A 律量化编码后得到8×N位二进码序列，该序列称为一帧， 即在一帧时间内，所有N个话路都有且仅有一次传输机会。
目的：使接收端与发送端以帧为单位对齐，以区分属于不同
话路的信号。
2013-7-13
《现代通信概论》第2章 数字通信
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1.1.5 通信系统的质量要求（1/7）