数字通信技术基础知识
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为解决小信号的量化信噪比太小，需要加大量化级 数M；M过大，大信号的信噪比过大，同时编码复杂， 信道利用率过低。
非均匀量化
非均匀量化的量化原理是量化级间隔随信号幅度 的大小自动调整。相对来说，在不增大量化级数 的条件下，非均匀量化能使信号在较宽的动态范 围内的信噪比达到要求。
非均匀量化的特点
第二章 数字通信技术基础
参考教材第二章
提纲
模拟信号数字化
模拟信号和数字信号 数字通信的特点 脉冲编码技术
时分复用 数字复接技术
模拟信号
模拟信号：波形模拟着信息的变化而编号 特点：幅度连续
数字信号
数字信号：幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散 的。
数字信号的特点
抗干扰能力强、无噪声积累 便于加密处理、保密性强 便于存储、处理、交换 采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、微型化 便于构成综合数字网和综合业务数字网
电影（24帧/秒）：感觉是连续活动的景象； 印刷照片：由很多细小的网点组成，看起来空间 连续；
抽样定理的提出
是不是所有时间间隔的理想取样都能反映原 连续信号的基本特征呢？ 抽样的时间间隔取多大合适？
目标：在保留原连续时间信号的全部信息的条件 下抽取尽可能少的数据
方法：时域抽样定理
抽样定理
模拟信号与数字信号的转换
模拟信号转换成数字信号：A/D转换
经过抽样、量化、编码3个处理步骤
数字信号转换成模拟信号：D/A转换
提纲
模拟信号数字化
模拟信号和数字信号 数字通信的特点 脉冲编码技术
时分复用 数字复接技术
2020/4/8
通信网基础
7
脉冲编码调制技术
脉冲编码调制：Pulse Code Modulation，简称 PCM。对信号进行抽样，并对每个样值独立地加 以量化，通过编码转换为数字信号的过程。
克服量化噪声的方法：
增加量化级数，使量化间隔相对于信号幅 值的大小可以忽略不计。
均匀量化信噪比：信号平均功率与量化 噪音平均功率之比。
均匀量化的特点
量化器的量化噪声随着量化级数M的增加而提高， 量化级数的选取是根据量化器的量化信噪比的要求确 定的。
无论信号大小，若量化间隔相等，量化的噪声功率 不变。=> （幅度）小信号的量化信噪比太小，不能 满足通信质量要求，大信号的信躁大，远远满足要求。
抽样定理
根据抽样定理可知，要无失真地恢复原始 信号应满足；
（1）模拟信号为带限信号。 （ 2）抽样函数为周期函数序列 （3）需通过理想滤波器恢复原始信号
抽样过程中的失真
实用的低通滤波器都有一定的过渡带，因 此在实际应用中必须满足 fs 2fw，并使各相邻 边带间有一定的防卫间隔即防卫带
如：话音信号限制在0.3~3.4khz频率范围 之内，因此，若只传送语音的有效成份，必 须把0.3~3.4khz以外的频率成份去掉，否则 会产生折叠失真 ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）建 议话音信号的抽样频率为8kHz
一个在 频谱区间( m,m)以外为零的频带有限信号
(带限信号f) (t ) ，可以唯一地由其均匀时间间隔TS TS
1
2fm
上的取样值f(nT S )确定。
当取样频率f S 大于或等于信号带宽的两倍时，即fS 2fm
时，可以从 f S (t )中恢复原信号。
定义fSmin 2fm 为奈奎斯特取样率。
2．量化源自文库Quantizing）
• 将幅度连续变化的信号变成离散信号的处理 过程称为量化
• 实质：一个化零取整的过程 • 方法：样值的最大变化范围划分成若干个相
邻的间隔。当某样值落在某一间隔内，其输 出数值就用此间隔内的某一个固定值来表示 • 两种量化方法：均匀量化和非均匀量化
均匀量化
把输入信号的取值域按等距离分割的量化称 为均匀量化 ，也称线性量化。
折叠二进制码 011 010 001 000 100 101 110 111
PCM信号形成过程示意图
提纲
模拟信号数字化 时分复用
时分复用的基本概念 PCM30/32路系统 时分复用的同步技术
数字复接技术
2020/4/8
通信网基础
28
时分复用的基本概念
复用：为了提高信道利用率，使多个信号沿 同一信道传输而互相步干扰，这种通信方式 称为复用
信号幅度小时，量化幅度小，量化误差也 小；
信号幅度大时，量化间隔大，量化误差也 大
3．编码和解码
编码：把量化后的信号样值变换成对应的二 进制码组，又称模数变换
自然二进制码：简单易行；缺点：由3变成4 的时候每一位都要变；
格雷码：相邻电平间转换，只有一位发生变 化；缺点：每一位码没有确定大小；
折叠二进制码：沿中心电平上下对称，适于 表示正负对称的双极性码；
解码：在收信端将收到的二进制码序列还原 成相应幅度的量化值，又称数模变换
二进制码、格雷码、折叠二进制码
量化电平 0 1 2 3 4 5 6 7
自然二进制码 000 001 010 011 100 101 110 111
格雷码 000 001 011 010 110 111 101 100
PCM包括下述三个过程：
抽样 量化 编码与解码
1．抽样（sampling）
l 定义：将在时间和幅度上都是连续的话音信 号在时间上离散化的过程
l 实现：由抽样门完成 l 抽样速率？由抽样定理确定
图2-9 抽样过程
图2-10 正弦波的抽样
抽样定理的作用
近年来通信系统向数字化发展，模拟－>数 字的转换的基础：抽样定理； 作用：在一定条件下，一个连续时间信号完 全可以用该信号在等时间间隔点上样本来表 示，并且可用这些样本值把信号全部恢复出 来
复用方式：时分复用、频分复用、空分复用 等
时分复用：各路信号在同一信道上占有不同 时间间隙的通信方式
任何一个量化器都有一定的量化范围，通常 取-u~+u。
量化级数N与量化间隔Δ的关系：Δ=2u/N 取量化间隔的中间值为量化值，量化最大误
差为Δ/2。
图 量化过程及量化误差
量化噪声和信噪比
量化过程一定会产生误差。量化误差就 是指量化前后信号之差，通常用功率来 表示，称之为量化噪声。
量化误差一旦产生，在接收端就无法消 除
非均匀量化
非均匀量化的量化原理是量化级间隔随信号幅度 的大小自动调整。相对来说，在不增大量化级数 的条件下，非均匀量化能使信号在较宽的动态范 围内的信噪比达到要求。
非均匀量化的特点
第二章 数字通信技术基础
参考教材第二章
提纲
模拟信号数字化
模拟信号和数字信号 数字通信的特点 脉冲编码技术
时分复用 数字复接技术
模拟信号
模拟信号：波形模拟着信息的变化而编号 特点：幅度连续
数字信号
数字信号：幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散 的。
数字信号的特点
抗干扰能力强、无噪声积累 便于加密处理、保密性强 便于存储、处理、交换 采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、微型化 便于构成综合数字网和综合业务数字网
电影（24帧/秒）：感觉是连续活动的景象； 印刷照片：由很多细小的网点组成，看起来空间 连续；
抽样定理的提出
是不是所有时间间隔的理想取样都能反映原 连续信号的基本特征呢？ 抽样的时间间隔取多大合适？
目标：在保留原连续时间信号的全部信息的条件 下抽取尽可能少的数据
方法：时域抽样定理
抽样定理
模拟信号与数字信号的转换
模拟信号转换成数字信号：A/D转换
经过抽样、量化、编码3个处理步骤
数字信号转换成模拟信号：D/A转换
提纲
模拟信号数字化
模拟信号和数字信号 数字通信的特点 脉冲编码技术
时分复用 数字复接技术
2020/4/8
通信网基础
7
脉冲编码调制技术
脉冲编码调制：Pulse Code Modulation，简称 PCM。对信号进行抽样，并对每个样值独立地加 以量化，通过编码转换为数字信号的过程。
克服量化噪声的方法：
增加量化级数，使量化间隔相对于信号幅 值的大小可以忽略不计。
均匀量化信噪比：信号平均功率与量化 噪音平均功率之比。
均匀量化的特点
量化器的量化噪声随着量化级数M的增加而提高， 量化级数的选取是根据量化器的量化信噪比的要求确 定的。
无论信号大小，若量化间隔相等，量化的噪声功率 不变。=> （幅度）小信号的量化信噪比太小，不能 满足通信质量要求，大信号的信躁大，远远满足要求。
抽样定理
根据抽样定理可知，要无失真地恢复原始 信号应满足；
（1）模拟信号为带限信号。 （ 2）抽样函数为周期函数序列 （3）需通过理想滤波器恢复原始信号
抽样过程中的失真
实用的低通滤波器都有一定的过渡带，因 此在实际应用中必须满足 fs 2fw，并使各相邻 边带间有一定的防卫间隔即防卫带
如：话音信号限制在0.3~3.4khz频率范围 之内，因此，若只传送语音的有效成份，必 须把0.3~3.4khz以外的频率成份去掉，否则 会产生折叠失真 ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）建 议话音信号的抽样频率为8kHz
一个在 频谱区间( m,m)以外为零的频带有限信号
(带限信号f) (t ) ，可以唯一地由其均匀时间间隔TS TS
1
2fm
上的取样值f(nT S )确定。
当取样频率f S 大于或等于信号带宽的两倍时，即fS 2fm
时，可以从 f S (t )中恢复原信号。
定义fSmin 2fm 为奈奎斯特取样率。
2．量化源自文库Quantizing）
• 将幅度连续变化的信号变成离散信号的处理 过程称为量化
• 实质：一个化零取整的过程 • 方法：样值的最大变化范围划分成若干个相
邻的间隔。当某样值落在某一间隔内，其输 出数值就用此间隔内的某一个固定值来表示 • 两种量化方法：均匀量化和非均匀量化
均匀量化
把输入信号的取值域按等距离分割的量化称 为均匀量化 ，也称线性量化。
折叠二进制码 011 010 001 000 100 101 110 111
PCM信号形成过程示意图
提纲
模拟信号数字化 时分复用
时分复用的基本概念 PCM30/32路系统 时分复用的同步技术
数字复接技术
2020/4/8
通信网基础
28
时分复用的基本概念
复用：为了提高信道利用率，使多个信号沿 同一信道传输而互相步干扰，这种通信方式 称为复用
信号幅度小时，量化幅度小，量化误差也 小；
信号幅度大时，量化间隔大，量化误差也 大
3．编码和解码
编码：把量化后的信号样值变换成对应的二 进制码组，又称模数变换
自然二进制码：简单易行；缺点：由3变成4 的时候每一位都要变；
格雷码：相邻电平间转换，只有一位发生变 化；缺点：每一位码没有确定大小；
折叠二进制码：沿中心电平上下对称，适于 表示正负对称的双极性码；
解码：在收信端将收到的二进制码序列还原 成相应幅度的量化值，又称数模变换
二进制码、格雷码、折叠二进制码
量化电平 0 1 2 3 4 5 6 7
自然二进制码 000 001 010 011 100 101 110 111
格雷码 000 001 011 010 110 111 101 100
PCM包括下述三个过程：
抽样 量化 编码与解码
1．抽样（sampling）
l 定义：将在时间和幅度上都是连续的话音信 号在时间上离散化的过程
l 实现：由抽样门完成 l 抽样速率？由抽样定理确定
图2-9 抽样过程
图2-10 正弦波的抽样
抽样定理的作用
近年来通信系统向数字化发展，模拟－>数 字的转换的基础：抽样定理； 作用：在一定条件下，一个连续时间信号完 全可以用该信号在等时间间隔点上样本来表 示，并且可用这些样本值把信号全部恢复出 来
复用方式：时分复用、频分复用、空分复用 等
时分复用：各路信号在同一信道上占有不同 时间间隙的通信方式
任何一个量化器都有一定的量化范围，通常 取-u~+u。
量化级数N与量化间隔Δ的关系：Δ=2u/N 取量化间隔的中间值为量化值，量化最大误
差为Δ/2。
图 量化过程及量化误差
量化噪声和信噪比
量化过程一定会产生误差。量化误差就 是指量化前后信号之差，通常用功率来 表示，称之为量化噪声。
量化误差一旦产生，在接收端就无法消 除