第4-3章 先进的信道编解码——数字通信课件PPT
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第4章信道 通信原理 第6版 教学课件
2019/1/22
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• 信道幅频特性为
H (w) = k[1 + ejwD t ( t )
] = k 1 + cos D t (t ) - j sin wD t (t )
wD t (t ) wD t (t ) wD t (t ) = k 2 cos - j 2sin cos 2 2 2 t (t ) t (t ) t (t ) = 2k cos wD2 cos wD2 - j sin wD2
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4、有线信道
• 1.明线： 平行而相 互绝缘的 架空裸线 线路。
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4、有线信道
• 2. 对称电缆
• 在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒 质。 • 导线材料是铝或铜， 直径为0.4~1.4 mm。 • 为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭 绞状。 • 通常有两种类型：
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信道 si (t) c( )＝c ＋ r(t)＝csi (t型
• c是信道衰减因子， 通常可取c=1； • n(t)是加性噪声。
– 加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声，
• 该信道模型通常称为加性高斯噪声信道。
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（b） 编码信道模型
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• 当n足够大时， X(t)和Y(t)都趋于正态分布。 通常情况下X(t)和Y(t)的均值为零，方差相 等，其一维概率密度函数为
f ( x) = 1 x2 exp() 2 2s x 2ps x
f ( y) =
1 y2 exp() 2 2s y 2ps y
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2019/1/22
《现代通信技术课件》第四章数据通信
问题
数据通信和语音通信有什么不同？ P105-106
数据通信
数据通信不同于电报、电话通信，它所 实现的主要是“(通过终端)-机(计算机)”通 信与“机-机”通信，但也包括“人(通过 智能终端)-人”通信。
数据通信的特点
1、实现的是计算机之间或者人与计算机 之间的通信，需要定义严格的通信协议 数据传输的准确性和可靠性高 误码率要求比语音、电视系统小得多 传输速率高 通信持续时间差异较大 数据通信具有灵活的接口功能。
模 拟信号还是数字信号）都是由各种不同 频率的谐波组成的，任何信号都有相应 的带宽，而且任何信道在传输信号时都 会对信号产生衰减。
信号
信号中的大部分能量都集中在一个相 对较窄的频带范围之内，因此我们将信 号大部分能量集中的那段频带称为有效 带宽，简称带宽。任何信号都有带宽。 一般来说，信号的带宽越大，利用这种 信号传送数据的速率就越高，要求传输 介质的带宽也越大。
数据
数据是信息的实体，是把事件的属性规 范后的表现形式，它能被描述，也可以 被描述。数据可以分为模拟数据和数字 数据。 声音、视频、图像、温度、整数
信号
信号 是数据的电磁编码，信号中包含了所要传 递的数据。信号一般以时间为自变量，以表示 消息（或数据）的某个参量（振幅、频率或相 位）为因变量。信号按其自变量时间的取值是 否连续，可分为连续信号和离散信号；按其因 变量的取值是否连续，又可分为模拟信号和数 字信号
最常见的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪； 输出设备可以是CRT显示器、打印机、绘图机、 磁带或磁盘的写入部分、传真机和各种记录仪 等。 传输控制器是通信控制部分，主要执行与通 信网络之间的通信过程控制，包括差错控制和 通信协议实现等。
数据终端设备的种类很多，如按其使用场合 可分为通用数据终端和专用数据终端，按其性 能可分为简单终端（如一台只接收数据的打印 机）和智能终端（如计算机）等等。
通信原理第4章信道2精品PPT课件
1
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
4.5信道中的噪声
噪声是我们生活中出现频率颇高的一个词， 也是通信领域中与信号齐名的高频度术语。但 通信领域中所谓的噪声不同于我们所熟悉的以 音响形式反映出来的各种噪声，它其实是一种 不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外 的一切信号的统称。概括地讲，不携带有用信 息的信号就是噪声。显然，噪声是相对于有用 信号而言的，一种信号在某种场合是有用信号， 而在另一种场合就有可能是噪声。
1、热噪 是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运
动引起的噪声
8
2、散弹噪声
散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电 子发射的不均匀性引起的。
在给定的温度下，发射电子所形成的电流并不 是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化 ， 总电流是一个高斯随机过程。
9
3、宇宙噪声
宇宙噪声是指天体辐射波对接收机形成的 噪声。它在整个空间的分布是不均匀的，最强 的来自银河系的中部，其强度与季节、频率等 因素有关。实践证明宇宙噪声的统计特性服从 高斯分布律，在一般的工作频率范围内，它也 具有平坦的功率谱密度。
19
4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位：
C－ 每个符号能够传输的平均信息量最大值
Ct－单位时间(秒)内能够传输的平均信息量最 大值
两者之间可以互换
18
1、计算离散信道容量的信道模型
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号： y1，y2，y3，…，ym x1
P(y1/x1)
y1
P(xi)
3
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
4.5信道中的噪声
噪声是我们生活中出现频率颇高的一个词， 也是通信领域中与信号齐名的高频度术语。但 通信领域中所谓的噪声不同于我们所熟悉的以 音响形式反映出来的各种噪声，它其实是一种 不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外 的一切信号的统称。概括地讲，不携带有用信 息的信号就是噪声。显然，噪声是相对于有用 信号而言的，一种信号在某种场合是有用信号， 而在另一种场合就有可能是噪声。
1、热噪 是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运
动引起的噪声
8
2、散弹噪声
散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电 子发射的不均匀性引起的。
在给定的温度下，发射电子所形成的电流并不 是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化 ， 总电流是一个高斯随机过程。
9
3、宇宙噪声
宇宙噪声是指天体辐射波对接收机形成的 噪声。它在整个空间的分布是不均匀的，最强 的来自银河系的中部，其强度与季节、频率等 因素有关。实践证明宇宙噪声的统计特性服从 高斯分布律，在一般的工作频率范围内，它也 具有平坦的功率谱密度。
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4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位：
C－ 每个符号能够传输的平均信息量最大值
Ct－单位时间(秒)内能够传输的平均信息量最 大值
两者之间可以互换
18
1、计算离散信道容量的信道模型
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号： y1，y2，y3，…，ym x1
P(y1/x1)
y1
P(xi)
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《计算机数据通信教程》课件第4章 信号的调制与解调
0 01 (零相位的一个周期的方波)
1 10 (180˚ 相位的一个周期的方波)
则
代码：
01 1 0 0 1
双相码： 01 10 10 01 01 10
双相编码波形如图4-3所示。
＋V
0V
－V 011010100111 0
图4-3 双相编码
4.1.4 多电平二进制编码 多电平二进制编码是指用三种电平来表示二进制信
信号的频带宽度通常也可以定义为信号幅度从最大值 降到第一个零点的宽度。因为信号能量的90%集中在此频 段中，从图4-11中可以看出，信号的带宽B为2fs，而码元 速率RB= 1/Ts即fs 。因此，2ASK系统的频带利用率为
RB fs 0.5 B/Hz B 2 fs
幅度
o － 2fs －fs fs 2fs
乘法器 基带数字信号
带通滤波器
2PSK信 号
载 波 cocst
图4-18 直接调相法
由于2PSK信号的表达式和2ASK信号的表达式的区 别仅在于an的取值不同，因而2PSK信号的带宽与2ASK 信号的带宽相同，均为数字信号带宽的两倍，其频带 利用率为
RB fs 0.5 B/Hz B 2 fs
4.1.1 不归零码 不归零码有两种：单极性不归零码和双极性不归
零码。如图4-1(a)、(b)所示。
＋5 V
0V 0 110101001110
(a)
＋V 0V
－V 0 110101001110
(b)
图4-1 不归零码 (a) 单极性不归零码；(b) 双极性不归零码
4.1.2 归零码 归零码有两种：单极性归零码和双极性归零码，
2FSK信号的产生可以用上述的键控进行频率选择的 方法实现，也可以用普通的模拟调制的方法，将数字信 号加到调频器上直接实现，此方法如图4-14所示。
1 10 (180˚ 相位的一个周期的方波)
则
代码：
01 1 0 0 1
双相码： 01 10 10 01 01 10
双相编码波形如图4-3所示。
＋V
0V
－V 011010100111 0
图4-3 双相编码
4.1.4 多电平二进制编码 多电平二进制编码是指用三种电平来表示二进制信
信号的频带宽度通常也可以定义为信号幅度从最大值 降到第一个零点的宽度。因为信号能量的90%集中在此频 段中，从图4-11中可以看出，信号的带宽B为2fs，而码元 速率RB= 1/Ts即fs 。因此，2ASK系统的频带利用率为
RB fs 0.5 B/Hz B 2 fs
幅度
o － 2fs －fs fs 2fs
乘法器 基带数字信号
带通滤波器
2PSK信 号
载 波 cocst
图4-18 直接调相法
由于2PSK信号的表达式和2ASK信号的表达式的区 别仅在于an的取值不同，因而2PSK信号的带宽与2ASK 信号的带宽相同，均为数字信号带宽的两倍，其频带 利用率为
RB fs 0.5 B/Hz B 2 fs
4.1.1 不归零码 不归零码有两种：单极性不归零码和双极性不归
零码。如图4-1(a)、(b)所示。
＋5 V
0V 0 110101001110
(a)
＋V 0V
－V 0 110101001110
(b)
图4-1 不归零码 (a) 单极性不归零码；(b) 双极性不归零码
4.1.2 归零码 归零码有两种：单极性归零码和双极性归零码，
2FSK信号的产生可以用上述的键控进行频率选择的 方法实现，也可以用普通的模拟调制的方法，将数字信 号加到调频器上直接实现，此方法如图4-14所示。
第四章数字通信线性滤波信道中的数字通信.ppt
Digital Communications
2
4.1带限信道的信号设计
发送信号
st Re[vt e j2fct ], v(t) In g(t nT ) n
线性滤波信道
h' (t) 2 Re[c(t)e j2fCt ]
等效低通接收信号 rl t v( )c(t )d z(t)
T
1/ 2T B( f )e j2fnT df
1/ 2T
x(nT ) 1/ 2T B( f )e j2fnT df 1/ 2T
bn Tx(nT ) 1, n 0
x(nT ) 0 , n 0 B( f ) T
对照两式可得
T , n 0 bn 0 , n 0
m
X(
f
m) T
T,|
f
{Bn}的自相关函数
N 1 N 1
(m) E[BnmBn ]
xn xl E[Inml Ink ]
k0 l0
N 1
(m) xk m xk , m 0,1,..., (N 1) k 0
{Bn}的功率谱为
Digital Communications
x0
(t)
sin(t / T t / T
)
18
T 1 2W
4.1.2可控ISI带限信号设计―部分响应信号
x(t) 的拖尾以 1/t2
趋于零，所以采样 时刻误差所产生的 码间干扰是很小的。
W X f df 4 W
Digital Communications
I k 2
x2
x1
x0
x1
x2
k 2
k 1
k
k 1
k2
数字通信系统中，码间干扰和高斯噪声可以通过眼图来定性 评估。
数字通信技术课件
11
a)
A
信道
B
b)
A
信道
B
c)
A
信道
B
图l-2 按消息传送的方向和时间划分的通信方式 a)单工方式 b)半双工方式 c)全双工方式 单工方式 半双工方式 全双工方式
12
2．按数字信号排序分 ．
•串序传输：即是将代表信息的数字信号序列按时间顺序 串序传输： 串序传输 一个接一个地在信道中传输的方式，如图1-3 a)所示。 所示。 一个接一个地在信道中传输的方式，如图 所示 •并序传输：是将代表信息的数字信号序列分割成两路或 并序传输： 并序传输 两路以上的数字信号序列同时在信道上传输的方式， 两路以上的数字信号序列同时在信道上传输的方式，如 图l-3 b)所示。 所示。 所示 一般的数字通信方式大都采用串序传输， 一般的数字通信方式大都采用串序传输，这种方式 只需占用一条通路，缺点是占用时间相对较长； 只需占用一条通路， 缺点是占用时间相对较长；并序传 输方式在通信中也时有用到，它需要占用多条通路， 输方式在通信中也时有用到，它需要占用多条通路，优 点是传输时间较短。 点是传输时间较短。
从不同角度考虑问题，通信的工作方式通常有以下几种， 从不同角度考虑问题，通信的工作方式通常有以下几种，
1．按消息传送的方向与时间分 ．
•单工通信：是指消息只能单方向进行传输的一种通信 单工通信： 单工通信 工作方式，如图1-2 a)所示。 所示。 工作方式，如图 所示 •半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同 半双工通信：是指通信双方都能收发消息， 半双工通信 时进行收和发的形式，如图1-2 b)所示。 所示。 时进行收和发的形式，如图 所示 •全双工通信：是指通信双方可同时进行双向传输消息 全双工通信： 全双工通信 的工作方式。如图1-2 c)所示。 所示。 的工作方式。如图 所示
第4数字通信系统概述优秀PPT
① 帧同步信号(帧定位信号)及同步对告信号; ② 信息信号; （传输话音内容） ③ 其他特殊信号(地址、信令、纠错等信号); ④ 勤务信号。(监测、告警、控制）
4.3.1 PCM30/32路基群帧结构
1) 30个话路时隙:TS1～TS15,TS17～TS31
2) 帧同步时隙:TS0
3) 信令复帧时隙:TS16
路话音信号按8000次/s抽样,对每个样值编8位码,那么第
一个样值到第二个样值出现的时间,即1/8000s(=125μs),
称为抽样周期T(=125μs)。在这个T时间内可间插许多 路信号直至n路,这就是时间的可分性(离散性),就能实现
许多路信号在T时间内的传输。其多路通信模型如图 4.5所示。
时分多路编码
所示, 子帧212比特，插入同步码、监测、告警及速率 码位。分为四组，每组53比特，
它的复接帧如图4.10(b)所示,帧长848比特,帧周期 为100.38μs。
Ⅰ 组 53 比 特
212 比 特 Ⅱ 组 53 比 特
Ⅲ 组 53 比 特
Ⅳ 组 53 比 特
1 2 3 4 … 53 54
F11 F12 F13
时隙叠加是码字宽度缩小，即码率提高。
CH1(第 一 路 )
1
0
1
1
0
1
0
1 P CM 30/32 基 群 ( 1)
P CM 30/32 基 群 ( 2)
P CM 30/32 基 群 ( 3)
P CM 30/32 基 群 ( 4) (a )
P CM 30/32 基 群 ( 1)
11 110 1011001111 00 11 11 01 0 0 0 01111 1
每一路时隙tc为
4.3.1 PCM30/32路基群帧结构
1) 30个话路时隙:TS1～TS15,TS17～TS31
2) 帧同步时隙:TS0
3) 信令复帧时隙:TS16
路话音信号按8000次/s抽样,对每个样值编8位码,那么第
一个样值到第二个样值出现的时间,即1/8000s(=125μs),
称为抽样周期T(=125μs)。在这个T时间内可间插许多 路信号直至n路,这就是时间的可分性(离散性),就能实现
许多路信号在T时间内的传输。其多路通信模型如图 4.5所示。
时分多路编码
所示, 子帧212比特，插入同步码、监测、告警及速率 码位。分为四组，每组53比特，
它的复接帧如图4.10(b)所示,帧长848比特,帧周期 为100.38μs。
Ⅰ 组 53 比 特
212 比 特 Ⅱ 组 53 比 特
Ⅲ 组 53 比 特
Ⅳ 组 53 比 特
1 2 3 4 … 53 54
F11 F12 F13
时隙叠加是码字宽度缩小，即码率提高。
CH1(第 一 路 )
1
0
1
1
0
1
0
1 P CM 30/32 基 群 ( 1)
P CM 30/32 基 群 ( 2)
P CM 30/32 基 群 ( 3)
P CM 30/32 基 群 ( 4) (a )
P CM 30/32 基 群 ( 1)
11 110 1011001111 00 11 11 01 0 0 0 01111 1
每一路时隙tc为
通信技术基础 第四章 数字编码技术
提高编码效率的角度出发，L的取值应尽量的小。例如，对26个英文字
母进行二进制编码时，Lmin=log226=4.7，因此可取L=5。 常用信息码有ASCII码、Morse码、BCD码等。 大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术 4.1.2 语音编码
模拟信息的数字化原因：
由于数字通信在信号的传输质量、信号的处理等方面具
缺点：收发双方的压扩特性不易做得一致，且温度等因素的影响大。
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
均匀量化存在的问题是： 小信号时信噪比太小，大信号时信噪比浪费。
非均匀量化的 均匀量化的 量化信噪比 量化信噪比
动态范围 动态范围 要求的量化 信噪比
大连理工大学出版社
信号电平
第4章 数字编码技术
3 编码(Coding) 用一组代码来表示每一个量化后的样值。量化以后每一个样值都
0
比较电平
取样值
取样值
c11 c1 c9 c8 c7 c5 c4 c3 c2 c1 c0
0
量化值
量 化 后 信 号 波 形
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
量化可以有均匀量化和非均匀量化两种
均匀量化:各量化电平之间的间隔是固定的，这种量化被称为均匀量化；
均匀量化的量化噪声功率与量化台阶的平方成正比，出现话音弱时的 信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情况，
样信号的小样值部分被充分放大，
大样值部分被适当压缩。被压缩 的抽样信号虽然再经过均匀量化；
接收端相应增加非线性放大器 （扩张），以消除压缩带来的信 号失真：对小信号放大量小，对
大信号放大量大。
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术