數字通信原理第一章概述一、通信及通信系統的構成1、概念2、構成二、信息、信號及分類1、信息：用來排除不定性的東西。2、信號：是用來攜帶信息的載體。3、信號分類：廣模擬信號：強度的取值隨時刻連續變化，取值個數無限。工數字信號：強度參量的取值是離散變化的，取值個數有限。PAM信號是模擬信號。（時刻上離散，但幅度取值不是有限個。）三、模擬通信和數字通信四、數字通信的特點及性能指標1、特點：（1）抗干擾能力強，無噪聲積存（2）便于加密處理（3）利于采納時分復用實現多路通信（4）設備便于集成化、小型化（5）占用頻帶寬2、性能指標：[?信息傳輸速率（bit/s）：每秒鐘傳輸的信息量。（有效性指標<符號傳輸速率（Bd）：單位時刻內傳輸碼元的數目。I頻帶利用率：單位頻帶內的傳輸速率。「誤碼率：在傳輸過程中發生誤碼的碼元個數與傳輸I 的總碼元數之比。可靠性指標〔抖動：是指數字信號碼相關于標準位置的隨機偏移。M進制信號與二進制信號碼元數n的關系為： M=2n因此，信息傳輸速率與符號傳輸速率的關系是：R=N?log2MbB式中：R人為信息傳輸速率。Nb為符號傳輸速率。M為碼元（或符號）的進制數。例如：四進制碼元序列符號傳輸速率2000Bd,其信息傳輸速率為多少？Rb=N-log2m=2000Xlog24=4000bit/s用來衡量數字通信系統傳輸效率（有效性）的指標應當是單位頻帶內的傳輸速率。誤碼率（平均誤碼率）P=誤碼率（平均誤碼率）P=elimN—8發生誤碼個數n

傳輸總碼數N第二章語聲信號數字化編碼第一節差不多概念A/D變換「抽樣：是將模擬信號在時刻上離散化的過程。T量化：是將信號在幅度上離散化的過程。I編碼：是將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。D/A變換：譯碼、濾波（低通）第二節PCM編碼一、抽樣1、抽樣定義及實現的電路模型f\t）=f（t）xS'）2、抽樣定理（能判定信號的類型，確定抽樣頻率的大小，畫出頻譜圖）（1）低通型信號：是指低端頻率從0或某一頻率f0到某一高限頻率fM的帶限信號，并有f0〈fM—f0的限定條件。f>f>2f(2)帶通型信號：f0>fM—f0=Bn=f(取整)

nfs-f0(n+Dfs-nfs-f0(n+Dfs-fMff(n+1)fs-f0f00nfS-fMf0(3)與抽樣有關的誤差①抽樣的折疊噪聲：若fs<2fM②抽樣展寬的孔徑效應失真二、量化1、定義:量化是把信號在幅度域上連續取值變換為幅度域上離散取值的過程。2、平均量化：各量化等級間隔相等的量化方式。2U量化間隔：A=上N量化級數：N量化值：ui量化誤差：e=量化誤差：e=u-u，(即原信號-量化后信號)。非過載區，emaxI；過載區,Ae>—。2過載電壓:3、量化噪聲的運算非過載區量化噪聲功率:八 c1…U2N=32=——(A)2= 非過載區 12 3N2說明非過載區量化噪聲僅與量化間隔A的大小有關，或者說，在臨界過載電壓U一定時僅與分級數N有關。2UTOC\o"1-5"\h\z過載區量化噪聲功率：N=52=u2?e一Ue過載區 e總的量化噪聲：N=N非+N寸u2 .—量化信噪比=S/N=一。以對數形式表示有：(S/N)=20lg(v3N)+20lgxqN qdB eq=20lgx+61+4.8(N=21x=u<-。x為信號電壓歸一化值)

eU10e

4、非平均量化及壓縮擴張技術（1）定義：量化間隔不平均。特點：信號幅度小時，量化間隔小，其量化誤差也小；信號幅度大時，量化間隔大，其量化誤差也大。能夠改善小信號的量化信噪比。實現：采納壓縮擴張技術。（P24-P25）（2）A律壓縮特性：以A為參量的壓擴特性。AXy= 1+lnA1+lnAXy=土一1+InA通常選A=87.6的壓縮特性，按A律壓縮特性實現非平均量化的量化量化信噪比為：(S/N) =20lg<3N+20lgX+20lgdyq非均勻 e dx=(S/N) +20lgdyq均勻dx小信號時，AX1+ln小信號時，AX1+lnA， dx1+lnA大信號時，1+大信號時，1+lnAX1+lnAdy=，」

dx1+lnAX結論：非平均量化時，小信號的信噪比會增大；大信號時改善減小，以致信噪比比平均量化時小。注意：對八律13折線量化信噪比的運算公式、方法及相關于平均量化

信噪比的改善量，大專不作要求，但仍應明白以上結論。三、編碼與解碼1、二進制碼組及編碼差不多概念二進制碼，一樣二進制碼。P32天平稱重：5.2（樣值）-5（量化）-101（編碼）。2、非線性編碼與解碼（1）A律13折線編碼的碼字安排極性碼 段落碼 段內電平碼a aaa aaaa①段落碼與量化段的序號關系量化段序號i=段落碼用十進制數表示+1②量化段序號和段落起始電平的關系{0,i=12i+2A ,i=2,3,…，8

③量化段序號和段落量化間隔的關系1A,,i=2,3,…，段內碼a-a段內碼a-aa對應權值為8A84A.，2Ai例：P37例：P37（2）A律13折線編碼方法①極性碼的判決：IS>0則a1=1；IS<0,②段落碼判決：A：若I落在1?4段內，s5A：若I落在1?4段內，s5?8段內a2I=25+2A=128ARi27+2A=512A，5,67，8B：a,J23+2A=32A，1，23，4尸尸22+2A=16A,24+2A=64A，C:a,C:a,26+2A=256A,a2=1,a3=0；((28+2A=1024A,16A32A 64A12816A32A 64A128A256A512A1024A1128/32116 1412164

1642A 42A 4A6A 8A. 10A.12A. 14A.③段內碼Ir5=% +8A.I=I +a(8A) +4AI=I\ +a(8A) +a(4A )+2AIR&=I^ +a5(8A1) +a6(4AJ+a7(2A.)+A.若|Ij>IR,,則a,=1；反之，例：P38?39（3）譯碼目的：把接收的PCM信號還原成相應PAM量化值。例：求11011011譯碼后結果？解：4=1,此信號電平為正電平。A6=26-2A=16A。段落碼101,i=5+1=6,IA6=26-2A=16A。I'=I+(8a+4a+2a+a).AS譯 B6 5 6 7 86=256A+(8+2+1)x16A二432AI=I'+A4'=432A+16As=440A（ 為接收端所加半個量s譯 s譯 ?2 2 --2化間隔。）例：練習冊P5,七大題第2小題。（這題一定要明白得透）例：某A律13折線編碼器，1=8，過載電壓U=4096mv,一個樣值為%=798mv。①試將其編成相應的碼字；②運算接收端譯碼器輸出的樣值大小，并運算量化誤差。解：①l=8,U=2048A=4096mv人4096c/. A= =2mv,2048編碼過程：a1=1；極性碼：%=a1=1；段落碼：us=399A>Ur2=128A,「.a2=1,處于5?8段；%=399A<UR3=512A,:.a3=0，處于5,6段；uS=399A>UR4=256A,:.a4=1,處于6段；起始值：UB6=26+2A=256A，量化間隔：A6=26一2A=16A。段內碼：UR5=UB6+8A6=256A+8義16A=384A；u>U，.=a=1。UR6=UB6+a5(8A6)+4A6=256A+8義16A+4義16A=448A；「 u<U，.二a=0。UR7=UB6+a5(8A6)+a6(4A6)+2A6=416A；「 u<U，.二a=0。UR8=UB6+a5(8A6)+a6(4A6)+a7(2A6)+A6=400A；,?*u<U,「.a=0。編碼結果為：11011000②譯碼：UC譯=UB6+(8a5+4a6+2a7+a8).A6+A6/2=256A+8x16A+8A=392A。量化誤差H=1399A—392A|=7A=7x2mv=14mv。第三節差值脈沖調制——DPCM、DPCM原理及實現原理：語聲信號的樣值能夠分成兩個部分。①可推測部分：能夠由過去的一些樣值加權得到。②不可推測部分：實際值與推測值之間的誤差。發送：實際值一推測值；推測值：~（nT）=寸wS（nT-iT）i+1二、ADPCM編碼引入自適用量化（量化間隔變化AQ））,自適用推測（wi通過一段時刻會變化）。（明白意思）第三章時分多路復用及PCM30/32路系統第一節時分多路復用通信一、時分多路復用的概念1、多路復用的概念：信號沿同一信道傳輸而不互相干擾的通信方式。要緊有頻分多路復用和時分多路復用兩種。2、時分復用的概念：利用各路信號在信道上占有不同的時刻間隔的特點來分開各路信號。3、時分復用的實現（P67，圖3.2）二、PCM時分多路通信系統的構成（圖3.3幾個差不多概念：幀：抽樣時各路信號每輪一次抽樣的總時刻（即開關旋轉一周的時刻），也確實是一個抽樣周期。用T表示。T,，一路時隙：合路的PAM信號每個樣值所承諾的時刻間隔。J=-（n為復用路數）Cn位時隙：1位碼占用的時刻」斗（,為碼字數）N=-=R（二進制碼符號速率=碼速率）tBB三、時分多路復用系統同步位同步：是使收端的時鐘頻率與發端的時鐘頻率相同。又稱為時鐘同步。幀同步：是保證收發兩端相應話路對準。幀同步的實現：發送端在每一幀的第一個時隙位置安排標志碼，即幀同步碼，接收端要第一識別幀同步碼，從而判定幀開始的地點。第二節PCM30/32路系統一、PCM30/32路系統幀結構1、幀結構圖話路數：30路，信令路：1路，幀同步：1路。1TOC\o"1-5"\h\z2、標準數據：話音抽樣速率f=8KH；幀周期T=一=125us；Z Sf一…T 125路時隙t=s-= =3.91|is；\o"CurrentDocument"Cn 32t 3.91位時隙tB數碼率fB=-C~= =0.448^位時隙tB數碼率fBl81 1nl 32義8——— ———n.l.f- -2048kbit/s。ttTs 125”BClS幀同步的工作原理同步狀態檢測到n次同步幀同步的工作原理同步狀態檢測到n次同步后方愛護狀態二、PCM30/32路幀同步系統（專科不要求）（一）一樣幀同步的原理例：設n=4，一幀分為4個時隙，其中TS°傳幀同步碼10011011；1、原理①逐步比較移位查找幀同步碼。（P70，圖3.5）②在緊接著的TS0時刻驗證同步碼。2、幀同步的五種狀態①同步狀態：幀同步系統在TS0內檢測到幀同步碼。②幀失步狀態：接收端未檢測到幀同步碼。③捕捉狀態：由失步檢出到重新回到同步狀態的過程。（假失步：同步碼誤碼引起的誤判失步。）④前方愛護狀態：從發覺一次失步到確認真正失步的過程。［當連續m次（m稱為前方愛護計數）檢測不出同步后，才判為系統真正失步，而趕忙進入捕捉狀態，開始捕捉同步碼。］前方愛護狀態作用：幸免假失步。前方愛護狀態的前提狀態是同步狀態。⑤后方愛護狀態：是從捕捉到第一個同步碼到確認真正同步的過程。其作用是幸免偽同步。其前提狀態是捕捉狀態。（二）PCM30/32路幀同步系統1、碼型：0011011集中插入在偶幀TS0的第2?8位。2、前方愛護時刻：T前二（m-1）Ts （Ts=2502）。3、后方愛護時刻：T后二（n-1）Ts。4、第五章準同步數字體系（PDH）和同步數字體系（SDH）第一節數字復接的差不多概念一、準同步數字體系（PDH）依照不同的需要和不同的傳輸介質的傳輸能力，要有不同話路數和不同速率的復接，形成一個系列（或等級），由低向高逐級復接，這確實是數字復接系列。二、PCM復用和數字復接擴大數字通信容量，形成二次群以上的高次群的方法通常有兩種：PCM復用和數字復接。1、PCM復用概念所謂PCM復用確實是直截了當將多路信號編碼復用。立即多路模擬話音信號按125s的周期分別進行抽樣，然后合在一起統一編碼形成多路數字信號。PCM復用的不足：隨著話路的增加，每一路時隙變小，即編碼時刻縮短，編碼速度要提高，編碼器難以實現。2、數字復接（概念）是將幾個低次群在時刻的間隙上迭加合成高次群信號。步驟：①將低次群脈寬縮窄，留出間隙復接；②低次群時刻移位，各低次群時刻錯開；③各低次群相加，合成高次群。3、兩者區別： 「PCM復用：多路信號抽樣后、編碼前形成。1數字復接：多路信號在編碼后形成。三、數字復接的實現：按位復接和按字復接。1、按位復接優點：復接電路儲備容量小；缺點：不利于以字節為單位的信號處理和交換。2、按字復接優點：有利于以字節為單位的信號處理和交換；缺點：儲備容量大。PDH大多采納按位復接；SDH大多采納按字復接。四、數字復接同步數字復接要解決兩個問題：同步和復接。數字復接的同步指的是被復接的幾個低次群的數碼率相同。不同步則復接后的數碼就會產生重疊和錯位。五、數字復接的方法及系統構成1、數字復接的方法：即數字復接同步的方法，分為同步復接和異步復接。（其定義見書P127）2、數字復接系統的構成：要緊由數字復接器和數字分接器兩部分組成。第二節同步復接和異步復接一、同步復接二、異步復接1、碼速調整目的：讓復接的各支路具有相同的速率。正碼速調整：通過向低速支路插入不含信息的插入碼，以提高此支路的速率，從而使各支路瞬時速率相同。實現方式：緩沖儲備器P132圖5.10調整調整第一節同步復接和異步復接、同步復接三、異步復接1、碼速調整目的：讓復接的各支路具有相同的速率。正碼速調整：通過向低速支路插入不含信息的插入碼，以提高此支路的速率，從而使各支路瞬時速率相同。實現方式：緩沖儲備器P132圖從而使各支路瞬時速率相同。實現方式：緩沖儲備器P132圖5,10 碼速調整2、異步復接二次群幀結構(P133，圖5.11)前信號幀周期：100.38因；寫入幀長度：848bit(100.38|isx8448Kbit/S)；緩沖儲備器調整后

輸出讀出一次群的速率為2048Kb/S，在100.38”內能傳205?206bit。因為碼速調整后各一次群在100.38園內要傳212bit,因此，每個一次群要增加6?7bit。即F,1，F2,F，C1，C2,C3,匕。①當支路信號速率比較低，讀寫相位差小于一個定值，匕不傳信息碼，而是插入一位非信息碼。②支路信號速率稍高，讀寫相位差較大，則V連續傳信息碼。i若V傳非信息碼，則C1c2C3=111；若V傳信息碼，則C1c2C3=000；接收端收到c1c2c中有兩個或以上1,則說明匕位為非信息碼。

-21F-2't……共12位，其中10位二次群幀同步碼，1位告警，1位備用。第四節SDH的差不多概念一、PDH的弱點（P142）二、SDH的概念及特點SDH網是由一些SDH的網絡單元（NE）組成的，在光纖上進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的網絡（SDH網中不含交換設備，它只是交換局之間的傳輸手段）。差不多網絡單元：TM（終端復用器），ADM（分插復用器），REG（再生中繼器），SDXC（同步數字交叉連接設備）。SDH特點最核心的三條：①同步復用；②標準光接口；③強大的網絡治理能力。三、PDH和SDH比較幀結構標準復用方式開銷光接口復用單位PDH不統一異步少不統一位（基群除外）SDH統一同步多統一字節第五節SDH的速率與幀結構一、SDH的速率同步傳遞模塊STM-N，其中STM-1是差不多的模塊信號，其速率為：155.520Mb/S；STM-N的速率為：155.520Mb/SxN；STM-N的幀周期：125”。表5,4 SDH椽準速率等褻STM-I.SJM-4片M-8速率〔必5人）155320622.UM)九竺琳二、SDH的幀結構SDH的幀結構是一種以字節為單位的矩形塊狀幀結構。（P147,圖5.27STM-N:共9行，270xN歹列；幀長度：270xNx9字節=270xNx9x8bit；周期：125”；STM-N的速率=STM-N的速率=幀長度_270xNx9x8bit

周期 125x10-6s=(155.520xN)Mbit/S幀結構的三個區域：段開銷區域（SOH）；凈負荷區域（含少量POH）；治理單元指針區域（AU-PTR）

12345123456789SOHAU-PTRSDH-1

凈負荷

(含POH)SOH9 261STM—1中SOH的速率=9*8*8b=4.608Mbit/s125*10-6s.、 9*8bitAU—PTR速率= =0.576Mbit/s125*10-6第六節同步復用與映射方法（大專不要求一、復用結構1、復用單元標準容器(C)： C11 C12 C2C3 C41.544Mb/s2.048Mb/s虛容器(VC)：VC—n=C—n+VC—nPOH分為：低階虛容器：VC—1，VC—2，TU—3中的VC—3，可進一步復用到高階虛容器中；高階虛容器：VC-4和AU—3中的VC—3；支路單元：TU—n=VC—n+TU—nPTR；支路單元組TUG:由一個或多個TU按字節交叉組合而成；治理單元：AU—n=VC—n+AU—nPTR；治理單元組AUG:由一個或若干個AU的集合。2、復用步驟①映射：形成VC的過程。（P155）②定位：是一種將幀偏移信息收進支路單元或治理單元的過程。（P161）③復用：（P165）我國的SDH復用結構（P154，圖5.34）第六章數字信號的傳輸

第一節數字信號基帶傳輸的差不多理論一、數字信號波形與功率譜單極性半占空脈沖序列可提取時鐘。二、基帶傳輸系統的構成三、數字信號傳輸的差不多準則1、無碼間干擾時域條件 「1（歸一化值），K=0（本碼判決點）R（ktj=<00 K豐0（非本碼判決點）奈氏第一準則：等效理想低通濾波器截止頻率為%,若信號以2fC速率傳輸，則沒有碼間干擾。2、理想基帶傳輸系統概念：基帶傳輸網絡為理想低通。若理想低通帶寬B=2f，信號符號速率CN=2fC，這時滿足無碼間干擾傳輸。現在頻帶利用率=符號速率=N=歪=2Bd:H

帶寬Bf zC3、滾降低通傳輸網絡概念：（P192）滾降系數a=（于廣于a—c。其中（f+f）是截止頻率，f稱為滾降部分；f為等f ca a cC效理想低通帶寬。例：書P222練習題（1）以理想低通特性傳輸PCM30/32路系統信號時，所需傳輸通路的帶寬為何值？如以滾降系數a=0.5的滾降特性傳輸時，帶寬為何值？解：PCM30/32路信息傳輸速率R=2.048Mb/s，因采納二進制傳輸，...N=R=2.048MBd；若在理想低通時,NB=2,「?B二N二兼詈二I。24MHz。a=a=0.5時，即a= 等效=0.5，B等效B=1.5B等效=1.5x1.024=1.536MHZo第二節基帶傳輸的線路碼型一、對基帶傳輸碼型的要求（P193?194）二、常見的傳輸碼型1、單極性不歸零碼2、單極性歸零碼

3、信號交替反轉碼（AMI碼）規則：信號碼極