數(shù)字通信技術(shù)ppt課件

1、第二章第二章 數(shù)字通訊技術(shù)數(shù)字通訊技術(shù)-2-2數(shù)字通訊技術(shù)數(shù)字通訊技術(shù)-1 -1 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、過失控制編碼的根本思想。、過失控制編碼的根本思想。2 2、PCMPCM的三個根本過程。的三個根本過程。3 3、抽樣定理。、抽樣定理。4 4、語音信號的抽樣周期。、語音信號的抽樣周期。5 5、量化的根本思想。、量化的根本思想。6 6、均勻量化的弊端。、均勻量化的弊端。2.2.2 量化量化非均勻量化非均勻量化關(guān)于非均勻量化的主要內(nèi)容：關(guān)于非均勻量化的主要內(nèi)容：1 1、掌握其根本思想、掌握其根本思想2 2、了解、了解A A律律1313折線量化方法，分級情況折線量化方法，分級情況2 2非均勻量化非

2、均勻量化根本思想：使信號輻度小時，量化間隔根本思想：使信號輻度小時，量化間隔u u小些，小些，信號幅度區(qū)間大時，量化間隔信號幅度區(qū)間大時，量化間隔u u大些，以使大大些，以使大小信號相對量化誤差量化信噪比趨于一致。小信號相對量化誤差量化信噪比趨于一致。2.2.2 量化量化實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：為到達使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，為到達使大小信號量化信噪比趨于一致的目的，可采取一種等效途徑：可采取一種等效途徑：首先經(jīng)過人為變換，對樣值進展處置首先經(jīng)過人為變換，對樣值進展處置yy， 以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。以增大小信號樣值，減小大信號的樣值。然后再對處置后的然后再對處置后的y y樣

3、值區(qū)間進展均勻量化以保樣值區(qū)間進展均勻量化以保證量化間隔證量化間隔uu一致一致u u變?yōu)樽優(yōu)閡u。到達大小信號量化信噪比趨于一致的目的。到達大小信號量化信噪比趨于一致的目的。緊縮處置后，再對緊縮處置后，再對y y均勻量化等效于對均勻量化等效于對x x非均勻量化非均勻量化因此，緊縮器的功能，加上均勻量化的因此，緊縮器的功能，加上均勻量化的功能，等效于非均勻量化。功能，等效于非均勻量化。緊縮處置緊縮處置+ +均勻量化均勻量化= =非均勻量化非均勻量化2.2.2 量化量化目前數(shù)字壓擴特性國際上有兩種不同的規(guī)范：目前數(shù)字壓擴特性國際上有兩種不同的規(guī)范：A A律十三折線壓擴特性律十三折線壓擴特性1313

4、折線折線A A律主要用于英、法、德等歐洲各國的律主要用于英、法、德等歐洲各國的PCMPCM設(shè)備中，我國也采用設(shè)備中，我國也采用A A律律1313折線。折線。律十五折線壓擴特性律十五折線壓擴特性1515折線折線律主要用于美國、日本和加拿大等國的律主要用于美國、日本和加拿大等國的PCMPCM設(shè)備中。設(shè)備中。2.2.2 量化量化13折線折線A律壓擴曲線律壓擴曲線2.2.2 量化量化A律律13折線的生成：折線的生成：13折線折線A律是從非均勻量化的基點出發(fā)，設(shè)法用律是從非均勻量化的基點出發(fā)，設(shè)法用許多折線來逼近許多折線來逼近A律對數(shù)壓擴特性的。律對數(shù)壓擴特性的。設(shè)在直角坐標系中，設(shè)在直角坐標系中，x軸

5、和軸和y軸分別表示輸入信號軸分別表示輸入信號和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最大和輸出信號，并假定輸入信號和輸出信號的最大取值范圍都是取值范圍都是11，即都是歸一化的。，即都是歸一化的。為到達非均勻量化的目的，為到達非均勻量化的目的，A律律13折線分兩步生折線分兩步生成：成：第一步，把第一步，把x軸的區(qū)間軸的區(qū)間1，1不均勻地分成不均勻地分成16大段，正半軸大段，正半軸8大段，負半軸大段，負半軸8大段。大段。2.2.2 量化量化其詳細分法如下其詳細分法如下:將區(qū)間將區(qū)間0，1一分為二，其中點為一分為二，其中點為1/2,取區(qū)間取區(qū)間1/2,1作為第八段作為第八段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0

6、,1/2再一分為二，其中點為再一分為二，其中點為1/4,取區(qū)間取區(qū)間1/4,1/2作為第七段作為第七段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/4再一分為二，其中點為再一分為二，其中點為1/8,取區(qū)間取區(qū)間1/8,1/4作為第六段作為第六段;將剩下的區(qū)間將剩下的區(qū)間0,1/8再一分為二，其中點為再一分為二，其中點為1/16,取區(qū)間取區(qū)間1/16,1/8作為第五段作為第五段;.最后剩下的區(qū)間最后剩下的區(qū)間0,1/128作為第一段。作為第一段。其中第一、第二兩段長度相等，都是其中第一、第二兩段長度相等，都是1128。2.2.2 量化量化第二步，將以上第二步，將以上8 8個不均勻大段的每一段，個不均勻大段的

7、每一段，再均勻地分成再均勻地分成1616等份，每一等份代表一等份，每一等份代表一個量化級。個量化級。2.2.2 量化量化因此，將因此，將x x軸的軸的0 01 1的變化域分成了的變化域分成了16168 8128128個非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進展非個非均勻量化級，以使輸入信號的抽樣值進展非均勻量化；均勻量化；另外，對另外，對-x-x軸也作同樣的分段處置，那么軸也作同樣的分段處置，那么x x軸共軸共有有256256個非均勻量化級。個非均勻量化級。對于對于y y或或-y-y軸的軸的0 01 1的變化域被均勻地分成的變化域被均勻地分成8 8大段，每大段再均勻地分成大段，每大段再均勻地分成1

8、616等份，故等份，故y y軸同樣軸同樣也被分成也被分成1281282 2256256個量化級，不過它是均勻個量化級，不過它是均勻量化級。量化級。2.2.3編碼編碼1、常用編碼方法、常用編碼方法常用的編譯碼是根據(jù)常用的編譯碼是根據(jù)A律律13折線非均勻量化間隔折線非均勻量化間隔的劃分直接對樣值編碼，稱為非均勻編碼在編的劃分直接對樣值編碼，稱為非均勻編碼在編碼過程中實現(xiàn)了非均勻量化，接納端再進展非碼過程中實現(xiàn)了非均勻量化，接納端再進展非均勻解碼，即直接非均勻編解碼法。均勻解碼，即直接非均勻編解碼法。編碼由編碼器完成，譯碼由譯碼器完成。編碼由編碼器完成，譯碼由譯碼器完成。2.2.3編碼編碼2 2、編

9、碼的位數(shù)和碼位的安排、編碼的位數(shù)和碼位的安排量化級數(shù)量化級數(shù)N N2 2正負極性正負極性8 8段段1616等份等份256256，所以需，所以需8 8位二進制碼。位二進制碼。用用1 1位二進制碼稱為極性碼表示正負如位二進制碼稱為極性碼表示正負如“1“1表示正，表示正，“0“0表示負、表示負、3 3位二進制碼稱為位二進制碼稱為段落碼表示段落碼表示8 8大段落、大段落、4 4位二進制碼稱為段內(nèi)位二進制碼稱為段內(nèi)碼表示每一大段的碼表示每一大段的1616等份等份 a1 a1， a2a3a4 a2a3a4， a5a6a7a8a5a6a7a8極性碼極性碼 段落碼段落碼 段內(nèi)碼段內(nèi)碼2.2.3編碼編碼3、常用

10、碼型、常用碼型指的是把模擬信號抽樣值量化后的一切量化級，指的是把模擬信號抽樣值量化后的一切量化級，按其量化值的大小次序陳列起來，并列出各自對按其量化值的大小次序陳列起來，并列出各自對應的碼組，這個整體稱為碼型。應的碼組，這個整體稱為碼型。PCM通常采用的碼型通常采用的碼型普通二進碼普通二進碼循環(huán)碼格雷碼循環(huán)碼格雷碼折疊碼折疊碼2.2.3編碼編碼自然二進制碼自然二進制碼碼組中每位碼都代表一定數(shù)值，叫做權(quán)值。碼組中每位碼都代表一定數(shù)值，叫做權(quán)值。二進制碼組和所對應的量化級之間的關(guān)系是：二進制碼組和所對應的量化級之間的關(guān)系是：Aan2n-1+an-12n-2+a120。其中其中n表示碼位，表示碼位，

11、an、an-1a1表示每位二表示每位二進制碼的取值是進制碼的取值是“1還是還是“0。優(yōu)點：譯碼器構(gòu)造可以簡化，每位可單獨譯碼優(yōu)點：譯碼器構(gòu)造可以簡化，每位可單獨譯碼缺陷：編碼電路復雜，正負極性碼型完全不同缺陷：編碼電路復雜，正負極性碼型完全不同2.2.3編碼編碼折疊二進制碼折疊二進制碼特點是正、負兩半部分，除去最高位后，呈倒影、特點是正、負兩半部分，除去最高位后，呈倒影、折疊關(guān)系，最高位上半部分為折疊關(guān)系，最高位上半部分為“1,下半部分為下半部分為“0。利用這種碼編碼時，對于雙極性信號，可用最高利用這種碼編碼時，對于雙極性信號，可用最高位表示信號的正、負極性，叫做極性碼位表示信號的正、負極性，

12、叫做極性碼用其他的碼表示信號的絕對值，叫做幅度碼用其他的碼表示信號的絕對值，叫做幅度碼優(yōu)點：編碼電路簡單，只需加一個極性判別電路，優(yōu)點：編碼電路簡單，只需加一個極性判別電路，那么正、負極性信號可以共用一個編碼電路。那么正、負極性信號可以共用一個編碼電路。2.2.3編碼編碼循環(huán)碼：又稱格雷碼循環(huán)碼：又稱格雷碼是另外一種折疊碼，也有極性碼和幅度碼兩部分組成。是另外一種折疊碼，也有極性碼和幅度碼兩部分組成。特點特點: :相鄰碼之間只需一個碼字不同，這樣誤一位碼呵相鄰碼之間只需一個碼字不同，這樣誤一位碼呵斥的偏向的平均值小一些。斥的偏向的平均值小一些。循環(huán)碼在陳列上的這一特點使得在傳輸過程中假設(shè)產(chǎn)生循

13、環(huán)碼在陳列上的這一特點使得在傳輸過程中假設(shè)產(chǎn)生一位誤碼，錯到相鄰量化級時，因僅差一個量化臺階，一位誤碼，錯到相鄰量化級時，因僅差一個量化臺階，不致于影響聽覺上的覺得相差很大。不致于影響聽覺上的覺得相差很大。但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)絡(luò)，如每位碼但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)絡(luò)，如每位碼沒有固定的權(quán)值，它不能逐個碼元獨立進展編譯碼，因沒有固定的權(quán)值，它不能逐個碼元獨立進展編譯碼，因此它不具有自然二進制碼的優(yōu)點。此它不具有自然二進制碼的優(yōu)點。 所以編碼電路比較復雜，普通較少采用。所以編碼電路比較復雜，普通較少采用。2.2.3編碼編碼3 3、碼型的選取、碼型的選取 選取碼型主要思索的

14、是各種碼型傳輸時的效選取碼型主要思索的是各種碼型傳輸時的效果。果。語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號語聲信號幅度大信號出現(xiàn)的概率小，小信號出現(xiàn)的概率大，所以我們更關(guān)懷小信號傳出現(xiàn)的概率大，所以我們更關(guān)懷小信號傳輸?shù)男Ч?。輸?shù)男Ч＠缧⌒盘柷闆r時，有一樣值量化編碼為例如小信號情況時，有一樣值量化編碼為000000，設(shè)傳輸中錯一位，可有三種情況：設(shè)傳輸中錯一位，可有三種情況：001001、010010、1001002.2.3編碼編碼二二 進進 碼碼循循 環(huán)環(huán) 碼碼折折 疊疊 碼碼誤誤 碼碼情情 況況量量 化化 級級 1 1量量 化化 級級 2 2 量量 化化 級級 4 4量量 化化 級級 0

15、 0實實 際際 碼碼 ： 0 0 0 0 0 0平平 均均誤誤 差差差差 3 3差差 1 1差差 7 7差差 1 1差差 2 2差差 1 1差差 4 4差差 2 2差差 1 17 73 31 12 21 14 47 7 3 31 11 1 3 34 4 3 30 03 30 0 0 0 1 10 0 1 1 0 01 1 0 0 0 02.2.3編碼編碼結(jié)論：結(jié)論：小信號情況選用折疊碼，錯一位引起的平均誤差小信號情況選用折疊碼，錯一位引起的平均誤差最小。最小。所以在語音信號所以在語音信號PCMPCM通訊系統(tǒng)中普通都采用折疊通訊系統(tǒng)中普通都采用折疊碼二進制編碼。碼二進制編碼。2.2.3編碼編碼上

16、述將模擬信號取樣、量化、再將量化所得離散上述將模擬信號取樣、量化、再將量化所得離散幅值用一組二進制碼表示即編碼的過程，就幅值用一組二進制碼表示即編碼的過程，就是所謂脈沖編碼調(diào)制是所謂脈沖編碼調(diào)制PCMPCM過程。過程。在在PCMPCM通訊系統(tǒng)中，一路帶寬為通訊系統(tǒng)中，一路帶寬為4kHz4kHz的模擬語音的模擬語音信號是如何變成信號是如何變成64kbit/s64kbit/s的數(shù)字語音信號的？的數(shù)字語音信號的？抽樣：抽樣：8kHz8kHz速率的取樣；速率的取樣；非均勻量化：每個樣值又非均勻量化為非均勻量化：每個樣值又非均勻量化為256256個不個不同量化級中的一個；同量化級中的一個；編碼：每個量化

17、值再編碼為編碼：每個量化值再編碼為8 8位折疊二進制碼位折疊二進制碼碼速為：碼速為：80008000 8=64 K 8=64 K2.3 2.3 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸1 1、數(shù)字基帶信號、數(shù)字基帶信號數(shù)字終端設(shè)備直接產(chǎn)生數(shù)字終端設(shè)備直接產(chǎn)生A/DA/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換后從波形上看，數(shù)字信號普通是由不同電壓極性從波形上看，數(shù)字信號普通是由不同電壓極性如如5V5V或或5V5V表示的矩形脈沖表示的矩形脈沖矩形脈沖的固有頻寬稱做根本頻帶，即基帶，上矩形脈沖的固有頻寬稱做根本頻帶，即基帶，上述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字

18、基帶信號。述數(shù)字信號又統(tǒng)稱為數(shù)字基帶信號。2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸2、基帶傳輸、基帶傳輸將基帶信號直接送往信道中傳輸?shù)膫鬏敺绞剑粚⒒鶐盘栔苯铀屯诺乐袀鬏數(shù)膫鬏敺绞?；簡單說來，就是將數(shù)字信號簡單說來，就是將數(shù)字信號1或或0直接用兩種不同直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。如短間隔的脈沖編碼調(diào)制如短間隔的脈沖編碼調(diào)制PCM局間中繼、局局間中繼、局域網(wǎng)計算機間的數(shù)據(jù)傳送常采用基帶傳輸方式。域網(wǎng)計算機間的數(shù)據(jù)傳送常采用基帶傳輸方式。 2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸3、基帶傳輸碼型、基帶傳輸碼型選碼原那么選碼

19、原那么1不應含有直流分量和只需很小的低頻分量不應含有直流分量和只需很小的低頻分量 ；2便于從信號中提取位同步定時信息；便于從信號中提取位同步定時信息；3傳輸碼型應具有誤碼檢測功能；傳輸碼型應具有誤碼檢測功能；4對任何信源具有透明性，處理長連對任何信源具有透明性，處理長連1和和長連長連0問題問題 ；5編譯碼的設(shè)備應盡量簡單。編譯碼的設(shè)備應盡量簡單。2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸常用碼型常用碼型曼徹斯特碼又稱分相碼、數(shù)字雙相碼曼徹斯特碼又稱分相碼、數(shù)字雙相碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼AMI碼碼傳號反轉(zhuǎn)碼傳號反轉(zhuǎn)碼CMI碼碼三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼HDB3碼碼2.3.

20、1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸曼徹斯特碼曼徹斯特碼001 110 常用于計算機通訊網(wǎng)絡(luò)中常用于計算機通訊網(wǎng)絡(luò)中101100高 H低 L“ 1”高 電 平“ 0”低 電 平中 間 跳“ 0”上 跳“ 1”下 跳中 間 總 有 跳 變“ 0”開 頭 跳高 H低 L高 H低 L（ a） 不 歸 零 制 編 碼（ b） 曼 徹 斯 特 編 碼（ c） 差 分 曼 徹 斯 特 編 碼2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號交替反轉(zhuǎn)碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼AMI:Alternate Mark Inversion Code0 不變，不變，1交替變?yōu)榻惶孀優(yōu)?1和和-1北美系列一、二、三次群的線

21、路碼型北美系列一、二、三次群的線路碼型2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼HDB3碼：碼：High Density BipolarAMI碼中沒有四個連碼中沒有四個連0時，時， AMI碼就是碼就是HDB3碼碼AMI碼中有四個連碼中有四個連0時：時：第四個第四個0用用V代表，代表，V的極性與這四個的極性與這四個0的前一個的前一個非非0碼極性一樣。碼極性一樣。為保證為保證V的極性不同假設(shè)徑上面變換出現(xiàn)一樣的極性不同假設(shè)徑上面變換出現(xiàn)一樣情況，那么第一個情況，那么第一個0用用B代表，代表，B的極性與前一的極性與前一非非0符號極性相反。符號極性相反。2.3

22、.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸音訊帶碼：音訊帶碼： 1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1AMI碼：碼：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 1 000 0 +1HDB3碼碼-1 000-V 0 +1 1 +B00+V -1 +1-B00+V +1HDB3碼是碼是CCITT建議建議PCM30/32規(guī)范系列的規(guī)范系列的基群、二次群、三次群的線路碼型?；骸⒍稳?、三次群的線路碼型。2.3.1 2.3.1 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸傳號反轉(zhuǎn)碼傳號反轉(zhuǎn)碼CMI碼：碼：Code Mark Inversion001 100/11交替。交替。CCITT建議四次群接口

23、碼型。建議四次群接口碼型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 002.3.2 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸1、定義、定義利用數(shù)字基帶信號去控制載波，從而實現(xiàn)數(shù)字信利用數(shù)字基帶信號去控制載波，從而實現(xiàn)數(shù)字信號對載波的調(diào)制，以構(gòu)成數(shù)字信號的載波傳輸。號對載波的調(diào)制，以構(gòu)成數(shù)字信號的載波傳輸。必需經(jīng)過調(diào)制器頻帶調(diào)制器，將數(shù)字信號調(diào)必需經(jīng)過調(diào)制器頻帶調(diào)制器，將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號后再送往信道傳輸，稱之為數(shù)字信制成模擬信號后再送往信道傳輸，稱之為數(shù)字信號的頻帶傳輸。號的頻帶傳輸。2.3.2 2.3.2 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸2、常用調(diào)制方法、常用調(diào)制方法調(diào)制：使載波信號的某個參量隨即帶信號的變化調(diào)制：使載波信號的某個參量隨即帶信號的變化而變化。而變化。由于數(shù)字調(diào)制方式中調(diào)制信號是由于數(shù)字調(diào)制方式中調(diào)制信號是“1或或“0，對載波參數(shù)的控制相當于開關(guān)，所以數(shù)字調(diào)