现代信息技术概论ch2数字通信技术基础

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基础
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
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
时隙：每一路所占有的时间间隔
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PCM信号形成过程示意图
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提纲
n 模拟信号数字化 n 时分复用
n 时分复用的基本概念 n PCM30/32路系统 n 时分复用的同步技术
n 数字复接技术
*
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通信网基础 现代信息技术概论ch2数字通信技术
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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
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抽样过程中的失真
n 实用的低通滤波器都有一定的过渡带，因此
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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。
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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
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
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在实际应用中必须满足
，并使各相邻边
带间有一定的防卫间隔即防卫带
n 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
n 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
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n PCM帧通过TS0时隙传送同步码：10011011 ，收端一旦识别出帧同步码10011011 ：便可 知随后的8位码为一个码字且是第一话路的， 以此类推可以正确接收每一路信号。
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复帧同步
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n 复帧同步：实现信令信号的正确分路。发送 端在F0帧TS16时隙的前4比特插入特殊码 0000，接收端只要识别出这一码型，判断出 是F0帧，以后依次为F1,F2…。
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2．量化（Quantizing）
n 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
n 实质：一个化零取整的过程 n 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 n 两种量化方法：均匀量化和非均匀量化
PCM30/32D 总码速率为：2.048Mbit/s，一 般记为2M，也称一次群速率，基群速率。
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PCM30/32帧结构
复帧：
每一路语音信号都需要信令的支持才能进行 通信，PCM 30/32系统有30个话路，因此必须 传输30路信令；
一路信令信号只需要4bit，1个TS16 可以传送 两路信令，15个TS16（15帧）可以传送30路信 令；
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图2-9 抽样过程
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图2-10 正弦波的抽样
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抽样定理的作用
n 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； n 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
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非均匀量化的特点
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
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3．编码和解码
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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
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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。
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。
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提纲
n 模拟信号数字化 n 时分复用
n 时分复用的基本概念 n 时分复用的同步技术 n PCM30/32路系统
n 数字复接技术
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基础
数字复接技术——定义
n 数字复接技术就是把两个或两个以上分支数字 信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字 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。
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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
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提纲
n 模拟信号数字化
n 模拟信号和数字信号 n 数字通信的特点 n 脉冲编码技术
n 时分复用 n 数字复接技术
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基础
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。
PCM包括下述三个过程：
抽样 量化 编码与解码
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位同步示意图
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帧同步
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n 帧同步的作用是实现语音信号的正确分路。 接收端不仅需要正确的区分哪8路比特是一组 ，代表一个抽样值，而且还要正确区分出它 是代表哪路话音信号的。
n 常用方法：同步码***
低通滤波
抽样(合路门)
1路
2路
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n 量化
K1
编码
分配器
信道
分路门
n 解 码
1 2
K2
分配器
n路
发端
收端
低通重建 1路 2路
n路
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时分多路通信模型 现代信息技术概论ch2数字通信技术
基础
PCM30/32路系统的帧结构
完成数字通信全过程，除对各个话路进行编、 解码外，还必须有定时、同步等措施。在数字 通信系统中，各种信号（包括加入的定时、同 步等信号）都是严格按时间关系进行的。在数 字通信中把这种严格的时间关系称为帧结构。
一个采样周期（125us）内，每个话路的PCM 信号按时分复用方式顺序出现一次所形成的时 分复用信号称为帧。
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图2-18 PCM30/32路系统帧结构
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PCM30/32帧结构
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现代信息技术概论ch2数 字通信技术基础
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2020/11/23
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提纲
n 模拟信号数字化
n 模拟信号和数字信号 n 数字通信的特点 n 脉冲编码技术
n 时分复用 n 数字复接技术
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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
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。
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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。
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， 来自百度文库道利用率过低。
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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。
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
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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
折叠二进制码 011 010 001 000 100 101 110 111
位同步
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n 位同步的基本含义是收发两端的时钟频率必 须同频、同相，这样接收端才能正确接收和 判决发送端送来的每一个码元。
n 数字通信系统中消息是一串相继的信号码元 序列，接收端必须知道每个码元的出现时刻 ，从而对码元进行判别。 同频就是要求发送 端发送了多少个码元，接收端必须产生同样 多的判决脉冲。
信令信号每隔16帧传送一次，16帧称为1复帧。
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时分复用的同步技术
n 同步是数字通信的基本要求之一。如果收 端和发端不能很好的同步，数字通信是无 法进行的。同步包括位同步、帧同步、复 帧同步和网同步。
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图 量化过程及量化误差
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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
克服量化噪声的方法：
PCM 30/32的帧周期为125us，每一帧有32时 隙，每个时隙为：125/32=3.9us。其中TS0 是传送帧同步信号，TS16传送信令，其他 30路是话音信号。
PCM 30/32系统每个话路语言信号抽样频率 为：4000×2hz，每个样值经过量化后编为8 位码，每个话路的码速率为64kbit/s；
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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
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n 方法：时域抽样定理
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抽样定理
n一个在 频谱区间(
)以外为零的频带有限信号(
带限信号) ，可以唯一地由其均匀时间间隔
上的取样值
确定。
n 当取样频率 大于或等于信号带宽的两倍时，即
时，可以从
中恢复原信号。
n 定义
为奈奎斯特取样率。
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n 电影（24帧/秒）：感觉是连续活动的景象； n 印刷照片：由很多细小的网点组成，看起来空间 连续；
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抽样定理的提出
n 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？ n 抽样的时间间隔取多大合适？
n 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
n F0帧TS16时隙第6位码A2为复帧失步对告码 ，A2=1表示复帧失步，A2=0表示复帧同步 。
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网同步
n 现代通信系统往往在多点之间实现互连，从而 构成通信网。为了保证在通信网中各点之间可 靠通信，则必须在网内建立一个统一的时间标 准，即实现网同步。
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