現(xiàn)代通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課件

概述

第1章概述

1.1通信的基本概念 1.1.1通信系統(tǒng)模型 點與點之間建立的通信系統(tǒng)是通信的最基本形式，其模型可用圖1.1表示。這一模型包括信源、變換器、信道、噪聲源、反變換器和信宿等六個部分。

圖1.1點到點通信系統(tǒng)模型 (1)信源是指發(fā)出信息的信息源。在人與人之間通信的情況下，信源是指發(fā)出信息的人；在機器與機器之間通信的情況下，信源是發(fā)出信息的機器，如計算機或其他機器。不同的信源構(gòu)成不同形式的通信系統(tǒng)，如對應(yīng)語音形式信源的是電話通信系統(tǒng)，對應(yīng)文字形式信源的是電報通信系統(tǒng)和傳真通信系統(tǒng)等。

(2)變換器的功能是把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枴Ｒ话惴謳撞酵瓿桑菏紫劝逊请娦盘栕兂呻娦盘?，然后對電信號進行變換和處理，使它適合信道傳輸。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，為滿足不同的需求，需要進行不同的變換和處理，如調(diào)制、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、加密、糾錯等。 (3)信道是信號傳輸媒介的總稱。不同的信源形式對應(yīng)的變換處理方式不同，與之對應(yīng)的信道形式也不同。從大的類別來分，傳輸信道的類型有兩種，一種是電磁信號在自由空間中傳輸，這種信道叫做無線信道；另一種是使電磁信號被約束在某種傳輸線上傳輸，這種信道叫做有線信道。

(4)反變換器的功能是變換器的逆變換。因為變換器把不同形式的信息變換和處理成適合信道傳輸?shù)男盘?，通常這種信號不能為信息接收者直接接收，需要用反變換器把從信道上接收的信號變換為接收者可以接收的信息。 (5)信宿是信息傳送的終點，也就是信息接收者。它可以與信源相對應(yīng)，構(gòu)成人—人通信或機—機通信；也可以與信源不一致，構(gòu)成人—機通信或機—人通信。

(6)噪聲源不是人為實現(xiàn)的實體，在實際的通信系統(tǒng)中客觀存在，在模型中將它集中表示。實際上，干擾噪聲可能在信源處就混入了，也可能從構(gòu)成變換器的電子設(shè)備中引入。傳輸信道中的電磁感應(yīng)以及接收端的各種設(shè)備中也都可能引入干擾。 1.1.2電磁頻譜 電磁能量(信號)幾乎可以分布在無限的頻率范圍內(nèi)，通信系統(tǒng)中所采用的電磁信號的頻譜如圖1.2所示。頻率范圍的劃分如下：

(1)話音頻率VF(VoiceFrequencies)：300～3000Hz范圍內(nèi)的信號，并包含通常與人類語音相關(guān)的頻率。標(biāo)準(zhǔn)電話信道帶寬為300～3000Hz，統(tǒng)稱話音頻率或話音頻帶信道。

(2)甚低頻VLF(VeryLowFrequencies)：3～30kHz范圍內(nèi)的信號，它包括人類聽覺范圍的高端。VLF用于某些特殊的政府或軍事系統(tǒng)，比如潛艇通信。

(3)低頻LF(LowFrequencies)：30～300kHz范圍內(nèi)的信號，主要用于船舶和航空導(dǎo)航。 (4)中頻MF(MediumFrequencies)：300kHz～3MHz范圍內(nèi)的信號，主要用于商業(yè)AM無線電廣播(535～1605kHz)。

(5)高頻HF(HighFrequencies)：3～30MHz范圍內(nèi)的信號，常稱為短波(ShortWave)。大多數(shù)雙向無線電通信使用這個范圍。業(yè)余無線電和民用波段(CB)無線電也使用HF范圍內(nèi)的信號。

(6)甚高頻VHF(VeryHighFrequencies)：30～300MHz范圍內(nèi)的信號，常用于移動通信、船舶和航空通信、商業(yè)FM廣播(88～108MHz)及頻道2～13(54～216MHz)的商業(yè)電視廣播。圖1.2通信系統(tǒng)中的電磁頻譜 (7)特高頻UHF(UltraHighFrequencies)：300MHz～3GHz范圍內(nèi)的信號，由商業(yè)電視廣播頻道14～83、陸地移動通信業(yè)務(wù)、蜂窩電話、某些雷達(dá)和導(dǎo)航系統(tǒng)、微波及衛(wèi)星無線電系統(tǒng)所使用。一般說來，1GHz以上的頻率被認(rèn)為是微波頻率，它包含UHF范圍的高端

(8)超高頻SHF(SuperHighFrequencies)：3～30GHz范圍內(nèi)的信號，主要包括用于微波及衛(wèi)星無線電通信系統(tǒng)的頻率。

(9)極高頻EHF(ExtremelyHighFrequencies)：30～300GHz范圍內(nèi)的信號，除了十分復(fù)雜、昂貴及特殊的應(yīng)用外，很少用于無線電通信。極高頻亦稱毫米波。 (10)紅外(Infrared)：紅外頻率是0.3～300THz范圍內(nèi)的信號，通常不認(rèn)為是無線電波。紅外歸入電磁輻射，通常與熱有關(guān)系。紅外信號常用于制導(dǎo)系統(tǒng)、電子攝影及天文學(xué)。

(11)可見光(VisibleLight)：落入人眼視覺范圍(0.3～3PHz)內(nèi)的電磁頻率。 習(xí)慣將紅外、可見光等稱為光頻區(qū)域，對應(yīng)的電磁波稱為光波，光波通信系統(tǒng)已成為通信系統(tǒng)的一種主要傳輸技術(shù)。 1.1.3通信信道與通信容量 通信信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，是信號的傳輸媒體，可以分為有線信道和無線信道。有線信道的電磁能量被約束在某種傳輸線上傳輸，包括平行導(dǎo)體傳輸線、同軸電纜傳輸線、微帶傳輸線、波導(dǎo)傳輸線、光纖傳輸線等。無線信道有地波、空間波、天波等。

1.有線信道 傳輸線通常分為平衡式和非平衡式兩類。有線信道采用雙線平衡線，兩個導(dǎo)體承載電流，其中一個導(dǎo)體承載發(fā)出的信號，另一個承載返回的信號，這類傳輸稱為差分或平衡信號傳輸。平衡線對的優(yōu)點是大部分感應(yīng)的噪聲干擾(有時稱共模電壓)在兩條線上相等，在負(fù)載端抵消。共模信號被抵消稱為共模抑制(CMR)。共模抑制比(CMRR)通常是40～70dB。

只要兩根導(dǎo)線都不與地相連，任何一對傳輸線都可以在平衡模式下工作，包括有兩根中心導(dǎo)體和一個屏蔽線的同軸電纜。屏蔽線通常連接到地，以避免透過中心導(dǎo)體的靜態(tài)干擾。 有線信道采用非平衡傳輸線，一根電線是地電位，另一根是信號電位，這種傳輸稱為單端傳輸或非平衡信號傳輸。采用非平衡信號傳輸，地線可以作為其他信號傳輸線的參考。在這種情況下，信號傳輸?shù)绞裁吹胤?，地線也必須連接到那里。由于電線長度有阻抗、電感和電容，在地線任意兩點之間有一較小的電位差，因此，地線不是理想的參考點，而且還會引入噪聲。標(biāo)準(zhǔn)的兩導(dǎo)體同軸電纜是非平衡線，屏蔽線通常連接到地。

明線電纜是雙線并行導(dǎo)體，如圖1.3(a)所示。它僅僅由兩根并行線組成，中間由空氣隔離。間隔相等的設(shè)置絕緣襯墊可以保證兩導(dǎo)體的距離恒定，兩導(dǎo)體的距離通常在2～6英寸(1英寸＝2.54cm)之間。在傳輸TEM波的兩導(dǎo)體周圍，絕緣體僅僅是空氣。這類傳輸線的惟一優(yōu)點是它的結(jié)構(gòu)簡單。因為沒有屏蔽，所以明線傳輸線輻射損耗高并且易受噪聲的影響，這些是明線傳輸線最大的缺點。因此，明線傳輸線通常在平衡模式下工作。 雙線電纜是另一種雙線平行導(dǎo)體傳輸線，如圖1.3(b)所示。雙線電纜通常稱為帶狀電纜。除了兩導(dǎo)體間的襯墊用連續(xù)固體絕緣體取代以外，雙導(dǎo)線與明線傳輸線本質(zhì)上極為相似，這可以確保沿整個電纜均衡間隔。電視傳輸電纜兩導(dǎo)體間的距離是5～16英寸。通常，絕緣體的材料是特氟隆和聚乙烯。

雙絞線電纜是由兩根絕緣的導(dǎo)體扭絞在一起而形成的。通常以對為單位，并把它作為電纜的內(nèi)核，根據(jù)用途不同，其芯線要覆以不同的護套。相鄰的線對要以不同的節(jié)距(扭絞長度)進行扭絞，以減少由于相互感應(yīng)而形成的干擾。雙絞線電纜的主要常數(shù)是電參數(shù)(阻抗、感抗、電容和電導(dǎo)率)，它們要隨物理環(huán)境，如溫度、濕度和機械壓力以及制造工藝誤差等因素的變化而變化。雙絞線電纜如圖1.3(c)所示。

屏蔽電纜對是在平行雙線導(dǎo)體傳輸線外包上導(dǎo)電的金屬編織物。編織物要連接到地，起屏蔽作用，以減少輻射損耗和干擾，編織物可以避免信號輻射出去，也可以阻止電磁干擾到達(dá)內(nèi)部的信號導(dǎo)體。屏蔽的平行線對如圖1.3(d)所示，它包括兩個由固體絕緣體分隔的平行導(dǎo)體。整個結(jié)構(gòu)是包裹在編織導(dǎo)管中，然后再覆蓋保護的塑料外套。

同軸電纜。平行導(dǎo)體傳輸線適合于低頻應(yīng)用。然而在高頻段，它們的輻射損耗和絕緣損耗很大。因此，同軸導(dǎo)體被廣泛地用于高頻應(yīng)用以減少損耗并隔絕傳輸線路?；镜耐S電纜包括一個中心導(dǎo)體，周圍是同心的(與中心距離相同)外部導(dǎo)體。在相對高的頻段上，同軸外導(dǎo)體提供極好的屏蔽以防止外部干擾。然而在低頻應(yīng)用中，屏蔽的作用并不有效。同樣，同軸電纜的外導(dǎo)體一般是接地的，這限制了它只能用于非平衡應(yīng)用。 實際上有兩種同軸電纜：空氣填充型和固態(tài)柔韌型。圖1.3(e)給出空氣填充型同軸電纜。圖1.3通信中的常用傳輸媒質(zhì)

明線電纜；(b)雙線電纜(c)雙絞線電纜；(d)屏蔽電纜對；(e)空氣填充型同軸電纜；(f)固態(tài)柔韌型同軸電纜；(g)微帶線；(h)矩形波導(dǎo)

可以看到，中心導(dǎo)體被一同心的管狀外部導(dǎo)體包裹，絕緣體是空氣。外部導(dǎo)體被物理隔絕，由間隔器與中心導(dǎo)體隔離。間隔器由耐熱玻璃、聚苯乙烯和其他一些絕緣體組成。圖1.3(f)給出的是固態(tài)柔韌型同軸電纜，外部導(dǎo)體是柔韌的編織物，并與中心導(dǎo)體同軸，絕緣體是固態(tài)絕緣聚乙烯材料，以保證內(nèi)外導(dǎo)體的電隔離。內(nèi)導(dǎo)體是柔韌的銅線，可以是實心的也可以是空心的。空氣填充型同軸電纜造價相對昂貴，為減少損耗，空氣絕緣體必須對濕度無嚴(yán)格限制。固態(tài)柔韌型同軸電纜有較低損耗并且易于構(gòu)造、安裝和維護。兩種同軸電纜都可以防止外部輻射，自身輻射少且比平行線的工作頻段高。同軸電纜的主要缺點是昂貴且必須用于非平衡模式。

微帶線應(yīng)用于高頻(300～3000MHz)。在印制電路板(PC，PrintedCircuit)上使用銅線構(gòu)成的特殊傳輸線稱為微帶線或帶狀線，已在PC板上被用于元件的連接。同樣，當(dāng)傳輸線源端和負(fù)載端的距離只有幾英寸或更小時，標(biāo)準(zhǔn)的同軸電纜傳輸線是不適用的，因為連接件、終接器和電纜本身都太大了。微帶線僅僅是一個由絕緣體隔離的、與接地板分離的平面導(dǎo)體。圖1.3(g)給出了一個簡化的單軌微帶線路。接地板作為電路的公共點，必須至少是上層導(dǎo)體寬度的10倍，而且要連接到地。微帶線的長度在工作頻率上通常是1/4或1/2波長，并等效于非平衡傳輸線。短路線通常優(yōu)于開路線，因為開路線有較大的輻射。標(biāo)準(zhǔn)的傳輸線對于實際作為電抗元件或是調(diào)諧電路來使用是太長了。微帶傳輸線可以用于構(gòu)成傳輸線、電感、電容、調(diào)諧電路、濾波器、移相器和阻抗匹配設(shè)備。

平行傳輸線，包括同軸電纜，都不能有效地傳輸20GHz以上的電磁波，這是由于趨膚效應(yīng)和輻射損耗造成了嚴(yán)重的衰減。另外，平行傳輸線也不能用于傳輸較高功率的信號，因為高電壓會導(dǎo)致兩導(dǎo)體間的隔離絕緣材料的損壞。因此，在高于UHF的頻率及微波中很少應(yīng)用平行傳輸線。對于UHF和微波波段，還有多種傳輸線可供選擇，其中包括光纜和波導(dǎo)等傳輸介質(zhì)。光纖實際上是一個圓柱波導(dǎo)，光纖的具體內(nèi)容將在第3章中詳細(xì)討論。

波導(dǎo)(WaveGuide)的最簡單形式是一個空心導(dǎo)管，其橫截面通常是矩形，如圖1.3(h)所示，但也有圓形或橢圓形波導(dǎo)，可以限定電磁波能量的邊界。由于波導(dǎo)管的管壁是導(dǎo)體，因此在它們的內(nèi)表面可以反射電磁波。如果波導(dǎo)管壁是良導(dǎo)體且很薄，則壁內(nèi)無電流流過，因此能量損耗很少。在波導(dǎo)管內(nèi)，并不是依靠管壁傳導(dǎo)能量的，而是通過波導(dǎo)管內(nèi)的電介質(zhì)傳播能量，其電介質(zhì)通常是干燥的空氣。本質(zhì)上，波導(dǎo)就是將同軸雙導(dǎo)體傳輸線中的內(nèi)導(dǎo)體抽出去而得到的單導(dǎo)體傳輸線。電磁波的能量在波導(dǎo)管內(nèi)以“Z”字形來回反射并不斷向前傳播。在討論波導(dǎo)的傳輸特性時，不再使用傳輸線的電壓電流概念，而需要依據(jù)電磁場的概念(如電場和磁場)，最常用的波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)。

不像傳輸線有最高頻率的限制，波導(dǎo)受限于最低頻率即稱為截止頻率(Cut-offFrequency)。截止頻率的確是個受限的頻率，低于截止頻率的信號將不能在波導(dǎo)中傳播。相應(yīng)的，允許通過波導(dǎo)的最大波長稱為截止波長(Cut-offWavelength)。截止波長定義為可在波導(dǎo)內(nèi)傳播的最大波長。換句話講，只有工作頻率對應(yīng)的波長小于截止波長，電磁波才能在波導(dǎo)內(nèi)傳播。截止波長和截止頻率由波導(dǎo)的橫截面尺寸決定，若波導(dǎo)的橫截面寬度尺寸為a，則其截止波長為λc=2a，即截止頻率發(fā)生在波長為2a對應(yīng)的頻率上，同樣意味著波導(dǎo)的橫截面尺寸應(yīng)該與傳輸信號的波長在同一個數(shù)量級上。 2.無線信道 在地球大氣層以內(nèi)傳播的電磁波稱為陸地波(TerrestrialWave)，因此，在地球上兩點或多點之間的通信稱為地面無線電通信。陸地波會受到大氣層以及地球表面的影響。在地面無線電通信中，電磁波的傳播有若干種傳播形式，究竟以哪種形式傳播取決于系統(tǒng)的類型及外界條件。除地球大氣引起傳播路徑改變外，電磁波總是以直線傳播。實際上，在地球大氣層內(nèi)的電磁波有三種傳播方式：地波、空間波(包括直射波和大地反射波)以及天波。

圖1.4顯示了在兩個天線之間的基本傳播形式。每一種無線電波都有相應(yīng)的傳播形式；然而，在某一頻率范圍內(nèi)或某些特殊地形中，有些傳播形式可忽略不計。頻率低于1.5MHz以下時，地波將提供最好的覆蓋，隨著頻率的增高，地波損耗會迅速增加。高頻波的傳播主要利用天波，甚高頻以上的頻率借助于空間波進行傳播。圖1.4電磁波的三種傳播模式 1)地波傳播 地波(GroundWave)是沿地球表面?zhèn)鞑サ囊环N電磁波，地波有時也稱為表面波(SurfaceWave)。地波應(yīng)該為垂直極化波，這是因為電場若以相對地球表面平行的水平極化波傳播，大地的傳導(dǎo)率將會使這種波短路。垂直極化的地波改變了地球表面電場的感應(yīng)電壓，這種感應(yīng)電壓產(chǎn)生的電流類似于傳輸線中的電流。由于地球表面也存在著電阻損耗和介質(zhì)損耗，因此地波在傳播過程中也必然產(chǎn)生衰減。地波最適于在良導(dǎo)體的表面上進行傳播，如海面，在干燥的沙漠地區(qū)則很難傳播。隨著頻率的增高，地波的衰減急劇增加，因此，對于地波的傳播一般將頻率限制在2MHz以下。地波的傳播如圖1.5所示。圖1.5地波傳播

地球的大氣密度存在著密度梯度(GradientDensity)，即隨著離開地球表面的距離增大大氣密度逐漸減小，由此造成波陣面的傾斜，隨著向前傳播，波陣面的傾斜逐漸增大。因此，地波能夠保持貼近地球表面并繞著地球表面?zhèn)鞑?，在能夠提供足夠的發(fā)射功率時，波陣面沿著地平面可以傳播得很遠(yuǎn)，甚至達(dá)到地球的整個周長。值得注意的是，地波傳播所選擇的頻率以及路經(jīng)的地形要確保波陣面避免過分傾斜、翻轉(zhuǎn)、出現(xiàn)在光滑地面以及傳播中斷。

地波傳播一般多用于艦船之間的通信以及船與岸之間的通信，還常用于無線電導(dǎo)航和海上移動通信。用于地波傳播的頻率可低到15kHz。地波傳播的缺點如下：

(1)地波傳播需要很大的發(fā)射功率。

(2)地波傳播的頻率限制在甚低頻(VLF)、低頻(LF)以及中頻(MF)范圍內(nèi)，并且需要大尺寸的天線。

(3)地面損耗隨表面材料不同會發(fā)生明顯變化。 地波傳播的優(yōu)點如下：

(1)地波傳播可提供足夠大的功率，地用于世界上任何兩地之間的長距離通信。

(2)大氣條件的改變對地波傳播基本上不產(chǎn)生影響。 2)空間波 空間波包括直射波和地面反射波(如圖1.4所示)。直射波(DirectWave)在發(fā)射天線與接收天線之間以直線傳播。以直射波傳播的空間波一般稱為視距(LOS，LineofSight)傳輸。因此，空間波的傳播受到地球表面曲率的限制。地面反射波(GroundReflectedWave)是在發(fā)射機和接收機之間靠地球表面對波的反射進行傳播的。 從圖1.4中可以看出，接收天線處的電場強度取決于兩個天線之間的距離(衰減和吸收)，以及直射波與地面反射波在接收天線處的相位是否同相(干涉)。

地球表面的曲率使空間波的傳播呈現(xiàn)水平線，一般稱為無線電地平線(RadioHorizon)。由于大氣的折射，在普通標(biāo)準(zhǔn)大氣下，無線電地平線的延伸超過光學(xué)地平線(OpticalHorizon)的延伸。無線電地平線的延伸幾乎是光學(xué)地平線延伸的4/3。由對流層引起的折射會隨著對流層的密度、溫度、水蒸氣的含量以及相對傳導(dǎo)率的改變而改變。加高地球表面上鐵塔的高度使發(fā)射天線或接收天線(或兩者)的高度提升，或?qū)⑻炀€架設(shè)在高大建筑物或山頂上，這樣可以有效地延長無線電地平線的長度。 3)天波 一般天波(SkyWave)是在某一方向上相對于地球仰起一個很大的角度來輻射的電磁波。天波是朝著天空輻射并憑借電離層反射或折射回地面的。正是由于這個原因，天波傳播的這種形式有時也稱為電離層傳播。電離層位于地球上空約50～400km(30～250英里)空間區(qū)域內(nèi)。電離層是地球大氣層的最上面的一部分，因此，電離層吸收了大量的太陽輻射的能量，使空氣中的分子電離而產(chǎn)生自由電子。當(dāng)無線電波進入到電離層，電離層中的自由電子就會受到電磁波中電場的作用力，使自由電子產(chǎn)生振動。振動的電子會減少電流的流動，這相當(dāng)于介電常數(shù)的降低。介電常數(shù)的減小可以增加傳播速度，并且使電磁波從電子的高密度區(qū)域向低密度區(qū)域發(fā)生彎折(也就是增大了折射)。

波的傳播離地球越遠(yuǎn)，電離作用就越強，只有很少的分子被電離。因此，在大氣層的高層區(qū)域，分子電離的比例要比大氣層的低層區(qū)域高很多。電離的密度越高，折射率越大。另外，由于電離層的非均勻結(jié)構(gòu)以及它的溫度和密度都是變量，一般將電離層進行分層分析。電離層通常分為D、E、F三層，如圖1.6所示。從圖中可以看出，電離層的分層在同一天的不同時間有不同的高度和不同的電離密度。電離密度在一年中隨季節(jié)呈周期性波動，并且這種周期性的變化還隨著太陽黑子活動以大約11年為一個周期發(fā)生著變化。在太陽光最強的時期電離層的密度最大(在夏天的中午時段)。

圖1.6電離層的分導(dǎo)層 D層是電離層的最底層，距地球表面大約在50～100km。由于離太陽的距離最遠(yuǎn)，電離的程度最弱，因此電離層的D層對無線電波的傳播方向影響最小。然而，D層中的離子對電磁能量有明顯的吸收作用。在D層中的電離程度取決于朝向太陽時在地平線上的海拔高度，所以在日落之后電離消失。電離層的D層主要對VLF波和LF波有反射作用，對MF波和HF波會產(chǎn)生吸收現(xiàn)象。 E層距地球表面大約100～140km。由于它是由兩名科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)的，因此電離層的E層有時也稱為肯內(nèi)利—亥維賽層(Kennelly-Heaviside)。正午時期，E層在距地面大約70英里處出現(xiàn)最大密度。與D層一樣，在日落之后E層電離幾乎全部消失。電離層的E層有助于MF表面波的傳播，并對HF波有部分反射。由于E層上層部分的電離的出現(xiàn)和消失不可預(yù)料，有時需要單獨考慮它，并將其稱為不規(guī)則的E層。太陽耀斑(SolarFlare)和太陽黑子的活動性(SunspotActivity)引起了不規(guī)則E層的出現(xiàn)。不規(guī)則E層很薄，卻有很高的電離密度。出現(xiàn)不規(guī)則E層時，遠(yuǎn)距離的無線電傳播在該處通常會出現(xiàn)異常。

F層實際上是由F1和F2兩層組成的。在白天，F(xiàn)1層位于距地球表面約140～250km的上空；F2層在冬季距地球表面約140～300km，而在夏季距地球表面約250～230km。在夜晚F1層和F2層合為一層。某些HF波在F1層會被吸收及衰減，盡管大部分的HF波可傳播到F2層，但在該處它們都將被折射回地面。 3.信息容量 信息容量是在一個給定時間內(nèi)，通過一個通信系統(tǒng)可以傳輸多少信息的一種度量。信息論(InformationTheory)是對有效利用帶寬通過電子通信系統(tǒng)傳輸信息的理論研究。信息論可用來確定通信系統(tǒng)的信息容量(InformationCapacity)。1920年貝爾電話實驗室的哈特萊(R．Hartley)推導(dǎo)出了帶寬、傳輸時間和信息容量之間的關(guān)系。哈特萊定律簡單地說明，帶寬愈寬，傳輸時間愈長，能夠通過該系統(tǒng)傳送的信息就愈多。數(shù)學(xué)上，哈特萊定律表達(dá)如下：

C=B·t

其中，C為信息容量，B為系統(tǒng)帶寬(Hz)，t為傳輸時間(s)。上式說明信息容量是系統(tǒng)帶寬和傳輸時間的線性函數(shù)并與兩者直接成正比。如果通信信道的帶寬加倍，可以傳送的信息量也加倍。如果傳輸時間增加或減少，通過系統(tǒng)傳送的信息量也成比例地改變。 那么如果增大帶寬B，能否使C？這實際上是不可能的，香農(nóng)公式回答了這一問題。1948年，香農(nóng)(C．E．Shannon)論述了通信信道的信息容量(信息容量的單位為b/s)與帶寬和信噪比的關(guān)系。數(shù)學(xué)上，香農(nóng)信息容量極限表述為

其中，C為信息容量(b/s)，B為帶寬(Hz)，S/N為信號與噪聲的功率之比，簡稱信噪比(無單位)。 可見，C是信道帶寬和信噪比的函數(shù)，B增大的同時，N也增大，S/N減小，C是有限的。 對于信噪比為1000(30dB)，帶寬為2.7kHz的標(biāo)準(zhǔn)話音頻帶通信信道，信息容量的香農(nóng)極限為2700lb(1+1000)=26.9kb/s。 1.1.4基帶與頻帶傳輸 正如圖1.1所表明的那樣，通信系統(tǒng)中變換器的目的是將原始的電信號變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?，反變換在接收端將收到的信號還原成原始的電信號，通常將變換器和反變換器稱為調(diào)制器和解調(diào)器。經(jīng)過調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號或頻帶信號，它應(yīng)有兩個基本特征：一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸。相對于已調(diào)信號，調(diào)制前和解調(diào)后的原始電信號通常具有頻率很低的頻譜分量而被稱為基帶信號。 所謂基帶傳輸，是指不經(jīng)過調(diào)制而直接將原始基帶信號送到線路上進行傳輸?shù)囊环N方式。與基帶傳輸相對應(yīng)的是頻帶傳輸。所謂頻帶傳輸，是指原始電信號在發(fā)送端先經(jīng)過調(diào)制后，再送到線路上傳輸，接收端則要進行相應(yīng)解調(diào)才能恢復(fù)出原來的基帶信號。

調(diào)制是通過改變一個更高頻率信號的某些特征物理量或參數(shù)(如幅度、頻率、相位等)的過程。這一高頻信號常稱載波，它一般由載波振蕩器(如振蕩電路、激光器等)產(chǎn)生。圖1.7是頻帶通信系統(tǒng)的簡化方框圖，它顯示了調(diào)制信號、高頻載波及已調(diào)波間的關(guān)系。信息信號與載波在調(diào)制器中組合產(chǎn)生已調(diào)波。信息可以是模擬或數(shù)字形式，調(diào)制器可以完成模擬調(diào)制或數(shù)字調(diào)制。調(diào)制過程常伴有頻率轉(zhuǎn)換，將一個頻率或頻帶變換到頻譜上的另一個位置的過程稱為頻率轉(zhuǎn)換(一般信息信號在發(fā)射機中從低頻上變頻到高頻，而在接收機中則從高頻下變頻為低頻)。頻率轉(zhuǎn)換是電子系統(tǒng)的一個復(fù)雜的部分，因為信息信號在通過稱為信道的系統(tǒng)中傳送時要上下變換許多次。已調(diào)信號通過傳輸系統(tǒng)傳送到接收機，在接收機中被放大、下變頻，然后解調(diào)以恢復(fù)原始的信源。圖1.7頻帶傳輸系統(tǒng)簡化框圖 1.1.5通信方式 通信系統(tǒng)可以設(shè)計成只在一個方向上傳輸，或者在兩個方向上但一次只能沿一個方向傳輸，或者同時在兩個方向上傳輸，這些都稱為傳輸方式。傳輸方式有四種：單工、半雙工、全雙工及全/全雙工。

(1)單工(SX)：利用單工操作，傳輸只能在一個方向上出現(xiàn)。單工系統(tǒng)有時稱為單向的、只接收或只發(fā)送的系統(tǒng)。一個位置可以是一臺發(fā)射機或一臺接收機，但不能既是發(fā)射端又是接收端。商業(yè)電臺或電視廣播是單工傳輸?shù)囊粋€例子，電臺總是發(fā)射端而用戶總是接收端。

(2)半雙工(HDX)：利用半雙工操作，傳輸可以在兩個方向上出現(xiàn)，但不是同時的。半雙工系統(tǒng)有時稱為雙向交替。一個位置可以是一臺發(fā)射機或一臺接收機，但在同一時間內(nèi)只能使用兩者之一。使用按講(PTT)開關(guān)控制發(fā)射機的雙向無線電系統(tǒng)，如民用波段和警察波段電臺是半雙工傳輸?shù)睦印?/p>

(3)全雙工(FDX)：利用全雙工操作，傳輸可以同時在兩個方向上出現(xiàn)。全雙工系統(tǒng)有時稱為同時雙向、雙工或雙向線路。一個位置可以同時發(fā)送和接收，但是正在發(fā)送的站也必須是正在接收的站。標(biāo)準(zhǔn)的電話系統(tǒng)就是全雙工傳輸?shù)睦印? (4)全/全雙工(F/FDX)：利用全/全雙工操作，可以同時發(fā)送和接收，但不必是在相同的兩個位置間進行(即一個站可以發(fā)送到另一個站，并同時從第三個站接收)。數(shù)據(jù)通信電路幾乎毫無例外地使用全/全雙工傳輸。

1.1.6模擬與數(shù)字通信 根據(jù)信道中傳送信號的類型，通常分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。前者在信道中傳送模擬信號，而后者在信道中傳送數(shù)字信號。 對于數(shù)字通信，根據(jù)信源發(fā)出的攜帶消息的信號類型大致可以分成數(shù)據(jù)通信和模擬信號數(shù)字化傳輸兩大類。前者的典型例子是計算機通信，后者是數(shù)字電話通信。當(dāng)前許多現(xiàn)代設(shè)計目標(biāo)是綜合語聲、數(shù)據(jù)、可視信號的傳輸，所以我們把兩者統(tǒng)稱為“數(shù)字通信”。圖1.8所示是數(shù)字通信的簡化傳輸原理方框圖。圖1.8數(shù)字通信簡化框圖

數(shù)字通信具有下列一些特點：

(1)數(shù)字通信最顯著的特點是抗干擾性強。

(2)數(shù)字信號便于處理、加密、存儲和交換。

(3)由于數(shù)字通信設(shè)備中大部分電路都是采用數(shù)字邏輯電路，因此可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，設(shè)備便于集成化和微型化，功耗也較低。

(4)由于采用數(shù)字傳輸方式，因此可以實現(xiàn)傳輸和交換的綜合，電話業(yè)務(wù)和非電話業(yè)務(wù)都可以實現(xiàn)數(shù)字化，以便組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。 (5)占用信道頻帶寬，一個數(shù)字話音數(shù)碼率fB=64kb/s，而一個模擬話路所占頻帶寬度(4kHz)是它的1/16，這是數(shù)字通信的一個缺點。但隨著技術(shù)的發(fā)展，采用其他編碼方式和頻帶壓縮技術(shù)，可以減少數(shù)字信號帶寬。另一方面，隨著大容量微波、衛(wèi)星和光纜信道的利用(其信道頻帶寬度達(dá)千兆赫以上)，數(shù)字信道占用頻帶較寬的矛盾會逐步縮小。 1.1.7通信系統(tǒng)性能與噪聲

1.通信系統(tǒng)性能 在設(shè)計或評估通信系統(tǒng)時，往往要涉及通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，否則就無法衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。性能指標(biāo)也稱質(zhì)量指標(biāo)，它們是對整個系統(tǒng)綜合提出或規(guī)定的。

通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)涉及其有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟性及維護使用等。但是從研究消息的傳輸來說，通信的有效性與可靠性將是主要的矛盾所在。這里所說的有效性主要是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，而可靠性主要是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。顯然，這是兩個相互矛盾的問題，這對矛盾通常只能依據(jù)實際要求取得相對的統(tǒng)一。例如，在滿足一定可靠性指標(biāo)的情況下，盡量提高消息的傳輸速度；或者在維持一定有效性的情況下，使消息傳輸質(zhì)量盡可能地提高。

對于模擬通信系統(tǒng)來說，消息傳輸速度主要決定于消息所含的信息量和對連續(xù)消息(即信息源)的處理。處理的目的在于使單位時間內(nèi)傳送更多的消息。從信息論觀點來說，消息傳輸速度可用單位時間內(nèi)傳送的信息量來衡量。模擬通信中還有一個重要的性能指標(biāo)，即均方誤差。它是衡量發(fā)送的模擬信號與接收端復(fù)制的模擬信號之間誤差程度的質(zhì)量指標(biāo)。均方誤差越小，說明復(fù)制的信號越逼真。在實際的模擬通信中，通常用信噪比(S/N)這一指標(biāo)來衡量，信噪比的含義是接收端輸出的信號平均功率與噪聲平均功率之比。故認(rèn)為在模擬通信中均方誤差的大小最終將完全取決于S/N。如果在相同的條件下，某個系統(tǒng)的輸出信噪比最高，則稱該系統(tǒng)通信質(zhì)量最好，或稱該系統(tǒng)抗信道噪聲(或干擾)的能力最強。 2.通信系統(tǒng)中的噪聲 通信系統(tǒng)中噪聲可分為兩大類：相關(guān)的和不相關(guān)的。相關(guān)噪聲是在信號出現(xiàn)時存在；不相關(guān)噪聲無論信號是否出現(xiàn)，隨時都存在。

1)不相關(guān)噪聲 不相關(guān)噪聲的存在與信號是否出現(xiàn)無關(guān)。不相關(guān)噪聲可進一步劃分成兩類：外部噪聲和內(nèi)部噪聲。

(1)外部噪聲是器件或電路的外部產(chǎn)生的噪聲。三個外部噪聲的主要來源是：大氣噪聲、宇宙噪聲、人為噪聲和干擾。

●大氣噪聲。大氣噪聲是地球大氣層中自然出現(xiàn)的靜電干擾，如閃電等。靜電干擾經(jīng)常以脈沖形式出現(xiàn)，能量散布在一個較寬的頻率范圍內(nèi)，但這種能量的大小反比于它的頻率。因此，在30MHz以上的頻率，大氣噪聲相對不太明顯。

●宇宙噪聲。宇宙噪聲由源自地球大氣層以外的電信號組成，因此有時稱為深空噪聲。宇宙噪聲起源于銀河系、河外星系以及太陽。字宙噪聲又分為兩大類：太陽的和宇宙的。太陽噪聲直接由太陽的熱量產(chǎn)生，包括強度相對恒定的輻射強度噪聲和太陽黑子活動引起的不規(guī)則強度噪聲，其強度服從一個周期形式，每11年重復(fù)一次。宇宙噪聲源在整個河外星系是不斷散發(fā)的，由于它比太陽離我們更遠(yuǎn)，因此噪聲強度相對較小。宇宙噪聲經(jīng)常稱為黑體噪聲，均勻分布在整個天空。 ●人為噪聲和干擾。人為噪聲就是指人類產(chǎn)生的噪聲。人為噪聲的主要來源是產(chǎn)生火花的機器，如電動機中的整流子、汽車點火系統(tǒng)、交流發(fā)電設(shè)備和切換設(shè)備等。人為噪聲實質(zhì)上是脈沖式的噪聲，包含通過空間以無線電波方式傳播的噪聲。人為噪聲在人口較密集的大城市和工業(yè)區(qū)最為強烈，有時稱為工業(yè)噪聲。干擾是外部噪聲的一種形式，正如其名字所暗示的，意思是“要擾亂或傷害”。大多數(shù)干擾在一個源的諧波和交叉分量落入鄰近信息的通帶內(nèi)時出現(xiàn)。例如，某電臺發(fā)射的信號在27～28MHz范圍內(nèi)，它們的二次諧波頻率(54～56MHz)落入分配給VHF電視(尤其是13頻道)的頻帶內(nèi)，如果電臺發(fā)射信號，并產(chǎn)生一個高幅度的二次諧波分量，它就會干擾其他人的電視接收。 (2)內(nèi)部噪聲是設(shè)備或電路內(nèi)部產(chǎn)生的電氣干擾。內(nèi)部噪聲的三種主要類型是：散粒噪聲、渡越時間噪聲和熱噪聲。 ●散粒噪聲。散粒噪聲是由半導(dǎo)體器件中的載流子(空穴和電子)在電子器件(如二極管、場效應(yīng)晶體管或雙極晶體管)的輸出電極上的隨機到達(dá)而引起的。散粒噪聲首先是在真空管放大器的陽極電流中發(fā)現(xiàn)的，并在1918年由肖特基(W．Schonky)在數(shù)學(xué)上進行了描述。載流子(對交流和直流兩者而言)并非連續(xù)、穩(wěn)定地流動，因為它們遷移的距離由于運動的隨機路徑而變化。散粒噪聲是隨機變化的，且被疊加在任何出現(xiàn)的信號上。散粒噪聲有時稱為晶體管噪聲，并與熱噪聲相疊加。 ●渡越時間噪聲。渡越時間噪聲是載流子在通過一個器件的流動過程中(如從晶體管的發(fā)射極到集電極)所產(chǎn)生的。當(dāng)載流子通過一個器件傳播所花的時間與信號周期可比擬時，該噪聲便很明顯。晶體管中的渡越時間噪聲由載流子遷移率、偏置電壓和晶體管結(jié)構(gòu)所確定。載流子從發(fā)射極遷移到集電極要經(jīng)受發(fā)射極時延、基極渡越時延、集電極復(fù)合時延和傳播時延。如果渡越時延在高頻率上過量，該器件可能會疊加上比放大信號更多的噪聲。 ●熱噪聲。熱噪聲與導(dǎo)體中的電子由于熱騷動而出現(xiàn)的迅速、隨機的運動有關(guān)。這個隨機運動被英國植物學(xué)家布朗(RobertBrown)首先注意到。布朗首先在花粉顆粒中發(fā)現(xiàn)了粒子運動的現(xiàn)象。1927年，貝爾電話實驗室的約翰遜(J.B.Johnson)首先認(rèn)識到電子的隨機運動。導(dǎo)體中的電子載有一個單位的負(fù)電荷，并且一個電子的均方速度與絕對溫度成正比。結(jié)果，由分子碰撞飛出的每一個電子便構(gòu)成一個短電流脈沖，在該導(dǎo)體的電阻分量上產(chǎn)生一個小電壓。由于這種類型的電子運動是完全隨機的，且在所有方向上，因此由這種運動產(chǎn)生的平均直流電壓為0V，但是這種隨機運動確實產(chǎn)生了一個交流成分。其中，最主要的一種與溫度有關(guān)，稱為熱噪聲。熱噪聲是可以預(yù)測的，可以出現(xiàn)在所有的器件上。這就是為什么熱噪聲在所有的噪聲源中最為重要的原因。 2)相關(guān)噪聲 相關(guān)噪聲是與信號相關(guān)(互相關(guān))的噪聲，電路中沒有輸入信號時就不會出現(xiàn)相關(guān)噪聲，簡單地說就是無信號就無噪聲。相關(guān)噪聲是由非線性放大產(chǎn)生的，并包括諧波失真和互調(diào)失真，它們是非線性失真的兩種形式。非線性失真也會由信號通過非線性器件(如二極管)時產(chǎn)生。相關(guān)噪聲是內(nèi)部噪聲的一種形式。

諧波失真是通過非線性放大(混合)產(chǎn)生的不想要的信號諧波。諧波是原始輸入信號的整數(shù)倍。原始信號是一次諧波并稱之為基頻。原始信號頻率的兩倍稱之為二次諧波，三倍稱之為三次諧波，等等。相應(yīng)有各種程度的諧波失真：二次諧波失真是二次諧波頻率的有效幅度與基頻有效幅度的比值，三次諧波失真是三次諧波頻率的有效幅度與基頻有效幅度的比值，依次類推，總的諧波失真是高次諧波組合的有效幅度與基頻有效幅度之比。 互調(diào)失真是兩個或多個信號在一個非線性器件(如大信號放大器)中放大時產(chǎn)生的不想要的和頻與差頻。這里強調(diào)的是“不想要的”，因為在通信電路中經(jīng)常需要混合兩個或多個信號并產(chǎn)生和頻與差頻。和頻與差頻被稱為交叉分量，當(dāng)諧波和基頻在一個非線性器件中混合時即產(chǎn)生交叉分量。1.2數(shù)字通信 1.2.1基本概念 一個完整的數(shù)字通信系統(tǒng)可以用圖1.9所示的框圖表示。圖1.9數(shù)字通信系統(tǒng)框圖

信源可以是數(shù)據(jù)終端，如紙帶讀出機、電傳機或存儲在磁帶或磁盤上的數(shù)據(jù)，這些稱為數(shù)字信源。 信源編碼包含模擬信號的數(shù)字化和信源壓縮編碼兩個范疇。模擬信號的數(shù)字化，主要有脈碼調(diào)制(PCM)、增量調(diào)制(ΔM)等，這種變換提高了通信質(zhì)量，這是由擴大傳輸頻帶換來的。信源壓縮編碼，是對信源進行處理，去除或減少冗余度，或者把能量集中起來縮窄占據(jù)頻帶，從而提高了通信的有效性。這些編碼方法包括預(yù)測編碼、變換編碼等。

信道編碼也稱為差錯控制技術(shù)。信源編碼提高了效率，但當(dāng)出現(xiàn)傳輸誤碼時，會使誤碼增值(擴散)，帶來嚴(yán)重的質(zhì)量損傷。為了提高傳輸?shù)目煽啃?，在傳輸中采用了差錯控制技術(shù)，即把可控制的冗余加入二進制序列，從而得到高的傳輸可靠性，減少誤碼的影響。信道編碼有重傳反饋(ARQ)、線性分組碼、循環(huán)碼、卷積碼等。

經(jīng)過編碼的數(shù)字序列，它所占據(jù)的頻帶是從直流或低頻開始的，稱為基帶信號?；鶐盘柨芍苯釉谟芯€(如雙絞線、同軸電纜)中傳輸，稱作基帶傳輸。但是大多數(shù)的信道(如無線微波信道、載波信道等)是帶通信道。為了有效地利用頻帶資源，使離散信源與連續(xù)信道匹配，把經(jīng)過編碼的基帶數(shù)字信號經(jīng)過載波調(diào)制，搬移到信道上適當(dāng)?shù)念l帶，產(chǎn)生對應(yīng)于輸入離散符號的模擬信號，在信道中傳輸。這種工作是由調(diào)制器完成的。調(diào)制方式主要包括幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等。選擇調(diào)制方式的依據(jù)，或者說衡量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是帶寬利用率、功率效率、誤碼率及設(shè)備的復(fù)雜性。

信道即傳輸媒介，可以是有線媒介、無線媒介或它們的組合。不論哪種傳輸媒介均可構(gòu)成數(shù)字信道、模擬信道或混合信道。數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(包括經(jīng)A/D變換后的數(shù)字信號)。模擬信道傳輸模擬信號(包括數(shù)字信號經(jīng)過Modem變成的模擬信號)。 實際的傳輸信道，通常是不夠理想的，這包括信道的頻響特性，信號在傳輸中混進的噪聲和干擾，使收到的數(shù)字序列變形，出現(xiàn)符號間干擾甚至差錯。雖然信道選定之后其固有特性已確定，但可以根據(jù)傳輸要求設(shè)計發(fā)送和接收濾波器，進行信道的均衡，來改變系統(tǒng)的傳輸特性。減少或消除符號間干擾，以得到對數(shù)字序列的最佳判決，這就是波形設(shè)計問題。

解調(diào)是指在系統(tǒng)的接收端處理受信道特性限制和噪聲串?dāng)_的信號波形，并把每個波形還原為代表原傳輸數(shù)字信號。解調(diào)器能處理接收波形并判定傳輸碼元是1還是0。當(dāng)傳輸M進制且信息中無冗余時，解調(diào)器必須在任一給定時刻判定是所傳輸?shù)腗個波形中的哪一個，這種判決為“硬判決”。 此外，同步技術(shù)是數(shù)字通信的重要方面，沒有同步，數(shù)字通信就無法進行。傳輸系統(tǒng)中載波同步、時鐘同步、位同步、字同步(碼組同步)和幀同步(群同步)是必不可少的，在數(shù)字通信網(wǎng)中還有網(wǎng)同步。同步技術(shù)根據(jù)傳輸要求有不同的實現(xiàn)方案，而同步性能也直接影響到通信的質(zhì)量。 從數(shù)字信號傳輸?shù)慕嵌壬峡?，?shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)為信息傳輸速率、碼元傳輸速率(符號速率)、頻帶利用率等。 1.信息傳輸速率 信息傳輸速率通常是以每秒所傳輸?shù)男畔⒘慷嗌賮砗饬康?。信息論中已定義信源發(fā)生信息量的度量單位是“比特”(bit)。一個二進制碼元所含的信息量是一個“比特”，即一個“1”或一個“0”就是一個比特。 在多進制中(設(shè)為m進制)，每個碼元的信息量為Im

，則Im為

Im=lbm(m為進制數(shù))

2.碼元(符號)傳輸速率 碼元(符號)傳輸速率是指單位時間(s)內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，其單位為波特(Bd,Baud)。這里的碼元可以是二進制的，也可以是多進制的，一般用RB或fB來表示。信息傳輸速率和碼元傳輸速率的關(guān)系為

Rb=RBlbM

式中，Rb表示信息傳輸速率，M為進制數(shù)。 如果碼元傳輸速率為600Bd，則在二進制時，信息傳輸速率為600b/s；在四進制時，信息傳輸速率則為1200b/s。對于二進制，由于lbM=1，在數(shù)值上波特率和比特率是相等的，但其意義是不同的。 3.頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。傳輸?shù)乃俾视?，所占用的信道頻帶愈寬。通常用η來表示數(shù)字信道頻帶的利用情況，即頻帶利用率為

當(dāng)傳輸速率是碼元傳輸速率時，其單位為波特/赫茲(Bd/Hz)；當(dāng)傳輸速率是信息傳輸速率時，其單位為比特/秒/赫茲(b/s/Hz)。 4.誤碼率 數(shù)字信號在信道傳輸過程中，由于信道本身有關(guān)參數(shù)的影響和噪聲干擾，以致在接收端判決再生后的碼元可能出現(xiàn)錯誤，這叫誤碼。誤碼的多少用誤碼率來衡量，一般用Pe來表示。 這個指標(biāo)是統(tǒng)計結(jié)果的平均值，所以這里指的是平均誤碼率。顯然，誤碼率愈小，通信的質(zhì)量愈高。 1.2.2信源的數(shù)字化 數(shù)字通信系統(tǒng)中，原始的信息可以是數(shù)字形式，也可以是模擬形式。如果是模擬形式，傳輸之前必須首先轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，而在接收端再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。將模擬信源波形變換成數(shù)字信號的過程稱為信源數(shù)字化或信源編碼。通信中的電話、圖像(傳真、電視等)業(yè)務(wù)，其信源是在時間上和幅度上均為連續(xù)量的模擬信號，要實現(xiàn)數(shù)字化的傳輸和交換，首先要把模擬信號變換成數(shù)字信號。電話信號的數(shù)字化叫做語音編碼，圖像信號的數(shù)字化稱為圖像編碼，兩者雖然各有其特點，但基本原理是一致的。這里以話音信號的PCM(脈沖編碼調(diào)制)編碼為例介紹，PCM編碼方法同樣適用于圖像編碼。

脈沖編碼調(diào)制就是把時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號，這個過程包括抽樣、量化、編碼三個過程。

1.抽樣 要把話音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，首先要在時間上對話音信號進行離散化處理，這一處理過程是由抽樣來完成的，如圖1.10所示。圖1.10話音信號抽樣過程

所謂抽樣，就是每隔一定時間T，抽取話音信號m(t)的一個瞬時幅度值(樣值)，可得到一系列樣值信號，即樣值序列信號S(t)=S(nT)或稱為脈幅調(diào)制(PAM)信號。

T是關(guān)鍵參數(shù)，它的大小是由抽樣定理來決定的。 奈奎斯特抽樣定理：一個頻帶限于fm赫茲的連續(xù)信號m(t)可以惟一地用時間上每隔時間T(≤1/2fm)s的抽樣值序列來確定，即抽樣頻率fs≥2fm。

當(dāng)采用理想的單位沖激脈沖序列作為抽樣脈沖時，其抽樣脈沖r(t)是單位沖激脈沖序列；其抽樣值是抽樣時刻m(t)的瞬時值m(nt)，如圖1.11所示。同時，可看出理想抽樣信號S(t)的頻譜S(f)與原信號m(t)的頻譜M(f)之間的關(guān)系，即抽樣后的信號頻譜是由無限多個分布在fs各次諧波左右上下邊帶組成的，而其中位于n=0處的頻譜，就是話音信號頻譜M(f)本身(只差一個系數(shù)1/π)。圖1.11抽樣及抽樣后的樣值頻譜

設(shè)原始信號頻帶限制在0～fm之間，在接收端只要用一個低通濾波器把原始信號頻帶濾出，就可獲得原始信號的重建，如圖1.12所示。圖1.12抽樣頻率對原信號頻譜的影響信號頻譜；(b)fs>2fm時抽樣信號的頻譜；(c)fs<2fm時抽樣信號的頻譜

要獲得原始信號的重建，必須使fm與fs-fm之間有一定寬度的防衛(wèi)帶。若抽樣頻率fs<2fm，則以fs為抽樣頻率的下邊帶(fs-fm)將與原始話音信號的頻帶發(fā)生重疊而產(chǎn)生折疊噪聲，如圖1.12所示。由于不可能實現(xiàn)理想低通(理想濾波)，因此這種折疊噪聲在原始信號頻帶內(nèi)無法消除。為了避免折疊噪聲，對頻帶為0～fmHz內(nèi)信號的抽樣頻率fs應(yīng)留有一定的防衛(wèi)帶，即fs>2fm

。 如話音信號的最高頻率限制在3400Hz，即fm=3400Hz，為了防止產(chǎn)生折疊噪聲，取fs>2fm

，這里按ITU-T規(guī)定，話音信號的抽樣頻率fs

＝8000Hz，抽樣周期R＝1/8000＝125μs，這樣就留出了8000-2×3400=1200Hz的防衛(wèi)帶。 2.量化 抽樣后的信號是脈幅調(diào)制信號(PAM)，它雖然在時間上是離散的，但它還是模擬信號。要把它變成數(shù)字信號，必須對抽樣信號進行幅度的離散化處理。所謂量化，就是將抽樣后幅值為連續(xù)的信號變換為幅值為有限個離散值的過程。 量化分為均勻量化和非均勻量化。 1)均勻量化 用等間隔Δ(Δ稱為量化間隔)去度量樣值信號稱為均勻量化，如圖1.13所示。圖中信號的幅度范圍被限定在-U～＋U之間(U為過載電壓)，樣值的絕對值超過過載電壓U的區(qū)域稱為過載區(qū)；未超過U的區(qū)域稱為量化區(qū)；此間的離散值稱為量化值或量化級數(shù)(用Δ量化間隔去度量樣值-U～＋U之間所得到的數(shù)值)，用Ｎ來表示：

如果Ｎ用二進制碼位數(shù)Ｌ來表示，此量化值Ｎ＝2Ｌ，若N＝8，則碼位數(shù)L＝3。由于量化值與原樣值一般不相等，因此兩者間會產(chǎn)生誤差，此誤差稱為量化誤差。圖1.13均勻量化與非均勻量化的量化誤差

在通信中，對信號失真的情況一般用信噪比來表示。在數(shù)字通信中，失真噪聲主要是由量化所帶來的，也叫量化噪聲，這種信噪比一般稱為量化信噪比。 在通信中，根據(jù)電話傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求，長途通信經(jīng)過了3～4次音頻轉(zhuǎn)接后仍應(yīng)有好的話音質(zhì)量。根據(jù)話音信號統(tǒng)計結(jié)果，對通信系統(tǒng)提出的要求是：在信號動態(tài)范圍40dB條件下，信噪比不應(yīng)低于26dB。 為了在如此寬的動態(tài)范圍內(nèi)保證信噪比的要求，編碼位數(shù)Ｌ應(yīng)滿足L≥11，因此需要的量化級數(shù)多達(dá)Ｎ＝211=2048，這樣不僅使設(shè)備復(fù)雜，而且比特率過高，以致降低信道利用率。如果減少編碼位數(shù)，那么量化信噪比又不能滿足要求，為了解決這一矛盾，可采用非均勻量化方法。 2)非均勻量化 當(dāng)采用均勻量化時，量化間隔是固定值，它不隨信號幅度的變化而變化。故大信號時量化信噪比大，小信號時量化信噪比小，如圖1.13所示。這就帶來信噪比不均勻，造成話音嚴(yán)重失真，以致無法實現(xiàn)通信的問題。解決這一問題的有效辦法是采用非均勻量化。 非均勻量化的特點是：信號幅度小時，量化間隔小，其量化誤差也?。恍盘柗却髸r，量化間隔大，其量化誤差也大，如圖1.13所示。采用非均勻量化后可做到在不增大量化級數(shù)N的條件下，使信號在較寬的動態(tài)范圍達(dá)到所需的指標(biāo)要求。其實質(zhì)是提高了小信號的信噪比，降低了大信號的信噪比，使信噪比在較寬的動態(tài)范圍內(nèi)均勻。

要實現(xiàn)非均勻量化，就要使輸入信號經(jīng)量化器后得到非均勻量化的量化值。那么這個量化器要具有理想的對數(shù)壓縮曲線才能實現(xiàn)上述目的。由于理想的對數(shù)曲線不通過坐標(biāo)原點，而語音信號是雙極性的，要求壓縮曲線通過原點，并且對原點是對稱形式的，因此對數(shù)壓縮律不能直接用于語音信號的編碼，需對其進行修正。目前主要有兩種壓縮律即A律和μ律，我國采用A律，美國、加拿大、日本等國采用μ律。

為了實現(xiàn)數(shù)字化，還要對量化值進行編碼處理，在設(shè)備中量化和編碼是同時進行的。要進行編碼就要求量化間隔能成為簡單的整數(shù)倍關(guān)系。在二進制編碼中，這種關(guān)系為2n倍，其中n為整數(shù)。對于這一要求，直接采用Ａ律或μ律的壓擴曲線是做不到的(連續(xù)壓擴特性，需無窮多個量化級)。若采用若干段折線組成的非均勻壓擴特性曲線就能實現(xiàn)，但要求折線的壓擴特性要近似Ａ律或μ律。

A律13折線壓擴特性A=87.6。13折線壓擴特性(A=87.6)是CCITT建議在數(shù)字通信設(shè)備中使用的，如圖1.14所示。圖1.1413折線壓擴特性

由圖1.14中折線可看出，在x軸０～１(歸一化的輸入信號值)范圍內(nèi)為1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128。在y軸０～１(歸一化量化輸出值)范圍內(nèi)均勻分為8個段，其分段點是7/8、6/8、5/8、4/8、3/8、2/8、1/8。將x軸、y軸相對應(yīng)分段線在x-y平面上相交點連線就是各段的折線。圖中只畫出了幅度為正時的壓擴曲線。正負(fù)幅值的折線均有8個段落共16個段，其中1、2段斜率相同(1/16)并通過原點，則正、負(fù)的4段為一條直線段，剩下正、負(fù)兩邊還有6段直線。這樣正、負(fù)值的壓擴特性由2×6+１＝13個直線段組成，故稱13折線。

為了減小量化失真，還要在每個量化段內(nèi)等分為16個量化間隔，則總量化級數(shù)為N＝2(正、負(fù)極性)×8(段落)×16(段落等分)＝256級

A律13折線的第１、2段量化間隔相等，其量化間隔也最小，設(shè)以16等分中的每一等分為量化間隔Δ(歸一化值)，則過載電平Ｕ的歸一化值為13折線各量化段的量化間隔用Δi來表示，Δi與最小量化間隔Δ之間的關(guān)系是按２的倍數(shù)遞增，其歸一化值如表1.1所列。表1.113折線量化段電平(歸一化值)

以上是每段按16等分量化而得到的，并以最小段(第一段)為最小量化間隔Δ，且此單位為歸一化值的單位。量化段序號1?234?5678量化段電平范圍0～16～32～64～128～256～512～1024～2048起始電平(Δ)01632641282565121024量化間隔Δi

Δ

Δ2Δ4Δ8Δ?16Δ?32Δ?64Δ 3.編碼 話音信號變?yōu)閿?shù)字信號的過程是經(jīng)抽樣、量化后還必須變?yōu)閿?shù)碼流，這個變?yōu)閿?shù)碼流的過程叫編碼。前面已講過，我們是按13折線(A=87.6)量化規(guī)律進行編碼的。A律與13折線通常采用量化級數(shù)N＝256(每個段再16等分)，即每個樣值信號經(jīng)量化后編成８位碼，由８位碼組成一個碼字來近似表示。

1)編碼的碼型 在話音信號編碼中(信源編碼)通常采用三種碼型：一般二進碼(自然二進碼)、循環(huán)碼(格雷碼)和折疊二進碼。在數(shù)字通信中按Ａ律和13折線規(guī)律進行量化編碼時一般采用折疊二進碼。它與普通二進碼的區(qū)別在于，幅值為負(fù)的幅度碼是由幅值為正的幅度碼(上半部)對折而成的，因此得名為折疊碼。 2)編碼位安排 我國數(shù)字通信設(shè)備(PCM30/32路基群)話音信號變?yōu)閿?shù)字信號即A/D變換，是按CCITT建議，采用13折線(A=87.6)規(guī)律進行量化，每個樣值信號編８位碼。

A律與13折線的非均勻量化段是奇對稱的上、下8個量化段，如圖1.14所示，每個量化段又均勻等分為16個量化級。如采用折疊二進碼進行編碼，其碼字的安排是：碼位為８位，分別用a1、a２、a３、a４、a５、a６、a７、a８來表示；a1表示極性碼(a1＝１表示正極性，a1＝０表示負(fù)極性)；a２、a３、a４

3位碼為段落碼，表示8個非均勻量化段；a５、a６、a７、a８

4位碼為段內(nèi)碼，表示每段均勻分為16等分。 3)逐次反饋編碼 量化的目的是為了編碼，即是把樣值信號(PAM信號)變換為二進制碼序列的方法，用得最多的是逐次反饋比較編碼方法。 下面舉例介紹這種編碼方法。 假設(shè)輸入樣值PAM信號Is=444Δ按A律和13折線編8位碼。

(1)首先決定極性碼為a1。 第一次比較：比較判定值為０，則

Is=444Δ>０(信號為正)

a1＝“1”

以下是幅度編碼a２～a８。 因為信號的極性已由a１確定，現(xiàn)只對樣值信號的絕對值|Is|或|Us|進行幅度編碼(編7位碼)，所以叫幅度編碼，它由3位段落碼和４位段內(nèi)碼組成。 (2)段落碼的編碼：a２～a４。 如圖1.14所示，A律和13折線有8段(正半部分)23=8，則用3位碼來表示。 第二次比較：a２碼表示樣值信號幅度在8段中的哪4段內(nèi)，以第5段起始電平為對分點。因此，a２碼的判定值應(yīng)是第5段的起始電平IB5=128Δ，即這時判定值Ig=128Δ，則

Is=444Δ>128Δa2＝“1”(信號在上四段，即5~8段)

第三次比較：a3碼表示信號幅度在四段中的哪兩段內(nèi)，例中應(yīng)以第7段的起始電平IB7=512Δ為對分點。a3碼的判定值Ig=512Δ，則

|Is|=444Δ<512Δa3=“0”(信號在上四段中下兩段，即5，6段)

第四次比較：a4碼表示樣值信號幅度在兩段中的哪一段內(nèi)，例中應(yīng)以第6段的起始電平IB6=256Δ為對分點。a4碼的判定值Ig=256Δ，則

|Is|=444Δ>256Δa4=“1”(信號在兩段中的上一段，即第6段)

幅度碼經(jīng)以上二、三、四次比較，所得段落碼a2a3a4碼為“101”，信號在第6段，起始電平IB6=256Δ，第6段的量化間隔Δ6=16Δ(即第6段平均16等分其每等分是第1段16等分的16倍)。 (3)段內(nèi)碼的編碼為a5~a8。 段內(nèi)碼表示每段均勻等分16等分(16個量化級24=16)要編4位碼(a5、a6、a7、、a8)。段內(nèi)碼判定值的提供，可用下式表示(每一量化段的起始電平為IBi，判定值為Ig)：

從以上公式看出，編下一位碼一定要在上一位碼已確定的情況下進行。從8、4、2、1來分析，是符合折疊對分規(guī)律的，即首先確定樣值信號在哪8等分后再確定4等分、2等分、1等分。下面用例子來說明。 第五次比較：a5碼表示信號在本段內(nèi)16等分中哪8等分內(nèi)，就應(yīng)以此段第8等分為分界點，其判定值這里應(yīng)為IB6=256Δ，Δ6=16Δ，則

Ig=IB6+8Δ6=256+8×16=384Δ |Is|=444Δ>384Δa5=“1”(第6段的上8等分)

第六次比較：a6碼表示信號在上8等分中哪4等分內(nèi)，應(yīng)以此等分為分界點，其判定值這里應(yīng)為

Ig=IB6+8Δ6·a5+4Δ6=256+8×16×1+4×16=448Δ |Is|=444Δ<448Δa6=“0”(上8等分的下4等分，即9、10、11、12等分)

第七次比較：a7碼表示信號在上4等分中哪2等分內(nèi)，應(yīng)以此為分界點，其判定值在這里應(yīng)為

a7=“1”(下4等分中的上2等分，即11、12等分)

第八次比較：a8碼表示信號在上2等分中哪1等分內(nèi)，應(yīng)以此為分界點，其判定值在這里應(yīng)為

a8=“1”(上2等分中的上1等分，即此段的12等分內(nèi))

結(jié)果幅度編碼的碼字為{1011011}，表示此信號幅度的大小在第6段中16等分的第12等分內(nèi)。 此信號即444Δ的最后編碼結(jié)果，8位碼為{11011011}。

由上例可明顯看出，段落碼的編碼規(guī)律和段內(nèi)碼的編碼規(guī)律雖然都是采用對分法，但前者的判定值提供的方法是特殊的，是以段的起始電平為判定值的。這是由于此8等分是非均勻量化段，其各段斜率不等，為非線性的，因此，對段落的編碼是非線性編碼。對段內(nèi)碼的編碼，判定值的提供方法是完全符合8、4、2、1這種折疊規(guī)律的。這是因為段內(nèi)量化表示段內(nèi)均勻等分，所以段內(nèi)編碼是按線性編碼規(guī)律編碼的。但按A律13折線編出的8位碼仍然叫做非線性編碼，編出的8位碼是非線性碼。

話音信號的相鄰樣值之間存在很大的相關(guān)性，即話音信號相鄰樣值之間的關(guān)系比較密切，相鄰樣值之差值一般不會很大。因此，樣值差值的動態(tài)范圍要比樣值本身的動態(tài)范圍小，這就有可能采用對樣值的差值進行編碼，以實現(xiàn)通信的可能性。這種方法將減少碼字位數(shù)，以提高信道的通信容量。

如圖1.15樣值與差值序列的關(guān)系所示，將樣值序列圖1.15(a)變換成差值序列圖1.15(b)，然后對差值序列進行編碼。在接收端對接收到的編碼信號進行解碼，恢復(fù)成差值序列，如圖1.15(c)所示，最后對恢復(fù)后的差值序列進行累加處理，就可恢復(fù)出樣值序列，即PAM信號。由此可見，這種以瞬時抽樣值之差進行編碼調(diào)制也可以實現(xiàn)的數(shù)字通信，稱為差值脈碼調(diào)制。 差值脈碼調(diào)制有多種方式，對差值編1位碼，稱為DM或ΔM(增量調(diào)制)；對差值編多位碼，稱為DPCM編碼調(diào)制。為了減少量化誤差，其抽樣周期要小于PCM中的抽樣周期，即抽樣頻率應(yīng)大于8kHz。為了提高信噪比或降低數(shù)碼帶寬，還有多種編碼方式，如自適應(yīng)脈碼調(diào)制ADPCM等。

圖1.15樣值與差值序列的關(guān)系(a)樣值序列；(b)差值序列；(c)樣值序列的恢復(fù) 4)其他編碼 以上詳細(xì)討論的編碼方法都被廣泛采用，屬于波形編碼。其他的編碼方法雖不詳細(xì)介紹，但為了比較將其基本思想敘述如下。 話音編碼技術(shù)通常分為波形編碼、聲源編碼和混合編碼三類。按編碼后傳輸所需的數(shù)據(jù)速率來分，又可以分為高速率(32kb/s以上)、中高速率(16～32kb/s)、中速率(4.8～16kb/s)、低速率(1.2～4.8kb/s)及極低速率(1.2kb/s以下)等五大類。 (1)波形編碼。波形編碼是將時間域信號波形直接變換成數(shù)字代碼，其目的是盡可能精確地再現(xiàn)原來的話音波形。其基本原理是在時間軸上對模擬話音信號按照一定的速率來抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并使用代碼來表示。解碼就是將收到的數(shù)字序列經(jīng)過解碼和濾波恢復(fù)到原模擬信號波形。波形編碼具有低復(fù)雜度、低延時的特點，脈沖編碼調(diào)制(PCM)以及增量調(diào)制(ΔM)和它們的各種改進型(如ADPCM)均屬于波形編碼技術(shù)。對于比特速率較高的編碼信號(16～64kb/s)，波形編碼技術(shù)能夠提供相當(dāng)好的話音質(zhì)量，對于低速話音編碼信號(16kb/s以下)，波形編碼的話音質(zhì)量顯著下降。因而，波形編碼在對信號帶寬要求不太嚴(yán)的通信中得到應(yīng)用(如有線通信)，而對于頻率資源相當(dāng)緊張的移動通信來說，這種編碼方式顯然不適合。 (2)聲源編碼。聲源編碼又稱為參量編碼，它是指對信源信號在頻率域或其他正交變換域提取特征參量，并把這特征參量變換成數(shù)字代碼進行傳輸。其反過程為解碼，即將收到的數(shù)字序列變換后恢復(fù)成特征參量，再依據(jù)此特征參量和語音產(chǎn)生發(fā)端語音信號。這種編碼技術(shù)可實現(xiàn)低速率語音編碼，比特速率可壓縮至2～4.8kb/s。線性預(yù)測編碼LPC及其各種改進型都屬參量編碼技術(shù)，這種編碼技術(shù)的缺點是話音質(zhì)量較差，對噪聲較為敏感，不適合在公用移動通信網(wǎng)等對話音質(zhì)量要求較高的場合使用。 (3)混合編碼?；旌暇幋a是一種近幾年提出的新的話音編碼技術(shù)，它是由波形編碼和參量編碼相結(jié)合而得到的，以達(dá)到波形編碼的高質(zhì)量和參量編碼的低速率優(yōu)點。混合編碼數(shù)字語音信號中包括若干語音特征參量，又包括部分波形編碼信息，它可將比特率壓縮到4～16kb/s，其中在8～16kb/s內(nèi)能夠達(dá)到良好的話音質(zhì)量和自然度，因而這種編碼技術(shù)最適于數(shù)字移動通信環(huán)境。 混合編碼能得到較低的比特速率和較好的話音質(zhì)量，而復(fù)雜度也較高。在眾多的低速率壓縮編碼中，比如子帶編碼SBC、殘余激勵線性預(yù)測編碼RELP、自適應(yīng)比特分配的自適應(yīng)預(yù)測編碼SBC-AB、規(guī)則激勵長時線性預(yù)測編碼RPE-LTP、多脈沖激勵線性預(yù)測編碼等都屬混合編碼。

在數(shù)字通信發(fā)展的推動之下，話音編碼技術(shù)的研究開發(fā)非常迅速，提出了許多編碼方案。無論哪一種方案其研究的目標(biāo)主要有兩點：第一是降低話音編碼速率，第二是提高話音質(zhì)量。前者的目的是針對話音質(zhì)量好但速率高的波形編碼，后者的目的是針對速率低但話音質(zhì)量卻較差的聲源編碼。由此可見，目前研制的符合發(fā)展目標(biāo)的編碼技術(shù)均為混合編碼方案。

1.2.3數(shù)字復(fù)接 光纖通信、數(shù)字微波(衛(wèi)星)通信以及數(shù)字程控交換技術(shù)的發(fā)展，推動了數(shù)字通信網(wǎng)的構(gòu)成和發(fā)展，迫切地需要把各種低速率的數(shù)字信號變換成高速率數(shù)字信號，以便合理地采用大、中容量的傳輸信道，滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要。

數(shù)字信號的時分復(fù)用也稱為復(fù)接，參與復(fù)接的信號稱為支路信號，復(fù)接后的信號稱為合路或群路信號。從合路的數(shù)字信號中把各支路的數(shù)字信號一一分開則稱為分接。 由同一主振器提供時鐘的各個數(shù)字信號叫做同源信號，同源信號的數(shù)字復(fù)接稱為同步復(fù)接。由不同時鐘源產(chǎn)生的數(shù)字信號稱為異源信號，異源信號的數(shù)字復(fù)接稱為異步復(fù)接。

對于數(shù)碼率完全相同或相互成整數(shù)倍的數(shù)字信號，可以用較簡單的方法實現(xiàn)同步復(fù)接。而對于異源信號，因為各自的數(shù)碼率都可以在標(biāo)稱值上下有些偏差，所以也稱準(zhǔn)同步(Plesiochronous)信號。用簡單的方法(如或門)復(fù)接，合成信號會出現(xiàn)重疊和錯位現(xiàn)象，從而丟失信息。因此，異步復(fù)接的前提條件是，必須先使異源數(shù)字信號的瞬時數(shù)碼率達(dá)到一致，即同步。可見，對異步信號的復(fù)接必須使各支路的數(shù)字信號速率相同(同步化)，且要保持固定的相位關(guān)系。

異步數(shù)字信號同步化的方法很多，主要有滑動存儲、比特調(diào)整(碼速調(diào)整)和指針處理等。準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接中應(yīng)用最多的是比特調(diào)整技術(shù)。比特調(diào)整又稱為碼速調(diào)整，一般有正碼速調(diào)整、負(fù)碼速調(diào)整和正零負(fù)碼速調(diào)整三種，其中正碼速調(diào)整應(yīng)用較普遍。每一個參與復(fù)接的數(shù)碼流都必須經(jīng)過一個碼速調(diào)整裝置，把標(biāo)稱數(shù)碼率相同而瞬時數(shù)碼率不同的數(shù)碼流調(diào)整到同一較高的數(shù)碼率，然后再進行復(fù)接。 碼速調(diào)整裝置的主體是緩沖存儲器，還有一些必要的控制電路，輸入時鐘頻率即為輸入支路的數(shù)碼率fL，其輸出時鐘頻率即為復(fù)接支路時鐘的頻率fm。正碼速調(diào)整技術(shù)中，輸出頻率fm大于輸入頻率fL，即所謂的正碼速調(diào)整。

由于歐洲和北美的電話體制不同，因而也存在兩種復(fù)接方式，我國采用了歐洲的體制，這里主要給出這種體制。首先將32個64kb/s的數(shù)字信號通過復(fù)接成一個2.048Mb/s的信號，簡稱為2M基群或一次群信號，這是第一次復(fù)接DS1，然后四個2M信號復(fù)接成一個8M的一次群信號，其標(biāo)稱速率為8.448Mb/s，這是第二次復(fù)接，依次類推，四個8M信號復(fù)接成一個34M的三次群信號……這種數(shù)字復(fù)接體制如圖1.16所示，也稱為準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接體制PDH(PlesiochronousDigitalHierarchy)。隨著數(shù)字速率的進一步提高，這種復(fù)接體制暴露出越來越多的缺點。圖1.16PDH數(shù)字復(fù)接體制 20世紀(jì)80年代，一種新的標(biāo)準(zhǔn)體制出現(xiàn)了，并很快被業(yè)務(wù)提供商所采用。這就是同步數(shù)字體制SDH，它更加適合高速光纖線路傳輸。SDH在光纖傳輸鏈路上承載數(shù)字同步STM-N(N=1,4,16,…)信號，這些同步信號在從STM-1(155.520Mb/s)～STM-16(2.48832Gb/s)或更高的標(biāo)準(zhǔn)速率范圍內(nèi)速率級次上傳輸，其速率等級如表1.2所示。最基本的STM-1信號承載在一個125μs的幀結(jié)構(gòu)上。表1.2SDH的標(biāo)稱速率SONETOC等級ITU-TSDH等級線路速率(Mb/s)簡稱OC-1

51.84

OC-3STM-1155.520155MOC-12STM-4622.08622MOC-24

1244.16

OC-48STM-162488.322.5GOC-192STM-649953.2810.0G 1.2.4數(shù)字傳輸 數(shù)字傳輸是指在通信系統(tǒng)中進行數(shù)字脈沖的直接傳輸，如電纜等有線信道的傳輸，它屬于基帶傳輸。由于所有的信道實際上都是有限帶寬媒介，因此數(shù)字脈沖經(jīng)過傳輸后其脈沖波形發(fā)生了畸變(失真)，即窄脈沖的寬度展寬了。圖1.17給出了典型的帶限信道在窄脈沖輸入情況下的輸出波形。由圖可知，脈沖之間會產(chǎn)生相互影響，這是數(shù)字通信系統(tǒng)誤碼的主要原因。圖1.17帶限濾波器的典型脈沖響應(yīng)

通常采用均衡濾波器來對信道進行均衡，因而它的波形好壞直接影響數(shù)字脈沖的識別判決。在選擇均衡方式時應(yīng)考慮以下幾個方面：

(1)必須做到使碼間干擾最?。?/p>

(2)具有較好的抗串話和抗干擾能力；

(3)均衡電路簡單，易于實現(xiàn)。 根據(jù)以上條件，現(xiàn)暫不考慮信道噪聲干擾影響，僅從碼間干擾的角度來研究最佳基帶傳輸特性。 如圖