第二章 数字传输原理(张)

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1、第二章数字传输原理通信工程系第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术2数字通信系统模型如图2-1所示。图2-1数字通信系统模型2.1数字通信系统概述2.1数字通信系统概述信源：完成非电信号/电信号的变换，这里产生的电信号是模拟信号。信源编码器：一是将信源发出的模拟信号变换为数字信号，称为数字信源码（模数变换）；二是实现压缩编码，使数字信源码占用的信道带宽尽量小。信道编码器：主要完成两个

2、功能：一是码型变换，把数字信源码变换为数字信道码；二是差错控制。调制器：其作用是频谱搬移，将信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号。信道：信号的传输媒质。一般可分为：有线信道和无线信道恒参信道和随参信道2.1数字通信系统概述解调器、信道译码器和信源译码器：基本功能是完成发端的反变换，它们的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息。2.1数字通信系统概述第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输

3、2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术72.2模拟信号数字化图2-2模拟信号的数字传输系统模型模拟信息源信宿数字通信系统m(t)模拟随机信号{sk}数字随机序列{}A/DD/AA/D：D/A：抽样量化编码m(t){sk}译码低通滤波mk(t){sk}2.2模拟信号数字化图2-3A/D和D/A变换2.2.1A/D变换实现A/D变换的方法很多，这里主要介绍应用最普遍的脉冲编码调制（PCM）。抽样-----时间域数字化量化-----幅度域数字化编码-----提升质量2.2模拟信号数字化1、抽样语音信号是模拟

4、信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间轴上也是连续的，要使语音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对语音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。2.2模拟信号数字化2.2模拟信号数字化抽样过程的实现原理：fs(t)=f(t)p(t)×f(t)fs(t)p(t)1、抽样抽样实现：每隔一定的时间间隔Ts，抽取语音信号的一个瞬时幅度值（抽样值）来代替原来的连续信号进行传输。抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。2.2模拟信号数字化图2

5、-4抽样后的波形时间离散化；Ts如何选取，保证信号的不失真？抽样定理：对于低通型（0,fm）信号，只要抽样频率fs（fs=1/Ts）满足则可以从样值序列不失真地恢复出原来的模拟信号。其中fm为信号的最高频率。2.2模拟信号数字化2.2模拟信号数字化冲激抽样信号的频谱：图2-5冲激抽样信号的频谱最低允许的采样频率fs=2fm称为奈奎斯特(Nyquist)频率。最大允许的采样间隔Ts=1/(2fm)称为奈奎斯特间隔。抽样定理全过程如右图所示：2.2模拟信号数字化图2-6抽样定理全过程2、量化样值序列在时间上是离散

6、的，但它的幅度取值在信号幅度的变化范围内（通常称动态范围）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是连续的（有无限多个取值）。所谓量化：就是将幅度取值为无穷多个的样值序列，变换为幅度取值为有限个的样值序列。（幅度离散化）2.2模拟信号数字化2、量化实现量化的方法：把信号变化的动态范围划分为有限个区间，只要信号落在某个区间，就取该区间内预先规定的某个参考电平（比如量化区间的中间值）作为信号值。量化区间在专业术语上称为量化级；量化级中间的电平称为量化电平；2.2模拟信号数字化图2-7量化过程示意图2.2模拟信号数字化2.

7、2模拟信号数字化量化噪声由于量阶的有限性，在量化过程中就不可避免地会造成实际信号值与量化信号值之间的误差。这种由于量阶的有限性造成的误差被称为量化误差，记为e(t)。由量化误差产生的噪声叫量化噪声。性能衡量：信号平均功率与量化噪声平均功率之比为量化信噪比。2、量化根据各量化级大小是否相等，量化分为：均匀量化和非均匀量化。（1）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。均匀量化亦称线性量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。设输入信号的幅度范围是a~b，量化级数为M，则量化

8、间隔为：Δv=(b-a)/M2.2模拟信号数字化2.2模拟信号数字化由此可见：当量化电平分别取各层的中间值时，量化过程所形成的量化误差不超过±Δv／2。量化误差与实际输入的样值有关，样值越小，信噪比越小；反之，样值越大，信噪比越大。均匀量化存在的问题：信号动态范围受限（小信号信噪比低，大信号信噪比高）。2.2模拟信号数字化语音信号的幅度概率分布：解决方法：（1）量化电平数M增大，比特数n增大，一路信