現(xiàn)代通信原理電子教案-附有練習(xí)習(xí)題：第03章-數(shù)字基帶調(diào)制與傳輸

現(xiàn)代通信原理〔第3版〕第3章

數(shù)字基帶調(diào)制與傳輸本章學(xué)習(xí)要求：了解：數(shù)字通信系統(tǒng)中幾種常用的二元、三元基帶數(shù)字信號(hào)如單極性歸零碼、單極性非歸零碼、雙極性歸零碼、雙極性非歸零碼、差分碼、AMI碼和HDB3碼等。掌握：對(duì)PCM脈沖編碼調(diào)制的抽樣、量化及編碼三個(gè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，指出了模擬信號(hào)數(shù)字化的根本方法。其中還具體討論了抽樣過(guò)程中的自然抽樣和平頂抽樣、量化中的均勻量化和非均勻量化〔A律、μ律〕、13折線和15折線近似以及編碼中的A律13折線PCM編碼等問(wèn)題并由PCM編碼引出了有關(guān)差分脈沖編碼調(diào)制〔DPCM〕和增量調(diào)制〔ΔM〕的根本原理介紹。掌握：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型掌握：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類方法了解：典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)了解：詳細(xì)介紹了數(shù)字基帶傳輸過(guò)程中的一些問(wèn)題，如基帶系統(tǒng)模型、理想低通系統(tǒng)、具有滾降特性的無(wú)碼間干擾的濾波器系統(tǒng)、信道均衡技術(shù)和局部響應(yīng)技術(shù)等，以及如何通過(guò)眼圖來(lái)衡量基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。了解：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題3.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型及其功率譜1、數(shù)字基帶信號(hào)——未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信息代碼所對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)都是從低頻甚至直流開(kāi)始的。2、數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸——在某些有線信道中，尤其是近距離情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)調(diào)制直接傳輸，而這個(gè)傳輸系統(tǒng)就是基帶傳輸系統(tǒng)。3、碼型——確定碼元的脈沖波形及碼元序列的格式。4、碼型變換——數(shù)字信息的電脈沖表示過(guò)程。5、根據(jù)一般信道的特點(diǎn)，選擇傳輸碼的碼型時(shí)，主要應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：〔1〕碼型中低頻和高頻頻率的分量應(yīng)盡量少，尤其頻譜中不能含有直流分量；〔2〕碼型中應(yīng)包含定時(shí)信息：不能有長(zhǎng)的連0碼或連1碼，以便提取同步定時(shí)信息；〔3〕碼型變換設(shè)備必須簡(jiǎn)單而且可靠；〔4〕碼型具有一定的檢錯(cuò)能力：假設(shè)傳輸碼型有一定的規(guī)律，接收方就可以根據(jù)這一規(guī)律進(jìn)行檢測(cè)，以判斷接收信碼的正確與否；〔5〕碼型變換應(yīng)與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)。3．1．1二元碼最簡(jiǎn)單的二元碼基帶信號(hào)波形為矩形，只有兩種幅度電平取值，分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼的“1〞和“0〞。3．1．1．1單極性非歸零碼單極性非歸零碼簡(jiǎn)稱單極性碼如圖a所示，其中“1〞和“0〞分別對(duì)應(yīng)正電壓和零電位〔或負(fù)電壓和零電位〕，整個(gè)碼元期間電平保持不變。這是一種最簡(jiǎn)單的傳輸碼，但其性能較差，只適于極短距離的傳輸，故很少采用。3．1．1．2雙極性非歸零碼雙極性非歸零碼簡(jiǎn)稱雙極性碼如圖〔b〕所示，該碼用正電平和負(fù)電平分別表示1和0，在整個(gè)碼元期間電平保持不變。3．1．1．3單極性歸零碼單極性歸零碼如圖〔c〕所示，常記作RZ碼。該碼在發(fā)送1時(shí)僅在整個(gè)碼元期間T內(nèi)只持續(xù)一段時(shí)間τ的高電平，其余時(shí)間內(nèi)那么返回到零電平；發(fā)送0時(shí)就直接用零電平表示。稱高電平持續(xù)時(shí)間和整個(gè)碼元周期之比為占空比，通常使用半占空碼，即其。3.1.1.4雙極性歸零碼

雙極性歸零碼如圖3—1〔d〕所示，用正極性的歸零碼和負(fù)極性的歸零碼分別表示1和0。這種碼兼有雙極性和歸零的特點(diǎn)。圖3—2是典型的矩形波的功率譜。其分布似花瓣?duì)?，第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)之內(nèi)的花瓣最大，稱為主瓣，其余的稱為旁瓣。主瓣內(nèi)集中了信號(hào)的絕大局部功率，所以主瓣的寬度可以作為信號(hào)的近似帶寬，通常稱為譜零點(diǎn)帶寬。3.1.2差分碼1、在差分碼中，1、0分別用相鄰碼元電平是否發(fā)生跳變來(lái)表示。假設(shè)用相鄰電平發(fā)生跳變來(lái)表示碼元1，那么稱之為傳號(hào)差分碼，記做NRZ〔M〕碼。如圖〔e〕所示。假設(shè)用相鄰電平發(fā)生跳變來(lái)表示碼元0，就叫做空號(hào)差分碼，記為NRZ〔S〕碼。如圖〔f〕所示。2、由于它用電平的變化而非電平的大小來(lái)傳輸信息，即它的信碼1、0與電平之間不存在絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，它可以解決相位鍵控同步解調(diào)時(shí)因接收端本地載波相位倒置而引起的信息1、0倒換問(wèn)題即相位模糊現(xiàn)象，故差分碼得到廣泛應(yīng)用。由于差分碼中的電平僅具有相對(duì)意義，因而又稱之為相對(duì)碼。3.1.3非歸零單極性碼的功率譜

1、設(shè)信碼0、1等概率出現(xiàn)，單個(gè)1碼的波形是幅度為A的矩形脈沖，時(shí)域波形如下圖。2、設(shè)二元碼表達(dá)式為：設(shè)單個(gè)1碼的波形為，單個(gè)0碼的波形為。非歸零單極性碼的功率譜可表示為：功率譜的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)在處。因此，單極性不歸零碼的譜零點(diǎn)帶寬為：3.1.4非歸零、雙極性碼的功率譜1、雙極性非歸零碼的波形2、非歸零雙極性碼的功率譜其頻譜中沒(méi)有離散分量，功率譜中的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)在處，因此，雙極性不歸零碼的譜零點(diǎn)帶寬為：3.1.5偽三元碼及其功率譜

三元碼指的是用信號(hào)幅度的三種取值〔+A，0，﹣A〕或〔+1，0，﹣1〕來(lái)表示二進(jìn)制信碼。3.1.5.1傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼AMI碼1、二進(jìn)制碼元0用0電平表示，二進(jìn)制碼元1那么交替地用+1和﹣1的半占空歸零碼表示，如圖〔a〕所示。圖3—5偽三元碼波形AMI碼的功率譜如圖3—6所示，顯然，該功率譜無(wú)直流分量，低頻分量也較小，能量主要集中在頻率為碼速處。圖3—6AMI碼和HDB3碼的功率譜HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是：先把二進(jìn)制碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒(méi)有4個(gè)以上連0碼時(shí)，該AMI碼就是HDB3碼；當(dāng)出現(xiàn)了4個(gè)以上的連0碼時(shí)，那么將每4個(gè)連0碼組成的一小段中的第4個(gè)0變換成與其前一個(gè)非0符號(hào)〔+1或﹣1〕同極性的符號(hào)。AMI碼和HDB3碼的功率譜如圖3—6所示。3.1.5.2HDB3碼3.2脈沖編碼調(diào)制PCM1、脈沖編碼調(diào)制〔PCM〕——一種將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式。PCM在光纖通信、數(shù)字微波通信及衛(wèi)星通信中都得到了廣泛的應(yīng)用。2、PCM過(guò)程主要包括抽樣、量化和編碼三個(gè)步驟。抽樣把在時(shí)間上連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散而幅度上連續(xù)的抽樣信號(hào)；量化那么把幅度上連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度上離散的量化信號(hào)；編碼那么是把時(shí)間和幅度都已離散的量化信號(hào)用二進(jìn)制碼組表示。3、從調(diào)制的觀點(diǎn)來(lái)看，PCM就是以模擬信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，對(duì)二進(jìn)制脈沖序列進(jìn)行載波調(diào)制，從而改變脈沖序列中各個(gè)碼元的取值。所以，通常也把PCM叫做脈沖編碼調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈碼調(diào)制。3.2.1抽樣和抽樣定理星型1、將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間上離散的抽樣值的過(guò)程就是抽樣。2、抽樣定理——主要討論能否由離散的抽樣值序列重新恢復(fù)原始模擬信號(hào)的問(wèn)題3.2.1.1低通型信號(hào)抽樣定理1、低通型信號(hào)的抽樣定理是：一個(gè)頻帶限制在內(nèi)的連續(xù)信號(hào)，如果抽樣頻率大于或等于，那么可以被所得到的抽樣值完全確定。2、設(shè)為一個(gè)頻帶限制在內(nèi)的低通信號(hào)，抽樣脈沖序列是一個(gè)周期性沖擊函數(shù)，那么抽樣信號(hào)可看成是和相乘的結(jié)果，接收端可通過(guò)截止頻率為的低通濾波器來(lái)恢復(fù)原信號(hào)，如圖3—8所示。圖3—7抽樣信號(hào)的形成過(guò)程圖3—8抽樣與恢復(fù)

3.2.1.2帶通型信號(hào)的抽樣定理1、帶通信號(hào)的抽樣定理：假設(shè)帶通信號(hào)的上截止頻率為，下截止頻率為，此時(shí)并不一定需要抽樣頻率到達(dá)2或更高。只要此時(shí)的抽樣頻率滿足：那么接收端就可以完全無(wú)失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。其中，-，；為不超過(guò)的最大正整數(shù)。3．2．1．3自然抽樣1、脈沖調(diào)制——用基帶信號(hào)去改變脈沖序列的某些參數(shù)來(lái)完成。2、根據(jù)基帶信號(hào)改變脈沖序列信號(hào)的參數(shù)〔幅度、寬度、時(shí)間位置〕的不同，可把脈沖調(diào)制分為：脈幅調(diào)制〔PAM〕；〔脈幅調(diào)制PAM是根底〕脈寬調(diào)制〔PDM〕；脈位調(diào)制〔PPM〕。3、自然抽樣是指抽樣脈沖期間抽樣信號(hào)的頂部保持原來(lái)被抽樣的模擬信號(hào)的變化規(guī)律，也稱之為曲頂抽樣，其實(shí)現(xiàn)方式很簡(jiǎn)單，直接用窄脈沖序列與模擬信號(hào)相乘即可。圖3—10自然抽樣4、自然抽樣過(guò)程的波形及其所對(duì)應(yīng)的頻譜如圖3—10所示。從圖中可以看出，接收端只需使用相應(yīng)的低通濾波器，便可從抽樣信號(hào)中無(wú)失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。3．2．1．4平頂抽樣1、平頂抽樣或瞬時(shí)抽樣——在抽樣期間內(nèi)使輸出的抽樣信號(hào)幅度保持不變。2、實(shí)際抽樣過(guò)程中，平頂抽樣是先通過(guò)窄脈沖序列完成自然抽樣后，再利用脈沖形成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3、理論上平頂抽樣可分解為如下兩步來(lái)進(jìn)行：第一，理想抽樣；第二，用一個(gè)沖擊響應(yīng)為矩形的網(wǎng)絡(luò)對(duì)抽樣值進(jìn)行幅度值保持〔即脈沖形成電路〕，其電路框圖如圖3—11所示。平頂抽樣信號(hào)如圖3—12所示。圖3—11平頂抽樣的產(chǎn)生原理圖3—12平頂抽樣信號(hào)3．2．2量化1、對(duì)抽樣信號(hào)的幅度進(jìn)行離散化處理的過(guò)程就是量化，完成量化過(guò)程的器件就叫做量化器。2、量化的過(guò)程可用圖3—14所示的方框圖表示。3、量化器輸出和輸入之間的關(guān)系稱為量化特性。一個(gè)理想的線性系統(tǒng)其輸出——輸入特性是一條直線，量化器的輸出——輸入特性那么是階梯形曲線。相鄰兩個(gè)階梯面之間的距離為階距。均勻量化器由于階距相等，其特性曲線呈等間距跳躍的形式，如圖3—15。非均勻量化器的特性曲線是不等間距地跳躍的。根據(jù)各階梯面的位置，特性曲線又可分為中升型和中平型。圖3—15均勻量化特性和量化誤差

3.2.2.2非均勻量化1、量化間隔不相等的量化就是非均勻量化，它是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的。2、從理論分析的角度，非均勻量化可以認(rèn)為是先對(duì)信號(hào)進(jìn)行非線性變換，然后再進(jìn)行均勻量化的結(jié)果，如圖3—16所示。圖3—16非均勻量化3、由于和分別具有把信號(hào)幅度范圍壓縮與擴(kuò)張的作用，所以常把的變換過(guò)程稱為壓縮，其逆變換那么叫做擴(kuò)張。4、采用壓縮律和壓縮律兩種壓縮特性，具有對(duì)數(shù)特性且通過(guò)原點(diǎn)呈中心對(duì)稱的曲線?！?〕A律對(duì)數(shù)壓縮特性定義為：圖3—18對(duì)數(shù)壓縮特性律對(duì)數(shù)壓縮的特性曲線,如圖3—18(a)所示，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中取〔2〕μ律對(duì)數(shù)壓縮特性定義為：特性曲線如圖3—18(b)所示。5、以μ律為例來(lái)說(shuō)明壓縮律特性對(duì)小信號(hào)量化信噪比的改善程度。根據(jù)計(jì)算得到量化信噪比改善程度與輸入電平的關(guān)系如圖3—19所示。圖3—19有無(wú)壓縮的比較曲線由圖3—19可見(jiàn)：無(wú)壓縮時(shí)，信噪比隨輸入信號(hào)的減小迅速呈直線趨勢(shì)下降；有壓縮時(shí)，雖然大信號(hào)時(shí)的信噪比低于無(wú)壓縮時(shí)，但整個(gè)信噪比隨輸入信號(hào)的下降明顯緩慢。假設(shè)要求量化器輸出信噪比大于26dB：對(duì)于即無(wú)壓縮的情況，輸入信號(hào)必須大于–18dB；對(duì)于，輸入信號(hào)只要大于–36dB即可?？梢?jiàn)，采用壓縮量化器提高了小信號(hào)的信噪比，雖然大信號(hào)時(shí)信噪比有所損失，但由于大信號(hào)的信號(hào)功率比較大而對(duì)其影響不大，從而擴(kuò)大了輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。6、對(duì)數(shù)壓縮特性的折線近似

律壓縮特性采用13折線近似，該折線是一個(gè)奇對(duì)稱的圖形，如圖3—20所示，圖中只畫(huà)出了輸入信號(hào)為正時(shí)的情形。輸入信號(hào)幅度的歸一化范圍為〔0，1〕，將其不均勻地劃分為8個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度按照1/8倍的關(guān)系遞減。圖3—20A律13折線

3．2．3編碼把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過(guò)程叫做編碼，其逆過(guò)程那么為譯碼。3．2．3．1二進(jìn)制碼組的選取PCM編碼常用的二進(jìn)制碼組有自然二進(jìn)制碼組、折疊二進(jìn)制碼組和格雷二進(jìn)制碼組，自然二進(jìn)制碼就是一般十進(jìn)制正整數(shù)的二進(jìn)制表示。折疊二進(jìn)制碼的第一位那么用來(lái)表示信號(hào)的正負(fù)極性，從第二位開(kāi)始表示信號(hào)幅度絕對(duì)值的大小，一般第一位用1、0分別表示正、負(fù)。格雷碼是對(duì)于任何相鄰的十進(jìn)制數(shù)值，其相應(yīng)的二進(jìn)制格雷碼碼組之間必然只有一位碼元發(fā)生變化。3．2．3．2A律13折線PCM編碼1.負(fù)方向共有16個(gè)段落，每一個(gè)段落內(nèi)又均勻地劃分出16個(gè)量化級(jí)，總的量化級(jí)數(shù)為個(gè)，取編碼位數(shù)。設(shè)該8位PCM碼的排序?yàn)椋篗1M2M3M4M5M6M7M8第1位M1為極性碼，1代表正極性，0代表負(fù)極性。第2至8位根據(jù)信號(hào)幅度抽樣量化后的絕對(duì)值大小進(jìn)行編碼，第2至4位M2M3M4為段落碼，該3位碼表示8個(gè)段落的起始電平值，即確定出信號(hào)位于8段中的哪個(gè)段落。第5至8位碼M5M6M7M8為段內(nèi)碼，表示信號(hào)絕對(duì)值在段內(nèi)16個(gè)量化級(jí)中的哪一個(gè)量化級(jí)上。是一種將壓縮、量化和編碼合為一體的編碼方法。2.13折線的非線性PCM編碼可由逐次比較型編碼器實(shí)現(xiàn)，如圖3—22所示。其電路由整流器、保持電路、比較器和本地譯碼電路等局部組成。圖3—22逐次比較型編碼器3．3PCM系統(tǒng)的噪聲1、PCM通信系統(tǒng)中重建信號(hào)不可防止的主要誤差來(lái)自模/數(shù)和數(shù)/模變換過(guò)程，即量化過(guò)程，信號(hào)的失真主要是量化失真。2、信道干擾主要有乘性干擾和加性干擾。乘性干擾與信道特性有關(guān)，信道理想的前提下可被忽略；加性干擾來(lái)自干擾源的鼓勵(lì)或輻射影響。影響接收端對(duì)信號(hào)碼元的準(zhǔn)確判決，從而造成誤碼；影響接收端位同步和幀同步脈沖的準(zhǔn)確性，從而進(jìn)一步引起誤碼。3、假設(shè)僅為量化引起的噪聲，即量化噪聲；為加性干擾引起的加性噪聲。系統(tǒng)的抗噪聲性能與信號(hào)噪聲比有關(guān)，系統(tǒng)總的信噪比的定義為：信噪比愈大，系統(tǒng)的抗噪聲性能愈好。只考慮由加性噪聲引起誤碼時(shí)，系統(tǒng)的輸出信噪比為：

由誤碼引起的信噪比與誤碼率成反比。3．4差分脈沖編碼調(diào)制DPCM

3．4．1差分脈沖編碼調(diào)制DPCM的原理差分脈沖編碼調(diào)制〔DPCM〕考慮了模擬信號(hào)抽樣后的幅度樣值中仍然保存的相關(guān)性，即前面的幅度樣值中包含有后面樣值的大局部信息，利用前面的幅度樣值來(lái)對(duì)后面的幅度樣值進(jìn)行編碼，大大降低了模擬信號(hào)編碼的位數(shù)，使信息傳輸?shù)谋忍芈室搽S之減小。圖3—24表示DPCM的原理3．4．2DPCM的編、譯碼過(guò)程

1、圖〔a〕為DPCM方式的編碼器的方框圖。開(kāi)始時(shí)，積分保持電路輸出為零，第一個(gè)抽樣的幅度樣值產(chǎn)生后直接通過(guò)第一個(gè)相加器送量化級(jí)。量化級(jí)的輸出為的量化值，把分成兩路，一路送到編碼器編成信碼送出；另一路送到第二個(gè)相加器。當(dāng)?shù)诙€(gè)抽樣幅度樣值到達(dá)第一個(gè)相加器后，與積分保持電路輸出的保持值相減得到，接著對(duì)進(jìn)行量化，量化后的輸出仍分成兩路，一路經(jīng)編碼輸出，另一路又到達(dá)第二個(gè)相加器，與保持值相加后得到，積分保持電路那么重新保持的值。接著第三個(gè)幅度樣值又到達(dá)第一個(gè)相加器，重復(fù)進(jìn)行的處理過(guò)程，輸出端那么不斷輸出除以外的、……等差值信號(hào)的PCM編碼。2、在圖(b)所示的DPCM譯碼器那么完成與上述編碼器相反的工作過(guò)程。從接收信號(hào)中恢復(fù)出差值，再把它與積分保持電路保持的的值相加，得到的量化值;再通過(guò)低通濾波器輸出;恢復(fù)原始模擬信號(hào)。3．4．3DPCM的性能

話音信號(hào)的傳輸處理在保持相同話音質(zhì)量的條件下，DPCM的編碼比特速率要比PCM的低；當(dāng)編碼位數(shù)n≥4時(shí)，DPCM系統(tǒng)傳送話音的量化信噪比要比PCM的高6dB。帶寬為1兆赫的黑白可視圖像信號(hào)按抽樣定理計(jì)算，抽樣頻率應(yīng)不小于2兆赫；采用DPCM方式時(shí)，每個(gè)樣值只需編成3位碼，即只需比特速率6Mbps就可以到達(dá)16Mbps的PCM所能到達(dá)的圖像質(zhì)量。3．5增量調(diào)制ΔM〔DM〕3．5．1增量調(diào)制原理1、增量調(diào)制〔ΔM〕將模擬信號(hào)變換成每個(gè)抽樣值僅與一位二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)序列，在接收端只需要一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)便可復(fù)制出原模擬信號(hào)。2、—一個(gè)頻帶有限的模擬信號(hào)如下圖?！A梯波形來(lái)逼近。只要時(shí)間間隔和臺(tái)階都很小，和將會(huì)相當(dāng)?shù)亟咏Ｈ缭隽空{(diào)制波形示意圖所示。圖3—26增量調(diào)制波形示意圖

3、ΔM信號(hào)的譯碼問(wèn)題——在接收端由二元碼序列恢復(fù)出階梯波形的問(wèn)題。接收端每收到一個(gè)“1〞碼就使譯碼輸出上升一個(gè)值；收到“0〞碼那么使輸出下降一個(gè)；連續(xù)收到“1〞碼〔或“0〞碼〕就使輸出一直上升〔或下降〕，這樣就可以近似地復(fù)制出階梯波；可由一個(gè)積分器來(lái)完成。圖〔a〕是一個(gè)積分器示意圖。圖〔b〕表示了該積分器的輸入、輸出波形。圖〔c〕所示的RC積分器，其時(shí)間常數(shù)，且遠(yuǎn)大于輸入二元碼的脈沖寬度。4、ΔM的編碼一個(gè)簡(jiǎn)單的ΔM編碼器組成如下圖工作過(guò)程如下：利用相減器對(duì)輸入的和進(jìn)行相減，然后在抽樣脈沖作用下將相減結(jié)果進(jìn)行極性判決。對(duì)于給定抽樣時(shí)刻，有如下判決規(guī)那么：，那么判決輸出“0〞碼，那么判決輸出“1〞碼3．5．2增量調(diào)制的量化噪聲

3．5．2．1過(guò)載量化噪聲1、過(guò)載量化噪聲發(fā)生在模擬信號(hào)斜率陡變時(shí)，由于臺(tái)階是固定的，而且單位時(shí)間內(nèi)臺(tái)階數(shù)也是確定的，階梯電壓波形就跟不上信號(hào)的變化，形成了很大失真的階梯電壓波形。2、最大跟蹤斜率為：其中，抽樣時(shí)間間隔為,抽樣頻率3、為了不發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，必須使和的乘積到達(dá)一定的數(shù)值，以使信號(hào)的實(shí)際斜率不超過(guò)這個(gè)數(shù)值，通?？捎迷龃蠡騺?lái)到達(dá)。3．5．2．2一般量化噪聲

如果沒(méi)有發(fā)生上述過(guò)載的情況，那么模擬信號(hào)與階梯波形之間的誤差引起的就是一般量化噪聲，如圖〔a〕所示。小或大那么一般量化噪聲就大，反之，大或小那么一般量化噪聲也小。3．6數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及其誤碼率

3．6．1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、基帶信號(hào)——系統(tǒng)對(duì)信號(hào)沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)。系統(tǒng)模型如下圖發(fā)送濾波器的作用是將形成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ?。接收濾波器的作用就是盡量抑制傳輸過(guò)程中疊加的噪聲，并使發(fā)生畸變的波形得以改善。抽樣判決器是為了進(jìn)一步提高接收系統(tǒng)可靠性而設(shè)置的，它一般由抽樣器和門(mén)限檢測(cè)器組成。3．6．2升余旋滾降濾波器

1、為使基帶脈沖傳輸系統(tǒng)獲得足夠小的誤碼率，必須最大限度地減小碼間干擾和隨機(jī)噪聲的影響。2、系統(tǒng)的輸出僅依賴于發(fā)送濾波器至接收濾波器的傳輸特性，即基帶傳輸特性：3、以為中心，具有奇對(duì)稱升余弦形狀過(guò)渡帶的這一類無(wú)碼間干擾波形，通稱為升余弦滾降信號(hào)，具有升余弦滾降信號(hào)特性的濾波器那么稱為升余弦滾降濾波器,其特性如以下圖所示。當(dāng)0<<1時(shí)，升余弦滾降的可表示為其為：越大，那么系統(tǒng)沖擊響應(yīng)波形衰減越快，濾波器實(shí)現(xiàn)越容易，但頻帶利用率越低；反之，越小，沖擊響應(yīng)波形衰減就越慢，頻帶利用率那么越高。

圖3—35幾種基帶傳輸系統(tǒng)特性3．6．3碼率和誤碼率

3．6．3．1碼率1、碼率又稱傳碼率，它是衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸速度快慢的指標(biāo)之一，其定義為每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是“波特〞，通常用符號(hào)表示。2、二進(jìn)制與進(jìn)制的碼元速率之間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：其中，二進(jìn)制碼元速率進(jìn)制碼元速率3．6．3．2誤碼率1、誤碼率是指接收到的錯(cuò)誤的碼元數(shù)在總傳送碼元數(shù)中所占的比例，它表示了碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，一般用表示。3．6．3．3最正確閾值最正確閾值是指使誤碼率通常最小時(shí)的判決門(mén)限電平，又稱為最正確門(mén)限電平。3．6．4誤碼率的一般公式

1、如果基帶傳輸系統(tǒng)無(wú)碼間干擾又無(wú)噪聲影響，那么接收端的判決電路就能夠無(wú)過(guò)失地恢復(fù)出原始的發(fā)送基帶信號(hào)。但信道中不可能沒(méi)有加性噪聲，即使是消除了碼間干擾，判決電路也會(huì)因干擾而很難做到無(wú)過(guò)失地恢復(fù)原始信號(hào)。2、采用雙極性基帶波形的情況基帶傳輸系統(tǒng)總誤碼率為：系統(tǒng)總誤碼率依賴于信號(hào)峰值A(chǔ)與噪聲均方根值之比，而與采用什么樣的信號(hào)形式無(wú)關(guān)，比值越大，系統(tǒng)總誤碼率就越小。3、采用單極性基帶波形，那么分別可求得最正確判決門(mén)限和誤碼率為：3．6．5眼圖1、眼圖分析方法為了衡量基帶傳輸系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，在實(shí)驗(yàn)室中，通常用示波器觀察接收信號(hào)波形的方法來(lái)分析碼間串?dāng)_和噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

2、具體做法：用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步，從示波器顯示的圖形上觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計(jì)出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度。

3、眼圖模型

抽樣時(shí)刻應(yīng)是“眼睛〞張開(kāi)最大的時(shí)刻；誤差的靈敏度可由眼圖的斜邊之斜率決定，斜率越陡，受定時(shí)誤差的影響就越大；圖中陰影區(qū)的垂直高度表示信號(hào)畸變范圍；圖中央的橫軸位置就對(duì)應(yīng)最正確判決門(mén)限電平；在抽樣時(shí)刻，上下兩陰影區(qū)之間的間隔距離的一半為系統(tǒng)的噪聲容限，假設(shè)噪聲的瞬時(shí)值超過(guò)這個(gè)容限，就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤判決。3．7信道均衡及局部響應(yīng)系統(tǒng)

3．7．1時(shí)域均衡及其功能1、對(duì)系統(tǒng)中的線性失真進(jìn)行校正的過(guò)程就叫做均衡實(shí)現(xiàn)均衡的濾波器就是均衡濾波器。2、均衡分為頻域均衡和時(shí)域均衡兩類。頻域均衡，就是使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。時(shí)域均衡是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件。3、時(shí)域均衡的根本思想可用以下圖的波形進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。利用波形補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)失真波形直接加以校正，可以通過(guò)觀察波形的方法直接進(jìn)行調(diào)節(jié)。4、按調(diào)整均衡濾波器的方式，時(shí)域均衡可分為手動(dòng)均衡和自動(dòng)均衡兩種；自動(dòng)均衡又可細(xì)分為預(yù)置式自動(dòng)均衡和自適應(yīng)式自動(dòng)均衡。預(yù)置式均衡是在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸之前，先傳輸預(yù)先規(guī)定的測(cè)試脈沖，然后按照迫零調(diào)整的原理自動(dòng)或手動(dòng)地分別調(diào)整各抽頭增益；自適應(yīng)式均衡那么是在數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程中，連續(xù)測(cè)量輸出信號(hào)與最正確調(diào)整值之間的誤差，并以此為依據(jù)來(lái)調(diào)整各抽頭增益。3．7．2局部響應(yīng)系統(tǒng)概念

1、有控制地在某些碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間干擾，而在其余碼的抽樣時(shí)刻無(wú)碼間干擾，就能使頻帶利用率提高到理論上的最大值波特/赫茲，同時(shí)又可以降低對(duì)定時(shí)精度的要求。通常把這種波形稱為局部響應(yīng)波形，利用局部響應(yīng)波形進(jìn)行傳送的基帶傳輸系統(tǒng)稱為局部響應(yīng)系統(tǒng)。2、對(duì)相鄰碼元的取樣時(shí)刻產(chǎn)生同極性串?dāng)_的波形稱為第一類局部響應(yīng)波形。3、第一類局部響應(yīng)系統(tǒng)組成方框圖整個(gè)處理過(guò)程可概括為“預(yù)編碼—相關(guān)編碼—模2處理〞三步。3.8有線電視播送系統(tǒng)簡(jiǎn)介目前的有線電視網(wǎng)，絕大多數(shù)是光纖/同軸電纜混合網(wǎng)〔HFC網(wǎng)〕，帶寬為450～850MHz，傳送約80套模擬節(jié)目。3．8．1有線電視簡(jiǎn)介3．8．1．1有線電視歷史有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始“三網(wǎng)融合〞3．8．1．2我國(guó)有線電視網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀現(xiàn)階段我國(guó)有線電視接入網(wǎng)大多數(shù)采用光纖/同軸電纜混合網(wǎng)HFC模式，同時(shí)運(yùn)用ATM、寬帶IP、CableModem、CablePhone、機(jī)頂盒STB等技術(shù)，為大容量信息業(yè)務(wù)的承載傳輸和運(yùn)營(yíng)提供支持。有線電視產(chǎn)業(yè)大致包括有線電視專業(yè)頻道效勞，市場(chǎng)很大，社會(huì)需求也十分強(qiáng)烈，主要用于社會(huì)教育、專業(yè)教育和體育等；有線電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和器材；有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸效勞。3．8．1．3有線電視系統(tǒng)分類按頻道帶寬劃分，可分為鄰頻系統(tǒng)〔300、450、550、750、860MHZ〕和隔頻系統(tǒng)〔全頻道分段調(diào)節(jié)系統(tǒng)〕；按信號(hào)傳輸所使用的介質(zhì)劃分，可分為全同軸電纜和光纖/同軸電纜混合系統(tǒng)HFC、光纖到大樓FTTB、光纖到效勞區(qū)、光纖到路邊、光纖到戶〔FTTH〕等系統(tǒng)；按電視信號(hào)的調(diào)制接入方式，分為調(diào)頻傳輸系統(tǒng)FM、微波寬帶傳輸系統(tǒng)AML、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)LMDS、多路微波分配系統(tǒng)MMDS；按構(gòu)成有線傳輸電視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以將其分為星型、環(huán)型、網(wǎng)狀和混合型系統(tǒng)。3．8．1．4播送電視節(jié)目制作傳播流程播送電視信號(hào)從制作開(kāi)始到用戶收看為止，包括節(jié)目制作；節(jié)目播出；節(jié)目傳送；信號(hào)發(fā)射；信號(hào)監(jiān)測(cè)；信號(hào)接收完成從把聲音、圖像轉(zhuǎn)換為可傳播的信息載體，通過(guò)傳播、接收，在接收端再?gòu)?fù)原成聲音和圖像。3．8．2有線電視信號(hào)

3．8．2．1播送電視信號(hào)組成播送電視信號(hào)主要包括聲音和圖像兩類信號(hào)。聲音信號(hào)是指人的耳朵可以感覺(jué)到的那局部信號(hào)，其頻率范圍主要在50Hz～10KHz之間。圖像信號(hào)主要指PAL制式下的彩色全電視信號(hào)視頻信號(hào)：頻率范圍為0～，包括亮度信號(hào)、色度信號(hào)、同步信號(hào)和消隱信號(hào)；音頻副載波：彩色副載波信號(hào)音頻副載波是頻率的信號(hào)，彩色副載波那么是載頻的信號(hào)。3．8．2．2地面有線播送電視信號(hào)地面有線播送電視系統(tǒng)使用的頻段應(yīng)選在超短波范圍、米波和分米波。我國(guó)確定的有線播送電視系統(tǒng)選用頻段為甚高頻VHF和超高頻UHF兩個(gè)，其頻率范圍分別如下。甚高頻VHF——〔48～223MHz〕超高頻UHF——〔470～960MHz〕有線播送電視系統(tǒng)圖像信號(hào)采用殘留邊帶(VSB)調(diào)幅，伴音信號(hào)采用調(diào)頻方式。以8MHz為間隔，我國(guó)電視頻道在VHF和UHF頻段共分為68個(gè)頻道，其中，頻率為92～167MHz、566～606MHz的局部供調(diào)頻播送和無(wú)線電通信使用〔調(diào)頻播送使用88～108MHz，其中88～92MHz頻帶內(nèi)可以安排電視頻道〕。3．8．3電視信號(hào)傳輸

電視信號(hào)的傳輸可分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩種?；鶐鬏斢糜诮嚯x傳輸?shù)那闆r，它將視頻〔V〕/音頻〔A〕信號(hào)分別傳輸。頻帶傳輸方式，即將A/V信號(hào)合成后，再經(jīng)過(guò)頻帶調(diào)制后進(jìn)行傳輸，其調(diào)制方式：模擬調(diào)頻模擬調(diào)幅數(shù)字調(diào)制有線電視傳輸系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)真正遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸，一般首先都要通過(guò)微波中繼、電視差轉(zhuǎn)和衛(wèi)星電視播送三種方式來(lái)進(jìn)行大范圍傳播。3．8．4有線電視系統(tǒng)

3．8．4．1有線電視系統(tǒng)構(gòu)成1、有線電視系統(tǒng)的組成信號(hào)源：提供傳送播送電視信號(hào)節(jié)目的源頭；前端：位于信號(hào)源與干線傳輸系統(tǒng)之間的信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換設(shè)備；干線傳輸：是有線電視系統(tǒng)的重要組成局部，它擔(dān)負(fù)向分前端及用戶分配網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量地傳送信號(hào)的功能；分配網(wǎng)絡(luò)：把干線傳輸來(lái)的電視信號(hào)經(jīng)分配系統(tǒng)均勻地送到千家萬(wàn)戶。2、有線電視系統(tǒng)常用的主要設(shè)備與器材主要包括接收天線、接收機(jī)、解調(diào)器和解碼器〔適配器〕、調(diào)制器、信號(hào)處理器、混合器、放大器、分支分配器、用戶終端盒、同軸電纜、光纜、光發(fā)射機(jī)、光放大器、光接收機(jī)，光隔離器等。3．8．4．2有線電視系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

1、信噪比和載噪比影響電視節(jié)目收看質(zhì)量的主要有滾道干擾〔50Hz～幾百Hz的市電和電源干擾〕網(wǎng)狀干擾〔幾KHz～幾十MHz的中、短波信號(hào)、等空中無(wú)線電信號(hào)干擾〕，由日光燈、發(fā)動(dòng)機(jī)和高頻設(shè)備產(chǎn)生的雪花和橫線干擾。用信噪比和載噪比衡量電視傳輸系統(tǒng)對(duì)噪聲、干擾的抵抗能力：信噪比表示視、音頻信號(hào)的功率與噪聲功率之比載噪比表示高頻載波與噪聲的相對(duì)強(qiáng)度，是恒量射頻信號(hào)通道傳輸質(zhì)量的重要指標(biāo)，也反映了音、視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸解調(diào)后的信號(hào)質(zhì)量2、電視信號(hào)的圖像質(zhì)量等級(jí)3、非線性失真衡量系統(tǒng)本身在信號(hào)傳輸過(guò)程中對(duì)信號(hào)的損傷程度的，主要包括：交擾調(diào)制比CM：是一個(gè)信號(hào)被另一個(gè)信號(hào)的振幅所調(diào)制、并落在調(diào)制載波的同一個(gè)頻道內(nèi)，而形成兩個(gè)信號(hào)的相互干擾，它不產(chǎn)生新的頻率；載波互調(diào)比IM：是多個(gè)信號(hào)的載波互調(diào)后，落入某一個(gè)電視頻道中對(duì)視頻信號(hào)形成的斜紋干擾。小結(jié)1、介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)中幾種常用的二元、三元基帶數(shù)字信號(hào)如單極性歸零碼、單極性非歸零碼、雙極性歸零碼、雙極性非歸零碼、差分碼、AMI碼和HDB3碼等。2、詳細(xì)介紹了數(shù)字基帶傳輸過(guò)程中的一些問(wèn)題，如基帶系統(tǒng)模型、理想低通系統(tǒng)、具有滾降特性的無(wú)碼間干擾的濾波器系統(tǒng)、信道均衡技術(shù)和局部響應(yīng)技術(shù)等，以及如何通過(guò)眼圖來(lái)衡量基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。3、對(duì)PCM脈沖編碼調(diào)制的抽樣、量化及編碼三個(gè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，指出了模擬信號(hào)數(shù)字化的根本方法。其中還具體討論了抽樣過(guò)程中的自然抽樣和平頂抽樣、量化中的均勻量化和非均勻量化〔A律、μ律〕、13折線和15折線近似以及編碼中的A律13折線PCM編碼等問(wèn)題并由PCM編碼引出了有關(guān)差分脈沖編碼調(diào)制〔DPCM〕和增量調(diào)制〔ΔM〕的根本原理介紹。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)2常見(jiàn)基帶碼型及變換一、實(shí)訓(xùn)目的通過(guò)觀察和比照分析，掌握常見(jiàn)的數(shù)字基帶傳輸碼型的編碼規(guī)那么，理解利用FPGA實(shí)現(xiàn)碼型變換的方法，進(jìn)一步熟悉NRZ碼、RZ碼、BRZ碼、BNRZ碼、AMI碼、HDB3碼的波形。本實(shí)訓(xùn)需信號(hào)源、20M雙蹤示波器、頻率計(jì)各一臺(tái)，以及相關(guān)的基代傳輸信號(hào)碼型變換電路模塊。二、實(shí)訓(xùn)原理1、常見(jiàn)基帶碼編碼規(guī)那么①單極性不歸零NRZ碼：用高、低電平分別表示二進(jìn)制信息“1〞和“0〞，在整個(gè)碼元期間電平保持不變，如圖〔a〕所示。②單極性歸零RZ碼：發(fā)送“1〞時(shí)在整個(gè)碼元期間高電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間內(nèi)那么返回到零電平，如以下圖〔b〕所示。③雙極性不歸零BNRZ碼：用正電平和負(fù)電平分別表示“1〞和“0〞，并在整個(gè)碼元期間電平保持不變，如圖〔c〕所示。④雙極性歸零BRZ碼：發(fā)送“1〞和“0〞時(shí)，在整個(gè)碼元期間高電平或低電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間內(nèi)那么返回到零電平，如圖〔d〕所示。⑤傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)AMI碼：信碼“0〞仍變換為傳輸碼的“0〞；信碼“1〞交替變換為傳輸碼的“+1、－1、＋1、－1、…〞。AMI碼無(wú)直流成分，接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反也能正確判斷，但當(dāng)用它來(lái)獲取定時(shí)信息時(shí)，由于可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串而會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。⑤傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)AMI碼：信碼“0〞仍變換為傳輸碼的“0〞；信碼“1〞交替變換為傳輸碼的“+1、－1、＋1、－1、…〞。AMI碼無(wú)直流成分，接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反也能正確判斷，但當(dāng)用它來(lái)獲取定時(shí)信息時(shí)，由于可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串而會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。⑥三階高密度雙極性HDB3碼：將4個(gè)連“0〞信息碼用取代節(jié)“000V〞或“B00V〞代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰“V〞碼中間有奇數(shù)個(gè)信息“1〞時(shí)取代節(jié)為“000V〞；偶數(shù)個(gè)信息“1〞碼〔包括0個(gè)〕時(shí)取代節(jié)為“B00V〞，其它信息“0〞仍為“0〞碼。這樣，信碼“1〞變?yōu)閹Х?hào)的“1〞碼〔“+1〞或“－1〞〕。HDB3碼除了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連0串減少到至多3個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)十分有利，因此被ITU-T推薦使用。2、基帶信號(hào)編碼電路信號(hào)源產(chǎn)生的方波信號(hào)一般都是單極性不歸零NRZ碼，將其作為原始信息，和位同步信號(hào)BS送入CPLD波形變換電路，即可得到各種單極性碼和各種雙極性碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)。如將NRZ碼經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘為BS的JK觸發(fā)器后，再與NRZ信號(hào)相與得信號(hào)AMIB，該AMIB信號(hào)與NRZ碼一起控制八路模擬開(kāi)關(guān)，所得輸出即為AMI碼。注：因?yàn)镃PLD的I/O接口不能直接連接負(fù)電平，所以需將代表正、負(fù)極性的兩路編碼信號(hào)分別輸出，再通過(guò)外加電路合成為雙極性碼。如HDB3的正、負(fù)極性編碼信號(hào)送入U(xiǎn)02的選通控制端，控制模擬開(kāi)關(guān)輪流選通正、負(fù)電平，從而得到完整的HDB3碼，如下圖。類似地，解碼時(shí)同樣也需先將雙極性HDB3碼變換成代表正、負(fù)極性的兩路信號(hào)，再送入CPLD解碼，如下圖。圖3.53HDB3編碼原理框圖圖3.54HDB3解碼原理框圖實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，注意觀察并仔細(xì)記錄各點(diǎn)波形及其相關(guān)數(shù)據(jù)〔頻率、幅度〕，包括：1．位同步信號(hào)BS、信號(hào)源輸出方波NRZ碼、編碼電路輸出RZ碼、BRZ碼、BNRZ碼、AMI碼、HDB3碼；2．各編碼信號(hào)送入解碼器后相應(yīng)的RZ碼、BRZ碼、BNRZ碼、AMI碼、HDB3碼解碼輸出。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)3PCM調(diào)制與解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)觀察PCM調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，分析PCM調(diào)制信號(hào)與基帶模擬信號(hào)之間的關(guān)系，掌握PCM調(diào)制與解調(diào)根本原理，進(jìn)一步熟悉定量分析模擬信號(hào)的13折線A律編碼法。通過(guò)了解TP3067的功能與使用方法，進(jìn)一步掌握PCM通信系統(tǒng)的工作流程。本實(shí)訓(xùn)需信號(hào)源、20M雙蹤示波器、穩(wěn)壓電源各一臺(tái)，以及模擬信號(hào)數(shù)字化電路模塊一套。二、實(shí)訓(xùn)原理〔一〕、PCM調(diào)制與解調(diào)脈沖編碼調(diào)制PCM就是將模擬信號(hào)抽樣量化，然后使已量化值變換成數(shù)字代碼，其系統(tǒng)框圖如圖。圖中，抽樣把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)；量化把時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)；編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。圖3.55PCM系統(tǒng)原理框圖國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)PCM碼組〔語(yǔ)音〕是用八位碼組代表一個(gè)抽樣值。編碼后的PCM碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端，用二進(jìn)制碼組重建模擬信號(hào)。解調(diào)過(guò)程中，一般采用抽樣保持電路。同時(shí)，在對(duì)模擬信號(hào)抽樣之前一般要進(jìn)行預(yù)濾波，預(yù)濾波是為了把原始語(yǔ)音信號(hào)的頻帶限制在300Hz～3400Hz內(nèi)，所以預(yù)濾波會(huì)引入一定的頻帶失真。在整個(gè)PCM通信系統(tǒng)中，重建信號(hào)的失真主要來(lái)源于量化以及信道傳輸誤碼。均勻量化的主要缺點(diǎn)是無(wú)論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，那么信號(hào)量化噪聲功率比也很小，對(duì)弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以到達(dá)要求。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中往往采用非均勻量化的方法。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A壓縮律。本實(shí)訓(xùn)采用的PCM編碼方式是A壓縮律，具有如下的壓縮律：A律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線，在電路上難以實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際中往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線〔〕的壓擴(kuò)特性。它根本保持連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)訓(xùn)模塊用到的PCM編碼芯片TP3067正是采用這種壓擴(kuò)特性來(lái)進(jìn)行編碼的。在現(xiàn)有的編碼方法中，假設(shè)按編碼的速度來(lái)分，大致可分為低速編碼和高速編碼兩類。編碼器的種類大體上也可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型和混合型。本實(shí)訓(xùn)模塊中PCM編碼芯片TP3067采用的是逐次比較型編碼。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。其中第一位表示量化值的極性，其余七位〔第二位至第八位〕那么表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體地，第2至4位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)。其余4位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來(lái)分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣，8個(gè)段落被劃分成128個(gè)量化級(jí)。2、PCM編譯碼電路圖3.56TP3067內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.57TP3067引腳圖編譯碼器的工作節(jié)奏由時(shí)序電路控制，在編碼電路中，進(jìn)行取樣、量化、編碼，譯碼電路經(jīng)過(guò)譯碼低通、放大后輸出模擬信號(hào)，把這兩局部集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器，它只能為一個(gè)用戶效勞，即同一時(shí)刻只能為一個(gè)用戶進(jìn)行A/D及D/A變換。如果同時(shí)有多路用戶需要效勞，那么需要多個(gè)單路編譯碼器協(xié)同工作。單路編譯碼器編好的8位PCM碼字是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去的，這個(gè)時(shí)隙號(hào)由A/D控制電路決定，在其它時(shí)隙時(shí)刻編碼器沒(méi)有輸出。同樣地，譯碼電路也只工作在一個(gè)固定的時(shí)隙。只要向A/D或D/A控制電路發(fā)送相關(guān)的命令，即可控制單路編譯碼器的發(fā)送和接收時(shí)隙，從而到達(dá)總線控制與交換的目的。圖3.58PCM系統(tǒng)電路圖PCM系統(tǒng)發(fā)送通道圖PCM系統(tǒng)接收通道實(shí)訓(xùn)中，注意觀察并記錄各點(diǎn)信號(hào)的波形，及其頻率、相位和峰-峰值。這些點(diǎn)主要是：2048KHz主時(shí)鐘、8KHz收發(fā)分幀同步信號(hào)、模擬輸入音頻信號(hào)、PCM編碼輸出信號(hào)、PCM解碼輸出波形等。實(shí)訓(xùn)中，關(guān)閉電源前應(yīng)首先去除所有外部輸入信號(hào)(如時(shí)鐘，同步脈沖等)后，再關(guān)編譯碼器電源。習(xí)題三

一、填空題1．未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信息代碼所對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)一般是從〔〕甚至〔〕頻率開(kāi)始的，所以一般把它們叫做數(shù)字基帶信號(hào)。由于基帶信號(hào)〔〕或〔〕成分豐富、提取〔〕不便以及易產(chǎn)生〔〕等，一般〔〕在普通信道中傳輸。2．三元碼指用信號(hào)幅度的三種取值〔〕或〔〕來(lái)表示的二進(jìn)制信碼，這種表示方法通常不是由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換到〔〕，而是某種特定的取代關(guān)系，所以三元碼又稱〔〕。三元碼的種類很多，常見(jiàn)的有〔〕、〔〕等。3．AMI碼的功率譜無(wú)直流分量，低頻分量也〔〕，能量主要集中在頻率為〔〕處。當(dāng)信息中出現(xiàn)長(zhǎng)連0碼時(shí)，由于AMI碼中長(zhǎng)時(shí)間不出現(xiàn)〔〕，將會(huì)出現(xiàn)難以提取定時(shí)信息的問(wèn)題。為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，人們提出了許多改進(jìn)AMI碼的方法，〔〕碼就是其中富有代表性的一種。4．脈沖編碼調(diào)制〔PCM〕是由〔〕國(guó)工程師AlecReeres1937年提出的，這是一種將〔〕信號(hào)變換成〔〕信號(hào)的編碼方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信及衛(wèi)星通信中都得到了廣泛的應(yīng)用。PCM過(guò)程主要包括〔〕、〔〕和編碼三個(gè)步驟。從調(diào)制的觀點(diǎn)來(lái)看，PCM就是以〔〕信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，對(duì)二進(jìn)制脈沖序列進(jìn)行〔〕調(diào)制，從而改變脈沖序列中各個(gè)碼元的取值。所以，通常也把PCM叫做〔〕調(diào)制，簡(jiǎn)稱〔〕調(diào)制。5．將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間上〔〕的抽樣值的過(guò)程就是抽樣。一個(gè)頻帶限制在內(nèi)的連續(xù)信號(hào)，如果抽樣頻率〔〕或〔〕，那么可以由抽樣值序列〔〕重建原始信號(hào)。這意味著對(duì)于信號(hào)中的最高頻率分量，至少在一個(gè)周期內(nèi)要對(duì)它取〔〕個(gè)樣值。該定理由Nyquist提出并證明，故我們把滿足抽樣定理的〔〕稱為奈奎斯特〔Nyquist〕頻率。6．量化器的輸出——輸入特性是〔〕曲線，相鄰兩個(gè)〔〕之間的距離為階距。均勻量化器由于階距〔〕，其特性曲線呈〔〕的形式，非均勻量化器的特性曲線那么是〔〕。量化器的輸入是〔〕值，輸出是〔〕的量化值，故輸入和輸出之間必然存在著〔〕，這是由于量化過(guò)程本身所引起的，所以叫〔〕。7．13折線的非線性PCM編碼通常由逐次比較型編碼器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)輸入的樣值脈沖大小編出相應(yīng)的8位二進(jìn)制代碼，除第一位〔〕外，其他7位二進(jìn)制代碼都是通過(guò)〔〕方式確定的。預(yù)先規(guī)定〔〕電流IW，當(dāng)樣值脈沖到來(lái)后，用〔〕的方法有規(guī)律地用各級(jí)IW去和樣值脈沖比較，每比較一次輸出〔〕位數(shù)碼，直到IW和抽樣值IS〔〕為止。8．PCM方式由于每個(gè)抽樣值的編碼位數(shù)較高而使信號(hào)中的〔〕成分加大，〔〕了傳輸信號(hào)的占用頻帶，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的傳輸十分不利。差分脈沖編碼調(diào)制〔DPCM〕考慮了模擬信號(hào)抽樣后的幅度樣值中仍然保存的〔〕，即〔〕的幅度樣值中包含有〔〕樣值的大局部信息，利用〔〕的幅度樣值來(lái)對(duì)〔〕的幅度樣值進(jìn)行編碼，〔〕了模擬信號(hào)編碼的位數(shù)，使信息傳輸?shù)谋忍芈室搽S之〔〕，在不影響通信質(zhì)量的前提下，克服了PCM系統(tǒng)的缺點(diǎn)。9．增量調(diào)制〔M〕是在PCM方式的根底上開(kāi)展起來(lái)的另一種模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)姆椒?。M將模擬信號(hào)變換成每個(gè)抽樣值僅與〔〕位二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)序列，在接收端只需要一個(gè)〔〕便可復(fù)制出原模擬信號(hào)。因而M編譯碼設(shè)備要比PCM的〔〕。10．升余弦滾降特性所形成的波形中，除抽樣點(diǎn)外其余所有抽樣點(diǎn)上信號(hào)〔〕，而且它的“尾巴〞相對(duì)于理想低通波形來(lái)說(shuō)衰減要〔〕，這對(duì)〔〕碼間干擾及〔〕都很有利。但升余弦特性的頻譜寬度〔〕，其頻帶利用率降為理想低通的〔〕，為〔〕波特/赫茲。11．為了衡量基帶傳輸系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，在實(shí)訓(xùn)室中通常用示波器觀察接收信號(hào)波形的方法來(lái)分析〔〕和〔〕對(duì)系統(tǒng)性能的影響，這就是〔〕分析法。具體地說(shuō)，就是用一個(gè)示波器跨接在〔〕的輸出端，然后調(diào)整示波器〔〕，使其與〔〕同步，這時(shí)就可以從示波器顯示的圖形上觀察〔〕和〔〕的影響了，從而估計(jì)出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度了。12．HDB3碼首先把二進(jìn)制碼變換成AMI碼，然后檢查AMI碼的〔〕。當(dāng)沒(méi)有〔〕個(gè)以上的連0碼出現(xiàn)時(shí)，就直接〔〕；否那么將〔〕變成與其前一個(gè)非0符號(hào)〔〕極性的符號(hào)，記為+V或﹣V。為使附加破壞點(diǎn)后的碼元序列仍具有〔〕、無(wú)直流分量的特性，必須使相鄰兩個(gè)破壞點(diǎn)所取的符號(hào)極性也〔〕。13．時(shí)間有限信號(hào)的頻譜是〔〕的，反之，頻帶受限信號(hào)的時(shí)域變換形式也是〔〕的。由于實(shí)際通信信道都有頻帶限制，故數(shù)字基帶信號(hào)在傳輸時(shí)，由于〔〕而不可防止地產(chǎn)生〔〕。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)帶限系統(tǒng)傳輸后，數(shù)字基帶信號(hào)的〔〕碼元之間，前面碼元的〔〕必然會(huì)對(duì)后面的碼元形成干擾，即碼間串?dāng)_ISI。14．局部響應(yīng)利用假設(shè)干個(gè)信號(hào)的〔〕現(xiàn)象，將他們按一定的規(guī)那么疊加，從而消除或降低〔〕。根據(jù)疊加方式的不同，構(gòu)成了Ⅰ、〔〕、Ⅲ、〔〕、Ⅴ共五類局部響應(yīng)波形，它們都包括預(yù)〔〕、〔〕、發(fā)送濾波器以及接收濾波器幾個(gè)局部。15．頻域均衡利用〔〕或〔〕對(duì)信道進(jìn)行補(bǔ)償，但其本質(zhì)上只是一種使信道到達(dá)平坦的〔〕和線性〔〕的固定技術(shù)。16．時(shí)域均衡技術(shù)的根本特點(diǎn)就是利用均衡器產(chǎn)生的〔〕補(bǔ)償原畸變波形，即用〔〕的方法對(duì)〔〕進(jìn)行直接校正，使最終輸出波形在抽樣時(shí)刻上最大限度地消除〔〕。二、單項(xiàng)選擇題1．對(duì)于同一組數(shù)字信息而言，它可以根據(jù)不同選擇得出不同形式的對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)，其頻譜結(jié)構(gòu)也將因此〔〕。A．相同B．相似C．不確定D．不同2．用相鄰電平發(fā)生跳變來(lái)表示碼元1，反之那么表示0的二元碼是〔〕。它由于信碼1、0與電平之間不存在絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以解決相位鍵控同步解調(diào)時(shí)的相位模糊現(xiàn)象而得到廣泛應(yīng)用。A．AMI碼 B．HDB3碼C．傳號(hào)差分NRZ〔M〕碼D．空號(hào)差分NRZ〔S〕碼3．由于頻譜中沒(méi)有離散分量，雙極性不歸零碼的功率譜中的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)在〔〕處，其譜零點(diǎn)帶寬因此為〔〕。A． B．C． D．E． F．G． H．4．對(duì)于帶寬B遠(yuǎn)小于中心頻率的帶通信號(hào)，設(shè)其上/下截止頻率分別為/，此時(shí)只要抽樣頻率滿足〔〕，那么接收端就可以完全無(wú)失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。其中：；；N為不超過(guò)的最大正整數(shù)。A． B． C． D．5．把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過(guò)程叫做〔〕，其逆過(guò)程那么為〔〕。A．濾波B．編碼C．譯碼D．抽樣6．無(wú)碼間干擾就是對(duì)在時(shí)刻抽樣時(shí)，有式〔〕成立。A． B．C． D．7．理想低通特性函數(shù)是符合無(wú)碼間干擾條件的，其沖擊響應(yīng)是一個(gè)〔〕類的波形。如果輸入數(shù)據(jù)以〔〕波特的速率進(jìn)行傳輸，那么在抽樣時(shí)刻上是不存在碼間干擾的，反之那么不行。故通常稱此速率為無(wú)碼間干擾時(shí)的最高碼元傳輸速率。A． B． C． D．E．等于F．不高于 G．不低于H．大于8．假設(shè)二進(jìn)制碼元速率為，N進(jìn)制碼元速率為，且，〔〕，那么二進(jìn)制與N進(jìn)制的碼元速率之間關(guān)系為〔〕。A．〔B〕 B．〔B〕C．〔B〕 D．〔B〕三、多項(xiàng)選擇題1．?dāng)?shù)字信息的電脈沖表示過(guò)程也叫碼型變換或選擇。根據(jù)一般信道的特點(diǎn)，選擇傳輸碼的碼型時(shí)，主要應(yīng)考慮〔〕。A．碼型中低頻分量應(yīng)盡量少，尤其頻譜中不能含有直流分量B．碼型中不能有長(zhǎng)的連0碼或連1碼，以便提取同步定時(shí)信息C．碼型應(yīng)具有一定的檢錯(cuò)能力，以便接收方判斷接收信碼的正確與否D．根據(jù)信源的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行碼形變換2．常見(jiàn)的二元碼基帶信號(hào)波形有〔〕。A．AMI碼 B．單極性非歸零碼C．雙極性非歸零碼 D．HDB3碼E．單極性歸零碼 F．雙極性歸零碼G．傳號(hào)差分碼 H．空號(hào)差分碼3．一般語(yǔ)音信號(hào)的頻率在〔300～3400Hz〕的范圍內(nèi)，把它看做是頻帶〔0～3400Hz〕的低通型信號(hào)，那么該信號(hào)的抽樣頻率為〔〕時(shí)，接收端可以無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)。A．3400Hz B．6800HzC．8000HzD．9800Hz4．以下關(guān)于均勻量化的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕。A．只要確定了量化器，那么其量化噪聲的平均功率是固定不變的B．量化噪聲的平均功率不完全由量化器決定C．當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，輸出信噪比很低D．弱信號(hào)的量化信噪比可能無(wú)法到達(dá)額定要求而對(duì)復(fù)原解調(diào)產(chǎn)生較大的影響5．PCM編碼常用的二進(jìn)制碼組是〔〕。從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)看，其中誤碼產(chǎn)生最少的是〔