数字通信原理

数字通信原理

第一章 概述

一、通信及通信系统的构成 1、概念 2、构成

二、信息、信号及分类

1、信息：用来消除不定性的东西。

2、信号：是用来携带信息的载体。

3、信号分类： 模拟信号：强度的取值随时间连续变化，取值个数无限。

数字信号：强度参量的取值是离散变化的，取值个数有限。 PAM 信号是模拟信号。（时间上离散，但幅度取值不是有限个。） 三、模拟通信和数字通信

四、数字通信的特点及性能指标

1、特点：（1）抗干扰能力强，无噪声积累 （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）占用频带宽 2、性能指标：

信息传输速率（bit/s ）：每秒钟传输的信息量。 有效性指标 符号传输速率（Bd ）：单位时间内传输码元的数目。 频带利用率：单位频带内的传输速率。

误码率：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总

码元数之比。

可靠性指标

抖动：是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。 M 进制信号与二进制信号码元数n 的关系为： M = 2n

因此，信息传输速率与符号传输速率的关系是：R

b

= N

B

·

M

2log

式中：R

b

为信息传输速率。N B 为符号传输速率。M 为码元（或符号）的进制数。

例如：四进制码元序列符号传输速率2000Bd ，其信息传输速率为多少？ R

b

= N B · log2

M

= 2000×log24

= 4000 bit/s

用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率。

误码率（平均误码率）P e = ∞→N lim N n 传输总码数发生误码个数

第二章 语声信号数字化编码

第一节 基本概念

A/D 变换 抽样：是将模拟信号在时间上离散化的过程。

量化：是将信号在幅度上离散化的过程。

编码：是将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。

D/A 变换：译码、滤波（低通）

第二节 PCM 编码

一、抽样

1、抽样定义及实现的电路模型

)

(t f s = )(t f ×)(t S T

2、抽样定理（能判断信号的类型，确定抽样频率的大小，画出频谱图）

（1） 低通型信号：是指低端频率从0或某一频率

f 到某一高限频率M f 的带限信

号，并有

f 〈M

f －0f

的限定条件。

M

S f f 2≥

（2） 带通型信号：

M

f f >0－

B

f =0

n f f n f S M 0212≤≤+ )(1220M S f f n f ++= ⎥

⎦⎤⎢⎣⎡=B f n 0（取整）

（3） 与抽样有关的误差

① 抽样的折叠噪声：若

M

S f f 2<

② 抽样展宽的孔径效应失真

二、量化

1、定义:量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。

2、均匀量化：各量化等级间隔相等的量化方式。

量化间隔：

N U 2=

∆

量化级数：N

量化值：i u

量化误差：'

u u e -=（即原信号-量化后信号）。非过载区，2max ∆=e ；过载区，2∆≥e 。

过载电压：U 3、量化噪声的计算 非过载区量化噪声功率：

=非过载区

N 222

2

3)(121N U =∆=δ

说明非过载区量化噪声仅与量化间隔∆的大小有关，或者说，在临界过载电压U 一定时仅与分级数N 有关。

过载区量化噪声功率：

e

u U

e e u N 22

2

‘-⋅==δ过载区

总的量化噪声：

过

非N N N q +=

量化信噪比

q

e

q N u

N S 2

/==。以对数形式表示有：

e

dB q x N N S lg 20)3lg(20)/(+=

8

.46lg 20++=l x e

（l

N 2=

101<

=

U u x e e 。为信号电压归一化值e x ）

4、非均匀量化及压缩扩张技术

（1） 定义：量化间隔不均匀。

特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。可以改善小信号的量化信噪比。 实现：采用压缩扩张技术。（P24-P25）

（2） A 律压缩特性：以A 为参量的压扩特性。

A AX y ln 1+= A X 10≤

≤

A X

A y ln 1ln 1++±

= 1

1

≤≤X A

通常选A=87.6的压缩特性，按A 律压缩特性实现非均匀量化的量化量化信噪比为：

dx dy

X N N S e q lg

20lg 203lg 20)/(++=非均匀

dx dy N S q lg

20)/(+=均匀

小信号时，A AX y ln 1+=

， A A

dx dy ln 1+=

大信号时，

A AX y ln 1ln 1++=

， X A dx dy 1

ln 11•

+=

结论：非均匀量化时，小信号的信噪比会增大；大信号时改善减小，以致信

噪比比均匀量化时小。

注意：对A 律13折线量化信噪比的计算公式、方法及相对于均匀量化信噪

比的改善量，大专不作要求，但仍应知道以上结论。

三、编码与解码

1、二进制码组及编码基本概念 二进制码，一般二进制码。

P32 天平称重：5.2（样值）→5（量化）→101（编码）。 2、非线性编码与解码

（1） A 律13折线编码的码字安排

极性码 段落码 段内电平码

1a 2a

3a 4a 5a 6a 7a 8a

① 段落码与量化段的序号关系 量化段序号=i 段落码用十进制数表示+1 ② 量化段序号和段落起始电平的关系 0，1=i

=

Bi I